WO2016079104A1 - Trainingsvorrichtung mit 3D-Positionserfassung und deren Betriebsverfahren - Google Patents

Trainingsvorrichtung mit 3D-Positionserfassung und deren Betriebsverfahren Download PDF

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Reinhold Ferstl
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F&K Reinhold Ferstl Markus Knestel Gbr
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Definitions

  • the present invention relates to a training device with 3D position detection for three-dimensional, functional training.
  • the training device has an actuator operatively connected to a rope, the rope being passed over an arm and communicating with a rope end on the handling device. Due to the spatial detection of the force vector on the handling device and the corresponding control of the training device, the training process can be improved via the biofeedback.
  • a counter-power generating device has an electric motor with an output, which interacts with at least one exerciser provided to the trainee, a control device being arranged upstream of the electric motor.
  • the exercise organ is connected to a cable arrangement and know two gripping options for the trainees.
  • One object is to design a generic training device in such a way that a simple and efficient training opportunity is created. This object is solved by the features of the independent claim.
  • the dependent claims relate to advantageous embodiments of the invention.
  • the training device in particular for functional muscle training, knows an actuator that can be in operative connection with a rope.
  • the training device may comprise an arm for guiding the rope and an adjusting mechanism for adjusting the arm.
  • the actuator of the training device can be controlled.
  • the training device may also comprise detection means for determining the spatial position of a handling device connected to the rope (in particular also for determining the force vector on the handling device). The spatial position can be determined based on a cable exit direction from the cable guide of the arm, an issued rope length and / or the spatial position of the arm.
  • the detection means can also detect the rope force acting on the rope.
  • the control unit can control the actuator based on the comparison of the determined spatial position and / or the cable force and / or their derivatives with predetermined values.
  • a training device can be provided which enables the user to allows a variety of different exercises to perform without the need for another training device.
  • visual, haptic, and / or acoustic biofeedback it is thus possible to guide the user always in the optimal or predetermined or desired training line or in the optimal training corridor.
  • Another advantage is the fact that can be reduced by the activation of the training device, incorrect workload of the user of the training device.
  • the detection means can determine a force vector based on the spatial position of the handling device and the cable force. Based on this force vector, it is possible to detect and monitor the user's movements and to give the controller a training corridor in which to locate the force vector in order to always perform an optimal exercise.
  • the control unit based on the comparison to the actuator tuator, output a desired value.
  • the actuator is thus influenced directly by the spatial position and / or the cable force and / or their derivatives, whereby it can be ensured that the user exercises the training always carried out in the predetermined force or space area and thus incorrect loads can be avoided and the effectiveness of the training exercise can be increased.
  • the setpoint value can also be a motion setpoint value, so that a 3D motion corridor can thus be specified and / or the pull-out direction and return direction can also be different. As a result, the applicability is further increased and even more versatile exercises can be performed.
  • the control unit based on the comparison of the actuator, a speed setpoint, a force setpoint and / or output motion setpoints.
  • a motion setpoint not only a three-dimensional motion corridor can be specified, but it can also be applied in addition to the extension direction and the return direction with different setpoints.
  • the speed of the training exercises can be increased and on the other hand, the user-friendliness of the training device can be increased because the individual adjustment firstly eliminates a change of training device and secondly, the change of load can be performed automatically so that the user does not have to manually adjust the weight plates of the training device to his desired training load.
  • the control unit can output a desired value for the spatial position of the arm and correspond to the arm. control.
  • the force vector can be specifically influenced during the exercise. This additional possibility of control makes it possible to optimally adapt the arm individually and depending on the respective boundary conditions. This makes it possible on the one hand to specify curved spatial reference value corridors and at the same time to influence the direction of the user force vector in a targeted manner.
  • the training device can be used even more flexible and efficient.
  • vector fields can also be specified, with vectors of various sizes and orientation. The ease of use and effectiveness of the training device can thus be greatly increased.
  • the control unit can also determine a movement profile based on the determined spatial position, wherein in addition the size of the cable force can be detected.
  • the entire training profile or the training course for analysis purposes and / or optimization purposes of the exercises can be detected within the framework of a single exercise and, on the other hand, the movement profiles can also be detected by a plurality of exercises and depending on the actually applied to the user training force, individual Motion profiles are created to increase the training effect even further.
  • the motion profiles may change dynamically as needed to further increase the efficiency of the training exercise.
  • the rope can be guided via a pivotable roller to a cable exit region of the arm.
  • the pivoting roller allows a further axis of movement of the rope in space.
  • the rope can be rolled out on the one hand on the guide and on the other hand can be on the pivoting roller, the exit angle of the rope, depending on the Exercise or the position of the handling device, change.
  • the flexibility of the training device is increased and the efficiency of the training device can be further increased, since the swivel role additional training exercises are possible.
  • the rope can be guided by a pivotable sleeve in a rope exit region of the arm.
  • a pivotable sleeve By a pivotable sleeve, it is possible to measure the rope outlet angle over the position of the sleeve.
  • the cable direction in the exit region can be determined precisely, and subsequently the actuator can be controlled via the control unit based on the angle of the pivotable sleeve.
  • the provision of the pivotable sleeve also allows a timely detection of the cable outlet angle from the guide. Since the pivotable sleeve guides the cable, slippage is avoided, thus increasing the accuracy of measuring the angle.
  • the detection means may determine the cable exit direction based on a pivot angle of the pivotable sleeve and / or the pivotable roller. By detecting the cable exit direction via the pivotable sleeve and / or pivoting roller, the cable exit direction can be determined from the guide in the room without delay and with high accuracy. In addition, it is possible to measure via additional sensors in the pivotable role or in their storage, the rope force and to close it on the user force vector on the handle or to determine this.
  • the rope can be passed at least partially through the arm. This makes it possible on the one hand to protect the rope in these areas from environmental influences and on the other hand, the user-friendliness of the training Vor- Direction to increase as the sections with exposed rope of the training device can be reduced and thus, for example, reduce the risk of injury by pinching between the rope and the rope guide. In addition, the risk of incorrect operation of the training device can be reduced, since the arm can be touched by the user, without having to worry about lifting the rope led out of the guide.
  • the arm may also have a handle and in the region of the handle may be arranged a switch for controlling the adjusting mechanism.
  • a switch for controlling the adjusting mechanism By this arrangement, it is possible for the user in a simple manner, on the handle and the switch to move the arm in the desired position, for each exercise.
  • the adjustment mechanism is actuated via the switch, so that on the one hand a switch for releasing the adjustment of the arm and on the other hand a switch for the automatic positioning of the arm in the desired position are possible.
  • the adjustment mechanism may be configured to automatically position the arm by the control unit, block the movement of the arm, and / or release the arm so that the arm can be manually moved to the desired position.
  • the arm can be blocked, so that during the training exercises, the stability of the training device is ensured and vibrations of the arm can be avoided.
  • the actuator may comprise a sensor device for determining the magnitude of the cable force and / or for determining the unrolled cable length.
  • a sensor device for determining the magnitude of the cable force and / or for determining the unrolled cable length.
  • the actuator may be in operative connection with a cable winch for winding and unwinding the cable.
  • a cable winch for winding and unwinding the cable.
  • the deviation of the determined spatial position and / or the cable force and / or their derivatives of predetermined values can be used as biofeedback
  • this feedback can be passed on to the exerciser or the user of the training device via acoustic, visual and / or haptic signals.
  • This makes it possible for the user interactively or intuitively perform the respective training exercises optimally.
  • the usability of the training device can be extended. Therefore, for example, even blind persons can use the training device without complicated training and at the same time achieve an ideal training effect.
  • Power regulation via biofeedback teaches the user whether the exercise is performed in the desired force, space, time relation or whether it deviates from it. Faulty loads can then be prevented by corresponding force reductions or coordinative abilities can be trained by imparting proprioceptive feedback on the quality of motion via power regulation. This can be detected by a force variable recognizable as artifacts force effect, which in the current movement or in their retrograde evaluation in the anticipation of the next movement flows and thereby a successive improvement in movement are made possible. Therefore, with this type of resistance control even blind people can learn a spatially predetermined movement.
  • FIG. 1 shows an overview of the exercise device according to the invention
  • Figure 2 shows a side view of an embodiment of the exercise device
  • Figure 3 shows a detail view of the upper end of the arm
  • Figure 4 is a further detail view of the upper end of the arm
  • Figure 5 is a front view of an embodiment of the exercise device
  • Figure 6 is a front view of an embodiment of the exercise device with the arm turned down
  • FIG. 7 is a detailed view of a section of the adjusting mechanism.
  • FIG. 8 is a plan view of the device installed in the training device
  • Figure 9 is a detail view of the adjustment mechanism and the worm gear
  • Figure 10 is a control circuit of an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 shows the embodiment A of a sleeve body with a guide sleeve
  • Figure 12 shows the embodiment B of a sleeve body with a guide sleeve
  • Figure 13 shows the embodiment C of a sleeve body with a guide sleeve
  • Figure 14a shows the embodiment C in the installed state
  • FIG. 14b shows the guide sleeve
  • Figure 15 shows a further view of the embodiment C in the built-in
  • FIG. 16 shows an embodiment of a cable vector detection by means of an optical sensor [0023]
  • FIG. 1 shows a schematic overview of the construction of the training apparatus.
  • one end of the rope 1 is connected to a handling device 18.
  • the force of the user of the training device is introduced into the rope.
  • FIG. 1 schematically shows the user force vector (FB), which schematically represents the user force and its direction.
  • FB user force vector
  • various types of handles can be used or it is also possible to connect other exercise equipment at the end of the rope.
  • the cable end of a second training device is connected at the connection point of the handling device 18 with the cable 1 shown in FIG. 1.
  • This possibility of designing or combining the training devices makes it possible to directly reverse the user force vector shown in FIG. 1, so that the user of the training device can apply both tensile and compressive forces to the connected cables in one exercise.
  • the rope of the first or the second training device is charged to train.
  • the rope exits the guide in the arm and is guided via a pivotable roller 9 and by a pivotable sleeve 10 to the user's area of the training device.
  • the pivotable sleeve 10 is rotatably or pivotably mounted about a pivot axis of the sleeve, the pivot axis 17.
  • the pivot angle of the pivotable sleeve 10 can be detected and forwarded to a control unit for further processing.
  • a pivotable sleeve it would also be possible to provide other types of exit direction detection.
  • the pivotable roller 9 is pivotable about at least one pivot axis 16, the pivotable roller 9.
  • the swivel angle is also detected by a sensor device and can be forwarded to the control unit for controlling the actuator.
  • the direction detection 8 is composed in the embodiment shown in Figure 1 of the pivotable sleeve 10 and the pivotable roller 9 together or from the respective sensor devices provided for detecting the respective pivot angle (or angle of rotation) and ultimately for detecting the exit angle and the exit direction of the rope 1.
  • the arm 3 shown in Figure 1 is arranged to be movable about a first axis of rotation 6 and a second axis of rotation 7.
  • a handle 15 In an end region of the arm 3 is a handle 15 to which a switch 19 can be attached.
  • a switch 19 and the handle 15 it is possible, on the one hand to control the adjustment mechanism 5 and to adjust by acting on the handle 15, the position of the arm 3 about the first axis of rotation 6 and / or the second axis of rotation 7.
  • the rope 1 is passed through the arm 3 in the embodiment shown in FIG. whereby this rope is provided protected from external circumstances.
  • a balancing weight 14 may be located, which serves to a balanced arm provide.
  • a balanced arm 3 has the advantage that it can be moved without great effort in the desired position by the user.
  • a particularly inexpensive and efficient design of the arm provides the use of four-edged raw profiles or pipes.
  • the arm 3 is made extendable, so that the length of the arm 3 is variable. The arm 3 can thus be changed depending on the use static as well as dynamically during a training exercise or during operation of the training device in its length. The length variability is achieved, for example, by means of profiles which are arranged displaceably in one another, wherein the change in length can be achieved via an intended motor, for example a linear motor.
  • the arm 3 is connected via a shaft with the adjusting mechanism 5.
  • the adjustment mechanism 5 has, inter alia, the task of positioning the arm 3 in the space suitable for the respective exercise of the user.
  • the adjusting mechanism 5 has a first adjusting drive 11 and a second setting drive 12, via which the first axis of rotation 6 and the second axis of rotation 7 of the arm 3 are activated.
  • the entire adjusting mechanism 5 is mounted on the base body 19. This main body 19 is shown in Figure 1 only as a simple frame, wherein on the underside of the actuator 2 is mounted.
  • the actuator 2 is connected to a winch 13 in angular connection, via which the cable 1 up and can be unwound.
  • the cable 1 is thus guided via the cable winch 13 through the adjusting mechanism 5 into the arm 3 and in the cable exit area 4, the cable is connected via the direction detection 8 in the traction nings Scheme led to the user who can apply the training force on the rope 1, this can take place in particular on the handling device 18, or by direct contact with the rope end by the user.
  • an output rope length is determined via the detection means, which is e.g. can be determined via the winch 13 and a sensor attached thereto.
  • the detection means can be determined via a sensor on the pivoting roller 9, which revolutions of the role, which moves without slip with the rope 1, the rolled-rope length.
  • the spatial position of the arm 3 can be detected by sensors, e.g.
  • the angle but also the angular velocities can be measured via the respective sensors on the pivotable sleeve 10 and the pivotable roller 9 or on the pivot axis 16 of the roller, thereby making it possible to determine the movement on the manipulator 18 even more accurately.
  • the cable force can be measured via a sensor in the actuator 2 or via force sensors, which are in communication with the rope. It is also in one Another embodiment possible to determine the cable force directly on the pivotable roller 9 via a radial force sensor. Furthermore, it is possible in one embodiment to measure the cable force via a cable tension sensor.
  • All of these devices for determining the angles or the angular velocities belong to the detection means by means of which the spatial position of the cable or of the handling device 18 can be determined.
  • the actuator 2 Via a control unit, which is not shown in Figure 1, the actuator 2 is driven, which based on the comparison of the determined values such as spatial position and / or cable force and / or their derivatives (or the force vector on the handling device or rope end) controls predetermined values.
  • the actuator 2 is driven, which based on the comparison of the determined values such as spatial position and / or cable force and / or their derivatives (or the force vector on the handling device or rope end) controls predetermined values.
  • the cable forces generated by the actuator 2 can thus be controlled.
  • the position of the arm 3 is also dynamically adjusted via the adjusting mechanism 5 (during the training exercise), depending on the mentioned values.
  • the three-dimensional position is determined in the space of the manipulator 18 and the actuator and the arm position can be adjusted individually and even dynamically during training, whereby new training approaches can be realized.
  • the range of exercises can be considerably extended.
  • several training vectors can be generated in different space coordinates, whereby different train vectors can also be generated at the point of application of the user's power. This can e.g. be used to selectively influence the force vector course during the exercise to obtain more training stimuli on the muscles to be trained.
  • the rope exit positions of two training devices can be located in different ways in the room, which during a training exercise certain disturbances to the movement of the user are generated, which also can not be parallel to the main training direction and which the user must balance.
  • FIG. 2 shows a side view of a training device according to the invention.
  • the adjusting mechanism 5 is driven via a first adjusting drive 11 and a second adjusting drive 12.
  • the arm is attached directly to the adjustment mechanism 5 via the L-shaped arm receptacle 3005.
  • the rope is thereby passed through the adjusting mechanism 5 and introduced via the arm receptacle 3005 and the cable guide roller of the arm, - cable guide roller 3003, in the leadership of the arm.
  • the implementation of the rope 1 in a central position, allows movement of the arm about its own axes.
  • the arm 3 shown in Figure 2 embodiment is constructed of a first arm portion 3001 and a second arm portion 3002. At one end of the second arm portion 3002 is the pivotal mounting of the pivotable roller 9.
  • the axis of rotation of the pivot bearing 9001 is provided along the symmetry axis of the second arm portion 3002.
  • the rope 1 is guided by the pivotable sleeve 10.
  • the first arm section 1 it is also possible for the first arm section 1 to have two second arm sections and, in particular, a second cable and a second actuator for the possibility of two persons training simultaneously on a training device to do their exercises.
  • FIG. 3 shows a detailed view of the direction detection 8 on the second arm section 3002.
  • the pivot bearing 9001, the pivoting roller 9, consists of a turntable 9002, which is movably connected via a bearing with the counterpart 9003.
  • the turntable 9002 is thus rotatable about an axis of rotation which runs along the axis of symmetry of the second arm portion 3002.
  • the rope 1 runs directly along this axis of rotation, so that upon rotation of the hub 9002 the rope 1 within the second arm portion 3002 rotates only about its own axis.
  • the turntable 9002 is connected to a base 9004.
  • the base 9004 can when welded to the turntable 9002.
  • the base 9004 is also suitable for incorporating additional sensors, such as those shown in FIG. Acceleration sensors or rotation angle sensors.
  • additional sensors such as those shown in FIG. Acceleration sensors or rotation angle sensors.
  • the rotational angles of the sleeve 10 and the pivotable roller 9 are detected via the sensor 10006 and the sensor 3013.
  • a sensor may be provided which detects the angle of rotation of the pivotable roller with respect to the base 9004 by e.g. to draw back on the rolled-up rope length.
  • the pivotable sleeve 10 comprises, in addition to the sensor 10006, a sleeve bearing on which the sleeve is rotatably mounted to the base 9004 and a first sleeve frame 10003 and a second sleeve frame 10004, which together fix the sleeve body 10005, through which the cable 1 through a rope opening 10002 to be led.
  • FIG. 4 again shows the view, similar to the section of the end region of the second arm section 3002 shown in FIG. 3, but with the cable exit direction being changed. Therefore, on the one hand, the sleeve body 10005, which comprises the cable opening 10002, adapted to the adapted cable exit direction and on the other hand, the base 9004 with the hub 9002, with respect to the second arm portion 3002 of the cable exit direction, turned back.
  • the pivoting roller 9 is configured with a cable guide 9005, in which the cable is guided.
  • This cable guide 9005 is designed so that the cable does not protrude beyond the side walls of the pivotable roller 9 and thus jumping out of the rope 1 from the pivotal roller 9 is effectively prevented.
  • the pivotable roller 9 in addition to the cable guide 9005 a first lateral surface 9a and a second lateral surface 9b, which limit the cable guide 9005 and have a diameter which is greater than de diameter of the deflection radius of the Rope 1 about the axis of rotation of the pivoting roller 9, so that the rope is always safely guided in the cable guide 9005.
  • first lateral surface 9a and second lateral surface 9b are configured such that the diameter of the pivotable roller 9 in the direction of the cable guide 9005 which is centrally provided in the pivotable roller 9, decreases, so that, should Lift rope by jerky movement of the cable guide 9005, the first and second lateral surface 9a, 9b, lead the rope back into the cable guide 9005.
  • the diameter of the lateral surface thus decreases steadily in this embodiment, in the direction of the cable guide 9005. This results in a V-shaped configuration of the two lateral surfaces, which meet in the direction of cable guide 9005.
  • the rope 1 is passed through the rope opening 10002 through the sleeve body 10005. It is advantageous that this rope opening 10002 has a special coating, which allows to minimize the rope friction. As a result, the training resistance of the rope is less distorted. In addition, the edges of the rope opening 10002 are rounded so that the rope friction is minimized.
  • the sleeve body 10005 is modified to increase the measurement accuracy.
  • FIG. 11 shows the modified sleeve body 10005.
  • the cable opening 10002 is provided in a guide sleeve A5.
  • This guide sleeve A5 is movable along a guide configured, wherein the guide is fixed in the sleeve body 10005.
  • a centering spring is provided, via which the centering of the guide sleeve A5 can be effected in a simple manner.
  • the bearing of the guide takes place via a guide bearing A3, which is advantageously designed for example as a linear ball bearing.
  • the guide sleeve A5 is thus movable along a predetermined axis.
  • the movement of the guide sleeve A5 is forwarded via a guide ram A4 which is in operative connection therewith.
  • the guide tappet A4 is connected at one end to a dipole magnet A2, which is provided for the reduction of environmental influences in a separate measuring chamber.
  • a sensor AI and in particular a magnetoresistive sensor the position of the dipole magnet A2 is determined. This makes it possible to determine the position and the speed of the guide sleeve A5 and the guide tappet A4 with high accuracy via a magnet in a separate measuring chamber.
  • this modified sleeve body By means of this modified sleeve body, it is also possible to detect the movement of the rope even more accurately and, above all, to determine accurate measured values in the dynamic operation of the training device.
  • the magnetoresistive sensor instead of the magnetoresistive sensor, however, other sensors for position detection are possible, such as optical, resistance-dependent or inductive / capacitive sensors.
  • the position and the movement of the rope can be detected transversely or orthogonally to the cable handling level by the described embodiment.
  • the cable handling plane is the plane in which the roller 9 lies and in which the cable 1 is unwound from the roller 9.
  • the guide sleeve B5 is provided on a guide tappet B4, as shown in FIG. Via a right centering spring B7 and a left centering spring B6, the guide sleeve B5 is centered in a simple manner.
  • the guide tappet B4 is mounted in the sleeve body 10005 via a first and second bearing B3 and B8.
  • the guide sleeve B5 also has a dipole magnet B2 for position detection.
  • the dipole magnet B2 is integrated in an advantageous manner in the guide sleeve B5, so that the required installation space is reduced and therefore the sleeve body 10005 is particularly compact.
  • a magnetoresistive sensor Bl the position of the guide sleeve with, for example, the integrated magnet is determined by a Polwinkeler applied.
  • the guide sleeve C5 is mounted via two guide rods C3 and C4.
  • the guide sleeve has openings through which these guide rods C3 and C4 are performed.
  • the guide sleeve C5 can thus move along the two guide rods.
  • a dipole magnet C2 is integrated in the guide sleeve C5, and the position of the guide sleeve C5 is determined via a magnetoresistive sensor C1.
  • FIGS. 14a, 14b and 15 show a guide sleeve C5 according to embodiment C in the installed state.
  • the sleeve body 10005 is applied to the first sleeve frame 10003 and the second sleeve frame 10004.
  • the rope 1 is unwound via the roller 9 and guided by the guide sleeve C5.
  • a rotational movement of the sleeve frame 10005 about the axis of rotation of the roller 9 is detected via the sensor 10006 and a movement transversely (or orthogonally) to the unwinding direction of the rope 1 is detected by the movement of the guide sleeve C5 and in particular via the sensor C6.
  • the guide sleeve C5 and springs can be provided which are preferably provided on both sides on the first and / or on the second guide rod.
  • FIG. 16 shows a further embodiment of the cable vector determination.
  • the cable exit vector is detected via an optical sensor S1.
  • the optical measuring sensor is attached directly to the arm 3, in particular to the second arm section 3002, via a sensor receptacle, as shown in FIG. 16.
  • the sensor is installed such that the cable exit position of the cable 1 from the roller 9 is in the detection range S2 of the optical sensor Sl.
  • the sensor mount is attached directly to the base 9004 or the turntable 9002, so that the optical sensor rotates with the turntable 9002 with.
  • FIG. 5 shows a further view of the training device, wherein only the first arm section 3001 of the arm is mounted.
  • On the base body 19 is mounted on a horizontal base plate 5A2, the Horizontalverstellmechanismus 5A.
  • This Horizontalverstellmechanismus 5A has a horizontal worm wheel 5A1, which allows rotation about the vertical axis.
  • the horizontal displacement mechanism 5A is connected to a vertical displacement mechanism 5B.
  • the horizontal displacement mechanism 5A adjusts the position of the vertical displacement mechanism 5B and the arm about the vertical axis, and the vertical displacement mechanism 5B again adjusts the position of the arm about an axis in the horizontal direction.
  • the vertical displacement mechanism 5B is fixed on a vertical base plate 5B2, and the vertical displacement mechanism 5B further includes a vertical worm wheel 5B1.
  • a vertical worm wheel 5B1 About the screw 3006 of the arm receiving the arm receptacle 3005, on which the arm 3 is fixed, with the vertical worm in Connection set. 5 is the central passage of the rope 1 through the respective axes of rotation, so that an all-round movement of the arm is made possible without Seii the first
  • FIG. 7 shows a detailed view of the adjusting mechanism 5. A special focus is on the central implementation of the rope 1. The
  • the horizontal worm wheel 5A1 is movable on the horizontal base plate 5A2
  • a first adjusting drive 11 is provided which rotates the horizontal worm shaft.
  • the inventive design of the horizontal adjustment mechanism 5A thus allows a flexible control of the position of the arm to this one hand to move freely to fix this or to bring this automatically in a desired position.
  • the Vertikalverstellmechanismus 5B therefore has a second adjustment drive 12, which drives the vertical worm shaft, which in turn is set as needed via the second fixing drive 121 with the vertical screw 5B1 either without contact or is set in moving contact or fixed the vertical worm 5B1 by firmly pressing movement blocking , This makes it possible even when driving the Vertikalverstellmechanismus to automatically move the arm in different positions, to fix the arm in different positions or to release the arm.
  • the central passage of the rope through the vertical worm gear, the horizontal displacement mechanism 5A and the vertical displacement mechanism 5B via the guide pulley 5C, enables the already mentioned flexible rotation of the entire arm in space.
  • the pulley 5C is similar to the pivotable roller 9 designed so that, the deflection roller also has a first and second lateral surface, which protrude beyond the guided in the Umienkrolle rope 1 to a Rausspringen the rope 1 in jerky movements of the guide roller or the guide to avoid the pulley.
  • the cable is guided by the vertical worm wheel 5B1 to the connecting roller 3010, which has over the guided cable projecting lateral surface analogous to the deflection roller 5C and the pivotable roller 9.
  • the connection roller 3010 is fixed via a bearing 3011 such that the cable 1 can be guided centrally through the arm.
  • the cable 1 is guided through the first arm section 3001 and the second arm section 3002 up to the upper guide roller 3009, which is mounted on the second arm section 3002 via the bearing 3012.
  • At the bearing 3011 and at the bearing 3012 it is possible to provide further sensors in order to detect the position of the guide roller 3009 or the position of the connecting roller 3010 via an angle measurement.
  • Figure 8 shows a part of the horizontal displacement mechanism 5A.
  • the horizontal worm wheel 5A1 is engaged with the horizontal worm shaft 5a3.
  • the horizontal worm shaft 5A3 is designed to be movable. In particular, on the tiltable receptacle 5A3 is a fold and fold away the horizontal auger shaft 5A3 to the horizontal worm wheel 5A1 possible.
  • the rotation of the horizontal worm shaft 5A3 is over the first verse Tell drive 11 causes, which is fixed to the attachment 5A11.
  • the folding movement of the horizontal worm shaft 5A3 is provided via the first fixing drive 111 and an optional gear 5A10.
  • the horizontal worm wheel 5A1 has in the center on a through hole 5A7 through which the cable 1 is guided.
  • the horizontal worm wheel 5A1 also has first holes 5A4 and second holes 5A5.
  • the horizontal worm wheel 5A1 is connected to the horizontal base plate 5A2 or the connecting piece 5C5 via these bores.
  • the arrangement of the first adjusting drive 11 and the first fixing drive 111 not only enables flexible actuation of the arm 3, but this design is also compact and weight saving.
  • the horizontal worm wheel 5A1 and the horizontal worm shaft 5A3 is shown in the installed state.
  • the side of the shaft away from the first adjusting drive 11, on which the horizontal worm shaft 5A3 is mounted is guided in a guide opening 5A12.
  • This guide opening may be configured, for example, as an elongate bore or groove to allow the tilting movement of the horizontal worm shaft 5A3.
  • the horizontal worm shaft 5A3 is supported in the tiltable receptacle 5A13, which can be folded with the horizontal worm shaft 5A3.
  • the stably executed body 5A14 guarantees, in any tilted position of the horizontal worm shaft 5A3, a stable Positioning or storage of the horizontal worm shaft 5A3 on the horizontal base plate 5A2.
  • the through hole 5C7 In the center of the horizontal worm wheel 5A1 is the through hole 5C7 through which the cable 1 is guided. According to an advantageous embodiment of the present invention, the rope is not touched, so that the losses can be reduced.
  • the connecting piece 505 is connected to the horizontal worm wheel 5A1 via the wheel mount 502.
  • rotation of the horizontal worm wheel 5A1 also causes rotation of the connecting piece 5C5 which is communicated with the vertical adjusting mechanism 5B via the connecting plate 5B4.
  • the connecting piece 505 is connected via a center piece 506 to the connecting plate 5B4, wherein the center piece 506 at the same time also has a roller attachment 501 via which the deflection roller 50 is mounted.
  • the horizontal worm wheel 5A1 is mounted on the bearing 504, which can be advantageously designed as a rolling bearing to allow a simple low-cost construction of the adjustment mechanism 5.
  • the bearing 504 can also be fixed via a fastening nut 503, which encloses a central opening.
  • the training device of this embodiment which is particularly suitable for functional muscle training, can have an arm 3 for guiding a cable 1, an adjusting mechanism 5 for adjusting the arm 3 and a control unit for controlling at least the adjusting mechanism 5.
  • control unit of this embodiment can be adapted to position the arm 3 by the adjusting mechanism 5, the movement of the Arms 3 to block and / or the arm 3 free, so that the arm 3 can be manually moved to the desired position.
  • the desired cable exit position can either be adjusted automatically by the adjustment mechanism, the movement of the arm can be blocked and / or the arm can also be released for manual positioning.
  • a balanced arm facilitates manual positioning and is particularly advantageous.
  • the adjusting mechanism 5 of the exemplary embodiment may comprise at least one toothed wheel 5A1 which can be driven via a worm 5A3 and which may be arranged with the worm 5A3 in the area of the worm 5A3.
  • the arm By adjusting the arm by a worm and a worm wheel or gear or by a worm gear, the arm can be positioned very accurately. In addition, this allows a simple and compact design of the adjustment mechanism can be achieved.
  • the arm 3 can be adjusted by the adjusting mechanism 5 via the gear 5A1 about a first axis 6 and / or via a second gear 5B1 about a second axis 7, wherein each gear can be driven by its own worm.
  • the arm can be rotated about two axes and the adjustment remains compact at the same time.
  • the axis of rotation of the respective arm coincide with the axis of rotation of the respective gear to allow a simple rotational movement.
  • the axis of rotation of the screw 5A3 can be made adjustable and by the adjustment of the axis of rotation of the screw 5A3, the engagement range of the screw 5A3 can be adjusted with the gear 5A1.
  • the gear can be released or blocked by the engagement range is selected to be zero or negative (high contact pressure leads to elastic deformation and thus to "negative" engagement region).
  • the worm 5A3 may be slidably disposed to adjust the meshing portion with the gear 5A1 relative to the gear 5A1, the worm 5A3 being pressed against the gear 5A1 to block the rotation of the gear 5A1, and the worm 5A3 entirely disengaged to release the gear 5A1 Engaging area with the gear 5A1 can be moved.
  • a compact and multi-functional adjustment mechanism is provided, which also allows easy and safe use of the training device.
  • the displacement of the screw 5A3 can be effected via an actuator. This ensures a controllable positioning of the screw and in particular the axis of rotation of the screw, which can be adjusted individually, in particular by the control unit, depending on the training exercise, or even during training.
  • the worm 5A3 can be made axially displaceable and have a duplex toothing. As a result, the clearance in the engagement region of the screw can be adjusted in a simple manner and at the same time a compact design is ensured.
  • the cable 1 can be guided through an opening 5A7 in the center of the gear 5A1. Due to this particularly advantageous guidance of the rope, complicated By avoiding the rotation angle of the arm and gear, the cable passes directly through the cable through the center of the gear along the axis of rotation of the gear and the rope only has to turn around its own axis , This increases the possible angle of rotation of the gear, and subsequently of the arm.
  • the adjusting mechanism 5 may comprise a second gear 5B1 and a second worm for adjusting the arm about a second axis. As a result, the adjustment of the arm is increased in a simple manner.
  • the opening in the center of the gear 5A1, 5B1 may extend along the rotational axis of the gear 5A1, 5B1.
  • the axis of rotation of the screw 5A3 can be arranged to be essentially parallel displaceable. As a result, the worm can be easily and quickly folded into the engagement area or folded out of the engagement area since the direction of the axis of rotation does not substantially change. This makes the system particularly robust and easy to manufacture and store.
  • a first axis of rotation of the arm 3 may pass through the opening in the center of the gear 5A1 and / or a second axis of rotation of the arm 3 may pass through the opening in the center of the second gear 5B1.
  • FIG. 10 shows a schematic control and regulation structure of an embodiment of the present training device.
  • the input variable to be input is forwarded via a controller in the electric drive, which further passes this to the control system of the training device, in which case various disturbances act on the controlled system to ultimately lead to rope movement.
  • Measured are the cable exit direction, the cable path and the counterforce.
  • a desired training corridor may be set in which the movement of the user of the training device should move.
  • the training corridor can also be designed as a vector field, so that any point in a training area can be controlled depending on the measured input variables, such as position of the manipulator 18 or movement speed of the exerciser or effort of the person practicing or the like.
  • the invention further includes the following aspects: [0073]
  • a first aspect of a training device in particular for functional muscle training, with an arm 3 for guiding a rope 1, a Verstellmecha- mechanism 5 for adjusting the arm 3, a control unit for controlling at least the adjusting mechanism 5, wherein the control unit is adapted to position the arm 3 by the adjusting mechanism 5, to block the movement of the arm 3 and / or to release the arm 3, so that the arm 3 can be manually moved to the desired position.
  • a second aspect of a training device characterized in that the adjusting mechanism 5 comprises at least one via a screw 5A3 drivable gear 5A1 which is arranged engageable with the screw 5A3.
  • a third aspect of a training device characterized in that the arm 3 by the adjusting mechanism 5 via the gear 5A1 about a first axis 6 and / or via a second gear 5B1 about a second axis 7 is adjustable.
  • a fourth aspect of a training device according to at least one of the aspects two or three, characterized in that the axis of rotation of the screw 5A3 is designed adjustable and adjusted by the adjustment of the axis of rotation of the screw 5A3, the engagement region of the screw 5A3 with the gear 5A1.
  • a fifth aspect of a training device characterized in that the worm 5A3 is slidably disposed for adjusting the engagement portion with the gear 5A1 relative to the gear 5A1, the worm 5A3 for blocking the rotation of the gear 5A1 to the gear 5A1 is pressed and wherein the release of the gear 5A1, the worm 5A3 is completely displaced from the engagement area with the gear 5A1.
  • a sixth aspect of a training device according to at least one of aspects two to five, characterized in that the displacement of the screw 5A3 is effected via an actuator.
  • a seventh aspect of a training device characterized in that the screw 5A3 is designed axially displaceable and has a duplex toothing.
  • An eighth aspect of a training device according to at least one of aspects one to five, characterized in that the cable 1 is guided through an opening 5A7 in the center of the gear 5A1.
  • a ninth aspect of a training device characterized in that the adjusting mechanism 5 comprises a second gear 5B1 and a second worm for adjusting the arm about a second axis.
  • a tenth aspect of a training device characterized in that the cable 1 is guided through an opening 5A7 in the center of the gear 5A1, for example, is deflected via a roller 5C and through an opening in the center of the second gear 5B1 to be led.
  • An eleventh aspect of a training device characterized in that the opening in the center of the gear 5A1, 5B1 extends along the rotational axis of the gear 5A1, 5B1.
  • a twelfth aspect of a training device according to at least one of the aspects two to eleven, characterized in that the axis of rotation of the screw 5A3 is arranged to be displaceable in parallel.
  • a thirteenth aspect of a training device characterized in that the one first axis of rotation of the arm 3 passes through the opening in the center of the gear 5A1 and / or a second axis of rotation of the arm 3 passes through the opening in the center of the second gear 5B1.
  • the active control of the device as a function of the user power on the handling device or in dependence on the determined position of the handling device and the cable force makes it possible to adapt the load to the user individually and flexibly. As a result, incorrect loading or overloading of the user of the device can be reduced.
  • the device according to the invention can also be used to relieve the user.
  • the user of the device can experience not only loads, but also reliefs by supporting the device according to the invention in a variety of movements. Therefore, the device according to the invention can also be used as an assistance system in various measures.
  • the possibility of relieving the user of the device also includes the use of the device as guided surgery assistance system Relief of the user.
  • Via a corresponding handling device a connection to the user can be established in such a way that overloading or incorrect loading can be reduced or avoided.
  • limbs of the upper extremities can be connected via a corresponding handling device with the device according to the invention, so that the movement of the respective limbs is supported and the load can be reduced.
  • the device according to the invention can thus also be used as an operation assistance system.
  • the handling device is designed in such a way that the limbs or body parts to be relieved can be accommodated and relieving the body weight can be achieved.
  • a device can be provided as an operation assistance system with an actuator 2, which is operatively connected to a cable 1, an arm 3 for guiding the cable 1, an adjusting mechanism 5 for adjusting the arm 3, a control unit for Controlling at least the actuator 2, and detecting means for determining the spatial position of an associated with the rope 1 handling device 18 based on a cable exit direction of the cable guide of the arm 3, an issued pitch and the spatial position of the arm 3 and to determine a on the Rope 1 acting cable force Fs, wherein the control unit, the actuator 2 based on the comparison of the determined spatial position and / or the cable force Fs and / or their derivatives with predetermined values,

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trainingsvorrichtung, insbesondere für funktionales Muskeltraining, mit einem Aktuator (2), der mit einem Seil (1) in einer Wirkverbindung steht, einem Arm (3) zur Führung des Seils (1), einem Verstellmechanismus (5) zum Verstellen des Arms (3), einer Steuereinheit zur Steuerung zumindest des Aktuators (2), und Erfassungsmitteln zur Ermittlung der räumlichen Position eines mit dem Seil (1) in Verbindung stehenden Handhabungsgeräts (18) basierend auf einer Seilaustrittsrichtung aus der Seilführung des Arms (3), einer ausgegebenen Seillänge und der räumlichen Position des Arms (3) und zur Ermittlung einer an dem Seil (1) wirkenden Seilkraft Fs, wobei die Steuereinheit den Aktuator (2) basierend auf dem Vergleich der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft Fs und/oder deren Ableitung mit vorbestimmten Werten steuert.

Description

„Trainingsvorrichtung mit 3 D-Positionserfassung und deren Betriebsverfahren"
[0001]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trainingsvorrichtung mit 3D-Positionserfassung für dreidimensionales, funktionales Training. Die Trainingsvorrichtung weißt einen Aktuator auf, der mit einem Seil in Wirkverbindung steht, wobei das Seil über einen Arm geführt wird und am Handhabungsgerät mit einem Seilende in Verbindung steht. Durch die räumliche Erfassung des Kraftvektors am Handhabungsgerät und die entsprechende Ansteuerung der Trainingsvorrichtung kann über das Biofeedback der Trainingsablauf verbessert werden.
[0002]
In der DE 3727689 AI ist ein Trainingsgerät zum Entwickeln und Stärken der Muskeln und Gelenke einer Übungsperson durch hin- und hergehende Bewegungen unter Last gezeigt. Dabei wird die Last über einen Elektromotor abgebremst. Es wird ein Motor mit Gleichstrom und Nebenschlusscharakterisik verwendet, wobei der Ständer mit permanentmagnetischen Spulen ausgeführt ist. Die Klemmspannung des Elektromotors ist über ein Steuergerät dabei stufenlos hochregelbar und dessen Abtriebsmoment über ein Getriebe, in einer die Übungsperson belastende Linearkraft, umwandelbar.
[0003]
In der DE 19733595 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Muskeltraining gezeigt. Dabei wird eine, in einem senkrecht stehenden Führungsrahmen verschiebbar geführten, von einem Motor angetriebenen Handhabe, von einer Trainingsperson erfasst. Während der Bewegung der Handhabe in einer Richtung wird diese dauernd mit der maximal aufbringbaren Muskelkraft entgegen dieser Richtung gebremst. [0004]
In der DE 102005051674 AI ist ein Trainingsgerät für Muskeltraining gezeigt. Eine Gegenleistungserzeugungseinrichtung, weist einen Elektromotor mit einem Ausgang auf, der mit wenigstens einem dem Trainierenden dargebotenen Übungsorgan zusammenwirkt, wobei dem Elektromotor eine Regeleinrichtung vorgeordnet ist. Das Übungsorgan ist dabei mit einer Seilzuganordnung verbunden und weißt zwei Greifmöglichkeiten für den Trainierenden auf.
[0005]
Eine Aufgabe ist es eine gattungsgemäße Trainingsvorrichtung so auszubilden, dass eine einfache und effiziente Trainingsmöglichkeit geschaffen wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
[0006]
Die erfindungsgemäße Trainingsvorrichtung, insbesondere für funktionales Muskeltraining, weißt einen Aktuator auf, der mit einem Seil in Wirkverbindung stehen kann. Zudem kann die Trainingsvorrichtung einen Arm zur Führung des Seils aufweisen und einen Verstellmechanismus zum Verstellen des Arms. Über eine Steuereinheit kann der Aktuator der Trainingsvorrichtung angesteuert werden. Die Trainingsvorrichtung kann zudem Erfassungsmittel aufweisen, zur Ermittlung der räumlichen Position, eines mit dem Seil in Verbindung stehenden Handhabungsgeräts (insbesondere auch zur Ermittlung des Kraftvektors am Handhabungsgerät). Die räumliche Position kann dabei basierend auf einer Seilaustrittsrichtung aus der Seilführung des Arms, einer ausgegebenen Seillänge und/oder der räumlichen Position des Arms ermittelt werden. Das Erfassungsmittel kann zudem die am Seil wirkende Seilkraft erfassen. Die Steuereinheit kann den Aktuator dabei basierend auf dem Vergleich der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft und/oder deren Ableitungen mit vorbestimmten Werten steuern. Dadurch kann eine Trainingsvorrichtung bereitgestellt werden, welche es dem Benutzer er- laubt eine Vielzahl von verschiedensten Übungen durchzuführen, ohne dazu eine weitere Trainingsvorrichtung zu benötigen. Zudem wird es ermöglicht über die aktive Steuerung der Trainingsvorrichtung in Abhängigkeit der Benutzerkraft am Handhabungsgerät bzw. in Abhängigkeit der ermittelten Position des Handhabungsgeräts und der Seilkraft individuell und flexibel die Belastung für den Benutzer anzupassen. Über visuelles, haptisches, und/oder akustisches Biofeedback ist es somit möglich den Benutzer stets in der optimalen bzw. vorbestimmten oder gewünschten Trainingslinie bzw. im optimalen Trainingskorridor zu führen. Daher ist es möglich den Benutzer stets zu vermitteln in welcher gewünschten Kraft-, Raum- und Zeitrelation die jeweilige Trainingsübung ausgeführt werden soll, und es können Abweichungen von der optimalen Relation in einfachster Weise mitgeteilt werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die Ansteuerung der Trainingsvorrichtung, Fehlbelastungen des Benutzers der Trainingsvorrichtung reduziert werden können.
[0007]
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung kann das Erfassungsmittel einen Kraftvektor, basierend auf der räumlichen Position des Handhabungsgeräts und der Seilkraft, ermitteln. Basierend auf diesen Kraftvektor ist es möglich die Bewegungen des Benutzers zu erfassen und zu überwachen und der Steuerung einen Trainingskorridor vorzugeben, in welchem sich der Kraftvektor zu befinden hat, um stets eine optimale Übungsausführung zu bewirken.
[0008]
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung kann die Steuereinheit, basierend auf dem Vergleich an den Ak- tuator, einen Sollwert ausgeben. Der Aktuator wird somit unmittelbar von der räumlichen Position und/oder der Seilkraft und/oder deren Ableitungen beein- flusst, wodurch gewährleistet werden kann, dass der Benutzer die Trainingsübung stets im vorbestimmten Kraft- bzw. Raumbereich durchführt und somit können Fehlbelastungen vermieden werden und die Effektivität der Trainingsübung kann gesteigert werden. Zudem ist es auch möglich die Belastung des Benutzers in Abhängigkeit der Kraftänderung bzw. der Beschleunigung der Benutzerhandhabe dynamisch anzusteuern. Der Sollwert kann auch ein Bewegungssollwert sein, sodass damit ein 3D-Bewegungskorridor vorgegeben werden kann und/oder auch die Auszugsrichtung und Rückführungsrichtung unterschiedlich sein können. Dadurch wird die Einsetzbarkeit noch weiter erhöht und es können noch vielseitigere Übungen durchgeführt werden.
[0009]
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung kann die Steuereinheit, basierend auf dem Vergleich den Aktuator, einen Geschwindigkeitssollwert, einen Kraftsollwert und/oder Bewegungssollwerte ausgeben. Durch die Vorgabe eines Bewegungssollwerts kann nicht nur ein dreidimensionaler Bewegungskorridor vorgegeben werden, sondern es kann zusätzlich auch die Auszugsrichtung und die Rückführungsrichtung mit unterschiedlichen Sollwerten beaufschlagt werden. Über die Geschwindigkeitssollwerte und die Kraftsollwerte bzw. Bewegungssollwerte können einerseits die Effizienz der Trainingsübungen erhöht werden und andererseits kann auch die Benutzerfreundlichkeit der Trainingsvorrichtung erhöht werden, da durch die individuelle Anpassung erstens ein Wechsel der Trainingsvorrichtung entfällt und zweitens auch die Änderung der Belastung automatisch durchgeführt werden kann, so dass der Benutzer nicht manuell die Gewichtsplatten der Trainingsvorrichtung seiner gewünschten Trainingsbelastung anpassen muss.
[0010]
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, der erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung, kann die Steuereinheit, basierend auf dem Vergleich, einen Sollwert für die räumliche Position des Arms ausgeben und dem Arm entspre- chend steuern. Dabei kann insbesondere der Kraftvektor während der Übung gezielt beeinflusst werden. Durch diese zusätzliche Möglichkeit der Steuerung ist es möglich den Arm individuell und abhängig von den jeweiligen Randbedingungen stets optimal anzupassen. Dadurch ist es einerseits möglich gekrümmte räumliche Sollwertkorridore vorzugeben und gleichzeitig die Richtung des Benutzerkraftvektors gezielt zu beeinflussen. Somit kann die Trainingsvorrichtung noch flexibler und effizienter eingesetzt werden. Insbesondere können auch Vektorfelder vorgegeben werden, mit Vektoren verschiedenster Größen und Ausrichtung. Die Benutzerfreundlichkeit und Effektivität der Trainingsvorrichtung kann somit stark erhöht werden.
[0011]
Die Steuereinheit kann zudem ein Bewegungsprofil, basierend auf der ermittelten räumlichen Position, bestimmen, wobei zudem die Größe der Seilkraft erfasst werden kann. Dadurch kann einerseits im Rahmen einer einzelnen Übung das gesamte Trainingsprofil bzw. auch der Trainingsablauf für Analysezwecke und/oder Optimierungszwecke der Übungen erfasst werden und andererseits können die Bewegungsprofile auch von mehreren Übungen erfasst werden und in Abhängigkeit von der tatsächlich auf den Nutzer aufgebrachten Trainingskraft, individuelle Bewegungsprofile erstellt werden um den Trainingseffekt noch weiter zu erhöhen. Zudem können sich die Bewegungsprofile nach Bedarf dynamisch ändern, um die Effizienz der Trainingsübung weiter zu erhöhen.
[0012]
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung kann das Seil über eine schwenkbare Rolle zu einem Seilaustrittsbereich des Arms geführt werden. Die schwenkbare Rolle ermöglicht dabei eine weitere Bewegungsachse des Seils im Raum. Dadurch kann das Seil einerseits über die Führung ausgerollt werden und andererseits kann sich über die schwenkbare Rolle kann sich der Austrittswinkel des Seils, in Abhängigkeit der Übung bzw. der Position des Handhabungsgeräts, ändern. Dadurch wird die Flexibilität der Trainingsvorrichtung erhöht und die Effizienz der Trainingsvorrichtung kann weiter gesteigert werden, da durch die schwenkbare Rolle zusätzliche Trainingsübungen ermöglicht werden.
[0013]
Das Seil kann durch eine schwenkbare Hülse in einem Seilaustrittsbereich des Arms geführt werden. Durch eine schwenkbare Hülse wird es möglich den Seilaustrittswinkel über die Lage der Hülse zu messen. Dadurch lässt sich die Seilrichtung im Austrittsbereich genau bestimmen und in weiterer Folge kann der Aktuator über die Steuereinheit, basierend auf dem Winkel der schwenkbaren Hülse, gesteuert werden. Das Vorsehen der schwenkbaren Hülse ermöglicht zudem eine zeitnahe Erfassung des Seilaustrittswinkels aus der Führung. Da die schwenkbare Hülse das Seil führt, wird ein Schlupf vermieden und somit die Genauigkeit der Messung des Winkels erhöht.
[0014]
Das Erfassungsmittel kann die Seilaustrittsrichtung, basierend auf einem Schwenkwinkel der schwenkbaren Hülse und/oder der schwenkbaren Rolle, ermitteln. Durch die Erfassung der Seilaustrittsrichtung über die schwenkbare Hülse und/oder schwenkbare Rolle kann die Seilaustrittsrichtung aus der Führung im Raum ohne Verzögerung und mit hoher Genauigkeit ermittel werden. Zudem ist es möglich über zusätzliche Sensoren in der schwenkbaren Rolle bzw. in deren Lagerung die Seil kraft zu messen und daraus auf dem Benutzerkraftvektor an der Handhabe zu schließen bzw. diesen zu ermitteln.
[0015]
Das Seil kann zumindest teilweise durch den Arm hindurchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, einerseits das Seil in diesen Bereichen vor Umgebungseinflüssen zu schützen und andererseits die Benutzerfreundlichkeit der Trainingsvor- richtung zu erhöhen, da die Abschnitte mit exponiertem Seil der Trainingsvorrichtung reduziert werden und sich somit z.B. die Verletzungsgefahr durch Einklemmen zwischen dem Seil und der Seilführung reduzieren lässt. Zudem kann das Risiko einer Fehlbedienung der Trainingsvorrichtung reduziert werden, da der Arm vom Benutzer angefasst werden kann, ohne befürchten zu müssen das darauf geführte Seil aus der Führung zu heben.
[0016]
Der Arm kann zudem einen Griff aufweisen und im Bereich des Griffs kann ein Schalter zur Ansteuerung des Verstellmechanismus angeordnet sein. Durch diese Anordnung ist es dem Benutzer auf einfache Weise möglich, über den Griff und dem Schalter, den Arm in die gewünschte Position, für die jeweilige Übung, zu verstellen. Über den Schalter wird zudem der Verstellmechanismus angesteuert, so dass einerseits ein Schalter zur Freigabe der Verstellung des Arms und andererseits ein Schalter zur automatischen Positionierung des Arms in die gewünschte Position möglich sind.
[0017]
Der Verstellmechanismus kann dazu eingerichtet sein, den Arm durch die Steuereinheit automatisch zu positionieren, die Bewegung des Arms zu blockieren und/oder den Arm freizugeben, so dass der Arm manuell in die gewünschte Position bewegt werden kann. Somit ist es möglich den Arm nicht nur manuell zu verstellen, sondern auch automatisch über den Verstellmechanismus bzw. kann für eine schnelle Verstellung der Verstellmechanismus den Arm freigeben, so dass dieser mit einer einfachen Bewegung des Benutzers in die gewünschte Position gebracht werden kann. Zudem kann der Arm blockiert werden, so dass während der Trainingsübungen die Stabilität der Trainingsvorrichtung gewährleistet wird und Schwingungen des Arms vermieden werden können. Zudem ist es möglich den Arm (z.B. während der Trainingsübung) so anzusteuern, dass eventuell auftretende Schwingungen ausgeglichen werden. Dies kann insbesondere durch Bewe- gungen erreicht werden, welche der Amplitude der Schwingung entgegen gerichtet sind.
[0018]
Der Aktuator kann eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Größe der Seilkraft und/oder zur Bestimmung der ausgerollten Seillänge umfassen. Durch die Messung der Seilkraft direkt am Aktuator kann die Seilkraft noch genauer eingestellt werden, da Reibungsverluste und Bewegungsverluste des Seils, durch die örtlich nahe Messung beim Aktuator die Messung weniger stark beeinflussen, als eine Messung an weit entfernten Punkten. Zudem kann diese Sensorvorrichtung mit der bereits im Aktuator, vorhandenen Sensorvorrichtung kombiniert werden, so dass die Anzahl der nötigen Sensoren reduziert werden kann. Zudem kann durch die Vorsehung einer Sensorvorrichtung beim Aktuator, die Signalübertragungsweg- länge reduziert werden, wodurch eine, schnellere Ansteuerung des Aktuators möglich wird.
[0019]
Der Aktuator kann für das Auf- und Abspulen des Seils mit einer Seilwinde in Wirkverbindung stehen. Alternativ wäre es auch möglich die Seillänge über einen Flaschenzug und einen Linearzylinder zu beeinflussen. Durch diese Ausgestaltung kann die Seillänge besonders genau eingestellt werden und auch die gewünschte Seilkraft kann äußerst genau eingestellt werden. Insbesondere ist es zudem möglich über die Berechnung der aufgewickelten Seillänge die Elastizität des ausgerollten Seils in die Steuerung des Motors mit einfließen zu lassen. Durch die unmittelbare Wirkverbindung des Aktuators mit der Seilaufnahme wie z.B. einer Seilwinde, ist es möglich eine kompakte Trainingsvorrichtung bereitzustellen.
[0020]
Die Abweichung der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft und/oder deren Ableitungen von vorbestimmten Werten kann als Biofeedback ausgegeben werden, insbesondere kann dieses Feedback über akustische, visuelle und/oder haptische Signale an den Trainierenden bzw. dem Benutzer der Trainingsvorrichtung weitergegeben werden. (Insbesondere durch Vorsehung von Displays, einer Videobrille, Lautsprechern und/oder über entsprechende Ansteuerung des Aktuators.) Dadurch wird es möglich für den Benutzer interaktiv bzw. intuitiv die jeweiligen Trainingsübungen optimal durchzuführen. Dadurch wird nicht nur der Trainingseffekt erhöht, sondern auch die Einsetzbarkeit der Trainingsvorrichtung kann erweitert werden. Daher können z.B. auch blinde Personen die Trainingsvorrichtung, ohne komplizierte Schulungen, benutzen und gleichzeitig einen idealen Trainingseffekt erreichen. Die Kraftregulierung über das Biofeedback vermittelt dem Benutzer, ob die Übung in der gewünschten Kraft-, Raum-, Zeitrelation ausgeführt wird, oder ob sie davon abweicht. Fehlbelastungen können dann durch entsprechende Kraftreduzierungen verhindert werden bzw. können koordinative Fähigkeiten geschult werden, indem über die Kraftregulierung eine propriozeptive Rückkopplung über die Bewegungsqualität vermittelt werden kann. Dies kann durch eine als Artefakte Kraftwirkung erkennbare Störgröße, welche in der aktuellen Bewegung oder aber in deren retrograden Bewertung in die Antizipation der nächsten Bewegung einfließt und dadurch eine sukzessive Bewegungsverbesserung ermöglicht werden. Daher können mit dieser Art der Widerstandssteuerung auch Blinde eine räumlich vorgegebene Bewegung erlernen.
[0021]
Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Details der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden, anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf schematische Figuren, beschrieben. [0022]
In den schematischen Zeichnungen ist die Erfindung näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Übersicht über die erfindungsgemäße Trainingsvorrichtung Figur 2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Trainingsvorrichtung
Figur 3 zeigt eine Detailansicht des oberen Endes des Arms
Figur 4 ist eine weitere Detailansicht des oberen Endes des Arms
Figur 5 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Trainingsvorrichtung
Figur 6 ist die Vorderansicht einer Ausführungsform der Trainingsvorrichtung, wobei der Arm nach unten gedreht ist
Figur 7 ist eine Detailansicht eines Ausschnitts auf den Verstellmechanismus Figur 8 ist eine Draufsicht auf den in der Trainingsvorrichtung eingebauten
Verstellmechanismus mit angebrachten Armen
Figur 9 ist eine Detailansicht des Verstellmechanismus und dem Schneckengetriebe
Figur 10 ist ein Steuerungs- und Regelkreis einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
Figur 11 zeigt das Ausführungsbeispiel A eines Hülsenkörpers mit einer Führungshülse
Figur 12 zeigt das Ausführungsbeispiel B eines Hülsenkörpers mit einer Führungshülse
Figur 13 zeigt das Ausführungsbeispiel C eines Hülsenkörpers mit einer Führungshülse
Figur 14a zeigt das Ausführungsbeispiel C im eingebauten Zustand
Figur 14b zeigt die Führungshülse
Figur 15 zeigt eine weitere Ansicht des Ausführungsbeispiels C im eingebauten
Zustand
Figur 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Seilvektorerfassung mittels optischem Sensor [0023]
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
[0024]
In Figur 1 ist eine schematische Übersicht des Aufbaus der Trainingsvorrichtung gezeigt. Dabei ist ein Ende des Seils 1 mit einem Handhabungsgerät 18 verbunden. Am Handhabungsgerät 18 wird die Kraft des Benutzers der Trainingsvorrichtung in das Seil eingeleitet. In Figur 1 ist schematisch der Benutzerkraftvektor (FB)- eingezeichnet, welcher die Benutzerkraft und deren Richtung schematisch dar- stellt. Für das Handhabungsgerät 18 sind verschiedenste Arten von Griffen einsetzbar bzw. ist es auch möglich weitere Übungsgeräte am Seilende anzuschließen.
[0025]
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, der vorliegenden Erfindung, werden an der in Figur 1 gezeigten Verbindungsstelle des Handhabungsgeräts 18 mit dem Seil 1, das Seilende einer zweiten erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung angeschlossen. Durch diese Möglichkeit der Ausgestaltung bzw. Kombination der Trainingsvorrichtungen ist es möglich den in Figur 1 gezeigten Benutzerkraft- vektor direkt umzukehren, so dass der Benutzer der Trainingsvorrichtung in einer Übung sowohl Zug als auch Druckkräfte auf die verbundenen Seile aufbringen kann. Je nachdem ob eine Zugkraft oder Druckkraft, ausgehend von der Belastung des Benutzers vorliegt, wird das Seil der ersten oder der zweiten Trainingsvorrichtung auf Zug belastet.
[0026]
Im Seilaustrittsbereich 4 welche im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Oberseite des Arms 3 liegt, tritt das Seil aus der Führung im Arm aus und wird über eine schwenkbare Rolle 9 und durch eine schwenkbare Hülse 10 zu dem Bereich des Benutzers der Trainingsvorrichtung geführt. In diesem sogenannten Trainingsbe- reich befindet sich der Benutzer während der Übung. Die schwenkbare Hülse 10 ist um eine Schwenkachse der Hülse, der Schwenkachse 17, drehbar bzw. schwenkbar gelagert. Durch eine vorgesehene Sensorvorrichtung kann der Schwenkwinkel der schwenkbaren Hülse 10 erfasst werden und für die weitere Verarbeitung an einer Steuereinheit weitergeleitet werden. Anstatt einer schwenkbaren Hülse wäre es zudem möglich andere Arten der Austrittsrichtungserfassung vorzusehen.
[0027]
Die schwenkbare Rolle 9 ist um zumindest eine Schwenkachse 16, der schwenkbaren Rolle 9, schwenkbar bzw. drehbar. Zusätzlich ist es auch möglich die schwenkbare Rolle 9 drehbar entlang z.B. einer Längsachse des Arms zu lagern und gleichzeitig schwenkbar bezüglich einer Schwenkachse, wobei beide Winkel (Drehwinkel und Schwenkwinkel) gemessen werden können. Der Schwenkwinkel wird zudem über eine Sensorvorrichtung erfasst und kann der Steuereinheit zur Steuerung des Aktuators weitergeleitet werden. Die Richtungserfassung 8 setzt sich in der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform aus der schwenkbaren Hülse 10 und der schwenkbaren Rolle 9 zusammen bzw. aus den vorgesehenen jeweiligen Sensorvorrichtungen zur Erfassung der jeweiligen Schwenkwinkel (bzw. Drehwinkel) und letztlich zur Erfassung des Austrittswinkels bzw. der Austrittsrichtung des Seils 1.
[0028]
Der in Figur 1 dargestellte Arm 3 ist um eine erste Drehachse 6 und eine zweite Drehachse 7 beweglich angeordnet. In einem Endbereich des Arms 3 befindet sich ein Griff 15, an dem ein Schalter 19 angebracht werden kann. Über diesen Schalter 19 und dem Griff 15 ist es möglich, einerseits den Verstellmechanismus 5 anzusteuern und durch Einwirkung auf den Griff 15 die Position des Arms 3 um die erste Drehachse 6 und/oder die zweite Drehachse 7 zu verstellen. Das Seil 1 wird im in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Arm 3 hindurchgeführt, wodurch dieses Seil geschützt vor äußeren Umständen vorgesehen ist. Zudem wird durch eine Durchführung des Seils durch den Arm vermieden, dass sich Personen durch Einklemmung zwischen dem Seil und der Seilführung verletzen, An einem der Seilaustrittsposition abgewandten Seite des Arms 3 kann sich ein Aus- gleichsgewicht 14 befinden, welches dazu dient, einen ausbalancierten Arm bereitzustellen. Ein ausbalancierter Arm 3 hat den Vorteil, dass dieser ohne großen Kraftaufwand in die gewünschte Position vom Benutzer bewegt werden kann. Eine besonders kostengünstige und effiziente Ausgestaltung des Arms bietet die Verwendung von vierkantigen Rohprofilen oder Rohren. In einer vorteilhaften Ausfüh- rungsform ist der Arm 3 ausfahrbar ausgestaltet, sodass die Länge des Arms 3 veränderbar ist. Der Arm 3 kann somit je nach Einsatz statisch als auch dynamisch während einer Trainingsübung bzw. während dem Betrieb der Trainingsvorrichtung in seiner Länge verändert werden. Die Längenveränderbarkeit wird beispielsweise über ineinander verschieblich angeordnete Profile erreicht, wobei die Längenände- rung über einen vorgesehenen Motor, z.B. einen Linearmotor erreicht werden kann.
[0029]
Der Arm 3 ist über eine Welle mit dem Verstellmechanismus 5 verbunden. Der Verstellmechanismus 5 hat unter anderem die Aufgabe den Arm 3 im Raum passend zur jeweiligen Übung des Benutzers zu positionieren. Der Verstellmechanismus 5 verfügt dabei über einen ersten VerStellantrieb 11 und einen zweiten Vers- tellantrieb 12, über welche die erste Drehachse 6 und die zweite Drehachse 7 des Arms 3 angesteuert werden. Der gesamte Verstellmechanismus 5 ist auf dem Grundkörper 19 angebracht. Dieser Grundkörper 19 ist in Figur 1 lediglich als einfaches Gestell dargestellt, wobei an dessen Unterseite der Aktuator 2 angebracht ist. Der Aktuator 2 steht mit einer Seilwinde 13 in Winkelverbindung, über welche das Seil 1 auf- und abgewickelt werden kann. Das Seil 1 wird somit über die Seilwinde 13 durch den Verstellmechanismus 5 hindurch in den Arm 3 geführt und im Seilaustrittsbereich 4 wird das Seil über die Richtungserfassung 8 in den Trai- ningsbereich zu dem Benutzer geführt, welcher die Trainingskraft auf das Seil 1 aufbringen kann, wobei dies insbesondere über das Handhabungsgerät 18 stattfinden kann, oder auch durch direkten Kontakt zum Seilende durch den Benutzer.
[0030]
Durch die Erfassungsmittel zur Ermittlung der räumlichen Position des Seils 1 bzw. des damit in Verbindung stehenden Handhabungsgerät 18, basierend auf der Seilaustrittsrichtung aus der Seilführung des Arms 3, welcher über die schwenkbare Hülse 10 und die schwenkbare Rolle 9 ermittelt werden kann, ist es möglich die. Austrittsrichtung des Seils 1 aus dem Arm zu bestimmen. Zudem wird über das Erfassungsmittel eine ausgegebene Seillänge ermittelt, welche z.B. über die Seilwinde 13 und einen daran befestigten Sensor ermittelt werden kann. Zudem kann über einen Sensor an der schwenkbaren Rolle 9, welcher die Umdrehungen der Rolle, welche sich schlupffrei mit dem Seil 1 bewegt, die ausgerollte Seillänge ermittelt werden. Die räumliche Position des Arms 3 kann über Sensoren, welche z.B. den Drehwinkel an der Drehachse des Arms messen, (insbesondere der zweiten Drehachse 7 und der ersten Drehachse 6 des Arms) ermittelt werden. Zur Ermittlung des Drehwinkel, sowohl an der ersten und zweiten Drehachse des Arms als auch des Schwenkwinkels der Hülse und der Rolle ist es möglich über optoelektronische Sensoren oder Magnetfeldsensoren den jeweiligen Winkel zu ermitteln. Dabei können sowohl Absolutwertgeber als auch Inkrementalgeber vorgesehen werden, in Abhängigkeit von dem zu messenden Winkel. Zudem können über die jeweiligen Sensoren an der schwenkbaren Hülse 10 und der schwenkbaren Rolle 9 bzw. an der Schwenkachse 16 der Rolle nicht nur die Winkel sondern auch die Winkelgeschwindigkeiten gemessen werden, dadurch ist es möglich die Bewegung am Handhabungsgerät 18 noch genauer zu bestimmen.
[0031]
Die Seilkraft kann über einen Sensor im Aktuator 2 gemessen werden bzw. über Kraftsensoren, welche mit dem Seil in Verbindung stehen. Zudem ist es in einer weiteren Ausführungsform möglich über einen Radialkraftsensor die Seilkraft direkt an der schwenkbaren Rolle 9 zu ermitteln. Weiterhin ist es möglich in einer Ausführungsform die Seilkraft über einen Seilspannungssensor zu messen.
[0032]
All diese Vorrichtungen zur Ermittlung der Winkel bzw. der Winkelgeschwindigkeiten, zählen zu den Erfassungsmitteln über welche die räumliche Position des Seils bzw. des Handhabungsgeräts 18 bestimmt werden kann. Über eine Steuereinheit, welche in Figur 1 nicht dargestellt ist, wird der Aktuator 2 angesteuert, welcher basierend auf dem Vergleich der ermittelten Werte wie räumliche Position und/oder Seilkraft und/oder deren Ableitungen (bzw. auch des Kraftvektors am Handhabungsgerät oder Seilende) mit vorbestimmten Werten steuert. Für die Ausgestaltung der Trainingsübungen mit der Trainingsvorrichtung bieten sich anhand dieser genauen Ermittlungen des Benutzerkraftvektors im Raum vielfältige Möglichkeiten zur Trainingsoptimierung an. Abhängig von der räumlichen Position des Handhabungsgeräts 18 bzw. der räumlichen Lage des Benutzerkraftvektors, der Größe des Benutzerkraftvektors und/oder der Richtung des Benutzerkraftvektors bzw. deren Änderungen lassen sich somit die über den Aktuator 2 erzeugten Seilkräfte steuern.
[0033]
Zudem ist in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass zusätzlich zu der Kraft, welcher der Aktuator 2 auf das Seil 1 aufbringt, auch die Lage des Arms 3 über den Verstellmechanismus 5 dynamisch angepasst wird (während der Trainingsübung), in Abhängigkeit von den genannten ermittelten Werten. Somit wird die dreidimensionale Position im Raum des Handhabungsgeräts 18 ermittelt und der Aktuator als auch die Armposition können individuell und sogar dynamisch während dem Training angepasst werden, wodurch neue Trainingsansätze realisiert werden können. [0034]
Werden zwei Trainingsgeräte benutzt, welche über die Seile miteinander in Verbindung stehen, kann das Übungsspektrum noch maßgeblich erweitert werden. Insbesondere können mehrere Trainingsvektoren in unterschiedlichen Raumkoor- dinaten erzeugt werden, wodurch auch unterschiedliche Zugvektoren auf den Kraftangriffspunkt des Benutzers erzeugt werden können. Dies kann z.B. dazu genutzt werden, den Kraftvektorverlauf während der Übung gezielt zu beeinflussen um mehr Trainingsreize auf die zu trainierenden Muskeln zu erwirken. Die Seilaustrittspositionen von zwei Trainingsvorrichtungen können sich in unterschiedlicher Weise im Raum befinden, wodurch bei einer Trainingsübung gewisse Störgrößen für den Bewegungsablauf des Benutzers erzeugt werden, welche auch nicht parallel zur Haupttrainingsrichtung sein können und welche der Benutzer austarieren muss. [0035]
Die Rückmeldung für den Benutzer, ob die gerade durchgeführte Bewegung im optimalen Bereich liegt oder nicht, kann einerseits direkt über die Ansteuerung des Aktuators 2 erfolgen oder zusätzlich auch über Projektionen und/oder ein Display, eine Videobrille bzw. akustische Signale oder auch visuelle Signale, so dass der Benutzer stets in Kenntnis ist, ob er mit seiner durchgeführten Übung im, für ihn, optimalen Bereich ist. Dadurch können Fehlbelastungen des Benutzers vermieden werden bzw. reduziert werden und ein einfaches Feedback wird gewährleistet. [0036]
In Figur 2 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Trainingsvorrichtung gezeigt. Auf dem Grundkörper 19 ist dabei der Verstellmechanismus 5 angebracht. Der Verstellmechanismus 5 wird dabei über einen ersten Versteilantrieb 11 und einen zweiten Verstell antrieb 12 bewegt. Direkt an den Verstellmechanis- mus 5 ist über die L-förmige Armaufnahme 3005 der Arm angebracht. Das Seil wird dabei durch den Verstellmechanismus 5 hindurchgeführt und über die Armaufnahme 3005 und die Seilführungsrolle des Arms, - Seilführungsrolle 3003, in die Führung des Arms eingeführt. Durch diese zentrale Führung des Seils 1 ist es möglich die Drehbewegungen des Arms durchzuführen, ohne große Verluste zu erzeugen. Zudem ermöglicht die Durchführung des Seils 1, in zentraler Position, eine Bewegung des Arms um die eigenen Achsen.
[0037]
Der Arm 3 im Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist aus einem ersten Armabschnitt 3001 und einem zweiten Armabschnitt 3002 aufgebaut. An einem Ende des zweiten Armabschnitts 3002 befindet sich die Schwenklagerung der schwenkbaren Rolle 9. Die Drehachse der Schwenklagerung 9001 ist dabei entlang der Symmetrieachse des zweiten Armabschnitts 3002 vorgesehen. Das Seil 1 wird durch die schwenkbare Hülse 10 geführt. Zusätzlich zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform, der vorliegenden Erfindung, ist es auch möglich, dass der erste Armabschnitt 1 über zwei zweite Armabschnitte verfügt und insbesondere über ein zweites Seil und einem zweiten Aktuator die Möglichkeit geschaffen wird, dass zwei Übungspersonen gleichzeitig an einer Trainingsvorrichtung ihre Übungen durchführen.
[0038]
In Figur 3 ist eine Detailansicht der Richtungserfassung 8 am zweiten Armabschnitt 3002 dargestellt. Die Schwenklagerung 9001, der schwenkbaren Rolle 9, besteht dabei aus einer Drehscheibe 9002, welche über eine Lagerung mit dem Gegenstück 9003 beweglich in Verbindung steht. Die Drehscheibe 9002 ist somit drehbar um eine Drehachse, welche entlang der Symmetrieachse des zweiten Armabschnitts 3002 verläuft, angeordnet. Bevorzugt läuft das Seil 1 direkt entlang dieser Drehachse, so dass sich bei Drehung der Drehscheibe 9002 das Seil 1 innerhalb des zweiten Armabschnitts 3002 nur um die eigene Achse dreht. Die Drehscheibe 9002 ist mit einer Basis 9004 verbunden. Die Basis 9004 kann da- bei auf die Drehscheibe 9002 geschweißt werden. Außerdem ist es möglich die Basis 9004 über Schrauben lösbar mit der Drehscheibe 9002 zu verbinden, um ein schnelles Auswechseln der Basis 9004 zu ermöglichen.
[0039]
Die Basis 9004 ist zudem geeignet weitere Sensoren aufzunehmen, wie z.B. Beschleunigungssensoren oder Drehwinkelsensoren. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsformen werden die Drehwinkel der Hülse 10 und der schwenkbaren Rolle 9 über den Sensor 10006 und dem Sensor 3013 erfasst. Zusätzlich kann ein Sensor vorgesehen sein, welcher den Drehwinkel der schwenkbaren Rolle bezüglich der Basis 9004 erfasst um z.B. auf die ausgerollte Seillänge zurückzuschließen. Die schwenkbare Hülse 10 umfasst neben dem Sensor 10006 eine Hülsenlagerung, auf welche die Hülse drehbar mit der Basis 9004 befestigt ist und einen ersten Hülsenrahmen 10003 und einen zweiten Hülsenrahmen 10004, welche gemeinsam den Hülsenkörper 10005 fixieren, durch welchen das Seil 1 durch eine Seilöffnung 10002 geführt wird.
[0040]
In Figur 4 ist nochmals die Ansicht, ähnlich des in Figur 3 dargestellten Abschnitts des Endbereichs des zweiten Armabschnitts 3002, dargestellt, wobei jedoch die Seilaustrittsrichtung verändert wurde. Daher ist einerseits der Hülsenkörper 10005, welche die Seilöffnung 10002 umfasst, der angepassten Seilaustrittsrichtung angepasst und anderseits hat sich die Basis 9004 mit der Drehscheibe 9002, bezüglich des zweiten Armabschnitts 3002 der Seilaustrittsrichtung, nachgedreht. Die schwenkbare Rolle 9 ist mit einer Seilführung 9005 ausgestaltet, in welcher das Seil geführt ist. Diese Seilführung 9005 ist so ausgestaltet, dass das Seil nicht über die Seitenwände der schwenkbaren Rolle 9 hinausragt und somit ein Herausspringen des Seils 1 aus der schwenkbaren Rolle 9 wirksam verhindert wird. [0041]
In einer vorteilhaften Ausgestaltung, der vorliegenden Erfindung, weist die schwenkbare Rolle 9 zusätzlich zur Seilführung 9005 eine erste Mantelfläche 9a und eine zweite Mantelfläche 9b auf, welche die Seilführung 9005 begrenzen und einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als de Durchmesser des Umlen- kungsradius des Seils 1 um die Drehachse der schwenkbaren Rolle 9, so dass das Seil stets sicher in der Seilführung 9005 geführt ist. Besonders vorteilhaft ist zusätzlich noch eine Ausführungsform bei der die erste Mantelfläche 9a und zweite Mantelfläche 9b derart ausgestaltet sind, dass der Durchmesser der schwenkbaren Rolle 9 in Richtung der Seilführung 9005 welche mittig in der schwenkbaren Rolle 9 vorgesehen ist, abnimmt, so dass, sollte das Seil durch ruckartige Bewegung von der Seilführung 9005 abheben, die erste und zweite Mantelfläche 9a, 9b, das Seil wieder in die Seilführung 9005 hineinführen. Der Durchmesser der Mantelfläche nimmt somit in dieser Ausführungsform, in Richtung der Seilführung 9005, stetig ab. Daraus resultiert eine V-förmige Ausgestaltung der beiden Mantelflächen, welche sich in Richtung Seilführung 9005 treffen.
[0042]
Das Seil 1 wird durch die Seilöffnung 10002 durch den Hülsenkörper 10005 hindurchgeführt. Dabei ist es vorteilhaft, dass diese Seilöffnung 10002 eine besondere Beschichtung aufweist, welche es erlaubt die Seilreibung zu minimieren. Dadurch wird der Trainingswiderstand des Seils weniger verfälscht. Zudem werden die Kanten der Seilöffnung 10002 derart abgerundet, dass die Seilreibung minimiert wird.
[0043]
In einer vorteilhaften Ausgestaltung (Ausführung A) wird der Hülsenkörper 10005 zur Erhöhung der Messgenauigkeit modifiziert. In Figur 11 ist der modifizierte Hülsenkörper 10005 dargestellt. Die Seilöffnung 10002 ist dabei in einer Führungshülse A5 vorgesehen. Diese Führungshülse A5 ist entlang einer Führung beweglich ausgestaltet, wobei die Führung im Hülsenkörper 10005 befestigt ist. Zur Zentrierung der Führungshülse A5 ist eine Zentrierfeder vorgesehen, über welche die Zentrierung der Führungshülse A5 in einfacher Weise bewirkt werden kann. Die Lagerung der Führung erfolgt dabei über ein Führungslager A3, welches vorteilhaft beispielsweise als Linearkugellager ausgebildet ist. Die Führungshülse A5 ist somit entlang einer vorbestimmten Achse beweglich. Die Bewegung der Führungshülse A5 wird über einen damit in Wirkverbindung stehenden Führungsstößel A4 weitergeleitet. Der Führungsstößel A4 ist an einem Ende mit einem Dipolmagnet A2 verbunden, welcher zur Reduktion von Umwelteinflüssen in einer eigenen Messkammer vorgesehen ist. Über einen Sensor AI und insbesondere einen magnetoresistiven Sensor wird die Lage des Dipolmagneten A2 ermittelt. Dadurch wird ermöglicht, dass über einen Magneten in einer getrennten Messkammer, die Position und die Geschwindigkeit der Führungshülse A5 und des Führungsstößels A4 mit hoher Genauigkeit ermittelt wird. Durch diesen modifizierten Hülsenkörper ist es zudem möglich die Bewegung des Seils noch genauer zu erfassen und vor allem auch genaue Messwerte im dynamischen Betrieb der Trainingsvorrichtung zu ermitteln. Anstatt des magnetoresistiven Sensors sind jedoch auch andere Sensoren zur Positionserfassung möglich, wie zum Beispiel optische, widerstandsabhängige oder induktive/kapazitive Sensoren. Insbesondere kann durch die beschriebene Ausgestaltung auch die Position und die Bewegung des Seils quer bzw. orthogonal zur Seilabwicklungsebene erfasst werden. Die Seilabwicklungsebene ist dabei die Ebene in der die Rolle 9 liegt und in der das Seil 1 von der Rolle 9 abgewickelt wird.
[0044]
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung (Ausführung B) ist die Führungshülse B5 an einem Führungsstößel B4 vorgesehen, wie in Figur 12 dargestellt. Über eine rechte Zentrierfeder B7 und eine linke Zentrierfeder B6 wird die Führungshülse B5 auf einfache Weise zentriert. Der Führungsstößel B4 ist dabei über ein erstes und zweites Lager B3 und B8, im Hülsenkörper 10005 gelagert. Die Führungshülse B5 weist zudem einen Dipolmagneten B2 zur Positionserfassung auf. Der Dipolmagnet B2 ist dabei in vorteilhafter Weise in der Führungshülse B5 integriert, sodass der benötigte Einbauraum reduziert wird und demnach der Hülsenkörper 10005 besonders kompakt ist. Über einen magnetoresistiven Sensor Bl wird über eine Polwinkelerfassung die Position der Führungshülse mit beispielsweise dem integrierten Magneten bestimmt.
[0045]
In einer weiteren Ausführungsform (Ausführung C), gemäß Figur 13, ist die Führungshülse C5 über zwei Führungsstangen C3 und C4 gelagert. Die Führungshülse weist dabei Öffnungen auf durch welche diese Führungsstangen C3 und C4 durchgeführt werden. Die Führungshülse C5 kann sich somit entlang der beiden Führungsstangen bewegen. Analog zur Ausführungsform B ist dabei ein Dipolmagnet C2 in der Führungshülse C5 integriert und über einen magnetoresistiven Sensor Cl wird die Lage der Führungshülse C5 ermittelt. In den Figuren 14a, 14b und 15 ist eine Führungshülse C5 gemäß der Ausführungsform C im Einbauzustand dargestellt. Der Hülsenkörper 10005 ist dabei auf dem ersten Hülsenrahmen 10003 und dem zweiten Hülsenrahmen 10004 aufgebracht. Das Seil 1 wird über die Rolle 9 abgewickelt und durch die Führungshülse C5 geführt. Eine Drehbewegung des Hülsenrahmens 10005 um die Drehachse der Rolle 9 wird dabei über den Sensor 10006 erfasst und eine Bewegung quer (bzw. orthogonal) zur Abwicklungsrichtung des Seils 1 wird über die Bewegung der Führungshülse C5 und insbesondere über den Sensor C6 erfasst. Zur Zentrierung der Führungshülse C5 können auch Federn vorgesehen sein welche bevorzugt beiderseitig auf der ersten und/oder auf der zweiten Führungsstange vorgesehen sind.
[0046]
In der Figur 16 ist eine weitere Ausgestaltung der Seilvektorbestimmung dargestellt. Dabei wird bei dieser Ausführungsform der Seilaustrittsvektor über einen optischen Sensor Sl erfasst. Insbesondere durch Einsatz eines 3D- Kamera - Chips, wie zum Beispiel einen 3D CCD Messsensor, ist es möglich in einfacher Weise die Seilaustrittsrichtung des Seils 1 zu bestimmen. Dabei wird der optische Messsensor direkt am Arm 3, insbesondere am zweiten Armabschnitt 3002, über eine Sensoraufnahme befestigt, wie es in Figur 16 dargestellt ist. Der Sensor ist derart installiert, dass die Seilaustrittsposition des Seils 1 aus der Rolle 9 im Erfassungsbereich S2 des optischen Sensors Sl liegt. In einer weiteren Ausgestaltung wird die Sensoraufnahme direkt an der Basis 9004 oder der Drehscheibe 9002 befestigt, sodass sich der optische Sensor mit der Drehscheibe 9002 mit dreht. Dies erleichtert vor allem die Erfassung des Seilaustrittswinkels/-vektors Da sich das Seil 1 im Erfassungsbereich S2 des optischen Sensors Sl befindet, kann somit auf einfache Weise der Seilvektor ermittelt werden, da jeder Messpunkt des Sensors über die Raumkoordinaten x, y und z aufgreifbar ist.
[0047]
In Figur 5 ist eine weitere Ansicht auf die Trainingsvorrichtung dargestellt, wobei lediglich der erste Armabschnitt 3001 des Arms montiert ist. Auf dem Grundkörper 19 ist über eine horizontale Grundplatte 5A2, der Horizontalverstellmechanismus 5A angebracht. Dieser Horizontalverstellmechanismus 5A verfügt über ein Horizontalschneckenrad 5A1, welches die Drehung um die vertikale Achse ermöglicht. Der Horizontalverstellmechanismus 5A ist mit einem Vertikalverstellmechanismus 5B in Verbindung. Der Horizontalverstellmechanismus 5A verstellt die Position des Vertikalverstellmechanismus 5B und des Arms um die vertikale Achse und der Vertikalverstellmechanismus 5B wiederrum verstellt die Position des Arms um eine Achse in horizontaler Richtung.
[0048]
Der Vertikalverstellmechanism.us 5B ist auf einer vertikalen Grundplatte 5B2 fixiert, wobei der Vertikalverstellmechanismus 5B zudem ein Vertikalschneckenrad 5B1 aufweist. Über die Verschraubung 3006 der Armaufnahme wird die Armaufnahme 3005, an welcher der Arm 3 fixiert ist, mit dem Vertikalschneckenrad in Verbindung gesetzt. Besonders vorteilhaft an dem in Figur 5 gezeigten Verstellmechanismus 5 ist die zentrale Durchführung des Seils 1 durch die jeweiligen Drehachsen, so dass eine Rundumbewegung des Arms ermöglicht wird ohne das Seii 1
dabei unerwünscht zu blockieren.
[0049]
In Figur 6 ist die Ausführung gemäß Figur 5 nochmals dargestellt, wobei der erste
Armabschnitt 3001 um die horizontale Achse, welche durch den Vertikalverstellmechanismus 5B angesteuert wird, nach unten verstellt wurde. Zu sehen ist da- bei, dass sich die Position des Seils 1 durch diese Drehbewegung nicht verändert
hat. Durch die Seildurchführung 5B3, durch den Vertikalverstellmechanismus 5B,
ist es somit möglich den Arm in sämtliche Raumrichtungen zu bewegen ohne das
Seil zu blockieren. [0050]
In Figur 7 ist eine Detailansicht des Verstellmechanismus 5 dargestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der zentralen Durchführung des Seils 1. Das
Seil 1 wird dabei, kommend von dem Grundkörper 19 und dem darin befindlichen
Aktuator 2, durch das horizontale Schneckenrad 5A1 geführt und über die Um- lenkrolle 5C durch das Vertikalschneckenrad 5B1, des Vertikalverstellmechanismus, 5B geführt. In weiterer Folge wird das Seil 1 über die Anbindungsrolle 3010
in die Führung des Arms bzw. des ersten Armabschnitts 3001 eingeführt. Das horizontale Schneckenrad 5A1 ist beweglich auf der horizontalen Grundplatte 5A2
gelagert. Die Drehung des horizontalen Schneckenrads 5A1 wird über die horizon- tale Schneckenwelle 5A3 bewirkt. Der besondere Vorteil des dargestellten Verstellmechanismus ist darin zu sehen, dass sie horizontale Schneckenwelle 5A3
über einen weiteren ersten Fixierantrieb 101 an das horizontale Schneckenrad
5A1 hinzu geklappt werden kann. Insbesondere wird es dadurch möglich einerseits das horizontale Schneckenrad für eine freie Bewegung freizugeben, so dass
der erste Fixierantrieb 111 die horizontale Schneckenwelle 5A3 von dem horizon- j
I talen Schneckenrad 5A1 wegklappt, so dass diese nicht mehr miteinander in Berührung sind. Zudem wird ermöglicht über den ersten Fixierantrieb 101 die horizontale Schneckenwelle 5A3 in Bewegungskontakt mit dem horizontalen Schneckenrad 5A1 zu bringen, um dadurch durch die Drehung der horizontalen Schneckenwelle 5A3 eine Drehung des horizontalen Schneckenrads 5A1 zu bewirken und drittens ermöglicht der erste Fixierantrieb 101 ein Anpressen der Horizontalen Schneckenwelle 5A3 an das horizontale Schneckenrad 5A1 und damit eine Blockierung jeglicher Bewegung des horizontalen Schneckenrads 5A1.
[0051]
Für die Bewegung des horizontalen Schneckenrads über die horizontale Schneckenwelle 5A3 ist ein erster VerStellantrieb 11 vorgesehen, welcher die horizontale Schneckenwelle dreht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des horizontalen Verstellmechanismus 5A ermöglicht somit eine flexible Ansteuerung der Position des Arms um diesen einerseits frei zu bewegen, um diesen zu fixieren bzw. um diesen automatisch in eine gewünschte Position zu bringen.
[0052]
In funktional gleicher Weise wird der Vertikalverstellmechanismus 5B vorgesehen. Der Vertikalverstellmechanismus 5B weist demnach einen zweiten Verstell antrieb 12 auf, welcher die vertikale Schneckenwelle antreibt, welche wiederrum je nach Bedarf über den zweiten Fixierantrieb 121 mit der Vertikalschnecke 5B1 entweder berührungsfrei gesetzt wird oder in Bewegungskontakt gesetzt wird oder das Vertikalschneckenrad 5B1 durch festes Anpressen bewegungsblockierend fixiert. Dadurch ist es auch bei Ansteuerung des Vertikalverstellmechanismus möglich, den Arm in verschiedene Positionen automatisch zu bewegen, den Arm in verschiedenen Positionen zu fixieren bzw. den Arm freizugeben. Die zentrale Durchführung des Seils durch das Vertikalschneckenrad, des Horizontalverstellmechanismus 5A und das Vertikalverstellmechanismus 5B über die Umlenkrolle 5C, ermöglicht die bereits erwähnte flexible Rotation des gesamten Arms im Raum. Die Umlenkrolle 5C ist dabei ähnlich wie die schwenkbare Rolle 9 ausgestaltet so dass, die Umlenkrolle auch eine erste und zweite Mantelfläche aufweist, welche über das in der Umienkrolle geführte Seil 1 hinausragen, um ein Rausspringen des Seils 1 bei ruckartigen Bewegungen aus der Umlenkrolle bzw. der Führung der Umlenkrolle zu vermeiden.
[0053]
Das Seil wird durch das Vertikalschneckenrad 5B1 zur Anbindungsrolle 3010 geführt, welche über das geführte Seil hinausragende Mantelfläche analog zur Umlenkrolle 5C und zur schwenkbaren Rolle 9 aufweist. Die Anbindungsrolle 3010 ist dabei über eine Lagerung 3011 derart fixiert, dass das Seil 1 mittig durch den Arm geführt werden kann. Das Seil 1 wird dabei durch den ersten Armabschnitt 3001 und den zweiten Armabschnitt 3002 bis hin zur oberen Führungsrolle 3009 geführt, welche über die Lagerung 3012 am zweiten Armabschnitt 3002 gelagert ist. An der Lagerung 3011 als auch an der Lagerung 3012 ist es möglich weitere Sensoren vorzusehen, um die Lage der Führungsrolle 3009 bzw. die Lage der Anbindungsrolle 3010 über eine Winkelmessung zu Erfassen. Zudem ist es möglich an den Lagerungen Kraftsensoren vorzusehen, um die über das Seil auf die Rolle aufgebrachte Kraft zu messen und für die Ansteuerung des Antriebs zu nutzen. Dadurch wird ermöglicht die Verluste der Seilführung durch den Arm über die verschiedenen Rollen genau zu bestimmen und diese in der Ansteuerung zu berücksichtigen, um noch genauere Ansteuerungswerte bereitstellen zu können.
[0054]
Figur 8 zeigt einen Teil des Horizontalverstellmechanismus 5A. Das horizontale Schneckenrad 5A1 steht dabei im Eingriff mit der horizontalen Schneckenwelle 5a3. Die horizontale Schneckenwelle 5A3 ist dabei beweglich ausgestaltet. Insbesondere ist über die kippbare Aufnahme 5A3 ein hinzu klappen und wegklappen der horizontalen Schneckenwelle 5A3 an das horizontale Schneckenrad 5A1 möglich. Die Drehung der horizontalen Schneckenwelle 5A3 wird über den ersten Vers- tellantrieb 11 bewirkt, welcher an der Anbringung 5A11 fixiert ist. Die Klappbewegung der horizontalen Schneckenwelle 5A3 wird über den ersten Fixierantrieb 111 und einem optional vorsehbaren Getriebe 5A10 vorgesehen.
[0055]
Das horizontale Schneckenrad 5A1 weist im Zentrum eine Durchgangsöffnung 5A7 auf, durch welche das Seil 1 geführt wird. Das horizontale Schneckenrad 5A1 weist zudem erste Bohrungen 5A4 und zweite Bohrungen 5A5 auf. Über diese Bohrungen wird das horizontale Schneckenrad 5A1 mit der horizontalen Grundplatte 5A2 bzw. dem Verbindungsstück 5C5 in Verbindung gesetzt Durch die Anordnung des ersten VerStellantriebs 11 und des ersten Fixierantriebs 111 wird nicht nur eine flexible Ansteuerung des Arms 3 möglich, sondern diese Bauweise ist zudem kompakt und gewichtssparend. Durch den ersten Fixierantrieb 111 wird zudem eine Kraft auf die horizontale Schneckenwelle 5A3 aufgebracht, so dass bei Bedarf das horizontale Schneckenrad 5A1 durch das Verklemmen mit der horizontalen Schneckenwelle 5A3 bewegungsfrei fixiert wird und eine ideale Übungsdurchführung für den Benutzer gewährleistet wird, da Schwingungen durch die Fixierung blockiert werden können.
[0056]
In Figur 9 ist das horizontale Schneckenrad 5A1 und die horizontale Schneckenwelle 5A3 im eingebauten Zustand dargestellt. Zur Ermöglichung der Verkippung der Schneckenwelle 5a3 ist die vom ersten Versteilantrieb 11 abgewandte Seite der Welle, auf der die horizontale Schneckenwelle 5A3 gelagert ist, in einer Führungsöffnung 5A12 geführt. Diese Führungsöffnung kann z.B. als längliche Bohrung oder Nut ausgestaltet sein, um die Kippbewegung der horizontalen Schneckenwelle 5A3 zu ermöglichen. Die horizontale Schneckenwelle 5A3 ist in der kippbaren Aufnahme 5A13 gelagert, welche sich mit der horizontalen Schneckenwelle 5A3 mit klappen lässt. Der stabil ausgeführte Grundkörper 5A14 garantiert dabei, in jeglicher Kippstellung der horizontalen Schneckenwelle 5A3, eine stabile Positionierung bzw. Lagerung der horizontalen Schneckenwelle 5A3 auf der horizontalen Grundplatte 5A2. Im Zentrum des horizontalen Schneckenrads 5A1 befindet sich das Durchgangsloch 5C7 durch welches das Seil 1 geführt wird. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird dabei das Seil nicht berührt, so dass die Verluste reduziert werden können.
[0057]
Das Verbindungsstück 505 ist über die Radbefestigung 502 mit dem horizontalen Schneckenrad 5A1 verbunden. Somit bewirkt eine Drehung des horizontalen Schneckenrads 5A1 auch eine Drehung des Verbindungsstücks 5C5, welches über die Verbindungsplatte 5B4 mit dem Vertikalverstellmechanismus 5B in Verbindung steht. Das Verbindungsstück 505 ist über ein Mittelstück 506 mit der Verbindungsplatte 5B4 verbunden, wobei das Mittelstück 506 gleichzeitig auch eine Rollenbefestigung 501 aufweist über welche die Umlenkrolle 50 gelagert wird. Das horizontale Schneckenrad 5A1 ist über das Lager 504 gelagert, welches vorteilhafterweise als Wälzlager ausgestaltet werden kann, um einen einfachen kostengünstigen Aufbau des Verstellmechanismus 5 zu ermöglichen. Das Lager 504 kann zudem über eine Befestigungsmutter 503, welche eine zentrale Öffnung um- fasst, fixiert werden.
[0058]
Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel beschrieben. Die insbesondere für funktionales Muskeltraining geeignete Trainingsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann einen Arm 3 zur Führung eines Seils 1, einen Verstellmechanismus 5 zum Verstellen des Arms 3 und eine Steuereinheit zur Steuerung zumindest des Verstellmechanismus 5 aufweisen.
[0059]
Dabei kann die Steuereinheit dieses Ausführungsbeispiels dazu eingerichtet sein, den Arm 3 durch den Verstellmechanismus 5 zu positionieren, die Bewegung des Arms 3 zu blockieren und/oder den Arm 3 frei zu geben, sodass der Arm 3 manuell in die gewünschte Position bewegt werden kann. Durch eine solche Ausgestaltung der Trainingsvorrichtung ist eine einfache und multifunktionale Verstellung des Arms der Trainingsvorrichtung möglich. Somit kann die gewünschte Seilaustrittsposition entweder automatisch durch den Verstellmechanismus angepasst werden, die Bewegung des Arms kann blockiert werden und/oder der Arm kann auch zur manuellen Positionierung freigegeben werden. Ein ausbalancierter Arm erleichtert dabei die manuelle Positionierung und ist besonders vorteilhaft.
Der Verstellmechanismus 5 des Ausführungsbeispiels kann zumindest ein über eine Schnecke 5A3 antreibbares Zahnrad 5A1 umfassen, welches mit der Schnecke 5A3 eingreifbar, im Bereich der Schnecke 5A3 angeordnet sein kann. Über die Verstellung des Arms durch eine Schnecke und ein Schneckenrad oder Zahnrad bzw. durch ein Schneckengetriebe kann der Arm besonders genau positioniert werden. Zudem kann dadurch ein einfacher und kompakter Aufbau des Verstellmechanismus erreicht werden.
[0060]
Der Arm 3 kann durch den Verstellmechanismus 5 über das Zahnrad 5A1 um eine erste Achse 6 und/oder über ein zweites Zahnrad 5B1 um eine zweite Achse 7 verstellbar sein, wobei jedes Zahnrad über eine eigene Schnecke angetrieben werden kann. Somit kann der Arm um zwei Achsen gedreht werden und der Verstellmechanismus bleibt gleichzeitig kompakt. Vorteilhafterweise kann dabei die Drehachse des jeweiligen Arms mit der Drehachse des jeweiligen Zahnrades zusammenfallen um eine einfache Drehbewegung zu ermöglichen.
[0061]
Die Drehachse der Schnecke 5A3 kann verstellbar ausgestaltet sein und durch die Verstellung der Drehachse der Schnecke 5A3 kann der Eingriffsbereich der Schnecke 5A3 mit dem Zahnrad 5A1 eingestellt werden. Dadurch kann einerseits das gewünschte Spiel mit dem Zahnrad eingestellt werden und zudem kann durch entsprechende Verstellung der Drehachse der Schnecke das Zahnrad freigegeben oder blockiert werden, indem der Eingriffsbereich gleich Null gewählt wird oder negativ (hoher Anpressdruck führt zu elastischer Verformung und somit zu„negativem" Eingriffsbereich) wird.
[0062]
Die Schnecke 5A3 kann zur Einstellung des Eingriffsbereichs mit dem Zahnrad 5A1 relativ zum Zahnrad 5A1 verschiebbar angeordnet sein, wobei die Schnecke 5A3 zur Blockierung der Drehung des Zahnrads 5A1 an das Zahnrad 5A1 gepresst wird und wobei zur Freigabe des Zahnrads 5A1 die Schnecke 5A3 vollständig aus dem Eingriffsbereich mit dem Zahnrad 5A1 verschoben werden kann. Dadurch wird ein kompakter und multifunktionaler Verstellmechanismus bereitgestellt, der zudem eine einfache und sichere Benutzung der Trainingsvorrichtung erlaubt.
[0063]
Die Verschiebung der Schnecke 5A3 kann über einen Aktuator bewirkt werden. Dadurch ist eine ansteuerbare Positionierung der Schnecke und insbesondere der Drehachse der Schnecke gewährleistet, welche insbesondere durch die Steuereinheit individuell angepasst werden kann, je nach Trainingsübung, bzw. auch während dem Training.
[0064]
Die Schnecke 5A3 kann axial verschiebbar ausgestaltet sein und eine Duplex- Verzahnung aufweisen. Dadurch kann auf einfache Weise das Spiel im Eingriffsbereich der Schnecke eingestellt werden und gleichzeitig wird eine kompakte Bauweise gewährleistet.
[0065]
Das Seil 1 kann durch eine Öffnung 5A7 im Zentrum des Zahnrads 5A1 geführt werden. Durch diese besonders vorteilhafte Führung des Seils, werden komplizier- te Seilführungen vermieden welche zudem den Drehwinkel des Arm und Zahnrads beschränken, denn durch die Durchführung des Seils durch das Zentrum des Zahnrads entlang der Drehachse des Zahnrads liegt das Seil direkt in der Drehachse und bei einer Drehung muss sich das Seil nur um die eigene Achse drehen. Dadurch wird der mögliche Drehwinkel des Zahnrads, und in weiterer Folge des Arms, erhöht.
[0066]
Der Verstellmechanismus 5 kann ein zweites Zahnrad 5B1 und eine zweite Schnecke zur Verstellung des Arms um eine zweite Achse umfassen. Dadurch wird der Verstellbereich des Arms auf einfache Weise erhöht.
[0067]
Das Seil 1 kann durch eine Öffnung 5A7 im Zentrum des Zahnrads 5A1 geführt werden, über eine Rolle 5C umgelenkt werden und durch eine Öffnung im Zentrum des zweiten Zahnrads 5B1 geführt werden. Durch die doppelte Durchführung des Seils können die beschriebenen Effekte bezüglich der Erhöhung des möglichen Drehwinkels und der einfachen Führung des Seils um zwei Drehachsen erreicht werden.
[0068]
Die Öffnung im Zentrum des Zahnrads 5A1, 5B1 kann entlang der Drehachse des Zahnrads 5A1, 5B1 verlaufen. Dabei werden die oben genannten Vorteile erreicht.
[0069]
Die Drehachse der Schnecke 5A3 kann im Wesentlichen parallel verschiebbar angeordnet sein. Dadurch kann die Schnecke einfach und schnell in den Eingriffsbereich geklappt werden oder aus dem Eingriffsbereich geklappt werden da sich die Richtung der Drehachse im Wesentlichen nicht ändert. Das System wird dadurch besonders robust, und einfach herzustellen und zu lagern. [0070]
Eine erste Drehachse des Arms 3 kann durch die Öffnung im Zentrum des Zahnrads 5A1 verlaufen und/oder eine zweite Drehachse des Arms 3 kann durch die Öffnung im Zentrum des zweiten Zahnrads 5B1 verlaufen. Dadurch kann eine multifunktionale und kompakte VerStelleinrichtung mit den bereits genannten Vorteilen erreicht werden.
[0071]
In Figur 10 ist ein schematischer Steuerungs-, und Regelungsaufbau einer Ausführungsform der vorliegenden Trainingsvorrichtung dargestellt. Die vorzugebende Eingangsgröße wird dabei über einen Regler in den elektrischen Antrieb weitergeleitet, welcher diese weiter an die Regelstrecke der Trainingsvorrichtung weitergibt, wobei hier diverse Störgrößen auf die Regelstrecke einwirken, um letztlich zur Seilbewegung zu führen. Gemessen werden dabei die Seilaustrittsrichtung, der Seilweg und die Gegenkraft. Basierend auf diesen Werten kann ein gewünschter Trainingskorridor vorgegeben werden, in welchem sich die Bewegung des Benutzers der Trainingsvorrichtung bewegen soll. Zudem kann der Trainingskorridor auch als Vektorfeld ausgestaltet sein, so dass jeder beliebige Punkt in einem Trai- ningsbereich abhängig von den gemessenen Eingangsgrößen, wie Position des Handhabungsgeräts 18 oder Bewegungsgeschwindigkeit der Übungsperson oder Kraftaufwand der Übungsperson oder ähnliches, gesteuert werden kann.
[0072]
Die Erfindung enthält weiterhin folgende Aspekte: [0073]
Einen ersten Aspekt einer Trainingsvorrichtung, insbesondere für funktionales Muskeltraining, mit einem Arm 3 zur Führung eines Seils 1, einem Verstellmecha- nismus 5 zum Verstellen des Arms 3, einer Steuereinheit zur Steuerung zumindest des Verstellmechanismus 5 wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Arm 3 durch den Verstellmechanismus 5 zu positionieren, die Bewegung des Arms 3 zu blockieren und/oder den Arm 3 frei zu geben, sodass der Arm 3 manuell in die gewünschte Position bewegt werden kann.
[0074]
Einen zweiten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus 5 zumindest ein über eine Schnecke 5A3 antreibbares Zahnrad 5A1 umfasst welches mit der Schnecke 5A3 eingreifbar angeordnet ist.
[0075]
Einen dritten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach dem ersten Aspekt dadurch gekennzeichnet, dass der Arm 3 durch den Verstellmechanismus 5 über das Zahnrad 5A1 um eine erste Achse 6 und/oder über ein zweites Zahnrad 5B1 um eine zweite Achse 7 verstellbar ist.
[0076]
Einen vierten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte zwei oder drei, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Schnecke 5A3 verstellbar ausgestaltet ist und durch die Verstellung der Drehachse der Schnecke 5A3 der Eingriffsbereich der Schnecke 5A3 mit dem Zahnrad 5A1 eingestellt wird.
[0077]
Einen fünften Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte zwei bis vier, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke 5A3 zur Einstellung des Eingriffsbereichs mit dem Zahnrad 5A1 relativ zum Zahnrad 5A1 verschiebbar angeordnet ist wobei die Schnecke 5A3 zur Blockierung der Drehung des Zahnrads 5A1 an das Zahnrad 5A1 gepresst wird und wobei zur Freigabe des Zahnrads 5A1 die Schnecke 5A3 vollständig aus dem Eingriffsbereich mit dem Zahnrad 5A1 verschoben wird.
[0078]
Einen sechsten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte zwei bis fünf, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Schnecke 5A3 über einen Aktuator bewirkt wird.
[0079]
Einen siebten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach dem vierten Aspekt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke 5A3 axial verschiebbar ausgestaltet ist und eine Duplex-Verzahnung aufweist.
[0080]
Einen achten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil 1 durch eine Öffnung 5A7 im Zentrum des Zahnrads 5A1 geführt wird.
[0081]
Einen neunten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus 5 ein zweites Zahnrad 5B1 und eine zweite Schnecke zur Verstellung des Arms um eine zweite Achse umfasst.
[0082]
Einen zehnten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte sieben oder acht, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil 1 durch eine Öffnung 5A7 im Zentrum des Zahnrads 5A1 geführt wird, beispielsweise über eine Rolle 5C umgelenkt wird und durch eine Öffnung im Zentrum des zweiten Zahnrads 5B1 geführt wird. [0083]
Einen elften Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte zwei bis elf, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung im Zentrum des Zahnrads 5A1, 5B1 entlang der Drehachse des Zahnrads 5A1, 5B1 verläuft.
[0084]
Einen zwölften Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach zumindest einem der Aspekte zwei bis elf, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse der Schnecke 5A3 parallel verschiebbar angeordnet ist.
[0085]
Einen dreizehnten Aspekt einer Trainingsvorrichtung nach dem Aspekt zehn, dadurch gekennzeichnet, dass das eine erste Drehachse des Arms 3 durch die Öffnung im Zentrum des Zahnrads 5A1 verläuft und/oder eine zweite Drehachse des Arms 3 durch die Öffnung im Zentrum des zweiten Zahnrads 5B1 verläuft.
[0086]
Wie bereits erwähnt, ermöglicht es die aktive Steuerung der Vorrichtung in Abhängigkeit der Benutzerkraft am Handhabungsgerät bzw. in Abhängigkeit der ermittelten Position des Handhabungsgeräts und der Seilkraft, individuell und flexibel die Belastung für den Benutzer anzupassen. Dadurch können Fehlbelastungen oder Überbelastungen des Benutzers der Vorrichtung reduziert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur Entlastung des Benutzers herangezogen werden. Somit kann der Benutzer der Vorrichtung bei verschiedensten Bewegungsabläufen nicht nur Belastungen, sondern auch Entlastungen durch Unterstützung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfahren. Daher kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Assistenzsystem bei verschiedenen Maßnahmen eingesetzt werden. Die Möglichkeit der Entlastung des Benutzers der Vorrichtung umfasst auch den Einsatz der Vorrichtung als Operationsassistenzsystem zur geführten Entlastung des Benutzers. Beispielsweise kann somit ein Operateur während einer länger andauernden Operation von Fehlbelastungen und Überbelastungen, welche bereits aus der Belastung durch das eigene Körpergewicht resultieren, entlastet werden. Über ein entsprechendes Handhabungsgerät kann eine Verbindung zum Benutzer derart hergestellt werden, dass eine Überbelastung oder Fehlbelastung reduziert bzw. vermieden werden kann. Insbesondere können Gliedmaßen der oberen Extremitäten über ein entsprechendes Handhabungsgerät mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden sein, so dass die Bewegung der jeweiligen Gliedmaßen unterstützt wird und die Belastung reduziert werden kann. Bei größeren Operationen, welche über mehrere Stunden andauern, kann somit durch Verwendung des erfindungsgemäßen Operationsassistenzsystems zur geführten Entlastung vom Körpergewicht die Belastung des jeweiligen Operateurs reduziert werden. Durch entsprechende Ausgestaltung des Handhabungsgeräts kann somit die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Operationsassistenzsystem eingesetzt werden. Das Handhabungsgerät ist dabei derart ausgestaltet, dass die zu entlastenden Gliedmaßen bzw. Körperteile aufgenommen werden können und eine Entlastung vom Körpergewicht erreicht werden kann.
[0087]
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Vorrichtung als Operationsassistenzsystem bereitgestellt werden mit einem Aktuator 2, der mit einem Seil 1 in einer Wirkverbindung steht, einem Arm 3 zur Führung des Seils 1, einem Verstellmechanismus 5 zum Verstellen des Arms 3, einer Steuereinheit zur Steuerung zumindest des Aktuators 2, und Erfassungsmittel zur Ermittlung der räumlichen Position eines mit dem Seil 1 in Verbindung stehenden Handhabungsgeräts 18 basierend auf einer Seilaustrittsrichtung aus der Seilführung des Arms 3, einer ausgegebenen Seillänge und der räumlichen Position des Arms 3 und zur Ermittlung einer an dem Seil 1 wirkenden Seilkraft Fs, wobei die Steuereinheit den Aktuator 2 basierend auf dem Vergleich der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft Fs und/oder deren Ableitungen mit vorbestimmten Werten steuert,
[0088]
Vorliegende Merkmale, Komponenten, Aspekte und spezifische Details können ausgetauscht und/oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erstellen, in Abhängigkeit des geforderten Verwendungszwecks. Sofern diese Ausgestaltungen für den Fachmann naheliegend sind, sollen diese mit der vorliegenden Beschreibung im Prinzip gezeigt sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung, insbesondere für funktionales Muskeltraining oder zur Assistenz bei Operationen, mit
einem Aktuator (2), der mit einem Seil (1) in einer Wirkverbindung steht, einem Arm (3) zur Führung des Seils (1),
einem Verstellmechanismus (5) zum Verstellen des Arms (3),
einer Steuereinheit zur Steuerung zumindest des Aktuators (2), und
Erfassungsmitteln zur Ermittlung der räumlichen Position eines mit dem Seil
(1) in Verbindung stehenden Handhabungsgeräts (18) basierend auf einer Seilaustrittsrichtung aus der Seilführung des Arms (3), einer ausgegebenen Seillänge und der räumlichen Position des Arms (3) und zur Ermittlung einer an dem Seil (1) wirkenden Seilkraft Fs, wobei
die Steuereinheit den Aktuator (2) basierend auf dem Vergleich der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft Fs und/oder deren Ableitung mit vorbestimmten Werten steuert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel einen am Handhabungsgerät (18) wirkenden Kraftvektor basierend auf der räumlichen Position des Handhabungsgeräts (18) und der Seilkraft Fs ermittelt.
3. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit, basierend auf dem Vergleich, an den Aktuator
(2) einen Sollwert ausgibt.
4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit, basierend auf dem Vergleich, an den Aktuator (2) einen Geschwindigkeitssollwert, einen Kraftsollwert und/oder Bewegungssollwerte ausgibt.
5. Vorrichtung nach zumindest einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit basierend auf dem Vergleich einen Sollwert für die räumliche Position des Arms (3) ausgibt und den Arm (3) entsprechend steuert.
6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit ein Bewegungsprofil basierend auf der ermittelten räumlichen Position bestimmt wobei zudem die Größe der Seilkraft erfasst wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Aktuator (2) und/oder den Arm (3) basierend auf einem Vergleich des ermittelten Bewegungsprofils mit vorbestimmten Werten steuert.
8. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (1) über eine schwenkbare Rolle (9) zu einem Seilaustrittsbereich (4) des Arms (3) geführt wird.
9. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (1) durch eine schwenkbare Hülse (10) in einem Seilaustrittsbereich (4) des Arms (3) geführt wird.
10. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsmittel die Seilaustrittsrichtung basierend auf einem Schwenkwinkel der schwenkbaren Hülse (10) und/oder der schwenkbaren Rolle (9) ermitteln.
11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Seil (1) zumindest teilweise durch den Arm (3) hindurchgeführt wird.
12. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (3) zumindest einen Griff (15) aufweist und im Bereich des Griffs (15) ein Schalter (19) zur Ansteuerung des Verstell mechanis- mus (5) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (5) dazu eingerichtet ist, den Arm (3) durch die Steuereinheit automatisch zu positionieren, die Bewegung des Arms (3) zu blockieren und/oder den Arm (3) frei zu geben, sodass der Arm (3) manuell in die gewünschte Position bewegt werden kann.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) eine Sensorvorrichtung zur Bestimmung der Größe der Seilkraft und/oder zur Bestimmung der ausgerollten Seillänge umfasst.
15. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (2) insbesondere zum Auf und Abspulen des Seils (1) mit einer Seilaufnahme und insbesondere einer Seilwinde (13) in Wirkverbindung steht.
16. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung der ermittelten räumlichen Position und/oder der Seilkraft Fs und/oder deren Ableitung von vorbestimmten Werten ein Biofeedback, insbesondere akustische, visuelle und/oder haptische Signale, ausgegeben wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schwenkbare Hülse (10) eine Führungshülse (A5; B5; C5) aufweist durch welche das Seil (1) geführt wird, wobei die Führungshülse (A5; B5; 05) entlang zumindest einer Achse beweglich ist und die Position der Führungshülse (A5; B5; 05) über einen Sensor erfassbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Führungshülse (A5; B5; 05) mit einem Magnet in Verbindung steht und die Position des Magnet über einen Sensor erfasst wird, wobei der Magnet insbesondere in der Führungshülse (A5; B5; 05) integriert ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Arms (3) insbesondere über die Steuereinheit einstellbar ist.
20. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel einen optischen Sensor (Sl) zur Ermittlung des Seilaustrittswinkels und/oder des Seilaustrittsvektors aufweist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (Sl) am Arm (3) oder in einem mit der schwenkbaren Rolle (9) mitschwenkbaren Bereich vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese Vorrichtung eingerichtet ist, um als Operationsassistenzsystem eingesetzt zu werden.
23. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 22.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112354132A (zh) * 2020-10-20 2021-02-12 深圳市零点智联科技有限公司 健身用的智能拉力器

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201600114258A1 (it) * 2016-11-11 2018-05-11 Technogym Spa Macchina ginnica equipaggiata con un sistema di rilevazione di dati, sistema di rilevazione di dati e relativo metodo di funzionamento.
CN106726350A (zh) * 2016-12-29 2017-05-31 河北工业大学 一种绳驱动肘腕康复机器人
CN108905087B (zh) * 2018-06-26 2020-02-14 山东大学齐鲁医院(青岛) 可更换防滑套的腕力锻炼器
CN109850557B (zh) * 2019-01-31 2021-03-26 鹤壁职业技术学院 一种机械手转运装置及其实现方法
CN110179626B (zh) * 2019-05-28 2021-02-26 山东建筑大学 一种上肢康复训练装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040176226A1 (en) * 2002-08-15 2004-09-09 Alan Carlson Universal system for monitoring and controlling exercise parameters
WO2007043970A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-19 Sensyact Ab A method, a computer program and a device for controlling a movable resistance element in a training device
WO2011056152A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Univerza V Ljubljani Device for exercising the musculoskeletal and nervous system
WO2011076240A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-30 X-Trainer As Robotic arm trainer
US20110245049A1 (en) * 2001-11-13 2011-10-06 Keiser Corporation Exercise apparatus
DE102011105748A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Precisis Ag Roboter zum Halten und zur Handhabung medizinischer Instrumente/Gerätschaften

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3727689A1 (de) 1986-08-19 1988-03-31 Horst Smeets Trainingsgeraet
DE19733595C2 (de) 1997-07-25 1999-06-24 Eugen Froehlich Verfahren und Vorrichtung zum Muskeltraining
DE102004023981A1 (de) * 2004-05-14 2005-12-08 Olthof, Alexander Olde Vorrichtung zum Bewegungstraining
DE102005051674A1 (de) 2005-10-28 2007-05-03 Dieter Miehlich Trainingsgerät

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110245049A1 (en) * 2001-11-13 2011-10-06 Keiser Corporation Exercise apparatus
US20040176226A1 (en) * 2002-08-15 2004-09-09 Alan Carlson Universal system for monitoring and controlling exercise parameters
WO2007043970A1 (en) * 2005-10-12 2007-04-19 Sensyact Ab A method, a computer program and a device for controlling a movable resistance element in a training device
WO2011056152A1 (en) * 2009-11-06 2011-05-12 Univerza V Ljubljani Device for exercising the musculoskeletal and nervous system
WO2011076240A1 (en) * 2009-12-01 2011-06-30 X-Trainer As Robotic arm trainer
DE102011105748A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Precisis Ag Roboter zum Halten und zur Handhabung medizinischer Instrumente/Gerätschaften

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112354132A (zh) * 2020-10-20 2021-02-12 深圳市零点智联科技有限公司 健身用的智能拉力器
CN112354132B (zh) * 2020-10-20 2021-04-09 深圳市零点智联科技有限公司 健身用的智能拉力器

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