SI26428A - Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih - Google Patents

Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih Download PDF

Info

Publication number
SI26428A
SI26428A SI202200226A SI202200226A SI26428A SI 26428 A SI26428 A SI 26428A SI 202200226 A SI202200226 A SI 202200226A SI 202200226 A SI202200226 A SI 202200226A SI 26428 A SI26428 A SI 26428A
Authority
SI
Slovenia
Prior art keywords
tendon
force
string
impulses
reel
Prior art date
Application number
SI202200226A
Other languages
English (en)
Inventor
Andrej Olenšek
Zlatko Matjačić
Original Assignee
medica - Medizintechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by medica - Medizintechnik GmbH filed Critical medica - Medizintechnik GmbH
Priority to SI202200226A priority Critical patent/SI26428A/sl
Priority to PCT/EP2023/081756 priority patent/WO2024105033A1/en
Publication of SI26428A publication Critical patent/SI26428A/sl

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
    • A63B21/0058—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using motors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/15—Arrangements for force transmissions
    • A63B21/151—Using flexible elements for reciprocating movements, e.g. ropes or chains
    • A63B21/153—Using flexible elements for reciprocating movements, e.g. ropes or chains wound-up and unwound during exercise, e.g. from a reel
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/15—Arrangements for force transmissions
    • A63B21/157—Ratchet-wheel links; Overrunning clutches; One-way clutches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/40—Interfaces with the user related to strength training; Details thereof
    • A63B21/4001—Arrangements for attaching the exercising apparatus to the user's body, e.g. belts, shoes or gloves specially adapted therefor
    • A63B21/4009—Arrangements for attaching the exercising apparatus to the user's body, e.g. belts, shoes or gloves specially adapted therefor to the waist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B26/00—Exercising apparatus not covered by groups A63B1/00 - A63B25/00
    • A63B26/003—Exercising apparatus not covered by groups A63B1/00 - A63B25/00 for improving balance or equilibrium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B2022/0092—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements for training agility or co-ordination of movements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/012—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters
    • A63B21/0125—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters with surfaces rolling against each other without substantial slip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/012—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters
    • A63B21/018—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using frictional force-resisters including a rope or other flexible element moving relative to the surface of elements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/22—Resisting devices with rotary bodies
    • A63B21/225—Resisting devices with rotary bodies with flywheels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/02—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Predmet izuma je mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih za izvajanje motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil pri tetivnih sistemih med hojo po tekočem traku, ki omogoča izvajanje uveljavljene metode urjenja vzdrževanja dinamičnega ravnotežja med stojo in hojo. Mehanizem po izumu sestavljajo vir (1) rotacijske mehanske energije, ki je preko osne sklopitve (2) mehansko povezan z mehansko osjo (3), pri čemer je mehanska os (3) na dveh mestih uležajena z ležajema (4), nanjo pa jefiksno pritrjen navijalni kolut (5) skozi centralni valj (5'), pri katerem je med stranici navijalnega koluta (5) ekscentrično glede na os vrtenja koluta fiksno vgrajen zatezni valj (5"). Centralni valj (5') in zatezni valj (5") navijalnega koluta (5) koncentrično obdajata cilindra (6, 7), ki se lahko vsak okoli svojega valja prosto vrti. Skozi režo med centralnim valjem (5') in zateznim valjem (5") poteka in se prosto v tangencialni smeri glede na centralni valj (5') premika toga tetiva(8), ki je na enem koncu pritrjena na manšeto (14), ki objema izbrani segment človekovega telesa, na drugem pa z veznim spojem (9) spojena z elastičnim elementom (10) šibke togosti, ki tetivo (8) napenja in, ki je na nasprotnem koncu na fiksno točko (12) vpet neposredno ali posredno preko škripca (11) ali pa se napenjanje toge tetive (8) lahko izvede tudi na način, da je namesto z elastičnim elementom (10) toga tetiva (8) neposredno spojena bodisi z elastičnim elementom konstantne togosti bodisi je nanjopreko škripca obešena utež.

Description

MEHANIZEM IN METODA ZA IZVAJANJE SUNKOV SILE PRI TETIVNIH SISTEMIH
Predmet izuma je mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih za izvajanje motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil pri tetivnih sistemih med hojo po tekočem traku, ki omogoča izvajanje uveljavljene metode urjenja vzdrževanja dinamičnega ravnotežja med stojo in hojo. Predlagana mehanizem in metoda omogočata izboljšanje kvalitete interakcije med uporabnikom in tetivnim sistemom za aplikacijo motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil v intervalih med posameznimi aplikacijami sile, obenem pa v trenutkih pred aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil zagotovi ustrezno napetost tetiv oziroma prepreči njihovo ohlapnost.
Perturbacijski trening (angl, perturbation-based-training - PBT) je uveljavljena metoda vzdrževanja dinamičnega ravnotežja med stojo in hojo na tekočem traku, pri kateri se na segmente telesa aplicirajo zunanje motilne ali podporne sile ali sunki sile. Posebno zanimivi so sistemi, ki za prenos motilne ali podporne sile ali sunka sile od aktuatorja - vira sile - do izbranega segmenta telesa uporabljajo tetivni sistem (primer: naprava A-TPAD, Aprigliano F, Martelli D, Kang J, Kuo SH, Kang UJ, Monaco V, Micera S, Agravval SK. Effects of repeated waist-pull perturbations on gait stability in subjects with cerebellar ataxia. J Neuroeng Rehabil. 2019 Apr 11;16(1):50. doi: 10.1186/s12984-019-0522-z. PMID: 30975168; PMCID: PMC6460671). Pri tetivnih sistemih osebe ne nosijo celotnih sistemov ampak so aktuatorji - viri sile - nameščeni na zunanje ogrodje, do osebe pa vodijo zgolj tetive, ki so pritrjene na izbrani segment telesa, in ki prenašajo silo do izbranega segmenta telesa. Tetivni sistemi so zato lahki, dodana teža in vztrajnost pa je manjša kot na primer pri sistemih, ki za prenos sile na uporabnika uporabljajo toge segmente (primer naprava BART: Olenšek, A., Zadravec, M. & Matjačič, Z. A novel robot for imposing perturbations during overground walking: mechanism, control and normative stepping responses. J NeuroEngineering RehabilA3, 55 (2016). https://doi.org/10.1186/s12984-0160160-7), ali pri eksoskeletih (primer naprava Lokomat).
V splošnem je tetivni sistem sestav aktuatorja, običajno motorja, ki je vir motilne ali podporne sile ali sunka sile, in tetive (na primer vrvice, jeklenice...), ki je na enem - distalnem (gledano s strani uporabnika) - koncu pritrjena na os motorja bodisi neposredno bodisi preko škripca, na drugem - proksimalnem (gledano s strani uporabnika) - koncu pa je pritrjena na točko vpetja na izbranem segmentu telesa uporabnika. Ob aplikaciji motilne ali podporne sile ali sunka sile se motor zavrti, da povleče tetivo, preko nje pa se sila vleka prenese na izbrani segment telesa (primer naprava 3DCaLT: Wu M, Kim J, Wei F. Facilitating VVeight Shifting During Treadmill Training Improves VValking Function in Humans With Spinal Cord lnjury: A Randomized Controlled Pilot Study. Am J Phys Med Rehabil. 2018 Aug;97(8):585-592. doi:
10.1097/PHM.0000000000000927. PMID: 29547448; PMCID:
PMC6051897).
Da bi takšen tetivni sistemi od izvora sile - aktuatorja - do izbranega segmenta telesa v izbranih intervalih na uporabnika prenesli motilno ali podporno silo ali impulz sile, morajo zagotoviti, da je tetiva ob trenutku aplikacije motilne ali podporne sile ali sunka sile napeta (oziroma preprečiti njeno ohlapnost). V ta namen morajo tetivni sistemi zagotoviti napetost/preprečiti ohlapnost tetiv v intervalih med aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali impulzov sil. To štejemo med poglavitne izzive tetivnih sistemov, saj se segmenti telesa gibljejo v 3D prostoru, s tem pa tudi točke vpetja tetiv na izbrani segment, kar terja sledenje proksimalnega konca tetive gibanju segmentov telesa. Pri tem prihaja do situacije, ko se izbrani segment telesa in točka vpetja tetive (proksimalni konec tetive) na izbrani segment gibata v smeri tetive od aktuatorja, kar se odraža kot vlek tetive. Če naj se izbrani segment premakne v želeno smer, potem mu mora tetiva slediti - dolžina tetive se mora ustrezno podaljšati. Kolikor se to ne zgodi, na uporabnika deluje neželena zunanja sila. Nasprotno, ko se izbrani segment telesa in točka vpetja tetive (proksimalni konec tetive) na njem gibata v smeri tetive vendar proti aktuatorju, se to odraža kot sprostitev tetive - brez ustrezne korekcije se tetiva sprosti in postane ohlapna. Če naj tetiva ohrani napet položaj, potem se mora njena dolžina ustrezno zmanjšati. Kolikor se to ne zgodi, tetiva ob aplikaciji motilne ali podporne sile ali sunka sile ni napeta oziroma je ohlapna. Idealno bi želeli, da se dolžine tetiv prilagajajo tako, da so minimalno napete in da točke vpetja tetiv na izbranih segmentih popolnoma sledijo gibanju segmentov telesa uporabnika, pri čemer med segmentom telesa in tetivo naj ne obstaja nobena sila. Govorimo o transparentnosti interakcije med tetivami in izbranim segmentom telesa, ki je tem boljša, čim manjša je sila med njima, torej sila s katero je tetiva napeta.
Ustrezno sledenje točki vpetja tetive na izbranem segmentu telesa uporabnika in zagotavljanje zadostne napetosti pred aplikacijo motilne ali podporne sile ali impulza sile se največkrat reši z uporabo servo-motornega pogona z ustreznimi nazivnimi silami/momenti in močmi, ki tetivo na distalnem koncu (gledano s strani uporabnika) ustrezno navija oziroma odvija na svojo os ali škripec na svoji osi. Na ta način zmanjšuje ali povečuje efektivno dolžino tetive glede na gibanje točk vpetja tetiv na izbranih segmentih telesa. Tovrstno vodenje se običajno uporablja v kombinaciji
- z merilniki sile, ki merijo silo, s katero je tetiva napeta, in se vodenje dolžine tetive odziva na meritev sile
- z merjenjem pozicije točke vpetja - pozicije primarnega konca tetive - in/ali segmentov telesa (npr. s optičnimi sistemi, potenciometri,..) in se vodenje efektivne dolžine tetive odziva na meritev pozicije
- z elastičnimi elementi, ki se jih doda zaporedno s togo tetivo - na ta način elastični elementi zagotavljajo, da so tetive vedno napete, obenem pa se lahko oceni silo s katero so tetive napete, če se meri raztezek elastičnih elementov in se rezultat prav tako uporabi za vodenje servo-motornega pogona (primera: naprava A-TPAD, Aprigliano F, Martelli D, Kang J, Kuo SH, Kang UJ, Monaco V, Micera S, Agravval SK. Effects of repeated waist-pull perturbations on gait stability in subjects with cerebellar ataxia. J Neuroeng Rehabil. 2019 Apr 11;16(1):50. doi: 10.1186/s12984-019-0522-z. PMID: 30975168; PMCID: PMC6460671 in naprava 3DCaLT: Wu M, Kirn J, VVei F. Facilitating VVeight Shifting During Treadmill Training Improves VValking Function in Humans With Spinal Cord lnjury: A Randomized Controlled Pilot Study. Am J Phys Med Rehabil. 2018 Aug;97(8):585-592. doi: 10.1097/PHM.0000000000000927. PMID: 29547448; PMCID: PMC6051897). Izvedba takšnega vodenja v intervalih med aplikacijami posameznih motilnih ali podpornih sil ali impulzov sil je z mehanskega vidika in z vidika vodenja zelo zahtevna in ne omogoča popolno transparentnost interakcije z uporabnikom. Obenem se preko tetiv na segmente telesa prenašajo tudi neželene dinamične lastnosti servo-motornih pogonov, kot sta trenje in vztrajnost, ki morebitno transparentnost interakcije med uporabnikom in tetivami in še poslabšajo.
Zadnje je možno v veliki meri zmanjšati, če sta izvor sile (npr. elektro motor) in distalni konec tetive (konec, ki je bliže izvoru sile) z elektromagnetno sklopko mehansko povezana zgolj v času aplikacije motilnih ali podpornih sil ali impulzov sil, sicer pa sta v vmesnih intervalih mehansko ločena (primer: naprava KEES, patentna prijava MATJAČIČ, Zlatko, OLENŠEK, Andrej. Modularna naprava za generiranje motilnih ali podpornih sunkov sile med hojo po tekočem traku: patent Sl 26153 A, 2022-09-30. Ljubljana: Urad RS za intelektualno lastnino, 2022. 17 str., 7 str. pril., ilustr. https://worldwide.espacenet.com/patent/search/ family/083444923/publication/SI26153A?q=pn%3DSI26153A, http://www3.uilsipo.si/PublicationServer/documentpdf.jsp?iDocld=51499&iepatch=.pdf. [COBISS.SI-ID 125461251], patent family: P-202100048, 2021-03-19).
V tem primeru se napenjanje tetive v intervalih med aplikacijami posameznih motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil zagotovi bodisi s protiutežjo bodisi z elastičnim elementom na distalnem koncu tetive, ki tetivo vleče v smeri stran od točke vpetja in jo tako napenja. Čeprav na ta način odpravimo neželene dinamične lastnosti aktuatorja in se transparentnost interakcije z uporabnikom izboljša, se preko tetive na izbrani segment uporabnika še vedno prenašajo dinamične lastnosti (trenje, vztrajnostni moment) elektromagnetne sklopke in pasivnih mehanskih komponent (gredi, škripcev, protiutež!). Neželene sile, ki zaradi tega delujejo na izbrani segment telesa imajo še posebno občuten vpliv v primerih, ko gre za manipulacijo segmenta telesa, ki med gibanjem doseže višje hitrosti.
Glede na znano stanje tehnike obstaja potreba po učinkovitejši rešitvi za izboljšanje transparentnosti interakcije med izbranim segmentom telesa uporabnika in tetivami sistema za aplikacijo motilnih ali podpornih sil ali impulzov sil (v vmesnih intervalih, ko se med tetivnim sistemom za aplikacijo motilnih ali podpornih sil ali impulzov sil in izbranim segmentom uporabnika ne prenaša motilna ali podporna sila ali impulz sile).
Predlagana mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih omogočata izboljšanje kvalitete interakcije med uporabnikom in tetivnim sistemom za aplikacijo motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil v intervalih med posameznimi aplikacijami, obenem pa v trenutkih pred aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil zagotovi ustrezno napetost tetiv oziroma prepreči njihovo ohlapnost, da se v času aplikacije sile ta preko tetive prenese od izvora sile na izbrani segment telesa uporabnika. Poglavitni mehanski značilnosti predlaganega mehanizma sta i) pritrditev toge tetive na svojem distalnem koncu z elastičnim elementom šibke togosti neposredno ali preko lahkih škripcev na mirujočo točko in ii) mehanizem navijanja tetive, ki ga sestavljata vir rotacije (na primer servo-motorni pogon) in kolut, na katerega se v času aplikacije motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil distalni konec tetive najprej zapne in nato navije, v intervalih med aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil pa se distalni konec tetive odvije s koluta in mehansko loči od vira rotacije in koluta do naslednje aplikacije sile.
Poglavitna funkcionalna značilnost predlaganega mehanizma in metode za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih je, da se v intervalih med posameznimi aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil zaradi mehanske ločitve tetive od izvora sile na izbrani segment telesa uporabnika ne prenaša neželenih statičnih in dinamičnih lastnosti mehanskih pogonskih komponent, ki se sicer uporabljajo za generiranje in prenos sile preko tetiv do segmentov uporabnika, na primer trenje, masa, vztrajnost in vztrajnostni moment motorja, sklopke, pogonskih gredi, jermenic in jermenov, navijalnih kolutov/škripcev, protiuteži. Obenem elastični element, ki je na enem koncu pritrjen na distalni konec toge tetive, na drugem koncu pa na fiksno točko in, ki ima šibko togost, zagotavlja napenjanje tetive z minimalno potrebno silo. Ker imata tako tetiva kot tudi elastični element majhni masi, je vpliv njunih statičnih in dinamičnih lastnosti na izbrani segment telesa uporabnika majhen. Obe funkcionalni značilnosti občutno izboljšata transparentnost interakcije med izbranim segmentom telesa uporabnika in tetivnim sistemom za aplikacijo motilnih in podpornih sil ali sunkov sil, zaradi česar ima ta minimalni vpliv na gibanje uporabnika.
V primerjavi s primerljivimi napravami predlagana mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih ne potrebujeta senzorjev ali kompleksnih regulacijskih shem vodenja, ki bi ustrezno prilagajali dolžine tetiv, da bi bile te v intervalih med aplikacijami posameznih motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil ustrezno napete s čim manjšo možno silo. Za vodenje predlaganega mehanizma zadostuje izmenično vključevanje in izključevanje vira rotacijske energije (na primer servo-motorni pogon, vztrajnik...). V času aplikacije motilne ali podporne sile ali sunka sile se z elektronskim vezjem, ki izvaja funkcijo stikala, na kolut z vira rotacijske energije (na primer servo-motorni pogon, vztrajnik...) prenese rotacijska energija, ki kolut zasuče tako, da se tetiva nanj zapne in navije. V intervalu med zaporednima aplikacijama motilne ali podporne sile ali impulza sile se odvijanje tetive s koluta zagotovi
- samodejno: elektronsko vezje, ki izvaja funkcijo stikala, izključi dovajanje rotacijske energije, tetiva pa se samodejno odvije in mehansko loči od koluta zaradi sile napenjanja, ki nastane kot kombinacija vleka tetive zaradi gibanja segmenta telesa uporabnika in vleka elastičnega elementa
- samodejni način s podporo rotacijskega aktuatorja: z elektronskim vezjem, ki izvaja funkcijo stikala, kratkotrajno spremeni smer rotacijske energije, da se kolut zavrti v obratni smeri navijanja tetive do izhodiščne lege, ko se tetiva mehansko loči od koluta
Mehanizem in metodo za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih bomo podrobneje obrazložili na osnovi primera in s pripadajočimi slikami, od katerih kaže:
slika 1 shematski prikaz konstrukcijske izvedbe mehanizma po izumu za modulacijo dolžine tetive v konkretni uporabi;
slika 2 shematski prikaz principa delovanja;
slika 3 shematski prikaz možnih izvedb naprave;
slika 4 možne izvedbe navijalnega koluta.
Na sliki 1 je podan shematski prikaz konstrukcijske izvedbe predlaganega mehanizma za izvajanje motilnih in podpornih sunkov sile na izbrani segment telesa med stojo ali hojo po tekočem traku pri tetivnih sistemih s prikazom konkretne uporabe.
Vir 1 rotacijske mehanske energije, npr. električni rotacijski aktuator, je preko osne sklopitve 2 mehansko povezan z mehansko osjo 3 na katero vir 1 rotacijske energije po potrebi prenese rotacijsko mehansko energijo, da jo zavrti. Vir 1 rotacijske mehanske energije je vsaka naprava, ki je na mehanski osi 3 zmožna generirati rotacijsko mehansko energijo, npr. elektro motor ali servo motor z ali brez prenosa, ki mehansko rotacijsko energijo na mehansko os 3 prenese neposredno z mehansko sklopitvijo ali posredno preko jermena ali elektromagnetne sklopke. Mehanska os 3 je na dveh mestih uležajena z ležajema 4, nanjo pa je fiksno pritrjen navijalni kolut 5 tako, da mehanska os 3 poteka skozi centralni valj 5' navijalnega koluta 5. Med stranici navijalnega koluta 5 je ekscentrično glede na os vrtenja koluta fiksno vgrajen zatezni valj 5, ki je od skupne osi vrtenja navijalnega koluta 5 in mehanske osi 3 oddaljen toliko, da lahko med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5 poteka in se prosto v tangencialni smeri glede na centralni valj 5' premika toga tetiva 8, ko aplikacija motilne ali podporne sile ali sunka sile ne poteka. Centralni valj 5' in zatezni valj 5 navijalnega koluta 5 koncentrično obdajata cilindra 6 in 7, ki se lahko vsak okoli svojega valja prosto vrti.
Toga tetiva 8, npr. toga vrvica ali pletena žica, je na enem koncu pritrjena na točko vpetja na manšeti 14, ki objema izbrani segmentu telesa uporabnika, ki hodi po tekočem traku 13. Omenjena pritrditev tetive 8 na manšeto 14 se lahko izvede tudi z vmesno elastično sklopitvijo primerne togosti. Nasprotni konec toge tetive 8 je napeljan skozi režo med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5 in je z veznim spojem 9, npr. mehanski ali kemični spoj, spojena z elastičnim elementom 10 šibke togosti, npr. elastično vrvica, ki tetivo napenja. Elastični element 10 je na nasprotnem koncu na fiksno točko 12 vpet neposredno ali posredno preko škripca 11. Napenjanje toge tetive 8 se lahko izvede tudi na način, da je namesto z elastičnim elementom 10 toga tetiva 8 neposredno spojena bodisi z elastičnim elementom konstantne togosti bodisi je nanjo preko škripca obešena utež.
Na sliki 2 je prikazan princip delovanja predlaganega mehanizma za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih. Glede na to ali predlagani mehanizem deluje v fazi aplikacije motilne ali podporne sile oziroma sunka sile ali v vmesnih intervalih, ko aplikacij ne izvaja, lahko predlagani mehanizem izkazuje dva principa delovanja. Slika 2.1 prikazuje princip delovanja predlaganega mehanizma za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih v fazi aplikacije motilne ali podporne sile oziroma sunka sile. Ob pričetku aplikacije motilne ali podporne sile ali sunka sile (slika 2.1 a) je sklop tetive 8 in elastičnega elementa 10 šibke togosti napet in poteka skozi režo med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5, vir 1 rotacijske mehanske energije pa na mehansko os 3 prične prenašati rotacijsko energijo zaradi česar se navojni kolut 5 prične vrteti. Tetiva 8 se ob zasuku navijalnega koluta 5 zapne ob zatezni valj 5 in se prične navijati na navijalni kolut 5 (slika 2.1b in slika 2.1c). Zaradi navijanja se oba konca tetive 8 (proksimalni konec, ki je pritrjen na uporabnika, in distalni konec, ki je sklopljen z elastičnim elementom) pomikata proti navijalnemu kolutu 5, kar se odraža v vleku uporabnika v smeri tetive 8 proti navijalnemu kolutu 5 s silo Fi in vleku elastičnega elementa 10 šibke togosti proti navijalnemu kolutu 5 s silo F2, zaradi česar se ta razteguje. Nadaljnje prenašanje rotacijske energije na mehansko os 3 poveča zasuk navijalnega koluta 5 in dolžino tetive 8, ki se nanj navije z obeh strani, zaradi česar sila vleka porabnika F1 in sila raztezanja elastičnega elementa F2 naraščata (slika 2.1d in slika 2.1e). Med navijanjem tetive na navijalni kolut 5 je tetiva 8 ves čas na istem mestu zapeta ob zatezni valj 5.
Slika 2.2 prikazuje princip delovanja predlaganega mehanizma za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih v vmesnih intervalih, ko aplikacij ne izvaja. Ko se prenos rotacijske energije na mehansko os 3 odvzame, je tetiva 8 maksimalno navita na navijalni kolut 5 (slika 2.2a). Nanjo delujeta dve sili: i) ko se uporabnik vrača v stacionarno hojo, povleče tetivo 8 na proksimalni strani stran od navijalnega koluta 5 s silo F1 , ii) ker je tetiva 8 navita na navijalni kolut 5 tudi na distalni strani, je raztezek elastičnega elementa 10 takrat maksimalen, zaradi česar elastični element 10 na distalnem koncu tetive 8 ustvari vlek s silo F2 (slika 2.2a). Zaradi navora obeh sil se navijalni kolut 5 samodejno zavrti v nasprotni smeri, tako da se tetiva 8 v celoti odvije in mehansko loči od navijalnega koluta 5 ter se tetiva 8 prosto pomika skozi režo med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5 navijalnega koluta 5 (slika 2.2b). Napetost sklopa tetive 8 in elastičnega elementa 10 šibke togosti se zmanjša na raven pred aplikacijo motilne ali podporne sile ali sunka sile in je zaradi šibke togosti majhna vendar zadostna, da je tetiva 8 ves čas napeta.
Če se uporabnik pomakne v smeri tetive 8 stran od navijalnega koluta 5 (slika 2.2c), se tetiva 8 prosto pomika skozi režo med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5 navijalnega koluta 5 v smeri uporabnika stran od koluta 5. Dolžina elastičnega elementa 10 šibke togosti se nekoliko poveča, zaradi česar nekoliko naraste sila s katero sta tetiva 8 in elastični element 10 napeta, Fi in F2 (velja F1 = F2), ki pa je zaradi šibke togosti elastičnega elementa 10 še vedno majhna.
Če se uporabnik pomakne v smeri tetive 8 proti navijalnemu kolutu 5 (slika 2.2d), se tetiva 8 prosto pomika skozi režo med centralnim valjem 5' in zateznim valjem 5 navijalnega koluta 5 v smeri proti kolutu 5. Dolžina elastičnega elementa 10 šibke togosti se nekoliko zmanjša, zaradi česar se sila s katero sta tetiva 8 in elastični element 10 napeta nekoliko zmanjša, vendar ne toliko da bi tetiva 8 postala ohlapna.
Slika 3 prikazuje možne izvedbe vira 1 rotacijske energije. Vir 1 rotacijske mehanske energije je vsaka naprava, ki je na mehanski osi 3 zmožna generirati rotacijsko mehansko energijo, npr. elektro motor ali servo motor z ali brez prenosa, ki mehansko rotacijsko energijo na mehansko os 3 prenese neposredno z mehansko sklopitvijo ali posredno preko jermena ali elektromagnetne sklopke.
Na sliki 3a je kot vir 1 rotacijske energije uporabljen elektro motor ali servo motor 15, ki preko osne sklopitve 2 na mehansko os 3 prenese rotacijsko energijo, kadar je vključen. Takšen neposredni prenos energije z motorja na mehansko os 3 terja uporabo motornih pogonov z velikim navorom, če naj se doseže zadostna učinkovitost.
Da se poveča navor na mehanski osi, se kot vir 1 rotacijske mehanske energije lahko uporabi motorni pogon s prenosom 16 (slika 3b).
Na sliki 3c in sliki 3d se kot vir 1 rotacijske mehanske energije uporablja vztrajnik 17 - telo, ki shranjuje rotacijsko energijo - ki je z mehansko osjo sklopljen z elektromagnetno sklopko 18. Ob aktivaciji sklopke se rotacijska energija z vztrajnika 17 prenese na mehansko os 3. Pri tem se za zagotavljanje rotacijske energije vztrajnika 17 lahko uporabi elektro motor ali servo motor 15, ki rotacijsko energijo vztrajnika 17 povečuje bodisi neposredno (slika 3c) bodisi posredno preko jermena/verige 19 (slika 3d).
Slika 4 prikazuje možne izvedbe navijalnega koluta 5. Na sliki 4a je predstavljena rešitev, ko sta z navijalnega koluta 5 opuščena cilindra 6 in 7, ki sicer koncentrično obdajata centralni valj 5' in zatezni valj 5 navijalnega koluta 5. Opuščanje cilindrov 6 in 7 izboljšuje oprijem tetive 8, ko se le ta zapne ob zatezni valj 5 v času aplikacije motilne ali podporne sile ali sunka sile, obenem pa nekoliko poveča trenje med tetivo 8 in navijalnim kolutom 5, ko se sila ne aplicira in tetiva 8 zgolj drsi skozi režo med centralnim 5' in zateznim 5 valjem.
Pri drugi izvedbeni možnosti (slika 4b) je tetiva 8 napeljana radialno skozi os rotacije navijalnega koluta 5. Zatezni valj 5 je v tem primer nepotreben saj se ob aplikaciji motilne ali podporne sile ali sunka sile navijalni kolut 5 zavrti in se tetiva 8 ob rotacije zapne ob centralni valj 5' navijalnega koluta 5. V intervalih med aplikacijami motilnih ali podpornih sil ali sunka sile se tetiva 8 prosto pomika skozi luknjo v navijalnem kolutu 5.

Claims (5)

  1. PATENTNI ZAHTEVKI
    1. Mehanizem za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih za izvajanje motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil na različne segmente telesa med hojo po tekočem traku pri tetivnih sistemih, označen s tem, da ga sestavljajo vir (1) rotacijske mehanske energije, ki je preko osne sklopitve (2) mehansko povezan z mehansko osjo (3), pri čemer je mehanska os (3) na dveh mestih uležajena z ležajema (4), nanjo pa je fiksno pritrjen navijalni kolut (5) skozi centralni valj (5'), pri katerem je med stranici navijalnega koluta (5) ekscentrično glede na os vrtenja koluta (5) fiksno vgrajen zatezni valj (5), pri čemer centralni valj (5') in zatezni valj (5) navijalnega koluta (5) koncentrično obdajata cilindra (6, 7), ki se lahko vsak okoli svojega valja prosto vrti in skozi režo med centralnim valjem (5') in zateznim valjem (5) poteka in se prosto v tangencialni smeri glede na centralni valj (5') premika toga tetiva (8), ki je na enem koncu pritrjena na manšeto (14), ki objema izbrani segment človekovega telesa, na drugem pa je z veznim spojem (9) spojena z elastičnim elementom (10) šibke togosti, ki tetivo (8) napenja in, ki je na nasprotnem koncu na fiksno točko (12) vpet neposredno ali posredno preko škripca (11), lahko pa se napenjanje toge tetive (8) izvede tudi na način, da je namesto z elastičnim elementom (10) toga tetiva (8) neposredno spojena bodisi z elastičnim elementom konstantne togosti bodisi je nanjo preko škripca obešena utež.
  2. 2. Mehanizem za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih po zahtevku 1, označen s tem, da se pritrditev toge tetive (8) na manšeto (14), ki objema izbrani segment telesa uporabnika, lahko izvede z elastično sklopitvijo primerne togosti.
  3. 3. Mehanizem za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih, po zahtevku 1, označen s tem, da je tetiva (8) lahko napeljana skozi režo med centralnim kolutom (5') in zateznim kolutom (5) navijalnega koluta (5), pri čemer se ob zasuku navijalnega koluta (5) tetiva (8) zapne ob zatezni valj (5), ali pa je tetiva (8) lahko napeljana radialno skozi os rotacije navijalnega koluta (5), pri čemer se tetiva (8) ob zasuku navijalnega koluta (5) zapne ob centralni valj (5'), v intervalih med aplikacijami sile pa se tetiva (8) prosto pomika skozi luknjo v navijalnem kolutu (5).
  4. 4. Mehanizem za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih po katerem koli izmed pred hod h zahtevkov, označen s tem, da je vir (1) rotacijske energije vsaka naprava, ki je na mehanski osi (3) zmožna generirati rotacijsko mehansko energijo, npr. elektro motor ali servo motor (15), pri čemer se elektro motor ali servo motor (15) za prenos energije lahko uporabita s prenosom (16); da je vir (1) rotacijske energije lahko tudi vztrajnik (17), ki je z mehansko osjo (3) sklopljen z elektromagnetno sklopko (18), in kateremu elektro motor ali servomotor (15) bodisi neposredno, bodisi preko jermena/verige (19) dovaja rotacijsko mehansko energijo, ki se na mehansko os (3) prenese ob aktivaciji elektromagnetne sklopke (18).
  5. 5. Metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih za urjenje vzdrževanja dinamičnega ravnotežja med stojo in hojo z uporabo motilnih ali podpornih sil ali sunkov sil, ki se izvaja na mehanizmu za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih ali sunkov sil pri tetivnih sistemih med hojo po tekočem traku, po katerem koli izmed predhodnih zahtevkov, označena s tem, da se v času aplikacije sile vleka segmenta telesa ustvari z navijanjem tetive (8) na kolut, v intervalih, ko aplikacija sile ni prisotna, pa tetiva (8) po principu transparentne interakcije sledi gibanju segmenta človeka.
SI202200226A 2022-11-14 2022-11-14 Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih SI26428A (sl)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202200226A SI26428A (sl) 2022-11-14 2022-11-14 Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih
PCT/EP2023/081756 WO2024105033A1 (en) 2022-11-14 2023-11-14 Mechanism and method for performing force impulses in tendon systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SI202200226A SI26428A (sl) 2022-11-14 2022-11-14 Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SI26428A true SI26428A (sl) 2024-05-31

Family

ID=88833721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SI202200226A SI26428A (sl) 2022-11-14 2022-11-14 Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih

Country Status (2)

Country Link
SI (1) SI26428A (sl)
WO (1) WO2024105033A1 (sl)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2422587A1 (fr) * 1978-04-11 1979-11-09 Motte Denis Descendeur-bloqueur de corde
EP3133998B1 (en) * 2014-04-21 2019-07-03 The Trustees of Columbia University in the City of New York Human movement research, therapeutic, and diagnostic devices, methods, and systems
WO2019006304A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Northwestern University APPARATUS FOR TRAINING AGILITY
SI25803A (sl) * 2019-03-15 2020-09-30 Univerzitetni rehabilitacijski inštitiut Republike Slovenije - SoÄŤa Naprava in metoda za pojemananje, ustavljanje in pospeševanje gibanja različnih segmentov človeškega telesa pri hoji po tekočem traku
JP7294052B2 (ja) * 2019-10-16 2023-06-20 トヨタ自動車株式会社 歩行訓練システム、及び作動方法
SI26153A (sl) 2021-03-19 2022-09-30 Univerzitetni rehabilitacijski inštitut Republike Slovenije-Soča Modularna naprava za generiranje motilnih ali podpornih sunkov sile med hojo po tekočem traku

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024105033A1 (en) 2024-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4979733A (en) Apparatus for training, investigation and re-education in particular for the neuro-muscular function
CN109621330B (zh) 一种力量训练系统及电控方法
JP3249617B2 (ja) ブラインドの吊り下げ紐の巻取り装置
KR101843530B1 (ko) 줄 꼬임 장치
US9950915B2 (en) Winch system
CN103119729B (zh) 用于旋转光伏组件或类似设备的支撑结构的拉索装置
RU2009115867A (ru) Устройство для компенсации изменений длины кабелей, натянутых, по существу, с постоянным натяжением
CN102788730A (zh) 电梯钢丝绳弯曲疲劳测试装置及其测试方法
SI26428A (sl) Mehanizem in metoda za izvajanje sunkov sile pri tetivnih sistemih
ES2503795T3 (es) Un mecanismo de enrollamiento para una turbina de eje vertical
US4593571A (en) Linear actuator
RU2014138511A (ru) Устройство для наматывания полотна материала на вал и разматывания с вала
US11532968B2 (en) Linear actuator for motion simulator
SI26153A (sl) Modularna naprava za generiranje motilnih ali podpornih sunkov sile med hojo po tekočem traku
CN211067819U (zh) 一种牵伸驱动系统及牵伸固定系统
CN206156422U (zh) 一种卷装装置
DK2499415T3 (en) Track System for installation of a medical instrument
KR101698821B1 (ko) 토크 증대 장치
CN204474064U (zh) 一种适用于不同直径光纤线圈制作的光纤缠绕机
WO2018037785A1 (ja) 力伝達装置及び動作補助装置
CN104555622A (zh) 一种适用于不同直径光纤线圈制作的光纤缠绕机
US20200354202A1 (en) Rope guiding device and a method for guiding a rope
CN220241478U (zh) 一种柔性驱动外骨骼
ES2228383T3 (es) Instalacion de cortina con, al menos, dos guias moviles.
RU2309891C2 (ru) Тяговое устройство (лебедка) с постоянным тяговым усилием, не меняющимся в зависимости от количества слоев намотки троса на барабан

Legal Events

Date Code Title Description
OO00 Grant of patent

Effective date: 20240610