ITBO20070709A1 - GYMNASTIC AND REHABILITATION MACHINE. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato concerne una macchina ginnica e riabilitativa . The present invention relates to an exercise and rehabilitation machine.
In particolare, l'invenzione è relativa ad una macchina ginnica che consente l'applicazione di una forza da parte dell'utilizzatore mediante opportuni mezzi di interazione con un carico. In particular, the invention relates to an exercise machine which allows the application of a force by the user by means of suitable means of interaction with a load.
Un possibile esercizio di tipo noto, detto "squat", prevede che l'atleta (e/o la persona in trattamento di riabilitazione) tenga un carico in appoggio sulle spalle, per eseguire una serie di piegamenti sulle gambe, facendo flettere le ginocchia durante il piegamento degli arti inferiori. E' possibile eseguire l'esercizio sia con attrezzi a carico libero, ad esempio il bilanciere, sia con macchine ginniche preposte allo scopo. Questo tipo di esercizio risulta efficace per molti atleti, ma determina sollecitazioni eccessive sui distretti articolari; ciò si manifesta, in particolare, su soggetti in fase di riabilitazione e rieducazione funzionale. A possible known type of exercise, called "squat", requires the athlete (and / or the person undergoing rehabilitation treatment) to hold a load resting on the shoulders, to perform a series of push-ups on the legs, causing the knees to flex during the bending of the lower limbs. It is possible to perform the exercise both with free-load tools, for example the barbell, and with exercise machines designed for the purpose. This type of exercise is effective for many athletes, but causes excessive stress on the joint districts; this occurs, in particular, on subjects undergoing rehabilitation and functional re-education.
Infatti, l'esercizio sopra descritto determina il movimento sinergico fra il segmento tibiale e quello femorale degli arti inferiori, causando forze di taglio che possono compromettere l'efficacia dell'esercizio, risultando per questo anche dannose. In fact, the exercise described above determines the synergistic movement between the tibial and femoral segments of the lower limbs, causing shear forces that can compromise the effectiveness of the exercise, thus also being harmful.
In altre parole, con tale esercizio, il carico viene spostato lungo un percorso rettilineo e verticale che coincide con l'asse verticale di riferimento dell'esecutore dell'esercizio, determinando la contemporanea roto-traslazione sia del punto di cerniera definito dal ginocchio sia della porzione tibiale sia della porzione femorale dell'arto che si allineano lungo l'asse verticale. In pratica, con le macchine esistenti non si riesce a separare adeguatamente le componenti di traslazione e rotazione delle ginocchia, per esempio in esercizi che prevedono di sollevare o abbassare o spostare un carico in modo lineare. In other words, with this exercise, the load is moved along a straight and vertical path that coincides with the vertical axis of reference of the performer of the exercise, determining the simultaneous roto-translation of both the hinge point defined by the knee and the tibial portion of both the femoral portion of the limb that align along the vertical axis. In practice, with existing machines it is not possible to adequately separate the translation and rotation components of the knees, for example in exercises that involve lifting or lowering or moving a load in a linear way.
Scopo del presente trovato è quello di fornire una macchina in grado di risolvere gli inconvenienti summenzionati. Con la soluzione della presente invenzione il carico (inizialmente fuori asse) viene portato sull'asse di riferimento dove può essere agevolmente sorretto dal soggetto. Questo gesto limita al massimo il fenomeno delle sollecitazioni sull'articolazione del ginocchio e della caviglia. A questo risultato si è pervenuti in conformità dell'invenzione adottando l'idea di realizzare una macchina presentante le caratteristiche descritte nella rivendicazione 1. Altre caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The object of the present invention is to provide a machine capable of overcoming the aforementioned drawbacks. With the solution of the present invention the load (initially off-axis) is carried on the reference axis where it can be easily supported by the subject. This gesture minimizes the phenomenon of stresses on the knee and ankle joint. This result has been achieved in accordance with the invention by adopting the idea of making a machine having the characteristics described in claim 1. Other characteristics are the subject of the dependent claims.
Tra i vantaggi della presente invenzione possono essere elencati quelli di seguito descritti. Among the advantages of the present invention, those described below can be listed.
Facendo riferimento all'esempio di realizzazione dedicato agli arti inferiori (vedi Figg.1-4), la macchina permette di allenare in maniera corretta la muscolatura, in particolare di tipo detto "antigravitario", degli arti inferiori senza provocare eccessive sollecitazioni sulle articolazioni e soprattutto limitando le variazioni istantanee delle forze di taglio. Referring to the example of realization dedicated to the lower limbs (see Figs. 1-4), the machine allows you to train correctly the muscles, in particular of the so-called "anti-gravity" type, of the lower limbs without causing excessive stress on the joints and especially by limiting the instantaneous variations of the cutting forces.
Questa possibilità è offerta sia dal fatto che i muscoli della gamba operano in modo isometrico sia dalla doppia chiusura della catena cinetica costituita da tutto il corpo che, durante il movimento, risulta vincolato a terra e alla guida di scorrimento del sovraccarico che, nell'esempio riportato, presenta una forma curvilinea che tiene conto della curva fisiologica della colonna vertebrale al fine di limitare anche il fenomeno del sovraccarico funzionale sui corpi vertebrali. This possibility is offered both by the fact that the leg muscles operate in an isometric way and by the double closure of the kinetic chain consisting of the whole body which, during movement, is constrained to the ground and to the sliding guide of the overload which, in the example reported, has a curvilinear shape that takes into account the physiological curve of the vertebral column in order to also limit the phenomenon of functional overload on the vertebral bodies.
Il segmento tibiale resta praticamente fermo in posizione sostanzialmente ortogonale al terreno e l'angolo alla caviglia si mantiene fisso senza sollevamento del tallone. The tibial segment remains practically stationary in a substantially orthogonal position to the ground and the ankle angle remains fixed without lifting the heel.
La particolare forma della guida permette di sostenere il sovraccarico fuori dall'asse verticale e di trasportarlo successivamente sull'asse stesso in modo che sulle articolazioni avvenga una rotazione pura senza scivolamento (assenza di forze di taglio) . In altre parole, il sollevamento non avviene come nelle macchine note, nelle quali è previsto il sollevamento del carico mantenendo il medesimo sull'asse verticale e riallineando i segmenti corporei "sotto" di esso. La macchina permette di allenare anche la mobilità delle articolazioni implicate nello sforzo con effetti benefici per la circolazione simulando anche alcuni aspetti della deambulazione, la quale prevede che il baricentro passi ciclicamente "sopra" il punto d'appoggio del piede. La perpendicolare al terreno nel punto di appoggio del piede rappresenta infatti l'asse rispetto al quale si annullano le coppie di forze e la macchina in oggetto permette di portare il carico "sopra" l'asse e non (come previsto, ad esempio, dalla camminata sul tapis roulant) di spostare il punto d'appoggio del piede "sotto" il carico, con il conseguente mantenimento dell'equilibrio a carico delle articolazioni. The particular shape of the guide allows the overload to be supported outside the vertical axis and subsequently transported on the axis itself so that a pure rotation without slipping occurs on the joints (absence of shear forces). In other words, the lifting does not take place as in known machines, in which the lifting of the load is provided, keeping it on the vertical axis and realigning the body segments "below" it. The machine also allows you to train the mobility of the joints involved in the effort with beneficial effects for the circulation by also simulating some aspects of walking, which requires the center of gravity to pass cyclically "over" the point of support of the foot. The perpendicular to the ground at the foot support point represents the axis with respect to which the pairs of forces are canceled and the machine in question allows the load to be brought "above" the axis and not (as foreseen, for example, by the walking on the treadmill) to move the point of support of the foot "under" the load, with the consequent maintenance of balance in the joints.
Un ulteriore vantaggio presentato dalla presente macchina è relativo alla possibilità di eseguire lavoro eccentrico senza gravare sulle articolazioni. In pratica, con la macchina oggetto della presente invenzione, è possibile non solo effettuare il lavoro concentrico durante il sollevamento del carico, ma anche il lavoro eccentrico determinato dal corrispondente abbassamento del carico stesso con il piegamento delle ginocchia. Nelle macchine di tipo noto questo non è possibile poiché il carico viene mosso lungo l'asse verticale di riferimento e, pertanto, un esercizio che preveda un abbassamento con piegamento delle ginocchia con un carico risulterebbe pericoloso per le articolazioni. In generale le macchine di tipo tradizionale con le quali si può effettuare un lavoro "eccentrico" con sovraccarico permettono di svolgere questo esercizio a catena cinetica aperta; al contrario, nel presente caso, è possibile eseguire esercizi con sovraccarico anche a catena cinetica chiusa. A further advantage presented by the present machine relates to the possibility of performing eccentric work without burdening the joints. In practice, with the machine object of the present invention, it is possible not only to carry out the concentric work during the lifting of the load, but also the eccentric work determined by the corresponding lowering of the load itself with the bending of the knees. In machines of the known type this is not possible since the load is moved along the vertical axis of reference and, therefore, an exercise involving a lowering with bending of the knees with a load would be dangerous for the joints. In general, traditional machines with which "eccentric" work with overload can be carried out allow this exercise to be carried out with an open kinetic chain; on the contrary, in the present case, it is possible to perform exercises with overload even with a closed kinetic chain.
Quanto espresso relativamente all'esecuzione di esercizi per gli arti inferiori è trasferibile, con le opportune differenziazioni dimensionali e di posizionamento, a macchine per gli arti superiori. In pratica, la corretta movimentazione ottenibile tra i segmenti degli arti inferiori è ottenuta tra le due porzioni degli arti superiori utilizzando, ad esempio, una guida a sviluppo curvilineo che consenta di esercitare una forza che provochi uno spostamento variabile rispetto all'asse di riferimento qualunque sia la sua orientazione. What is expressed in relation to the execution of exercises for the lower limbs is transferable, with the appropriate dimensional and positioning differentiations, to machines for the upper limbs. In practice, the correct movement obtainable between the segments of the lower limbs is obtained between the two portions of the upper limbs using, for example, a guide with a curvilinear development that allows to exert a force that causes a variable displacement with respect to any reference axis. is its orientation.
Questi ed ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione saranno più e meglio compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e con l'aiuto degli annessi disegni, dati quale esemplificazione pratica del trovato, ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali: These and further advantages and characteristics of the present invention will be better understood by every person skilled in the art from the following description and with the help of the attached drawings, given as a practical example of the invention, but not to be considered in a limiting sense, in which:
- la Fig.l è una schematica vista prospettica di un possibile esempio di realizzazione di una macchina in conformità dell'invenzione; - Fig. 1 is a schematic perspective view of a possible embodiment of a machine according to the invention;
- le Figg.2, 3, 4 mostrano l'esempio di Fig. 1 rispettivamente in vista frontale, in vista laterale ed in pianta dall'alto; - Figs. 2, 3, 4 show the example of Fig. 1 respectively in front view, side view and top plan view;
- le Figg.5, 6 sono due schemi che rappresentano due fasi di un esercizio di squat eseguito con una macchina di tipo noto; - Figs. 5, 6 are two diagrams which represent two phases of a squat exercise performed with a machine of known type;
- le Figg.7, 8 sono due schemi analoghi a quelli delle Figg.5 e 6, ma sono relativi a rappresentazioni di un esercizio eseguito con una macchina in conformità dell'invenzione; - Figs 7, 8 are two diagrams similar to those of Figs 5 and 6, but they relate to representations of an exercise performed with a machine according to the invention;
- la Fig.9 è una schematica vista laterale di una possibile forma di realizzazione di un particolare relativo ad una pedana. - Fig.9 is a schematic side view of a possible embodiment of a detail relating to a platform.
Con riferimento ai disegni allegati, una macchina (1) realizzata in conformità dell'invenzione è del tipo che comprende mezzi (2) per l'applicazione della forza da parte di un utilizzatore ed un carico (3) mobile lungo un percorso sotto l'azione esercitata dall 'utilizzatore per il tramite dei mezzi (2) per l'applicazione della forza. With reference to the attached drawings, a machine (1) made in accordance with the invention is of the type which comprises means (2) for the application of force by a user and a load (3) movable along a path under the action exercised by the user through the means (2) for the application of force.
Secondo l'invenzione, la macchina (1) si caratterizza per il fatto che il percorso seguito dal carico (3) è curvilineo, prevedendo una traiettoria che si discosti da un asse rettilineo di riferimento. According to the invention, the machine (1) is characterized by the fact that the path followed by the load (3) is curvilinear, providing a trajectory which departs from a straight reference axis.
Relativamente all'esempio illustrato il carico (3) percorre una traiettoria non rettilinea con un punto di partenza fuori asse di riferimento e solo il punto finale è dislocato sull'asse verticale allineato con la forza di gravità. Con altre forme di attuazione della macchina tale asse di riferimento potrebbe essere diversamente diretto. Nell'esempio illustrato, il percorso è definito da una guida curvilinea (4). La macchina comprende una struttura (5) di fissaggio ad una parete o altro sostegno verticale (P) e la guida (4) è conformata in modo da risultare più lontana dalla parete (P) nella propria porzione superiore (40) e più prossima alla parete (P) stessa nella propria porzione inferiore (41). Sono previsti rispettivi fine-corsa superiore (62) ed inferiore (61) a delimitare la corsa del carico (3) lungo la guida (4). La zona destinata al posizionamento sul terreno dei piedi dell'utilizzatore è la zona coincidente con l'estremità inferiore o base (42) della guida (4), i piedi dell'utilizzatore possono essere posti sulla proiezione verticale dell'impugnatura (2) (in seguito descritta) quando si trova nella posizione più alta. In particolare, la guida (4) presenta una porzione (40) arcuata o inclinata che ha una curvatura, o un'inclinazione, che è determinata in funzione degli obbiettivi da raggiungere attraverso l'esercizio di squat . Possono essere previsti degli elementi di raccordo o spessori (55) per variare l'altezza della guida (4) in funzione dell'utilizzatore . With regard to the example illustrated, the load (3) travels a non-straight trajectory with a starting point off the reference axis and only the end point is displaced on the vertical axis aligned with the force of gravity. With other embodiments of the machine, this reference axis could be directed differently. In the example shown, the path is defined by a curved guide (4). The machine comprises a structure (5) for fixing to a wall or other vertical support (P) and the guide (4) is shaped so as to be further away from the wall (P) in its upper portion (40) and closer to the wall (P) itself in its lower portion (41). Respective upper (62) and lower (61) limit switches are provided to delimit the stroke of the load (3) along the guide (4). The area intended for positioning the user's feet on the ground is the area coinciding with the lower end or base (42) of the guide (4), the user's feet can be placed on the vertical projection of the handle (2) ( described below) when it is in the highest position. In particular, the guide (4) has an arched or inclined portion (40) which has a curvature, or an inclination, which is determined according to the objectives to be achieved through the squat exercise. Connection elements or shims (55) can be provided to vary the height of the guide (4) according to the user.
In pratica, a differenza di una macchina di tipo tradizionale nella quale il carico viene guidato lungo un percorso obbligato rettilineo e verticale, nel presente trovato la traiettoria compiuta dal carico non avviene lungo un asse rettilineo, ma, con diverse forme di guida, si possono ottenere percorsi a due e tre dimensioni (nel piano e nello spazio) . Con riferimento ai disegni il carico (3) nel suo spostamento lungo la guida si sposta di moto vario (non rettilineo) sia verticalmente (asse Y) sia orizzontalmente nella direzione di allontanamento ed avvicinamento rispetto alla parete (P) (asse X). In practice, unlike a traditional type machine in which the load is guided along an obligatory straight and vertical path, in the present invention the trajectory carried out by the load does not take place along a straight axis, but, with different forms of guide, it is possible to obtain two- and three-dimensional paths (in the plane and in space). With reference to the drawings, the load (3) in its displacement along the guide moves with various motion (not rectilinear) both vertically (Y axis) and horizontally in the moving away and approaching direction with respect to the wall (P) (X axis).
Come visibile nei disegni, il carico può essere costituito da un carrello (3) di massa prestabilita, scorrevole lungo la guida (4) . In particolare, il carrello (3) è provvisto di supporti (30) per l'alloggiamento di uno o più dischi (31) che definiscono la massa del carrello. Inoltre, al carrello (3) è fissata un'impugnatura (2) per le mani dell 'utilizzatore, al centro di detta impugnatura essendo previsto un poggiatesta (20) destinato alla zona della nuca dell'utilizzatore . As can be seen in the drawings, the load can be constituted by a trolley (3) of predetermined mass, sliding along the guide (4). In particular, the carriage (3) is provided with supports (30) for housing one or more discs (31) which define the mass of the carriage. Furthermore, a handle (2) for the user's hands is fixed to the trolley (3), a headrest (20) intended for the user's nape area being provided in the center of said handle.
La macchina, inoltre, può essere provvista di una pedana (7) per i piedi dell'utilizzatore provvista di mezzi di fissaggio nell'angolazione desiderata in modo da permettere il posizionamento stabile secondo differenti angolazioni; la pedana (7), schematicamente rappresentata in Fig.9, inclinandosi sull'asse sagittale, può variare il piano di appoggio orizzontale del piede. Furthermore, the machine can be provided with a platform (7) for the user's feet provided with fixing means at the desired angle so as to allow stable positioning according to different angles; the platform (7), schematically represented in Fig. 9, by tilting on the sagittal axis, can vary the horizontal support plane of the foot.
Nelle Figg.5-8 è mostrato in modo schematico come la macchina (1) oggetto dell 'invenzioni si differenzi rispetto ad una macchina (1') di tipo noto. Nella macchina (1') di tipo noto è previsto un castello provvisto di due guide verticali (4') lungo le quali l'utilizzatore fa scorrere il carico (3). Il carico esegue una traiettoria verticale, coincidente con l'asse di riferimento. Nella macchina (1') di tipo noto, il ginocchio (93) è sottoposto ad un'azione roto-traslat iva in corrispondenza dello spostamento del carico che può determinare effetti dannosi. Infatti, è facilmente intuibile che si determinano due rotazioni contemporanee del segmento tibiale (92) rispetto al piede (91) e del segmento femorale (94) rispetto allo stesso segmento tibiale (91). Il ginocchio (93), quando il carico viene spinto verso l'alto (ovvero passando dalla configurazione di Fig.5 a quella di Fig.6), esegue una traslazione, evidenziata con la freccia (T), e gli angoli definiti dal segmento tibiale (92) rispettivamente con il segmento femorale (94) ed il piede (91) subiscono simultanee variazioni. In Figs. 5-8 it is schematically shown how the machine (1) object of the invention differs from a machine (1 ') of a known type. In the machine (1 ') of the known type there is provided a castle provided with two vertical guides (4') along which the user makes the load (3) slide. The load follows a vertical trajectory, coinciding with the reference axis. In the machine (1 ') of the known type, the knee (93) is subjected to a roto-translational action in correspondence with the displacement of the load which can cause harmful effects. In fact, it is easy to understand that two simultaneous rotations of the tibial segment (92) with respect to the foot (91) and of the femoral segment (94) with respect to the same tibial segment (91) occur. The knee (93), when the load is pushed upwards (i.e. passing from the configuration of Fig. 5 to that of Fig. 6), performs a translation, highlighted by the arrow (T), and the angles defined by the segment tibialis (92) with the femoral segment (94) and the foot (91) respectively undergo simultaneous variations.
Al contrario, con la macchina (1) oggetto dell'invenzione l'angolo formato dal segmento tibiale (92) con il piede (91) resta fisso e sostanzialmente pari a 90°. On the contrary, with the machine (1) object of the invention the angle formed by the tibial segment (92) with the foot (91) remains fixed and substantially equal to 90 °.
Per eseguire un esercizio, 1 'utilizzatore è disposto con i piedi in corrispondenza della verticale del punto di arrivo del carico al termine della traiettoria lungo la guida (4) ed ha le mani sull'impugnatura (2) del carico (3), il quale si trova in corrispondenza del fine corsa inferiore (61) della guida (4). In questa configurazione il carico, inizialmente fuori dall'asse di riferimento è stato portato sull'asse stesso dove viene sostenuto e da dove è possibile riportarlo fuori asse riabbassandolo lungo la guida che permette di sostenerlo durante il movimento senza provocare sforzi di taglio sulle articolazioni e senza sovraccarico funzionale sui corpi vertebrali. To perform an exercise, the user is placed with his feet in correspondence with the vertical point of arrival of the load at the end of the trajectory along the guide (4) and has his hands on the handle (2) of the load (3), the which is located in correspondence with the lower stop (61) of the guide (4). In this configuration, the load, initially outside the reference axis, has been brought onto the axis itself where it is supported and from where it is possible to bring it back off axis by lowering it along the guide which allows it to be supported during movement without causing shear stresses on the joints and without functional overload on the vertebral bodies.
Il movimento impresso inizialmente dall'utilizzatore (verso l'alto ed in allontanamento rispetto alla parete o supporto posteriore P) porta il carico in corrispondenza dell'asse di riferimento, cioè sul punto di appoggio dei piedi. The movement initially imparted by the user (upwards and away from the rear wall or support P) brings the load in correspondence with the reference axis, that is, on the support point of the feet.
In altre parole, nella corsa verso l'alto si ha una sorta di "riallineamento" del carico rispetto all'asse di riferimento. In other words, in the upward stroke there is a sort of "realignment" of the load with respect to the reference axis.
Nella corsa di andata, verso l'alto, l'esecuzione dell'esercizio può essere definita come concentrica, mentre sarà eccentrica nella corsa di ritorno. Si ottiene, in definitiva, un movimento che in natura non sarebbe esercitabile ma che permette di creare in modo "artificioso" quelle coppie di forze che permettono di effettuare in modo più conforme al "naturale" la rotazione dell'articolazione senza che si manifestino eccessive sollecitazione causate dalle forze di taglio. Tutto questo risulta enormemente utile nelle terapie di riabilitazione motoria. In the outward stroke, upward, the execution of the exercise can be defined as concentric, while it will be eccentric in the return stroke. Ultimately, a movement is obtained which in nature would not be practicable but which allows to create in an "artificial" way those pairs of forces that allow the rotation of the joint to be carried out in a more "natural" way without excessive occurrence. stress caused by shear forces. All this is enormously useful in motor rehabilitation therapies.
I particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente nella forma, dimensioni, disposizione degli elementi, natura dei materiali impiegati, senza peraltro uscire dall'àmbito dell'idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto. The details of execution can in any case vary in an equivalent manner in the shape, dimensions, arrangement of the elements, nature of the materials used, without however departing from the idea of the solution adopted and therefore remaining within the limits of the protection granted by this patent.
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