CH700783B1 - Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung. - Google Patents

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Abstract

Eine adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung umfasst eine Anzeige (1), die über einen Bügel (2) mit dem Grundrahmen (9) verbunden ist, verschiedene Sensoren, voneinander unabhängig wirkende Pedale (4) und Fussplatten (3), die über Wellen (7, 8) und Hebel (5) mit kontraktilen Elementen (13) verbunden sind, welche am Grundrahmen (9) befestigt sind, sowie einen entsprechend positionierbaren Sitz (12) und eine Regelungshardware (10), die mit einem Computer (11) verbunden ist, auf welchem eine Software installiert ist, vorzugsweise verbunden mit einem Computernetzwerk, wobei die Software mit der Regelungshardware verknüpft ist.

Description

Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung, die ein ganzheitliches, realitätsnahes sowie motivationsförderndes Trainieren des Menschen unter Einbezug seiner kognitiven Fähigkeiten erlaubt. Die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung dient der Verbesserung des Bewegungsapparates in den Bereichen Maximalkraft, Schnellkraft und Kraftausdauer sowie der Förderung und Verbesserung der Koordination und Reaktionszeit. Einsatzgebiete der vorliegenden Erfindung sind Prävention, Rehabilitation, Fitness und Spitzensport.
Stand der Technik
[0002] Bei der Stärkung der Muskulatur mit den gängigen Trainingsvorrichtungen ohne Computerunterstützung wird besonderes Augenmerk auf isolierte, gleichförmige Bewegungsmuster gesetzt. Dieser Ansatz gewährt zwar in gewissem Umfang den Erhalt oder Erhöhung der Muskelmasse und eine Leistungssteigerung spezifischer Muskelgruppen, vernachlässigt hingegen das Zusammenspiel zwischen dem menschlichen Bewegungsapparat, der intrinsischen körpereigenen Information über Kraft, Haltung und Bewegung und der extrinsischen multisensorischen Information über die Trainingsumgebung. Mit diesem klassischen Ansatz kann man sich eher schlechter als besser bewegen.
[0003] Aus dem Stand der Technik sind Computersimulationen bekannt, die mittels einer Mensch-Maschinen-Schnittstelle eine gewisse physische Interaktion und somit einen Trainingseffekt auslösen. Hierbei wird jedoch auf Kraft-Feedback seitens der Maschine verzichtet. Der Bewegungsapparat und die dazugehörigen Bewegungsmuster werden somit nicht gezielt oder nur sehr beschränkt trainiert. Darüber hinaus besitzen viele dieser Computersimulationen keine Diagnostiksoftware. Somit ist keine Information über Trainingsqualität, Leistung und Fortschritt des Trainierenden vorhanden.
[0004] Die heute auf dem Markt erhältlichen Trainingsvorrichtungen werden den Anforderungen des Leistungssports, der Rehabilitation und eines ganzheitlichen Fitnesstrainings nicht gerecht, weil sie das Zusammenspiel des Bewegungsapparates mit der Wahrnehmung, der muskulösen Spannung und der sensorischen Information aus der Umwelt und ihre kognitive Verarbeitung nicht auszunützen und umzusetzen vermögen. Dieses Zusammenspiel ist jedoch unabdingbar notwendig, um sich sinnvoll, effizient und sicher in einer beliebigen Umgebung zu bewegen.
Aufgabe der Erfindung
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung zu schaffen, welche dieses Zusammenspiel erhält, fördert und nachhaltig verbessert.
[0006] Die Aufgabe wird durch die Merkmale der aufgeführten Patentansprüche gelöst.
Lösung/Darstellung der Erfindung
[0007] Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Einzelnen erläutert. Diese Darstellung soll die Erfindung jedoch nicht auf die konkret beschriebene Merkmalskombination beschränken, so wie auch die Erfindung nicht auf die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalskombinationen beschränkt sein soll. In dieser Ausführung ist die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung für den unteren Rumpf und die Beine ausgelegt.
[0008] Die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung gemäss den aufgeführten Patentansprüchen ist fähig, auf die Körperhaltung des Benutzer und die von ihm erzeugten Kräfte zu reagieren, indem es die Kräfte, die durch die kontraktilen Elemente am Bewegungsapparat des Benutzers erzeugt werden, über eine Regelungshardware fliessend variiert.
[0009] Somit entsteht ein Feedback-Feedforward-System zwischen Mensch und adaptiver robotergestützter Trainingsvorrichtung, das es erstmals erlaubt, höhere kognitive Prozesse in das Training einzubinden und Trainingsfortschritte über der Software quantitativ zu erfassen.
[0010] Über der Software kann auch die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung an die muskulösen und koordinativen Fähigkeiten eines jeden Benutzer angepasst werden, um diese nachhaltig zu fördern und zu verbessern und um Schwachstellen zu identifizieren, vorzubeugen und aufzuheben.
[0011] Darüber hinaus erlaubt es die Software, Trainingsroutinen zu erstellen, die unter Einbezug der notwendigen kognitiven Fähigkeiten, die Kräfte und Dynamik wiederspiegeln, denen unser Bewegungsapparat in Interaktion mit der von uns gewählten Umgebung ausgesetzt sind.
[0012] Die Trainingsroutinen zeichnen sich dadurch aus, dass sie dem Benutzer der adaptiven robotergestützten Trainingsvorrichtung ermöglichen, visuelle, auditorische und haptische Stimuli mit den auf den Bewegungsapparat wirkenden Kräften so zu verknüpfen, dass ein Lernen oder ein Wiedererlernen von Bewegungsmustern in der Wechselwirkung zwischen Bewegungsapparat und Wahrnehmung ausgelöst wird. Auf dieser Weise kann auch Koordination geschult werden.
[0013] Die Beine und Rumpfpartien werden über Fussplatten, die mit Pedalen verbunden sind, separat und voneinander unabhängig belastet. Dabei werden herkömmliche Gewichte, die an den Pedalen ziehen, durch kontraktile Elemente ersetzt.
[0014] Die Fussplatten sind quer zum Fuss frei gelagert. So vermag diese Erfindung auch die gesamte untere Muskulatur der Beine zu stärken und diese mit den oberen Beinpartien in koordinativen Einklang zu bringen.
[0015] Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beinhaltet zusätzlich eine freie Lagerung der Fussplatten in Längsrichtung des Fusses. So kann auch die Muskulatur am Fersenansatz und im Fuss gekräftigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0016] Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer unverschalten adaptiven, robotergestützten Trainingsvorrichtung gemäss der Erfindung. <tb>Fig. 2<sep>eine Detailzeichnung auf ein erstes Ausführungsbeispiel des Pedalhubbegrenzers gemäss Erfindung. <tb>Fig. 3<sep>eine Detailzeichnung auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen Pedal und Fussplatte gemäss der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0017] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen adaptiven robotergestützten Trainingsvorrichtung ohne Abdeckung. Die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung umfasst einen Grundrahmen 9, auf der die Pedale 4 über Wellen 7, 8 und Hebel 5 miteinander verbunden sind. An den Pedalen 4 sind frei gelagerte Fussplatten 3 befestigt. Die Hebel 5 sind mit den kontraktilen Elementen 13 verbunden, die ihrerseits am Grundrahmen 9 befestigt sind. Die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung weist einen positionierbaren Sitz 12 auf, der mit einem Pedalhubbegrenzer 6 verbunden ist. In der adaptiven robotergestützten Trainingsvorrichtung befindet sich eine Regelungshardware 10, die mit einem PC 11 verbunden ist.
[0018] Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Pedalhubbegrenzers 6, an dem ein Stopper 6a angebracht ist, um den Hub der Hebel 5 zu beschränken. Der Pedalhubbegrenzer 6 ist über ein Gestänge 6b mit einem Mitnehmer 6c verbunden, der seinerseits mit dem positionierbaren Sitz 12 verbunden ist.
[0019] Fig. 3 zeigt eine Detailansicht der Pedale 4, die über einer Achse 3 ́ und Schrauben 3 ́ ́ mit den Fussplatten verbunden sind.

Claims (12)

1. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung, umfassend eine Anzeige (1), über einen Bügel (2) mit dem Grundrahmen (9) verbunden, verschiedene Sensoren, voneinander unabhängig wirkende Pedale (4) und Fussplatten (3), über Wellen (7), (8) mit Hebeln (5) mit kontraktilen Elementen (13) verbunden, die am Grundrahmen (9) befestigt sind, einem entsprechend positionierbaren Sitz (12) und einer Regelungshardware (10), verbunden mit einem Computer (11), auf der eine Software installiert ist, in bevorzugter Ausführung mit einem Computernetzwerk verbunden, dadurch gekennzeichnet, dass die Software mit der Regelungshardware verknüpft ist.
2. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der positionierbare Sitz (12) mit einem Pedalhubbegrenzer (6) gekoppelt ist.
3. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fussplatten (3) über eine Achse (3 ́) frei gelagert am Pedal (4) mittels Schrauben (3 ́ ́) befestigt sind.
4. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fussplatten in einer alternativen Ausführungsform über zwei Achsen frei mit den Pedalen gelagert sind und so Taumelplatten darstellen.
5. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem PC (11) installierte Software es erlaubt, über eine graphische Benutzeroberfläche Positions- und Kraftprofile zu erstellen und diese als Trainingsroutinen den verschiedenen Benutzern zuzuordnen.
6. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem PC (11) installierte Software mit der Kraftregelung (5) gekoppelt ist und so die adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung steuert.
7. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach den Patentansprüchen 1 und 5, und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem PC (11) installierte Software und die Anzeige ein Feedback-Feedforward-System zwischen Mensch und Maschine erzeugen.
8. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem PC (11) installierte Software über eine Computersimulation verfügt.
9. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem PC (11) installierte Software über ein Computernetzwerk ein ferngeleitetes Training ermöglicht.
10. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtungen über ein Computernetzwerk miteinander gekoppelt werden können.
11. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass qualitative und quantitative Messungen der Trainingseinheiten vorgenommen und per Ferndiagnose ausgewertet werden können.
12. Adaptive robotergestützte Trainingsvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte und Dynamik simuliert werden können, die in den verschiedenen Disziplinen des Leistungssports auftreten und auf den menschlichen Bewegungsapparat wirken.
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