RU2804958C1 - Treadmill with adaptive speed and incline adjustment - Google Patents

Treadmill with adaptive speed and incline adjustment Download PDF

Info

Publication number
RU2804958C1
RU2804958C1 RU2023110350A RU2023110350A RU2804958C1 RU 2804958 C1 RU2804958 C1 RU 2804958C1 RU 2023110350 A RU2023110350 A RU 2023110350A RU 2023110350 A RU2023110350 A RU 2023110350A RU 2804958 C1 RU2804958 C1 RU 2804958C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
treadmill
belt
frame
running
movement
Prior art date
Application number
RU2023110350A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артём Дмитриевич Обухов
Денис Леонидович Дедов
Антон Юрьевич Потлов
Алексей Евгеньевич Архипов
Андрей Андреевич Волков
Артем Юрьевич Свешников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2804958C1 publication Critical patent/RU2804958C1/en

Links

Abstract

FIELD: sports equipment.
SUBSTANCE: exercise device specifically designed to regulate the activity of the cardiovascular system, to train speed or coordination of movements, in particular with movable endless bands, and can be used for medical rehabilitation (orthopaedics, therapeutic exercises), sports, games or entertainment. The treadmill with adaptive adjustment of the speed and inclination of the web contains a DC stepper motor, pneumatic cylinders with electromechanical drives for reciprocating linear and rotary (in a limited angular range) movement, a magnetic brake, as well as a block for geometric transformations and biomedical data processing. The above improvements make it possible to simulate the surface topography and adaptability of the step (for this topography), as in the walking movements in the natural environment usual for the human body. A series of laboratory experiments showed an increase in the efficiency of using the developed treadmill with adaptive adjustment of the speed and inclination of the belt for medical rehabilitation tasks by at least 14% compared to the prototype, which indicates achievement of the set technical task.
EFFECT: increased efficiency of use for medical rehabilitation.
1 cl

Description

Предлагаемое изобретение относится к области устройств для упражнений, специально предназначенных для регулирования деятельности сердечно-сосудистой системы, для тренировки быстроты или координации движений, в частности с подвижными бесконечными лентами, и может быть использовано для медицинской реабилитации (ортопедия, лечебная гимнастика), занятий спортом, игр или развлечений.The present invention relates to the field of exercise devices specifically designed to regulate the activity of the cardiovascular system, to train speed or coordination of movements, in particular with movable endless belts, and can be used for medical rehabilitation (orthopedics, therapeutic exercises), sports, games or entertainment.

Медицинская реабилитация осуществляется после травм (например, ортопедическая реабилитация после перелома) или при отдельных заболеваниях (например, кардиореабилитация при заболеваниях сердца, неврологическая реабилитация при парезах) для полного или частичного восстановления функций человеческого организма. При этом довольно часто используются беговые дрожки с управляемыми скоростью движения и углом наклона полотна. Medical rehabilitation is carried out after injuries (for example, orthopedic rehabilitation after a fracture) or for certain diseases (for example, cardiac rehabilitation for heart disease, neurological rehabilitation for paresis) to fully or partially restore the functions of the human body. In this case, treadmills with controlled speed and belt inclination angle are often used.

По патенту на полезную модель RU 202320 U1, МПК A63B 22/02, опубл. 11.02.2021г. известна беговая дорожка, содержащая раму с валами и установленную на ней деку, на которую натянуто беговое полотно, включающее два слоя, соединенные между собой, отличающаяся тем, что соединение слоев бегового полотна выполнено разъемным. Известны варианты вышеописанной беговой дорожки в которых: соединение слоев бегового полотна выполнено в виде крючков, расположенных на поверхности одного из слоев, и ворсистого материала на поверхности второго слоя; соединение слоев бегового полотна выполнено в виде выступов, выполненных на поверхности одного из слоев, и соответствующих им углублений на поверхности второго слоя; для соединения концов бегового полотна на одном из них выполнены крепежные элементы, а на другом - отверстия с установленными в них кольцами; один из слоев бегового полотна содержит поверхность, имитирующую природный материал; один из слоев бегового полотна выполнен рельефным; один из слоев бегового полотна содержит разделенные сектора, наполненные микрогранулами; к раме закреплены поручни, расположенные параллельно друг другу; поручни выполнены с возможностью прикрепления элементов, имитирующих природные материалы; рама выполнена с возможностью прикрепления элементов, имитирующих природные материалы. Техническим результатом беговой дорожки является повышении технологичности.According to utility model patent RU 202320 U1, IPC A63B 22/02, publ. 02/11/2021 A treadmill is known that contains a frame with shafts and a deck installed on it, on which a running belt is stretched, including two layers connected to each other, characterized in that the connection of the layers of the running belt is made detachable. There are known variants of the above-described treadmill in which: the connection of the layers of the running belt is made in the form of hooks located on the surface of one of the layers, and fleecy material on the surface of the second layer; the connection of the layers of the running fabric is made in the form of protrusions made on the surface of one of the layers and corresponding recesses on the surface of the second layer; to connect the ends of the running belt, fastening elements are made on one of them, and on the other there are holes with rings installed in them; one of the layers of the running surface contains a surface that imitates natural material; one of the layers of the running surface is made in relief; one of the layers of the running surface contains divided sectors filled with microgranules; handrails are attached to the frame, located parallel to each other; the handrails are made with the possibility of attaching elements that imitate natural materials; the frame is made with the ability to attach elements that imitate natural materials. The technical result of the treadmill is increased manufacturability.

Недостатком беговой дорожки по патенту RU 202320 U1 является недостаточная эффективность использования в задачах медицинской реабилитации, обусловленная отсутствием адаптивной подстройки скорости и угла наклона полотна.The disadvantage of the treadmill according to patent RU 202320 U1 is the insufficient efficiency of use in medical rehabilitation tasks, due to the lack of adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt.

По патенту на изобретение RU 2563789 C2, МПК A63B 22/02, опубликованному 20.09.2015 г. известна всенаправленная беговая дорожка с одной лентой, содержащая: множество поперечных балок, связанных друг с другом для образования непрерывного контура, имеющего, по существу, плоскую верхнюю поверхность, причем каждая из множества поперечных балок имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, приводной механизм поперечных балок, смонтированный на раме и соединенный с множеством поперечных балок, для приведения в движение непрерывного контура, единую конвейерную ленту, проходящую по внешней поверхности каждой поперечной балки и проходящую по спирали от первого конца внутренней поверхности каждой поперечной балки ко второму, противоположному первому, концу внутренней поверхности соседней поперечной балки, приводной механизм конвейерной ленты, соединенный с конвейерной лентой. Известные варианты всенаправленной беговой дорожки с одной лентой в которых: множество поперечных балок соединено друг с другом посредством установки на первой и второй приводных цепях, при этом первая приводная цепь смонтирована между первой парой цепных колес, а вторая приводная цепь смонтирована между второй парой цепных колес, причем первый конец каждой поперечной балки смонтирован на первой приводной цепи, а второй конец каждой поперечной балки смонтирован на второй приводной цепи, при этом каждое противоположное цепное колесо из первой и второй пары цепных колес смонтировано на общей оси, поддерживаемой посредством рамы оси, соединенной с рамой; приводной механизм поперечных балок содержит приводной двигатель, соединенный с одной из общих осей цепных колес; каждая поперечная балка имеет отверстие, образованное на одной боковой грани в выбранном положении вдоль ее длины, и стержень, выступающий из второй грани, противоположной первой грани, в выбранном положении, при этом стержень каждой поперечной балки проходит в отверстие соседней поперечной балки; приводной механизм конвейерной ленты содержит приводной двигатель ленты, соединенный с одной конвейерной лентой; исполнительный механизм наклона, подсоединенный между рамой и рамой оси, для наклона, по существу, плоской верхней поверхности непрерывного контура на угол относительно горизонтальной плоскости; рама оси смонтирована на раме в паре противоположных точек поворота; дополнительно содержится снаряжение пользователя, смонтированное на раме; дополнительно содержится интерфейс динамического управления, который включает в себя плавающую раму, имеющую скользящие крепления к четырем вертикальным опорам, один трос, перемещающийся ко всем четырем из вертикальных опор с помощью шкивов для побуждения плавающей рамы оставаться на уровне относительно всенаправленной беговой дорожки и исполнительный механизм, соединенный с одной из вертикальных опор, для регулирования величины вертикального усилия, прикладываемого к плавающей раме. Техническим результатом всенаправленной беговой дорожки с одной лентой является имитация эффекта инерции, которую пользователь нормально ощущал бы при действительном движении.According to the patent for the invention RU 2563789 C2, IPC A63B 22/02, published on September 20, 2015, an omnidirectional treadmill with one belt is known, containing: a plurality of cross beams connected to each other to form a continuous contour having an essentially flat top surface, each of the plurality of cross beams having an inner surface and an outer surface, a cross beam drive mechanism mounted on a frame and coupled to the plurality of cross beams to drive a continuous contour, a single conveyor belt extending across the outer surface of each cross beam and extending in a spiral manner from the first end of the inner surface of each cross beam to the second, opposite the first, end of the inner surface of the adjacent cross beam, a conveyor belt drive mechanism connected to the conveyor belt. Known embodiments of an omnidirectional single belt treadmill in which: a plurality of cross beams are connected to each other by mounting on first and second drive chains, the first drive chain being mounted between a first pair of sprockets, and the second drive chain being mounted between a second pair of sprockets, wherein the first end of each cross beam is mounted on a first drive chain, and the second end of each cross beam is mounted on a second drive chain, wherein each opposing sprocket of the first and second pair of sprockets is mounted on a common axle supported by an axle frame coupled to the frame ; the drive mechanism of the transverse beams contains a drive motor connected to one of the common axes of the sprocket wheels; each cross beam has an opening formed on one side face at a selected position along its length, and a rod protruding from a second face opposite the first face at a selected position, the rod of each cross beam extending into the hole of the adjacent cross beam; the conveyor belt drive mechanism includes a belt drive motor coupled to one conveyor belt; a tilt actuator coupled between the frame and the axle frame for tilting the substantially flat upper surface of the continuous contour at an angle relative to the horizontal plane; the axle frame is mounted on the frame at a pair of opposite pivot points; additionally contains user equipment mounted on the frame; further comprises a dynamic control interface that includes a floating frame having sliding attachments to four vertical supports, a single cable moving to all four of the vertical supports via pulleys to cause the floating frame to remain level with respect to the omnidirectional treadmill, and an actuator coupled to with one of the vertical supports to regulate the amount of vertical force applied to the floating frame. The technical result of an omnidirectional single-belt treadmill is to simulate the inertia effect that a user would normally experience during actual movement.

Недостатком всенаправленной беговой дорожки с одной лентой по патенту RU 2563789 C2 является недостаточная эффективность использования в задачах медицинской реабилитации, обусловленная отсутствием адаптивной подстройки скорости и угла наклона полотна.The disadvantage of the omnidirectional treadmill with one belt according to patent RU 2563789 C2 is the insufficient efficiency of use in medical rehabilitation tasks, due to the lack of adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt.

Ближайшим аналогом (прототипом) разработанной беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна является реабилитационная беговая дорожка (патент US 8956268 B2, МПК A63B 22/00 и A63B 2/00, опубл. 17.02.2015г.), включающая в себя: каркас, беговую платформу, прикрепленную к каркасу и имеющую беговое полотно для прерывистого перемещения, по меньшей мере две пары датчиков темпа, закрепленных на каркасе и расположенных с двух сторон бегового полотна, при этом первая пара датчиков темпа определяет точку начала движения для генерации сигнала активации, а вторая пара датчиков темпа определяет точку остановки движения и генерации сигнала остановки, панель управления, установленную на каркасе и электрически соединенную с беговой платформой и датчиками темпа, при этом панель управления получает сигнал активации или сигнал остановки, причем для обеспечения прерывистого перемещения бегового полотна наличие сигналов активации и остановки перепроверяется с заданной частотой. Известны варианты реабилитационной беговой дорожки в которых, используется по меньшей мере три пары датчиков темпа; первая пара датчиков темпа определяет точку начала движения для генерации сигнала активации, а вторая и третья пары датчиков темпа определяет точку остановки движения и генерации сигнала остановки; первая и вторая пары датчиков темпа определяют точку начала движения для генерации сигнала активации, а третья пара датчиков темпа определяет точку остановки движения и генерации сигнала остановки; датчики темпа представляют собой фотопрерыватели. Техническим результатом реабилитационной беговой дорожки является повышение эффективности имитации физиологии бега за счет обеспечения прерывистого движения пациента при попеременной опоре то на одну, то на другую ногу. The closest analogue (prototype) of the developed treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt is a rehabilitation treadmill (patent US 8956268 B2, IPC A63B 22/00 and A63B 2/00, published 02/17/2015), including: frame , a running platform attached to the frame and having a running belt for intermittent movement, at least two pairs of tempo sensors attached to the frame and located on two sides of the running belt, wherein the first pair of tempo sensors determines the point of movement initiation for generating an activation signal, and the second pair of pace sensors determines the point of stopping the movement and generating a stop signal, a control panel mounted on the frame and electrically connected to the running platform and pace sensors, while the control panel receives an activation signal or a stop signal, and to ensure intermittent movement of the running belt, the presence of activation signals and stops are rechecked at a specified frequency. There are known variants of a rehabilitation treadmill in which at least three pairs of tempo sensors are used; the first pair of tempo sensors determines the starting point of movement to generate an activation signal, and the second and third pairs of tempo sensors determine the point of stopping movement and generating a stop signal; the first and second pairs of tempo sensors determine the starting point of the movement to generate an activation signal, and the third pair of tempo sensors determine the point of stopping the movement and generating a stop signal; Tempo sensors are photointerrupters. The technical result of the rehabilitation treadmill is to increase the efficiency of simulating the physiology of running by providing intermittent movement of the patient with alternating support on one or the other leg.

Недостатком реабилитационной беговой дорожки по патенту US 8956268 B2 является недостаточная эффективность использования в задачах медицинской реабилитации, обусловленная отсутствием адаптивной подстройки скорости и угла наклона полотна.The disadvantage of the rehabilitation treadmill according to US patent 8956268 B2 is the insufficient efficiency of use in medical rehabilitation tasks, due to the lack of adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt.

Технической задачей беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна является повышение эффективности использования в задачах медицинской реабилитации за счет использования шагового электродвигателя постоянного тока, пневматических цилиндров с электромеханическими приводами возвратно-поступательного линейного и поворотного (в ограниченном угловом диапазоне) движения, магнитного тормоза, а также блока геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных. The technical task of a treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt is to increase the efficiency of use in medical rehabilitation tasks through the use of a DC stepper motor, pneumatic cylinders with electromechanical drives of reciprocating linear and rotary (in a limited angular range) movement, magnetic brake, as well as a block of geometric transformations and processing of biomedical data.

Поставленная техническая задача достигается тем, что беговая дорожка с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна, как и устройство, которое является ближайшим аналогом включает в себя: каркас, беговую платформу, прикрепленную к каркасу и имеющую беговое полотно, по меньшей мере две пары датчиков темпа, закрепленных на каркасе и расположенных с двух сторон бегового полотна, при этом первая пара датчиков темпа определяет точку начала движения для генерации сигнала активации, а вторая пара датчиков темпа определяет точку остановки движения для генерации сигнала остановки, панель управления, установленную на каркасе и электрически соединенную с беговой платформой, при этом панель управления получает сигнал активации или сигнал остановки, причем для обеспечения прерывистого перемещения бегового полотна наличие сигналов активации и остановки перепроверяется с заданной частотой. The stated technical task is achieved by the fact that a treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt, like the device, which is the closest analogue, includes: a frame, a running platform attached to the frame and having a running belt, at least two pairs of tempo sensors , mounted on the frame and located on both sides of the running belt, while the first pair of tempo sensors determines the starting point of movement to generate an activation signal, and the second pair of tempo sensors determines the stopping point of movement to generate a stop signal, a control panel mounted on the frame and electrically connected with a running platform, while the control panel receives an activation signal or a stop signal, and to ensure intermittent movement of the running belt, the presence of activation and stop signals is rechecked at a given frequency.

Новым в разработанной беговой дорожке с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна является то, что беговая платформа содержит под беговым полотном частично деформируемую область в виде совокупности исполнительных пластин, причем верхняя сторона каждой исполнительной пластины изготавливается выпуклой и гладко отшлифованной, а c нижняя сочленена с электромеханическим приводом возвратно-поступательного линейного и поворотного движения, при этом приводы жестко сочленены с беговой платформой, блок геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных электрически связан с панелью управления, датчиками темпа и электромеханическими приводами, панель управления сконфигурирована таким образом, что позволяет задавать рельеф имитируемой поверхности, заданный рельеф преобразуется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных в совокупность электрических команд для электромеханических приводов возвратно-поступательного линейного и поворотного движения, получив соответствующие команды частично деформируемая область изгибается, реечная зубчатая передача механически связывает каркас беговой дорожки и беговую платформу, каркас беговой дорожки содержит шаговый двигатель постоянного тока для изменения угла наклона беговой платформы относительно пола посредством линейного перемещения ротора с фиксацией его в заданном положении, при этом угол наклона задается панелью управления, анализируется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных и через соответствующую электрическую связь передается шаговому двигателю постоянного тока, движение бегового полотна по беговой платформе организовано посредством верхнего и нижнего вала, причем верхний вал содержит магнитный тормоз для адаптивной подстройки скорости движения полотна, магнитный тормоз электрически связан и управляется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных, в качестве управляющего параметра используются создаваемый магнитным тормозом уровень сопротивления движению. What is new in the developed treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt is that the running platform contains under the running belt a partially deformable area in the form of a set of actuating plates, and the upper side of each actuating plate is made convex and smoothly ground, and the lower side is articulated with an electromechanical a drive of reciprocating linear and rotary motion, while the drives are rigidly articulated with the running platform, the block of geometric transformations and processing of biomedical data is electrically connected to the control panel, tempo sensors and electromechanical drives, the control panel is configured in such a way that it allows you to set the relief of the simulated surface, the given relief is converted by a block of geometric transformations and processing of biomedical data into a set of electrical commands for electromechanical drives of reciprocating linear and rotary motion, having received the appropriate commands, the partially deformable area bends, the rack and pinion gear mechanically connects the frame of the treadmill and the running platform, the frame of the treadmill contains a stepper DC motor for changing the angle of inclination of the running platform relative to the floor by linearly moving the rotor and fixing it in a given position, while the angle of inclination is set by the control panel, analyzed by a block of geometric transformations and processing of biomedical data and transmitted through an appropriate electrical connection to a DC stepper motor, the movement running belt on a running platform is organized by means of an upper and lower shaft, wherein the upper shaft contains a magnetic brake for adaptive adjustment of the speed of movement of the belt, the magnetic brake is electrically connected and controlled by a block of geometric transformations and biomedical data processing, the level of movement resistance created by the magnetic brake is used as a control parameter .

Рассмотрим причинно-следственную связь поставленной технической задачи и конструктивных особенностей беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна. Одним из ключевых отличий привычных для человеческого организма пеших перемещений в природной среде от движений на беговой дорожке является рельеф поверхности. Что осложняет задачу медицинской реабилитации. Например, хроническая латеральная нестабильность голеностопного сустава практически не проявляется при движении по ровной поверхности. Подавляющее большинство жалоб на смещении касаются попыток двигаться по неровной поверхности. В связи с этим в устройстве беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна предусмотрено наличие частичного деформируемого участка, позволяющего преобразовать часть полотна в неровную поверхность. При этом, чем больше исполнительных пластин, тем выше достоверность имитации рельефа (но и сложнее конструкция). В связи с чем, в конкретной реализации, авторы использовали двенадцать пластин.Let's consider the cause-and-effect relationship between the stated technical problem and the design features of the treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt. One of the key differences between walking in the natural environment, which is habitual for the human body, and movements on a treadmill is the surface topography. Which complicates the task of medical rehabilitation. For example, chronic lateral ankle instability is hardly noticeable when moving on a level surface. The vast majority of misalignment complaints involve trying to move on uneven surfaces. In this regard, the design of a treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt provides for the presence of a partial deformable section, which makes it possible to transform part of the belt into an uneven surface. At the same time, the more actuating plates, the higher the reliability of the relief simulation (but also the more complex the design). Therefore, in a specific implementation, the authors used twelve plates.

Следует отметить, что речь идет об относительно небольших неровностях (не более 3 см высотой относительно общего уровня), которые с одной стороны дополнительно не травмируют пациента, а с другой стороны чрезмерно не усложняют конструкцию беговой дорожки (сильные деформации будут мешать движению полотна, приводить к чрезмерному истиранию исполнительных пластин и т.п.). Для расширения доступных для реабилитации вариантов дополнительно предусмотрено изменения уклона полотна (вместе с беговой платформой) посредством реечной зубчатой передачи и шагового двигателя. It should be noted that we are talking about relatively small irregularities (no more than 3 cm in height relative to the general level), which, on the one hand, do not additionally injure the patient, and on the other hand, do not overly complicate the design of the treadmill (strong deformations will interfere with the movement of the belt, leading to excessive abrasion of actuating plates, etc.). To expand the options available for rehabilitation, it is additionally possible to change the slope of the surface (together with the running platform) through a rack and pinion gear and a stepper motor.

В ситуации привычных для человеческого организма пеших перемещений в природной среде человек, как правило, адаптирует темп своего шаге не только под социальные потребности (более быстрый шаг в ситуации опоздания, более медленных на прогулках и т.п.), но и под рельеф местности. В связи с этим в предлагаемом устройстве беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна предусмотрено магнитное торможение бегового полотна. Уровень сопротивления беговой дорожки движения может меняться в зависимости от пользовательских настроек (в том числе синхронно с изменением рельефа). Для этого блок геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных снабжен специальным программным обеспечением, разработанным и сконфигурированным для сбора данных с панели управления и датчиков темпа и формирования управляющих сигналов для электромеханических приводов возвратно-поступательного линейного и поворотного движения, шаговому двигателю постоянного тока и магнитного тормоза.In the situation of walking on foot in the natural environment, which is habitual for the human body, a person, as a rule, adapts the pace of his step not only to social needs (a faster step in a situation of being late, slower walking, etc.), but also to the terrain. In this regard, the proposed treadmill device with adaptive adjustment of speed and belt inclination angle provides magnetic braking of the treadmill belt. The treadmill's resistance level may change depending on user settings (including changes in terrain). For this purpose, the geometric transformation and biomedical data processing unit is equipped with special software designed and configured to collect data from the control panel and tempo sensors and generate control signals for electromechanical actuators of reciprocating linear and rotary motion, a DC stepper motor and a magnetic brake.

Беговая дорожка с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна в конкретной реализации была изготовлена из нержавеющей стали, в качестве датчиков темпа были использованы двухблочные оптические датчики для бесконтактного определения наличия или отсутствия препятствия, вместо электромеханических приводов возвратно-поступательного линейного и поворотного движения использованы актуаторы линейного и кругового движения, блок геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных представлял собой однокристальный микрокомпьютер, вместо магнитного тормоза использован электродвигатель постоянного тока с магнитопорошковой муфтой, панель управления представляла собой емкостный сенсорный экран.A treadmill with adaptive adjustment of speed and belt inclination angle in a specific implementation was made of stainless steel; two-block optical sensors were used as tempo sensors to non-contactly determine the presence or absence of an obstacle; instead of electromechanical drives of reciprocating linear and rotary motion, linear and rotary actuators were used. circular motion, the block of geometric transformations and processing of biomedical data was a single-chip microcomputer, instead of a magnetic brake, a DC electric motor with a magnetic particle coupling was used, the control panel was a capacitive touch screen.

Дополнительно отметим, что предложенный подход к деформированию «рабочей поверхности» (в контексте заявки – полотна беговой дорожки) имеет отдаленную межотраслевую аналогию с адаптивными оптическими системами. Например, состоящими из множества субэлементов (с чаще всего пьезоэлектрическим или электромеханическим управлением) зеркалами современных телескопов и офтальмологических медицинских диагностических систем. Additionally, we note that the proposed approach to deforming the “working surface” (in the context of the application - the treadmill belt) has a distant cross-industry analogy with adaptive optical systems. For example, mirrors of modern telescopes and ophthalmic medical diagnostic systems consisting of many subelements (most often piezoelectrically or electromechanically controlled).

Оценки эффективности предложенного технического решения выполнена посредством анализа результатов серии лабораторных экспериментов. При этом в качестве критерия оценки эффективности использования разработанной беговой дорожки использовалась толерантность к физической нагрузке на примере 20 добровольцев. Соответственно 10 человек на протяжении одного месяца шесть дней в неделю занимались по 30 минут с использованием устройства-прототипа, а 10 других с использованием устройства в соответствии с формулой изобретения.The effectiveness of the proposed technical solution was assessed by analyzing the results of a series of laboratory experiments. At the same time, tolerance to physical activity was used as a criterion for assessing the effectiveness of using the developed treadmill on the example of 20 volunteers. Accordingly, 10 people over the course of one month, six days a week, studied for 30 minutes using the prototype device, and 10 others using the device in accordance with the claims.

Серия лабораторных экспериментов показала повышение эффективности использования разработанной беговой дорожки с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна в задачах медицинской реабилитации по меньшей мере на 14% по сравнению с прототипом, что свидетельствует о достижении поставленной технической задачи. A series of laboratory experiments showed an increase in the efficiency of using the developed treadmill with adaptive adjustment of the speed and angle of inclination of the belt in medical rehabilitation tasks by at least 14% compared to the prototype, which indicates the achievement of the technical task.

Claims (1)

Беговая дорожка с адаптивной подстройкой скорости и угла наклона полотна, включающая в себя каркас, беговую платформу, прикрепленную к каркасу и имеющую беговое полотно, по меньшей мере две пары датчиков темпа, закрепленных на каркасе и расположенных с двух сторон бегового полотна, при этом первая пара датчиков темпа определяет точку начала движения для генерации сигнала активации, а вторая пара датчиков темпа определяет точку остановки движения для генерации сигнала остановки, панель управления, установленную на каркасе и электрически соединенную с беговой платформой, при этом панель управления получает сигнал активации или сигнал остановки, причем для обеспечения прерывистого перемещения бегового полотна наличие сигналов активации и остановки перепроверяется с заданной частотой, отличающаяся тем, что беговая платформа содержит под беговым полотном частично деформируемую область в виде совокупности исполнительных пластин, причем верхняя сторона каждой исполнительной пластины изготавливается выпуклой и гладко отшлифованной, а нижняя сочленена с электромеханическим приводом возвратно-поступательного линейного и поворотного движения, при этом приводы жестко сочленены с беговой платформой, блок геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных электрически связан с панелью управления, датчиками темпа и электромеханическими приводами, панель управления сконфигурирована таким образом, что позволяет задавать рельеф имитируемой поверхности, заданный рельеф преобразуется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных в совокупность электрических команд для электромеханических приводов возвратно-поступательного линейного и поворотного движения, получив соответствующие команды частично деформируемая область изгибается, реечная зубчатая передача механически связывает каркас беговой дорожки и беговую платформу, каркас беговой дорожки содержит шаговый двигатель постоянного тока для изменения угла наклона беговой платформы относительно пола посредством линейного перемещения ротора с фиксацией его в заданном положении, при этом угол наклона задается панелью управления, анализируется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных и через соответствующую электрическую связь передается шаговому двигателю постоянного тока, движение бегового полотна по беговой платформе организовано посредством верхнего и нижнего вала, причем верхний вал содержит магнитный тормоз для адаптивной подстройки скорости движения полотна, магнитный тормоз электрически связан и управляется блоком геометрических преобразований и обработки биомедицинских данных, в качестве управляющего параметра используются создаваемый магнитным тормозом уровень сопротивления движению. A treadmill with adaptive adjustment of speed and belt inclination angle, including a frame, a running platform attached to the frame and having a running belt, at least two pairs of tempo sensors attached to the frame and located on both sides of the running belt, the first pair of tempo sensors determines the starting point of movement to generate an activation signal, and the second pair of tempo sensors determines the stopping point of movement to generate a stop signal, a control panel mounted on the frame and electrically connected to the running platform, wherein the control panel receives an activation signal or a stop signal, wherein to ensure intermittent movement of the running belt, the presence of activation and stopping signals is rechecked with a given frequency, characterized in that the running platform contains under the running belt a partially deformable area in the form of a set of actuating plates, and the upper side of each actuating plate is made convex and smoothly ground, and the lower one is articulated with an electromechanical drive of reciprocating linear and rotary motion, while the drives are rigidly articulated with the running platform, the block of geometric transformations and processing of biomedical data is electrically connected to the control panel, tempo sensors and electromechanical drives, the control panel is configured in such a way that it allows you to set the relief of the simulated surface, a given relief is converted by a block of geometric transformations and processing of biomedical data into a set of electrical commands for electromechanical drives of reciprocating linear and rotary motion, having received the appropriate commands, the partially deformable area bends, the rack and pinion gear mechanically connects the frame of the treadmill and the running platform, the frame of the treadmill contains a DC stepper motor for changing the inclination angle of the running platform relative to the floor by linearly moving the rotor and fixing it in a given position, while the inclination angle is set by the control panel, analyzed by a geometric transformation and biomedical data processing unit, and transmitted to the DC stepper motor through an appropriate electrical connection , the movement of the running belt along the running platform is organized by means of an upper and lower shaft, and the upper shaft contains a magnetic brake for adaptive adjustment of the speed of movement of the belt, the magnetic brake is electrically connected and controlled by a block of geometric transformations and biomedical data processing, the level created by the magnetic brake is used as a control parameter resistance to movement.
RU2023110350A 2023-04-21 Treadmill with adaptive speed and incline adjustment RU2804958C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804958C1 true RU2804958C1 (en) 2023-10-09

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269426C2 (en) * 2000-11-13 2006-02-10 Сосьете Де Текноложи Мишлен Pneumatic tire tread cap and recapper
RU2297866C2 (en) * 2005-05-04 2007-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Apparatus for exercising of sprinters and football players
RU2359842C2 (en) * 2004-06-16 2009-06-27 Сосьете Де Текноложи Мишлен Tyre tread with zig-zag notches and plate for such notches forming
US8012067B2 (en) * 2008-06-27 2011-09-06 Constantinos Joannou Whole body vibrator (II)
RU2546416C2 (en) * 2013-10-01 2015-04-10 Анатолий Степанович Дресвянкин Method of movement on ski, ski-rollers, skate-ski
RU2689445C1 (en) * 2018-01-09 2019-05-28 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственный Центр "Зоя" Method of imitating biathlete or skier participation in competitions of any level, in trainings and device for its implementation
RU202320U1 (en) * 2020-11-09 2021-02-11 Александр Сергеевич Шмаков Treadmill

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2269426C2 (en) * 2000-11-13 2006-02-10 Сосьете Де Текноложи Мишлен Pneumatic tire tread cap and recapper
RU2359842C2 (en) * 2004-06-16 2009-06-27 Сосьете Де Текноложи Мишлен Tyre tread with zig-zag notches and plate for such notches forming
RU2297866C2 (en) * 2005-05-04 2007-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Apparatus for exercising of sprinters and football players
US8012067B2 (en) * 2008-06-27 2011-09-06 Constantinos Joannou Whole body vibrator (II)
RU2546416C2 (en) * 2013-10-01 2015-04-10 Анатолий Степанович Дресвянкин Method of movement on ski, ski-rollers, skate-ski
RU2689445C1 (en) * 2018-01-09 2019-05-28 Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственный Центр "Зоя" Method of imitating biathlete or skier participation in competitions of any level, in trainings and device for its implementation
RU202320U1 (en) * 2020-11-09 2021-02-11 Александр Сергеевич Шмаков Treadmill

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Calabrò et al. Robotic gait rehabilitation and substitution devices in neurological disorders: where are we now?
US6217491B1 (en) Device for stimulating muscles
CA2725270C (en) Portable device for upper limb rehabilitation
CN102836048B (en) Rehabilitation training robot for lower limbs
US6146315A (en) Treadmill
US6666831B1 (en) Method, apparatus and system for automation of body weight support training (bwst) of biped locomotion over a treadmill using a programmable stepper device (psd) operating like an exoskeleton drive system from a fixed base
US7381163B2 (en) Closed-loop force controlled body weight support system
EP2098208B1 (en) Exercise aid device
CN110169893B (en) Lower limb rehabilitation training robot
JP4153996B2 (en) A device that stimulates muscles of motor organs
WO2009122943A1 (en) Exercise assist device
WO2009125397A2 (en) Device and method for foot drop analysis and rehabilitation
JP2012527907A (en) Apparatus for therapeutic treatment and / or training of human lower limbs
JP4239213B2 (en) Lower limb training device with gait induction function
RU2804958C1 (en) Treadmill with adaptive speed and incline adjustment
Taherifar et al. Lokoiran-A novel robot for rehabilitation of spinal cord injury and stroke patients
CN209751561U (en) suspension rail type bionic weight-reduction walking trainer
EP2988835B1 (en) Apparatus for training and/or analysis of the musculoskeletal system of a user
US11136234B2 (en) Rehabilitation systems and methods
SU1734741A1 (en) Device for executing walking exercises
EA008583B1 (en) Special training device for restoring moving functions
US11305152B2 (en) Apparatus for human gait manipulation
RU128105U1 (en) DEVICE FOR GYMNASTIC GYMNASTICS
JPH0482572A (en) Tread mill device
CN109363881B (en) Intelligent system for bin-shaped moving sidewalk