TWI435743B - 運動輔具 - Google Patents
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Description
本發明係與一種運動輔具有關，並且係特別地與一種具有切換模組以使其可於連動狀態以及脫離狀態間切換的運動輔具有關。
隨著年齡的增長，身體各部分的肌耐力自然會逐漸下滑，此外由於膝關節之退化，因而使得人們在運動時多會因為關節疼痛或肌肉痠痛而無法盡情使力，以致使其無法繼續如往昔般活躍。
請見圖一，圖一係繪述了一先前技術之示意圖。如圖一所示，中華民國專利申請案第96214735號揭露一種彈跳鞋結構。習知彈跳鞋結構具有一L型結構以供腳踩踏於上面並利用綁帶來固定於小腿，彈性板條頂端係接於L型結構頂端，而彈性板條之底端則係與地面接觸，藉此當使用者穿上後便可對膝部吸收一定程度的震動。此專利因固定方式為利用L型結構並且係運用綁帶來束縛住小腿，故此，於行走、運動時將對使用者造成影響，並造成不正常的步態。另外，因彈性板條會使腳板的底部高出地面30公分，無法直接踏觸地面，且底部接觸面積太小，故此，其之設計將在行走運動時導致身體不平衡，更甚者，可能會造成跌傷等安全性不足的情形發生。
再者，考量使用者的肌力可能不足的情況，如何使其在使用上不必對彈性元件施加太大的力量的前提下，設計出一種使用安全、結構簡單、能減少膝部受力同時能強化運動時表現的運動輔具，實為所屬技術領域所欲解決的問題。
本發明揭露一種運動輔具，其係固設於動物的肢體，本發明基本上係包含有第一固定模組、第二固定模組、儲能模組以及切換模組。其中，第一固定模組係固設於動物的一第一肢節，第二固定模組則固設於動物的一第二肢節，第二肢節係與第一肢節連接。
儲能模組係用於儲存能量並將能量在位能與動能之間作轉換，其具有第一末端以及第二末端，第一末端係與第一固定模組連接，第二末端則則與第二固定模組連接。切換模組則分別與第二固定模組以及儲能模組連接，並且可以於一連動狀態以及一脫離狀態之間進行切換。其中，當切換模組係處於連動狀態時，儲能模組之第二末端與係固設於並與第二固定模組連動，而當切換模組係處於脫離狀態時，儲能模組之第二末端與第二固定模組並非為連動狀態。
再者，於實際使用時，第一固定模組以及第二固定模組係透過具有接點自由度為一的節點相互連接。另外，本發明的運動輔具的第三固定模組係固設於動物的第三肢節，其中，第三肢節係與第二肢節連接。
另外，切換模組亦得包含有一上推桿以及一下推桿。上推桿具有第一接點以及第二接點，第一接點與第二固定模組以及儲能模組係相互連接，而下推桿係與第三固定模組連接，下推桿則係透過第二接點與上推桿連接，需注意的是，第二接點的接點自由度得為一。另外，切換模組中亦得包含有動力構件。動力構件係與第二節點連接，並對第二節點提供一相對於接點自由度方向的力，以使得上推桿及下推桿得以相互形成連動狀態或脫離狀態。
接著，切換模組亦得進一步包含有滑軌以及滑座。滑軌係固設於第二固定模組，而滑座則係嵌設於滑軌並與儲能模組的第二末端連動，以對儲能模組的第二末端進行限制，而使得第二末端僅能沿滑軌滑動。為改善其效果，切換模組得進一步加入軸承(bearing)以及傳動軸。軸承係設置於滑座上；而傳動軸則係與軸承以及第二末端連接，進而使得第二末端可對軸承或上推桿進行一相對應的旋轉。
其中，於實際使用時，切換模組中亦得包含有狀態感測模組，其係被設置於一第三固定模組上，而與動力構件連接，進而根據第三肢節的狀態來對動力構件進行控制，以使得動力構件得以對第二節點提供一相對於接點自由度方向的力，而使得上推桿及下推桿得以於連動狀態以及脫離狀態之間切換。
狀態感測模組可以各種不同的方式呈現，以下將對各種例子分別進行說明。在一例子中，狀態感測模組得為與動力構件連動的第一連桿，而第一連桿係與第三肢節之表面連接並與第三肢節連動。其中，對於第一連桿而言，其相對應的動力構件為第二連桿。
另外，感測模組亦得為一電子感測元件，其係與第三肢節之表面連接並耦接於動力構件，以根據第三肢節的狀態來產生相對應的一狀態信號；其中，對應於電子感測元件，動力構件可以為一電、動能轉換裝置。
除此以外，感測模組亦得為一第一可撓式索體，可撓式索體具有一第一索端以及一第二索端，第一索端係與第三肢節連接並與第三肢節連動，第二索端則係與動力構件連接；其中，對應於可撓式索體，動力構件可以為一第二連桿。
此發明之特點係利用儲能模組的變形與釋放，來幫助使用者在跑步或其他運動時，使得原本大小腿應出的肌力得以降低、並減緩衝擊，同時透過應用切換模組，本發明亦降低了輔具對各肢體作動方式的限制，而使得使用者在運動時更加輕鬆。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
為使本發明能更清楚的被說明，請參照以下本發明詳細說明及其中所包括之實例可更容易地理解本發明。本說明書僅對本發明之必要元件作出陳述，說明書之概要說明及詳細說明二部僅係用於說明本發明其中一可能之實例，然而說明書之記述應不限制本發明所主張之技術本質之權利範圍。除非於說明書明確地排除其可能，否則本發明並不限於特定結構、材料、功能或手段。亦應瞭解，目前所述僅係實例本發明時可能之實施例，在本發明之實踐或測試中可使用與所述方法及材料相類似或等效之任何方法、材料、元件、裝置或手段。
再者除非另外定義，否則本說明書所用之所有技術及科學術語皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解意義相同之意義。儘管在本發明之實踐或測試中可使用與彼等所述方法及材料相類似或等效之任何方法及材料，但目前所述係實例方法及材料。
再者，圖式僅為表達本發明之精神，其不以等比為必要，使用者得據所屬技術領域之知識自由的將各結構元件之比例放大或減小。另外，本說明書中的各圖式間的各元件間之比例已經過調整以維持各圖面的簡潔，故此，圖面中的各個元件的相對應大小、位置以及形狀均僅供參考，在不脫離本發明的發明觀念下，各個元件的大小、位置以及形狀等特徵之安排端看使用者之要求而自由變更。另外，考量本發明之各元件之性質為相互類似，故各元件間的說明、標號為相互適用。
本發明揭露了一種運動輔具，其係固設於動物的肢體上並用以於運動時對使用者進行輔助。請參閱圖二A，圖二A係繪示了本發明的運動輔具的一具體實施例的示意圖。於本具體實施例中，本發明的運動輔具係由固定模組、儲能模組以及切換模組相互組合而成。以下將對上述的各個元件之內容以及元件間的相對關係進行細部的說明。
首先，本發明的運動輔具1係包含了第一固定模組111、第二固定模組112以及第三固定模組113，其等係分別的被固設於動物肢體上的第一肢節21、第二肢節22以及第三肢節23上。於本具體實施例中，第一肢節21係指大腿、第二肢節22係指小腿，第三肢節23則係指腳掌，必然地，第一肢節21係與第二肢節22以及第三肢節23係相互連接。
更具體且明確的說，本發明的運動輔具係於人腿上的大腿、小腳以及腳掌處，分別以黏貼或其他手段來固定第一固定模組111、第二固定模組112以及第三固定模組113。其中，第一固定模組111以及第二固定模組112之間，係藉由一接點自由度為一的節點來相互連接。然而，按其設計之需要，其亦不限於以透過上開節點相互連接，其亦可如圖二B所示相互的分開設置。其中，第三固定模組113得設置於腳掌之下方，用以供使用者踏持並與地板接觸。圖二B係繪示了本發明的運動輔具的另一具體實施例的示意圖。
由圖可見，本發明的儲能模組12係具有第一末端121以及第二末端122。而其之第一末端121係與第一固定模組111連接，而第二末端122則係與第二固定模組112連接。需注意的是，於本具體實施例中，第一末端121以及第一固定模組111之相對位置並不限於相互固設，按其需要，第一末端121以及第一固定模組111間亦得為一可轉動連接。
本發明的儲能模組12係用於儲存能量，並將能量在位能與動能之間作轉換。更明確的說，當使用者的腳部以一定的速度著地時，儲能模組12將產生彈性變形，並吸收部分向下之重力位能與動能，此一儲存於儲能模組中的能量，將待肢體上升時釋放，以減少使用者抬升全身體重時所需之肌力。
另外，由圖可見，於本具體實施例中，儲能模組12係呈一S狀的外觀。然而，本發明的儲能模組12不以S狀為必要，按使用者作動方式的不同，其亦得為J狀、C狀、螺旋狀等其他外型。其中，於本具體實施例中，儲能模組12係利用一體成型製程製造且其厚度係相對的平均，然而其並不限於此，為了於各種不同變型量時提供不同大小的抵抗力，儲能模組12之形狀、外觀、各個部份所使用的材料均能自由更改、調整以使其達到使用者之要求。
接著，以下將對切換模組14進行說明，除了儲能模組12之設計外，切換模組14係為本發明的另一主要技術特徵。為能精確的說明本發明的切換模組14的作動模式，故本發明的切換模組14係被例示為具有連動狀態S1以及脫離狀態S2。
連動狀態S1係被定義為本發明之第一固定模組111以及第二固定模組112，係分別的固設於第一肢節21以及第二肢節22時之狀態。脫離狀態S2則係被定義為本發明之第一固定模組111係被固設於第一肢節21，以及第二固定模組112與第二肢節22連接但並非固定於其中時的狀態。
其中，切換模組14係分別與第一固定模組111、第二固定模組112以及第三固定模組113直接或間接的連接。切換模組14的主要功能在於按照使用者腳部所處的狀態，來控制第一固定模組111、儲能模組12、第二固定模組112及第三固定模組113間的連動關係，並使其於連動狀態S1以及脫離狀態S2間切換。更明確的說，當使用者腳部踏持於地板上時，則切換模組14將會使得儲能模組12抵持於第三固定模組113，以使得其得以被壓縮或伸展。而當使用者的腳部於空中時，為容許大小腿可輕鬆自由彎曲且不受儲能模組12的影響，則切換模組14將會使得儲能模組12自第三固定模組113中脫離，以使儲能模組12之第二末端122得以沿著滑軌144而進行滑動。以下將針對切換模組14的各元件進行細部說明。在說明切換模組14的運作方式前，以下首先將切換模組14中所包含的元件之相對關係，進行更進一步的說明。請一併參閱圖三A以及圖三B以及圖四A至圖四C，於本具體實施例中，圖三A係繪述了本發明的一具體實施例中，切換模組的使用示意圖。而圖三B則係繪述了本發明對應於圖三A的切換模組的部份剖面圖。圖四A至圖C係分別繪述了本發明的運作狀況，以及其所對應之切換模組狀態的對照圖。
由圖可見，於本具體實施例中，本發明係包含有切換模組14其係包含有上推桿141、下推桿142、動力構件143、滑軌144、滑座145、軸承146以及傳動軸147。上推桿141係具有第一接點1411以及第二接點1412，而下推桿142則具有第三接點1421以及第四接點1422。然而，本發明的切換模組14並不限於上開設計，而可按設計者之需要及手邊資源來變化，凡與第二固定模組以及儲能模組連接，並能使其於一連動狀態以及一脫離狀態之間進行切換的元件或裝置，均得用來作為本發明的切換模組14。更明確的說，切換模組14除了上開上推桿141以及下推桿142的設計以外，其亦得應用利用如油壓裝置/開關等利用流態控制原理來作動的裝置，或是利用磁/電流變阻尼器(Magnetorheological Damper)等利用物質型態的改變原理，來控制其作動的裝置作為本發明的切換模組14。
於本具體實施例中，對應於上推桿141以及下推桿142的第一接點1411、第二接點1412、第三接點1421以及第四接點1422，均為一穿孔且其接點自由度係為一。第一接點1411係用以供傳動軸147穿設並且係分別與軸承146以及儲能模組12的第二末端122連接。同時，滑軌144則係固設於第二固定模組112之表面，傳動軸147係與軸承146連接，而軸承146則係固設於滑座145上。其中，滑座145係為可活動地的嵌設於滑軌144上，以使得滑座145及固設於其中的軸承146得以沿滑軌144滑動。
同時，藉由本發明的軸承146以及滑座145的設計，儲能模組12的第二末端122亦得以在沿滑軌144滑動的同時，對軸承146或對上推桿141進行一軸向旋轉。另外，動力構件143係利用一柱體，而同時栓設於上推桿141的第二接點1412以及下推桿142的第三接點1421中，以將上推桿141與下推桿142連接，並使得其等得以相互連動。而第四接點1422則係固鎖於第三固定模組113上。
在說明各元件的相對關係後，以下將對本發明的運作方式進行說明。當使用者在對應於第三固定模組113的部份踏持於地面時，則切換模組14係處於連動狀態S1。而在切換模組14處於連動狀態S1時，此時上推桿141以及下推桿142係成一直線。故此，儲能模組12的第二末端122會對施加上推桿141的第一接點1411施加一垂直方向的力，而其力係直接地沿著上推桿141及下推桿142，而被傳導至第三固定模組113上並透過第三固定模組113來傳導至地面。據此，地面亦對儲能模組12的第二末端122提供一反作用力，以使其得以於第一末端121以及第二末端122分別接受一力。
藉由儲能模組12自第一固定模組111儲存使用者肢體下壓的重力位能及動能，並在肢體上升時釋放所儲存的能量，將可以減少使用者抬升全身體重時所需之肌力，並得以舒緩使用者關節受力過大的問題。
另外，當使用者相對應於第三固定模組113所固定之處並非踏持於地面時，若切換模組14仍維持於連動狀態S1，則使用者的肢體運動將受到儲能模組12的限制。據此，本發明得以藉由固定於第三固定模組113的狀態感測模組148來判別使用者之姿勢，並利用動力構件143來對切換模組14進行控制，以解除儲能裝置與第二固定模組112的連動關係。其中，狀態感測模組148並不限於固設於第三固定模組113，按狀態感測模組148所感測之使用者姿勢方式的不同，其亦得以被設置於本裝置的其他相對應的位置。
更明確的說，當狀態感測模組148在判斷使用者並非踏持於地面時，分別與第二接點1412及第三接點1421連接的動力構件143，將會對上推桿141的第二接點1412以及下推桿142的第三接點1421的水平方向進行拉引或推動，以使得上推桿141以及下推桿142分別進行一軸向旋轉，進而取消第二固定模組112與第三固定模組113之間的傳導作用，進而成為一脫離狀態S2。故此，當切換模組14成為一脫離狀態S2時，儲能模組12的第二端將按使用者姿勢的不同而沿滑軌144進行滑動，以讓儲能模組12的作動得以獨立於第二固定模組112。而當使用者再次踏持於地面時，動力構件143在接收到控制訊號的同時，將會對用於連接上推桿141與下推桿142的第二接點1412以及第三接點1421施加一水平力，以使上推桿141的第一接點1411、第二接點1412以及下推桿142的第三接點1421及第四接點1422相互垂直，進而使切換模組14重新處於連動狀態S1。據此，本發明的切換模組14便得以於連動狀態S1以及脫離狀態S2之間切換。
另外，於本具體實施例中，狀態感測模組148係指一壓力感測元件，而動力構件143則係指一電、動能轉換裝置。於本具體實施例中，壓力感測元件係被設置於第三肢節23面對地面方向之表面或其內層中。當壓力感測元件受壓時，則可判斷第三肢節23係與地面接觸，並產生訊號予動力構件143以使得動力構件143將切換模組14設置為連動狀態S1。另外，壓力感測元件得為一按鍵、一壓電材料層、一活塞、一連桿組合或以其他能達到其相對應功能的手段。
於本具體實施例中，動力構件143係指一電、動能轉換裝置。更明確的說，電、動能轉換裝置係指一電動活塞、電動馬達或其他可接收電能，以將其轉變為動力的元件或裝置。再者，本發明的動力構件143並不限於電能動轉換裝置，其得為一連桿、一牽引索或一流體驅動的活塞。
請見圖五，圖五係繪述了本發明的另一具體實施例的狀態感測模組的示意圖。與圖三A所繪述的示意圖不同的是，於本具體實施例中，狀態感測模組145以及動力構件143，係分別為相互連動的一第一連桿1431以及一第二連桿1432。當使用者之第三肢節23踏持於地面時，連接於第三固定模組113的第一連桿1431將被帶動，並使第二連桿1432進行一水平方向的作動，以使上推桿141的第二接點1412以及下推桿142的第三接點1421，進行一相對應的作動而使得第一接點1411、第二接點1412以及第三接點1421成直線排列，並使其處於連動狀態S1。當第三肢節23未踏持於地面時，與第一連桿1431連動的彈簧1433將會使第一連桿1431,連帶地將第二連桿1432朝向與使用者腳部踏持於地面時第二連桿1432作動方向相反之方向移動，以使得切換模組14處於脫離狀態S2。
綜上所述，此發明之特點係利用儲能模組的變形與釋放來幫助在跑步或其他運動時，能使得原本大小腿應所出的肌力得以降低、衝擊力得以減緩，同時透過切換模組的應用，本發明亦降低了輔具對各肢體作動方式的限制，使得使用者運動時更加輕鬆。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1‧‧‧運動輔具
111‧‧‧第一固定模組
112‧‧‧第二固定模組
113‧‧‧第三固定模組
12‧‧‧儲能模組
121‧‧‧第一末端
122‧‧‧第二末端
14‧‧‧切換模組
141‧‧‧上推桿
1411‧‧‧第一接點
1412‧‧‧第二接點
142‧‧‧下推桿
1421‧‧‧第三接點
1422‧‧‧第四接點
143‧‧‧動力構件
1431‧‧‧第一連桿
1432‧‧‧第二連桿
1433‧‧‧彈簧
144‧‧‧滑軌
145‧‧‧滑座
146‧‧‧軸承
147‧‧‧傳動軸
148‧‧‧狀態感測模組
1481‧‧‧牽引索
1482‧‧‧滾輪
21‧‧‧第一肢節
22‧‧‧第二肢節
23‧‧‧第三肢節
S1‧‧‧連動狀態
S2‧‧‧脫離狀態
圖一係繪述了一先前技術之示意圖。
圖二A係繪示了本發明的運動輔具的一具體實施例的示意圖。
圖二B係繪示了本發明的運動輔具的另一具體實施例的示意圖。
圖三A係繪述了本發明的一具體實施例中切換模組的使用示意圖。
圖三B係繪述了本發明相對應於圖三A的切換模組的部份剖面圖
圖四A係繪述了本發明的運作狀況以及其相對應的切換模組狀態的對照圖。
圖四B係繪述了本發明的運作狀況以及其相對應的切換模組狀態的對照圖。
圖四C係繪述了本發明的運作狀況以及其相對應的切換模組狀態的對照圖。
圖五係繪述了本發明的另一具體實施例的狀態感測模組的示意圖。
14．．．切換模組
141．．．上推桿
1411．．．第一接點
1412．．．第二接點
142．．．下推桿
1421．．．第三接點
1422．．．第四接點
143．．．動力構件
148．．．狀態感測模組
S2．．．脫離狀態
Claims (9)
- 一種運動輔具，固設於一使用者的肢體，其包含有：一第一固定模組，固設於該使用者的一第一肢節；一第二固定模組，固設於該使用者的一第二肢節，該第二肢節與該第一肢節連接；一儲能模組，用於儲存能量並可將能量在位能與動能之間作轉換，具有一第一末端以及一第二末端，該第一末端係與該第一固定模組連接，該第二末端係與該第二固定模組連接；以及一切換模組，分別與該第二固定模組以及該儲能模組連接，並能於一連動狀態以及一脫離狀態中進行切換；其中，當該切換模組係處於該連動狀態時，該儲能模組之該第一末端以及該第二末端係分別固設並連動於該第二固定模組，當該切換模組係處於該脫離狀態時，該儲能模組之該第二末端與該第二固定模組為可動式連接。
- 如申請專利範圍第1項的運動輔具，其中該第一固定模組以及該第二固定模組係透過一具有接點自由度為一之節點相互連接。
- 如申請專利範圍第1項的運動輔具，其進一步包含有：一第三固定模組，固設於該使用者的一第三肢節，該第三肢節與該第二肢節連接。
- 如申請專利範圍第3項的運動輔具，其中切換模組係包含有：一上推桿，其具有一第一接點以及一第二接點，該第一接點與該第二固定模組以及該儲能模組連接；一下推桿，與該第三固定模組連接，該下推桿係透過該第二接點與該上推桿連接，該第二接點的接點自由度為一；以及一動力構件，與該第二節點連接並對該第二節點提供一相對於該接點自由度方向的力，以使該上推桿及該下推桿形成該連 動狀態以及該脫離狀態。
- 如申請專利範圍第1項的運動輔具，其中切換模組係進一步包含有：一滑軌，固設於該第二固定模組；以及一滑座，嵌設於該滑軌並與該儲能模組的該第二末端連動，用於對該儲能模組的該第二末端進行限制，以使該第二末端僅能沿該滑軌滑動。
- 如申請專利範圍第4項的運動輔具，其中該切換模組包含有：一軸承(bearing)，設置於該滑座；以及一傳動軸，與該軸承以及該第二末端連接，以使該第二末端可對該上推桿進行一相對應的旋轉。
- 如申請專利範圍第4項的運動輔具，其中該切換模組進一步包含有一狀態感測模組，設置於該第三固定模組並與該動力構件連接，用於根據該第三肢節的狀態來對該動力構件進行控制，以使該動力構件對該第二節點提供一相對於該接點自由度方向的力，以使該上推桿及該下推桿於該連動狀態以及該脫離狀態間切換。
- 如申請專利範圍第7項的運動輔具，其中該狀態感測模組為一第一連桿並與該動力構件連動，該第一連桿係與該第三肢節連接並與該第三肢節連動，該動力構件為一第二連桿。
- 如申請專利範圍第7項的運動輔具，其中該狀態感測模組為一電子感測元件，與該第三肢節連接並耦接於該動力構件，用於根據該第三肢節的狀態產生相對應的一狀態信號，該動力構件為一電、動能轉換裝置。
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