TWI782825B

TWI782825B - 膝部復健與訓練裝置

Info

Publication number: TWI782825B
Application number: TW110147504A
Authority: TW
Inventors: 李信達; 吳承儒
Original assignee: 財團法人亞洲大學
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-11-01
Also published as: TW202325249A

Abstract

一種膝部復健與訓練裝置，包含一基座、一承載單元、一滑輪單元，及一動力單元，該承載單元包括一設置於該基座的椅支撐架，及一設置於該椅支撐架頂部的座椅，該滑輪單元包括二設置於該基座且沿一前後方向位於該椅支撐架的前方且沿一垂直該前後方向的側方向間隔設置的膝滑輪，該動力單元包括一伺服馬達，及二連接且能受該伺服馬達帶動並可用於分別掛設於該等膝滑輪的側勾繩，該伺服馬達可於一牽引模式及一振動模式之間變換，於該牽引模式時，該伺服馬達以實質上相同的作用力運作，於該振動模式時，該伺服馬達以固定振動區間的振動力運作。

Description

膝部復健與訓練裝置

本發明是有關於一種復健訓練裝置，特別是指一種膝部復健與訓練裝置。

退化性膝關節炎是一種常見的疾病，尤其在老年人身上更為經常發生，特徵是關節軟骨因過度使用或老化而破損，而產生膝關節炎的疼痛與關節活動受限的症狀，故修復破損關節軟骨是重要課題。研究顯示關節軟骨的重複伸展與壓縮能增加養分進入也加速廢物移出，增加軟骨修復的速率。一般所使用的治療方法，一是請病人站立在震動平台上，然而這種方式是在病人全身重量壓迫於膝關節上時實施震動，有非常高的風險導致軟骨更進一步受損。二是透過治療師手動對患部進行牽引、按摩等方式來緩解症狀，然而這種方式由於必須要治療師親力親為，因此非常耗費體力，且大量病患也會大量耗費人力。

因此，本發明的目的，即在提供一種克服先前技術所述缺點的膝部復健與訓練裝置。

於是，本發明膝部復健與訓練裝置，包含一基座、一承載單元、一滑輪單元，及一動力單元。

該承載單元包括一設置於該基座的椅支撐架，及一設置於該椅支撐架頂部的座椅，該滑輪單元包括二設置於該基座且沿一前後方向位於該椅支撐架的前方且沿一垂直該前後方向的側方向間隔設置的膝滑輪，該動力單元包括一伺服馬達，及二連接且能受該伺服馬達帶動並可用於分別掛設於該等膝滑輪的側勾繩，該伺服馬達可於一牽引模式及一振動模式之間變換，於該牽引模式時，該伺服馬達以實質上相同的作用力運作，於該振動模式時，該伺服馬達以固定振動區間的振動力運作。

本發明的功效在於：藉由設置該承載單元、該滑輪單元及該動力單元，使該伺服馬達能於不同模式之間運作，以對一使用者的膝關節軟骨進行釋壓震盪而達到進行復健的效果，進而改善膝關節炎的疼痛與關節活動受限症狀並促進膝關節軟骨修復，且能大幅減少人力。

2:基座

3:承載單元

31:椅支撐架

32:座椅

321:乘坐部

322:背靠部

4:滑輪單元

41:膝滑輪

42:踩踏滑輪

43:擺動滑輪

5、5’、5”:踩踏單元

51:樞接件

52:擺動桿

53:擺動扣接部

54:踩踏板

55:固定件

56:限位塊

6:膝支撐單元

61:膝支撐架

611:底桿

612:頂桿

613:連動件

614:定位盤

615:延伸桿

616:連接桿

62:托件

7:光照單元

71:殼體

72:發射件

8:動力單元

81:伺服馬達

82:側勾繩

83:中央勾繩

84:控制器

91:腳踝套

92:膝關節套

X:前後方向

Y:側方向

Z:上下方向

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明膝部復健與訓練裝置的一實施例的一立體圖；圖2是該實施例的一側視圖；圖3是沿圖2中直線III-III所取得的剖視圖；圖4是一扭力距離圖，說明於一伺服馬達於一振動模式的施力曲線；圖5是一扭力距離圖，說明該伺服馬達於一牽引模式的施力曲線；圖6是一扭力距離圖，說明該伺服馬達於一作用力變化模式的施力曲線；圖7是一扭力距離圖，說明該伺服馬達於一混合模式的施力曲線；圖8是該實施例於一踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健的一使用立體圖；圖9是該實施例於該踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健的一使用側視圖；圖10是於該踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健時膝關節的受力示意圖；圖11是該實施例於該躺臥式膝關節鬆動牽引復健的一使用側視圖；圖12是於該躺臥式膝關節鬆動牽引復健時膝關節的受力示意圖；圖13是該實施例於該俯臥式膝關節鬆動牽引復健的一使用側視圖；圖14是於該俯臥式膝關節鬆動牽引復健時膝關節的受力示意圖；圖15是該實施例於一膝肌力訓練的一使用側視圖；圖16是該實施例於一俯臥式膝肌力訓練的一使用側視圖；圖17是該實施例於一低能量雷射復健的一使用立體圖；圖18是該實施例於該低能量雷射復健的一使用側視圖；圖19是該實施例於一腿推訓練的一使用立體圖；圖20是該實施例於該腿推訓練的一使用側視圖；圖21是一類似於圖3的視圖，說明該實施例於一腿開闔訓練的狀態；圖22是該實施例於該腿開闔訓練的一使用立體圖，說明二托件相對靠合的狀態；及圖23是一類似於圖22的視圖，說明該等托件相對遠離的狀態。

參閱圖1、2、3，本發明膝部復健與訓練裝置的一實施例，包含一基座2、一承載單元3、一滑輪單元4、一踩踏單元5、一膝支撐單元6、一光照單元7，及一動力單元8。

該承載單元3包括一設置於該基座2的椅支撐架31，及一設置於該椅支撐架31頂部的座椅32。

該座椅32具有一連接該椅支撐架31頂部的乘坐部321，及一連接該乘坐部321後側並可相對該乘坐部321調整傾斜角度的背靠部322。要說明的是，可調整傾斜角度的技術為一般椅子常見的技術手段，因此本說明書不再進一步說明。

該滑輪單元4包括二設置於該基座2且沿一前後方向X位於該椅支撐架31的前方且沿一垂直該前後方向X的側方向Y間隔設置的膝滑輪41、一設置於該基座2且位於該等膝滑輪41中間的踩踏滑輪42，及一設置於該基座2且位於該椅支撐架31及該等膝滑輪41之間的擺動滑輪43。

該踩踏單元5包括一設置於該基座2且位於該踩踏滑輪42前方的樞接件51、一樞設於該樞接件51且朝上延伸的高度不低於該座椅32並可相對該座椅32擺動的擺動桿52、一設置於該擺動桿52的擺動扣接部53、一設置於該擺動桿52相反該樞接件51的一側的踩踏板54、一可調整地穿設於該樞接件51並可用於限制該擺動桿52的固定件55，及二設置於該基座2且沿該前後方向X分別設置於該擺動桿52的兩相反側以限制該擺動桿52的擺動角度的限位塊56。於本實施例中，當該固定件55穿入該擺動桿52而完成固定時，該擺動桿52即會受到該固定件55的限制而無法擺動，而當該固定件55未穿入該擺動桿52而不固定該擺動桿52時，該擺動桿52即可受外力影響而擺動，所能擺動的最大範圍是分別受到前後兩側的該等限位塊56的限制而不會傾倒。

該膝支撐單元6包括二設置於該基座2並位於該椅支撐架31及該等膝滑輪41之間且沿該側方向Y間隔設置於該擺動滑輪43兩側的膝支撐架61，及二分別設置於該等膝支撐架61的托件62。

每一膝支撐架61具有一樞接於該基座2的底桿611、一連接各自的該托件62並朝下樞接於該底桿611的頂桿612，及一連接該頂桿612的連動件613，該等膝支撐架61的連動件613相互連動，其中一膝支撐架61還具有一連接該底桿611的定位盤614、一連接該頂桿612的延伸桿615，及一設置於該延伸桿615並用於可脫離地朝下連接該定位盤614的連接桿616。於本實施例中，該等連動件613為相互嚙合的齒盤，但不限於此，當任一托件62受力而使相對應的頂桿612轉動時，會帶動相對應的連動件613轉動，由於該等連動件613相互連動，而使另一托件62也能受到連動而往相反方向轉動，同時當該連接桿616位於朝下連接該定位盤614的位置時，便能透過該連接桿616及該定位盤614而進一步連動使該等底桿611相對該基座2轉動。

每一托件62可沿一垂直該前後方向X及垂直該側方向Y的上下方向Z調整相對各自的該膝支撐架61的位置，並可沿垂直該上下方向Z的方向調整相對該膝支撐架61的位置。於本實施例中，每一托件62相對各自的該膝支撐架61調整位置的方式是透過於各自的頂桿612上下滑動方式，以及經由滑軌及滑塊的配合而以水平滑動方式完成，但不限於此，由於滑動方式並非本案的主要技術手段，因此本說明書不再進一步說明相關技術。

該光照單元7包括一可相對該座椅32擺動地樞設於該座椅32沿該側方向Y的一側並可沿該前後方向X調整相對該座椅32的位置的殼體71，及複數設置於該殼體71且可用於朝該等托件62照射光的發射件72。於本實施例中，該等發射件72為波長600nm~1300nm的低能量雷射。

該動力單元8包括一設置於該承載單元3後方的伺服馬達81、二連接且能受該伺服馬達81帶動並可用於分別掛設於該等膝滑輪41的側勾繩82、一連接且能受該伺服馬達8帶動並位於該等側勾繩82間的中央勾繩83，及一電連接該伺服馬達81及該等發射件72的控制器84。該中央勾繩83可選擇地用於掛設於該踩踏滑輪42並勾設於該擺動扣接部53，也可選擇地用於掛設於該擺動滑輪43並勾設於該定位盤614。於本實施例中，該等側勾繩82及該中央勾繩82是因應不同的使用狀況而以不同的方式使用。

該伺服馬達81可於一振動模式、一牽引模式及一作用力變化模式之間變換，該控制器84儲存複數彼此相異的牽引力參數、複數彼此相異的振動力範圍參數，及複數彼此相異的轉速扭力參數。該伺服馬達81可受該控制器84控制而於該牽引模式、該振動模式及該作用力變化模式之間變換。

參閱圖1、4，於該振動模式時，該伺服馬達81在特定轉動距離內以固定振動區間的振動力運作，且在每一特定轉動距離內該伺服馬達81以對應其中一振動力範圍參數的振動區間的振動力運作，圖4中所示為兩階段特定轉動距離的固定振動區間施力曲線，在圖中左側的特定轉動距離中，先以對應較高的振動力範圍參數的振動力的固定振動區間提供扭力，即整體的扭力相對較高且呈現高低振盪的扭力曲線，而在圖中右側的特定轉動距離中，則是以對應較低的振動力範圍參數的振動力的固定振動區間提供扭力，即整體的扭力相對較低且呈現高低振盪的扭力曲線。

參閱圖1、5，於該牽引模式時，該伺服馬達81在特定轉動距離內以實質上相同的作用力運作，且在每一特定轉動距離內，該伺服馬達81實質上以對應其中一牽引力參數的作用力運作，圖5中所示為兩階段特定轉動距離的相同作用力施力曲線，在圖中左側的特定轉動距離中，先以對應較高的牽引力參數的相同作用力提供扭力，而在圖中右側的特定轉動距離中，則是以對應較低的牽引力參數的相同作用力提供扭力。

參閱圖1、6，於該作用力變化模式時，該伺服馬達81在特定轉動距離內以變化的作用力運作，且在每一特定轉動距離內，該伺服馬達81以對應不同牽引力參數的作用力運作，圖6所示即為在一特定轉動距離過程中以由小至大而再轉小的扭力施力曲線。

參閱圖1、7，要說明的是，除了前述三種施力模式之外，該伺服馬達81還能以三種施力模式混合的一混合模式運作，如圖7所示，圖中左側的特定轉動距離中，同時混合了該振動模式、該牽引模式及該作用力變化模式，而圖中右側中則僅使用了該牽引模式，有關該混合模式的混合形式，此處僅為舉例說明，但不以此為限。

使用時，該膝部復健與訓練裝置可用於一踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健、一躺臥式膝關節鬆動牽引復健、一俯臥式膝關節鬆動牽引復健、一膝肌力訓練、一俯臥式膝肌力訓練、一低能量雷射復健、一腿推訓練，及一腿開闔訓練。

參閱圖8、9、10，該膝部復健與訓練裝置用於該踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健時，是將該等側勾繩82分別掛設於該等膝滑輪41，一使用者坐於該座椅32，調整使該等托件62支撐於該使用者的大腿，並分別將該等側勾繩82勾於腳踝上的二腳踝套91，由於該使用者因坐於該座椅32，且該等托件62支撐於該使用者的大腿，使得該使用者大腿之下的部位不會受到全身重量壓迫，而使膝關節軟骨處於不受到身體重量壓迫的初步懸空釋壓狀態，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該振動模式運作，並於拉動該使用者腳踝的特定轉動距離時產生振動力，由於該伺服馬達81所施加的振動力會透過該等側勾繩82、該等腳踝套91而施加於該使用者雙腿，在固定振動區間中的高扭力時，高扭力會朝下拉動脛骨而進一步拉開膝關節軟骨使其產生進一步懸空釋壓狀態，於在固定振動區間中的低扭力時，脛骨受到肌肉的回復力而克服低扭力並回彈，以使膝關節軟骨受到擠壓，因此來回的振動力會使膝蓋處產生震盪(見圖10箭頭所示即為脛骨於高扭力時的受力方向，下方的脛骨相對上方的股骨遠離而使膝關節軟骨產生進一步懸空釋壓狀態)，使該使用者膝關節軟骨重複伸展與壓縮以產生增加養分進入及加速廢物移出的效果，增進軟骨修復。因此在進行一段時間後，就能改善膝關節炎的症狀，也改善了現有技術中病人全身重量壓迫站立在震動平台上有高風險導致軟骨進一步受損的治療方式。

參閱圖11、12，該膝部復健與訓練裝置用於該躺臥式膝關節鬆動牽引復健時，是將該等側勾繩82分別掛設於該等膝滑輪41，並將該背靠部322調整與該乘坐部321接近水平後，使該使用者躺臥於該座椅32，調整使該等托件62支撐於該使用者的小腿，並分別將該等側勾繩82勾於膝關節處的二膝關節套92，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該振動模式運作，由於該伺服馬達81所施加的振動力會透過該等側勾繩82、該等膝關節套92而施加於該使用者膝蓋處，進而使膝蓋處產生鬆動(見圖12箭頭所示即為脛骨於高扭力時的受力方向，左側的脛骨相對右側的股骨移動而使膝蓋處鬆動)，可以改善膝關節屈曲關節活動度，且所產生的振動力也能幫助該使用者減少疼痛，增進膝關節腔裡之關節液流動與增進下肢本體感覺的能力，因此在進行一段時間後，就能改善膝關節炎的症狀。

參閱圖13、14，該膝部復健與訓練裝置用於該俯臥式膝關節鬆動牽引復健時，是將該等側勾繩82分別掛設於該等膝滑輪41，並將該背靠部322調整與該乘坐部321接近水平後，調整使該等托件62支撐於該使用者的小腿，使該使用者俯臥於該座椅32，並分別將該等側勾繩82勾於膝關節處的該等膝關節套92，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該振動模式運作，由於該伺服馬達81所施加的振動力會透過該等側勾繩82、該等膝關節套92而施加於該使用者膝蓋處，進而使膝蓋處產生鬆動(見圖14箭頭所示即為脛骨於高扭力時的受力方向，左側的脛骨相對右側的股骨移動而使膝蓋處鬆動)，可以改善膝關節伸直動作的關節活動度，且所產生的振動力也能幫助該使用者減少疼痛，增進膝關節腔裡之關節液流動與增進下肢本體感覺的能力，因此在進行一段時間後，就能改善膝關節炎的症狀。

參閱圖15，該膝部復健與訓練裝置用於該膝肌力訓練時，是將該等側勾繩82分別掛設於該等膝滑輪41，該使用者坐於該座椅32，調整使該等托件62支撐於該使用者的大腿，並分別將該等側勾繩82勾於腳踝上的該等腳踝套91，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該牽引模式、該振動模式或該作用力變化模式運作，使用者此時施力使小腿朝前抬起，由於該伺服馬達81所施加的作用力會透過該等側勾繩82、該等腳踝套91而施加於該使用者雙腿，因此使用者必須克服作用力才能抬起小腿，因此在抬起的過程中就能鍛鍊大腿、膝蓋的股四頭肌群且防止膝部肌肉關節傷害，而能改善膝關節炎的症狀。

參閱圖16，該膝部復健與訓練裝置用於該俯臥式膝肌力訓練時，是將該等側勾繩82分別掛設於該等膝滑輪41，並將該背靠部322調整與該乘坐部321接近水平後，調整使該等托件62支撐於該使用者的小腿，使該使用者俯臥於該座椅32，並分別將該等側勾繩82勾於該等腳踝套91，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該牽引模式、該振動模式或該作用力變化模式運作，使用者此時施力使小腿朝后勾起，由於該伺服馬達81所施加的作用力會透過該等側勾繩82、該等腳踝套91而施加於該使用者雙腿，因此使用者必須克服作用力才能勾起小腿，因此在抬起的過程中就能鍛鍊大腿腿後的腿後肌群且防止腿部肌肉關節傷害，而能改善膝關節炎的症狀。

參閱圖17、18，該膝部復健與訓練裝置用於該低能量雷射復健時，該使用者坐於該座椅32，調整使該等托件62支撐於該使用者的大腿，並將該光照單元7轉動至覆蓋於大腿上方，接著控制使該控制器84控制該等發射件72對該使用者的膝關節處發射低能量雷射，就能促進膝關節軟骨與組織傷處的修復與癒合，以及促進骨折的骨頭癒合、提高神經受損後的癒合效果、減輕外傷的血腫或提供止痛的效果，進而能改善膝關節炎的症狀。且低能量雷射復健可與該踝拉式膝關節軟骨釋壓震盪復健、該俯臥式膝關節鬆動牽引復健或該躺臥式膝關節鬆動牽引復健功能同時施作。

參閱圖19、20，該膝部復健與訓練裝置用於該腿推訓練時，是將該中央勾繩83掛設於該踩踏滑輪42，且扣接於該擺動扣接部53，並使該固定件55不固定該擺動桿52，此時該使用者坐於該座椅32，以雙腳踩踏於該踩踏板54，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該振動模式運作，該使用者此時雙腳施力使該踩踏板54擺動，由於該伺服馬達81所施加的相同振動力會透過該中央勾繩83、該擺動扣接部53、該擺動桿52及該踩踏板54而傳遞至該使用者的雙腳，因此該使用者必須克服作用力才能使該踏板54 及該擺動桿52前後擺動(圖20中該踩踏單元5’及5”所示為受該等限位塊56所限制的最大擺動角度)，因此在此過程中就能鍛鍊膝蓋及腿部的肌肉。

參閱圖21、22、23，該膝部復健與訓練裝置用於該腿開闔訓練時，是將該中央勾繩83掛設於該擺動滑輪43，且扣接於該定位盤614，並使該連接桿616自脫離該定位盤614的位置(見圖21)朝下連接於該定位盤614，此時該使用者坐於該座椅32，調整使該等托件62支撐於該使用者的大腿，該使用者此時大腿及雙股施力就使該等托件62相對擺動，當該連接桿616連接於該定位盤614相對前側的位置時(見圖22)，該等托件62的初始位置是相對靠合，而能用於鍛鍊使該等大腿打開，而當該連接桿616連接於該定位盤614相對後側的位置時(見圖23)，該等托件62的初始位置是相對遠離，而能用於鍛鍊使該等大腿向內夾的訓練，接著控制使該控制器84控制該伺服馬達81於該牽引模式、該振動模式或該作用力變化模式運作，由於該伺服馬達81所施加的作用力會透過該中央勾繩83、該定位盤614、該連接桿616、該延伸桿615的傳遞，進而傳遞至該等頂桿612及該等托件62，最後傳遞至該使用者的大腿，因此該使用者必須克服作用力才能使該等托件62開闔，該使用者在此過程中就能鍛鍊大腿、膝蓋的髂脛束肌群與大腿內外側肌群且防止膝部肌肉關節傷害，而能改善膝關節炎的症狀。

要說明的是，前述各項訓練中，該控制器84控制該伺服馬達81運作的模式僅為舉例，並不以此為限制，而可於各種模式混合使用而達到相同的效果。

參閱圖1、6、7，另外，由於人體施力而改變姿勢時，在到達最終姿勢前的力量是由小至大而再逐漸變小，因此當該伺服馬達81以該作用力變化模式運作時，能配合人體的施力情況，同樣由小至大再轉小，而不會過度施力，且能維持使人體的姿勢改變過程中給予相匹配的力量，因此能避免訓練過程中產生傷害。

綜上所述，藉由設置該承載單元3、該滑輪單元4、該踩踏單元5、該膝支撐單元6、該光照單元7及該動力單元8，使該伺服馬達81能於不同模式之間運作，以對該使用者的膝關節軟骨進行釋壓震盪而達到進行復健的效果，進而改善膝關節炎的疼痛與關節活動受限症狀並促進膝關節軟骨修復，且能大幅減少人力，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。