CH704322A2

CH704322A2 - Therapeutic rocking chair.

Info

Publication number: CH704322A2
Application number: CH00043/11A
Authority: CH
Inventors: Philipp Buehler; Lukas Sarasin
Original assignee: Philipp Buehler; Lukas Sarasin
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2012-07-13
Also published as: CH704337A1

Abstract

Das Therapiegerät (2) steht auf Kufen (1) und bildet einen Schaukelstuhl zur Ausführung von Schaukelbewegung mit einer Last (4), bestehend aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person. Mindestens ein beweglicher oder antreibbarer Massekörper ist vorhanden, mit zugehörigem Antrieb. Dadurch ist die Eigenfrequenz des Schwingsystems, welches dann aus den Massen des Therapiegeräts selbst sowie jener der Last besteht, veränderbar. Der antreibbare Massenkörper kann durch Kreisel (11) gebildet sein, die in einem Rahmen (15) federgelagert sind. Je nach Drehzahlverlauf der Kreisel (11) wird die Schaukelfrequenz und die spezifische Bewegungsform des Therapiegerätes über einen weiten Bereich veränderlich. Der antreibbare Massenkörper kann auch virtuell sein, indem mit einem Antrieb eine Massenträgheit emuliert wird. Dabei wird der Antrieb so geregelt, dass er das Verhalten einer Massenträgheit zeigt, und somit ein physikalisch vorhandener Massekörper nicht benötigt wird.The therapy device (2) stands on skids (1) and forms a rocking chair for carrying out rocking movement with a load (4), consisting of at least one standing, lying or lying person. At least one movable or drivable mass body is present, with associated drive. As a result, the natural frequency of the vibration system, which then consists of the masses of the therapy device itself and that of the load, changeable. The drivable mass body may be formed by gyros (11), which are spring-mounted in a frame (15). Depending on the speed curve of the gyroscope (11), the rocking frequency and the specific form of movement of the therapy device can be varied over a wide range. The drivable mass body can also be virtual by emulating inertia with a drive. In this case, the drive is controlled so that it shows the behavior of a mass inertia, and thus a physically existing mass body is not needed.

Description

[0001] Die Schaukelbewegung eines Schaukelstuhls wirkt beruhigend und entspannend, sie kann auch gezielt für therapeutische Zwecke verwendet werden. So kann mit einer geeigneten Wahl der Schaukelfrequenz, Amplitude und Bewegungsform Einfluss auf verschiedene Körperfunktionen genommen werden. Insbesondere passt der Patient seine Atemfrequenz der Schaukelbewegung an. Für die Therapie werden Frequenzen im Bereich von 8 bis 20 Schwingungen pro Minute verwendet. The rocking movement of a rocking chair has a calming and relaxing, it can also be used specifically for therapeutic purposes. Thus, with a suitable choice of rocking frequency, amplitude and shape of movement can be influenced on various body functions. In particular, the patient adjusts his respiratory rate to the rocking motion. For therapy, frequencies in the range of 8 to 20 oscillations per minute are used.

[0002] Die Schaukelbewegung ist eine harmonische Schwingung. Harmonische Schwingungen sind in allen Bereichen der Technik bekannt, insbesondere in der Mechanik (z.B. Uhren, Fahrwerk im Auto) und der Elektrotechnik (z.B. Radio, Oszillatoren, Regelungstechnik). Die Theorie dazu ist relativ einfach. Im Falle einer mechanischen Schwingung handelt es sich um das Zusammenspiel einer Rückstellkraft, welche das schwingfähige System in Richtung des Ruhezustands beschleunigt, und einer Trägheit, welche dafür sorgt, dass die Bewegung über den Ruhezustand hinaus schwingt. The rocking motion is a harmonic oscillation. Harmonic oscillations are known in all areas of the art, especially in mechanics (e.g., watches, car chassis) and electrical engineering (e.g., radio, oscillators, control engineering). The theory is relatively simple. In the case of a mechanical vibration is the interaction of a restoring force, which accelerates the oscillatory system in the direction of rest, and an inertia, which ensures that the movement oscillates beyond the rest state.

[0003] Im Falle des Schaukelstuhls wie in Fig. 1dargestellt wird die Rückstell kraft Fr durch die Kufen 1 und die Schwerkraft m*g erzeugt, die Trägheit ist die Massenträgheit der bewegten Massen 3 bestehend aus einer Last 4 in Form eines Menschen und Stuhl 2. Da das Gewicht des Menschen sowohl die Rückstellkraft als auch die Trägheit erhöht, ist die Schaukelfrequenz im Wesentlichen unabhängig vom Gewicht des Menschen. Mathematisch lässt sich dies mit Newton leicht beschreiben. Die Schaukelbewegung ist eine Superposition von Linear- und Drehbewegung. Der Einfachheit wegen werden hier nur die Gleichungen für eine lineare Bewegung gezeigt, wobei folgende Grössen mit den entsprechenden Einheiten [ ] eingeführt werden: <tb>Rückstellkraft:<sep>Fr<sep>[N] <tb>Auslenkung:<sep>X<sep>[m] <tb>Position:<sep>P<sep>[m] <tb>Ruheposition:<sep>p0<sep>[m] <tb>Geschwindigkeit<sep>V<sep>[m/s] <tb>Beschleunigung:<sep>a<sep>[m/s^2] <tb>Masse:<sep>m<sep>[kg] <tb>Rückstellkonstante:<sep>k<sep>[N/m] <tb>Schwingungsamplitude:<sep>A<sep>[m] <tb>Zeit:<sep>t<sep>[s] <tb>Eigenfrequenz:<sep>f<sep>[Hz]Als Auslenkung wird die Abweichung von der Ruheposition verstanden: x = p – p0 Die Rückstellkraft ist proportional zur Auslenkung und zeigt in Richtung entgegen der Auslenkung: Fr = -k*x Die Trägheit der Masse m ergibt folgende Beschleunigung: a = Fr/m Aus der Differentialgleichung dx/dt = v und dv/dt = a erhält man: x = A*sin (2tt * f * t) 2π * f = √ (k/m) und die zeitlichen Verläufe wie in Fig. 2 anhand eines Amplitudenverlaufs über die Zeit angegeben. In the case of the rocking chair as shown in Fig. 1, the restoring force Fr is generated by the runners 1 and the gravity m * g, the inertia is the inertia of the moving masses 3 consisting of a load 4 in the form of a human and chair 2 Since the human weight increases both the restoring force and the inertia, the swing frequency is essentially independent of the weight of the person. Mathematically, this can easily be described with Newton. The rocking motion is a superposition of linear and rotary motion. For the sake of simplicity, only the equations for a linear motion are shown here, with the following quantities introduced with the corresponding units []: <Tb> restoring force: <sep> Fr <sep> [N] <Tb> deflection <sep> X <sep> [m] <Tb> Position: <sep> P <sep> [m] <Tb> rest position: <sep> p 0 <sep> [m] <Tb> speed <sep> V <sep> [m / s] <Tb> Acceleration: <sep> a <sep> [m / s ^ 2] <Tb> Mass: <sep> m <sep> [kg] <Tb> restoring constant: <sep> k <sep> [N / m] <Tb> oscillation amplitude: <sep> A <sep> [m] <Tb> Time: <sep> t <sep> [s] <tb> natural frequency: <sep> f <sep> [Hz] Displacement is the deviation from the rest position: x = p - p0 The restoring force is proportional to the deflection and points in the direction opposite to the deflection: Fr = -k * x The inertia of the mass m gives the following acceleration: a = Fr / m From the differential equation dx / dt = v and dv / dt = a one obtains: x = A * sin (2π * f * t) 2π * f = √ (k / m) and the time courses as indicated in FIG. 2 on the basis of an amplitude course over time.

[0004] Die Amplitude A ist unbestimmt, d.h. sie kann vom Patienten frei beeinflusst werden, die Eigenfrequenz f ist hingegen gegeben durch die Wurzel aus dem Verhältnis k/m. Dies ist die Frequenz mit welcher das System ohne äusseres Zutun schwingt. In einem realen System wird diese Schwingung abklingen, da es immer irgendwo dämpfende Einflüsse gibt. Dies sind insbesondere die Reibung an den Kufen und der Luftwiderstand. Um das System in Schwingung zu halten, muss die in der Dämpfung verlorene Schwingungsenergie entweder von aussen oder durch Muskelkraft des Patienten zugeführt werden. The amplitude A is indefinite, i. it can be freely influenced by the patient, whereas the natural frequency f is given by the root of the ratio k / m. This is the frequency with which the system oscillates without external intervention. In a real system, this vibration will fade, as there are always some dampening influences. These are in particular the friction on the runners and the air resistance. In order to keep the system in vibration, the vibration energy lost in the damping must be supplied either externally or by muscular strength of the patient.

[0005] Es ist wichtig zu bemerken, dass es um die Eigenfrequenz des Systems geht und nicht nur um die Frequenz der Bewegung. Es wäre nicht zielführend, wenn der Stuhl mit einem entsprechend starken Antrieb einfach mit einer bestimmten Frequenz bewegt würde, da dann nicht nur die Frequenz sondern auch die Amplitude vorgegeben wäre. Der Patient hätte mit seinen eigenen Bewegungen keinen Einfluss mehr auf die Amplitude, wodurch kein Therapieerfolg mehr möglich wäre. Ausserdem verursacht dieser Kontrollverlust beim Patienten starkes Unbehagen. Um also die Eigenfrequenz verstellbar zu machen muss die Rückstellkonstante k oder die Masse m verändert werden. It is important to note that it is about the natural frequency of the system and not just about the frequency of the movement. It would not be effective if the chair with a correspondingly strong drive would simply be moved with a certain frequency, because then not only the frequency but also the amplitude would be predetermined. The patient would no longer have any influence on the amplitude with his own movements, which would mean that therapeutic success would no longer be possible. In addition, this loss of control causes severe discomfort in the patient. So in order to make the natural frequency adjustable, the reset constant k or the mass m must be changed.

[0006] AT 355 249 B zeigt wie ein geeigneter Schaukelstuhl gebaut werden kann. Es hat sich aber gezeigt, dass die Einstellung der Schaukelfrequenz schwierig ist, insbesondere besteht bei tiefen Frequenzen die Gefahr, dass der Stuhl kippt. In AT 355 249 B werden zwei Methoden der Frequenzeinstellung vorgeschlagen: a) Die Krümmung der Kufen verändern b) Die Höhe der Sitzposition verändern Eine weitere Möglichkeit ist das Anbringen von Zusatzmassen um den Schwerpunkt des Gesamtsystems in der Höhe zu verschieben. AT 355 249 B shows how a suitable rocking chair can be built. However, it has been shown that the setting of the rocking frequency is difficult, especially at low frequencies there is a risk that the chair tilts. AT 355 249 B proposes two methods of frequency tuning: a) Change the curvature of the runners b) Change the height of the seating position Another possibility is to add additional masses to shift the center of gravity of the overall system in height.

[0007] Ein herkömmlicher Schaukelstuhl schaukelt mit einer Frequenz von mindestens 20 Schwingungen pro Minute. Um die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren, könnte die Masse m gemäss obiger Gleichung um den Faktor 6.25 erhöht werden. Bei einem Gesamtgewicht von 100 kg müsste demnach eine Zusatzmasse von 525 kg verwendet werden. Es zeigt sich aber, dass bereits viel kleinere Massen ausreichen. Der Grund für die tiefere Eigenfrequenz liegt weniger an der zusätzlichen Trägheit, sondern viel mehr an einer veränderten Rückstellkraft. Wenn man die Zusatzmasse oberhalb des Patienten anbringt, dann reduziert dies die Rückstellkraft. Wenn der Schaukelstuhl nach hinten kippt, dann zieht das Zusatzgewicht oben den Stuhl zusätzlich nach hinten, wirkt also entgegen der Rückstellkraft. Daher sinkt die Frequenz. A conventional rocking chair rocks at a frequency of at least 20 oscillations per minute. In order to reduce the frequency from 20 to 8 oscillations per minute, the mass m could be increased by the factor 6.25 according to the above equation. With a total weight of 100 kg, therefore, an additional mass of 525 kg would have to be used. It turns out, however, that already much smaller masses are sufficient. The reason for the lower natural frequency is less due to the additional inertia, but much more to a modified restoring force. If one attaches the additional mass above the patient, then this reduces the restoring force. If the rocking chair tilts backwards, the additional weight at the top pulls the chair additionally backwards, thus acting contrary to the restoring force. Therefore, the frequency drops.

[0008] Um die Frequenz mit Hilfe der Rückstellkraft von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren muss die Rückstellkraft gemäss obiger Gleichung um den Faktor 6.25 reduziert werden. Die Zusatzmasse muss also eine Kraft entgegen der Rückstellkraft erzeugen, sodass die Rückstellkraft zu 84% kompensiert wird. In der Summe bleibt nur noch 16% der Rückstellkonstante k wodurch die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute absinkt. Die Rückstellkonstante wird durch die Patientenlage beeinflusst. Wenn sich der Patient bewegt, kann es leicht geschehen, dass die Rückstellkonstante k zu weit reduziert wird. Wenn sie Null oder gar negativ wird, dann wird das System instabil und der Stuhl kippt. In order to reduce the frequency by means of the restoring force of 20 to 8 oscillations per minute, the restoring force according to the above equation must be reduced by a factor of 6.25. The additional mass must therefore generate a force against the restoring force, so that the restoring force is compensated to 84%. The sum remains only 16% of the reset constant k whereby the frequency decreases from 20 to 8 oscillations per minute. The reset constant is influenced by the patient situation. If the patient moves, it can easily happen that the reset constant k is reduced too much. If it becomes zero or even negative, the system becomes unstable and the chair tilts.

[0009] Es wäre sicherer, wenn man die Frequenz alleine mit einer zusätzlichen Masse m ändern könnte, weil das System dabei nicht instabil werden kann. Die dazu notwendigen Massen (525 kg, siehe Beispiel oben) sind jedoch nicht praktikabel. Eine alternative Methode zur Frequenzeinstellung aus AT 355 249 B ist die einstellbare Krümmung der Kufen. Dies kann praktisch nur mit elastischen Strukturen erreicht werden. Solche Strukturen federn beim Schaukeln unter dem Gewicht des Patienten ein, was die Frequenz verändert und ebenfalls zu Instabilität führen kann. It would be safer if you could change the frequency alone with an additional mass m, because the system can not be unstable. The necessary masses (525 kg, see example above) are not practical. An alternative method for frequency adjustment from AT 355 249 B is the adjustable curvature of the skids. This can be achieved practically only with elastic structures. Such structures spring under rocking under the weight of the patient, which changes the frequency and can also lead to instability.

[0010] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Schaukelstuhl zu bauen, bei welchem die Frequenz und die Bewegungsform über einen weiten Bereich einstellbar sind und der dabei einfach bedienbar und sicher bleibt. The object of the present invention is therefore to build a rocking chair, wherein the frequency and the shape of movement over a wide range are adjustable and thereby remains easy to use and safe.

[0011] Diese Aufgabe wird gelöst von einem Therapiegerät, das auf gebogenen Kufen steht oder auf einem Gestänge steht oder in einem solchen hängt, zur Ausführung einer Schaukelbewegung mit mindestens einer Last aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person, und das sich dadurch auszeichnet, dass es mindestens einen beweglichen oder antreibbaren Massekörper mi t zugehörigem Antrieb einschliesst, mittels dessen die Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Patient veränderbar ist. This object is achieved by a therapy device that stands on curved runners or stands on a linkage or hangs in such, for performing a rocking motion with at least one load from at least one standing, sitting or lying person, and thereby characterized in that it includes at least one movable or driven mass body mi t associated drive, by means of which the natural frequency of the vibration system consisting of therapy device and patient is changeable.

[0012] Anhand der Figuren werden das Therapiegerät und seine technischen Grundlagen gezeigt und anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt: <tb>Fig. 1:<sep>Einen herkömmlichen Schaukelstuhl als Therapiegerät mit fixer Eigenfrequenz; <tb>Fig. 2:<sep>Schwingungsamplituden der Schaukelbewegung über die Zeit aufgetragen; <tb>Fig. 3:<sep>Ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit in horizontaler Richtung bewegbaren Massekörpern; <tb>Fig. 4:<sep>Ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit Kreiseln mit senkrecht zur Schaukelachse drehenden Kreiseln als Massekörper; <tb>Fig. 5:<sep>Eine Ansicht von hinten auf die beiden Kreisel am Therapiegerät nach Fig. 4, federgelagert an einem Rahmen; <tb>Fig. 6:<sep>Eine Ansicht von oben auf die beiden Kreisel am Therapiegerät nach Fig. 4 bei Auslenkung aufgrund der wirksamen Kreiselkräfte; <tb>Fig. 7:<sep>Die Eigenschwingungsform einer bewusst beeinflussten Schaukelbewegung; <tb>Fig. 8:<sep>Ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit direktem Antrieb und Gestänge anstelle von Kufen; <tb>Fig. 9:<sep>Ein Therapiegerät in Form eines Schaukelstuhls mit in vertikaler Richtung bewegbarem Massekörper.Based on the figures, the therapy device and its technical principles are shown and explained with reference to the following description. It shows: <Tb> FIG. 1: <sep> A conventional rocking chair as a therapy device with a fixed natural frequency; <Tb> FIG. 2: <sep> Vibration amplitudes of rocking motion plotted over time; <Tb> FIG. 3: <sep> A therapy device in the form of a rocking chair with mass bodies movable in the horizontal direction; <Tb> FIG. 4: <sep> A therapy device in the form of a rocking chair with gyros with rotors rotating perpendicular to the swing axis as a mass body; <Tb> FIG. 5: <sep> A view from the rear of the two gyros on the therapy device of Figure 4, spring-mounted on a frame. <Tb> FIG. 6: <sep> A view from above of the two rotors on the therapy device according to FIG. 4 during deflection due to the effective centrifugal forces; <Tb> FIG. 7: <sep> The natural mode of a consciously influenced rocking motion; <Tb> FIG. 8: <sep> A therapy device in the form of a rocking chair with direct drive and linkage instead of runners; <Tb> FIG. 9: <sep> A therapy device in the form of a rocking chair with mass body movable in the vertical direction.

[0013] Es gibt folgende Möglichkeiten, die Eigenfrequenz variabel zu machen. <tb>a)<sep>Die Verwendung einer Übersetzung für die Zusatzmasse. Wenn die Zusatzmasse über ein Getriebe an den Schaukelstuhl gekoppelt ist, so dass sich die Masse beispielsweise fünfmal schneller bewegt, dann ist im obigen Beispiel nur noch 21 kg Zusatzmasse notwendig um die Frequenz von 20 auf 8 Schwingungen pro Minute zu reduzieren, da sich die Trägheit quadratisch mit dem Übersetzungsverhältnis erhöht. <tb>b)<sep>Die Emulation der geforderten Massenträgheit mit Hilfe eines Antriebs. Mit Hilfe eines Kraftsensors ist es technisch möglich, einen Antrieb so zu regeln, dass er sich exakt gleich wie eine Massenträgheit verhält. Der Stuhl fühlt sich dann so an, als ob eine zusätzliche Masse vorhanden wäre. <tb>c)<sep>Die Verwendung einer Zusatzmasse oberhalb des Schwerpunkts, um den Schwerpunkt des Gesamtsystems nach oben zu verschieben. Die Position dieser Zusatzmasse wird mit einem Antrieb verstellbar gestaltet. Die Gefahr der Instabilität kann mit dem Antrieb kontrolliert werden: Wenn das System instabil zu werden droht, kann der Antrieb die Zusatzmasse nach unten bewegen, um so die Stabilität wieder herzustellen und ein Kippen zu verhindern.There are the following possibilities to make the natural frequency variable. <tb> a) <sep> The use of a translation for the additional mass. If the additional mass is coupled via a gear to the rocking chair, so that the mass moves, for example, five times faster, then in the above example only 21 kg additional mass is necessary to reduce the frequency from 20 to 8 oscillations per minute, as the inertia increased quadratically with the gear ratio. <tb> b) <sep> The emulation of the required inertia by means of a drive. With the help of a force sensor, it is technically possible to regulate a drive so that it behaves exactly the same as an inertia. The chair then feels as if an extra mass were present. <tb> c) <sep> The use of an additional mass above the center of gravity to shift the center of gravity of the overall system upwards. The position of this additional mass is designed adjustable with a drive. The danger of instability can be controlled by the drive: if the system threatens to become unstable, the drive can move the additional mass downwards to restore stability and prevent tilting.

[0014] Die Fig. 1 zeigt den herkömmlichen Schaukelstuhl als Therapiegerät. Er schaukelt mit einer ihm eigenen Eigenfrequenz. Die Masse der drauf sitzenden Person hat nur wenig Einfluss auf die Eigenfrequenz des Gesamtsystems. Die Eigenfrequenz ist im Wesentlichen durch die Geometrie des Stuhls vorgegeben. Die Schwingung ist im Wesentlichen harmonisch und die Bewegung des Stuhls verläuft wie in Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 ist nun eine Variante gezeigt, bei welcher das Therapiegerät, hier wieder ein Schaukelstuhl, mit horizontal nach vorne und hinten laufenden Auslegern 5, versehen ist, auf welchen sich verschiebbare Massekörper 6 als Zusatzmassen befinden. Je weiter weg vom Schwerpunkt 3 sich die Zusatzmassen befinden, desto grösser wird die Trägheit der Rotationsbewegung beim Schaukeln. Fig. 1 shows the conventional rocking chair as a therapy device. He rocks with his own natural frequency. The mass of the person sitting on it has little influence on the natural frequency of the entire system. The natural frequency is essentially determined by the geometry of the chair. The vibration is substantially harmonious and the movement of the chair is as shown in Fig. 2. In Fig. 3, a variant is shown in which the therapy device, here again a rocking chair, with horizontally forward and rearward extending arms 5, is provided on which displaceable mass body 6 are located as additional masses. The farther away from the center of gravity 3 are the additional masses, the greater will be the inertia of the rotational movement during rocking.

[0015] Die Fig. 4 zeigt eine Alternative mit der Verwendung von Kreiseln 11 im Stuhl 2. Diese Kreisel 11 sind hier in einem Rahmen 15 gelagert, in welchem ihre Rotationsachse horizontal verläuft, und senkrecht zur Achse, um welche der Stuhl 2 schaukeln kann. Die Fig. 5 zeigt die Anordnung der beiden Kreisel 11 in einer Ansicht von hinten. Die Kreisel 11 sind in einem drehbaren Rahmen 15 gelagert. Die Drehung dieses Rahmens 15 wird durch Zugfedern 10 gehalten. Die drei Drehachsen von Schaukelbewegung 12, Kreisel 13 und Rahmen 14 stehen im Wesentlichen senkrecht zueinander. Dadurch wird die Schaukelbewegung gyroskopisch auf die Zugfedern 10 gekoppelt. Die Fig. 6zeigt die Anordnung der beiden Kreisel 11 in einer Ansicht von oben, mit ausgelenkten Federn. Die gyroskopische Kopplung zwischen den Achsen hängt von der Drehzahl der Kreisels 11 ab und kann daher mit einer Drehzahlregelung stufenlos eingestellt werden. Fig. 4 shows an alternative with the use of rotors 11 in the chair 2. These gyros 11 are mounted here in a frame 15 in which its axis of rotation is horizontal, and perpendicular to the axis about which the chair 2 can rock , Fig. 5 shows the arrangement of the two rotors 11 in a view from behind. The gyros 11 are mounted in a rotatable frame 15. The rotation of this frame 15 is held by tension springs 10. The three axes of rotation of rocking motion 12, gyro 13 and frame 14 are substantially perpendicular to each other. As a result, the rocking motion is gyroscopically coupled to the tension springs 10. Fig. 6 shows the arrangement of the two rotors 11 in a view from above, with deflected springs. The gyroscopic coupling between the axes depends on the speed of the gyro 11 and can therefore be adjusted continuously with a speed control.

[0016] Die Kraft, welche die Schaukelbewegung auf die Kreisel 11 ausübt, wird mit der Gyroskopie auf eine Geschwindigkeit der Auslenkung der Zugfedern 10 übersetzt. Die gyroskopische Kopplung der dabei entstehenden Federkraft seinerseits ergibt wiederum eine Geschwindigkeit in der Drehachse der Schaukel. Zusammen ergibt sich so das Verhalten einer Massenträgheit. Es bietet sich an, ein solches System wie gezeigt symmetrisch aus zwei gegenläufig drehenden Kreiseln 11 aufzubauen, so dass sich die störend wirkenden Drehmomente, welche die Federn 10 auf den Stuhl 2 ausüben, gegenseitig aufheben. The force which exerts the rocking motion on the gyroscope 11 is translated with the gyroscopy to a speed of deflection of the tension springs 10. The gyroscopic coupling of the resulting spring force in turn results in a speed in the axis of rotation of the swing. Together, this results in the behavior of a mass inertia. It is advisable to construct such a system as shown symmetrically from two counter-rotating rotors 11, so that cancel the disturbing torques exerted by the springs 10 on the chair 2, each other.

[0017] Systeme mit einem Antrieb haben den Vorteil, dass die Eigenfrequenz auf Knopfdruck beliebig eingestellt werden kann. Zusätzlich eröffnen sich neue Möglichkeiten. Anhand von Fig. 7 ist eine Eigenschwingungsform gezeigt, wenn die Eigenfrequenz bei der Vor- und Rückwärtsbewegung unterschiedlich gesetzt wird. Dadurch kann die Zeit für das Nach-Vorne-Pendeln 20 unabhängig von der Zeit für das Zurückpendeln 21 vorgegeben werden, d.h. nicht nur die Eigenfrequenz, sondern auch die Eigenschwingungsform ist auf diese Weise einstellbar. Systems with a drive have the advantage that the natural frequency can be set arbitrarily at the touch of a button. In addition, new opportunities open up. Referring to Fig. 7, a natural vibration mode is shown when the natural frequency is set differently in the forward and backward movement. Thereby, the time for the after-coasting 20 can be set independently of the time for the return 21, i. not only the natural frequency, but also the natural mode is adjustable in this way.

[0018] Die Fig. 8 zeigt einen Stuhl 2 mit Gestänge 8 anstelle von Kufen, welcher direkt angetrieben wird, ohne Umweg über eine verstellbare Masse. Bei einer solchen Anordnung kann die Eigenfrequenz ebenfalls variabel vorgegeben werden. Der Antrieb 7, welcher direkt den Stuhl 2 antreibt, wird dazu verwendet, eine variable virtuelle Masse zu emulieren. Dabei wird der Antrieb so geregelt, dass er das Verhalten einer Massenträgheit zeigt. Auf diese Weise kann die Eigenfrequenz verändert werden ohne dass hierzu ein physikalisch vorhandener Massekörper benötigt wird. Dies erfordert spezielle, aber bekannte Regelungs- und Sensortechnik. Ein solcher Antrieb 7 kann gleichzeitig auch genutzt werden um die Rückstellkraft zu verändern, indem eine Kraft proportional zur Auslenkung erzeugt wird, oder um die Schaukelbewegung anzutreiben, indem zum Beispiel ein kleiner Kraftstoss gegeben wird, immer dann, wenn der Stuhl vorne ist und die Amplitude nicht zu gross ist. Fig. 8 shows a chair 2 with linkage 8 instead of runners, which is driven directly, without detour via an adjustable mass. In such an arrangement, the natural frequency can also be set variably. The drive 7, which directly drives the chair 2, is used to emulate a variable virtual mass. The drive is controlled so that it shows the behavior of a mass inertia. In this way, the natural frequency can be changed without the need for a physically existing mass body is required. This requires special but well-known control and sensor technology. Such a drive 7 can also be used at the same time to change the restoring force, by generating a force proportional to the deflection, or to drive the rocking motion, for example, by giving a small impulse whenever the chair is in front and the amplitude not too big.

[0019] Ausserdem kann der Antrieb 7 auch zur Kompensation der Reibung eingesetzt werden, so dass das System keine Dämpfung mehr hat. Der Patient braucht dann weniger Kraft, um die Schwingung in Gang zu halten. Wenn die Amplitude zu gross wird, kann der Antrieb verwendet werden, um zusätzliche Reibung zu emulieren und so die Schwingungsamplitude auf ein sicheres Mass zu begrenzen. Gleichzeitig kann der Antrieb auch eine zusätzliche konstante Kraft ausüben, um die Ruhelage des Stuhls zu verschieben. In addition, the drive 7 can also be used to compensate for the friction, so that the system has no more damping. The patient then needs less force to keep the vibration going. If the amplitude becomes too large, the drive can be used to emulate additional friction and thus limit the amplitude of vibration to a safe level. At the same time, the drive can also exert an additional constant force to move the rest position of the chair.

[0020] Für den Fall wie in Fig. 9dargestellt, wonach der Antrieb nicht direkt den Stuhl, sondern nur die Höhe eines Massekörpers 6 als Zusatzmasse m antreibt, hängt die Rückstellkraft direkt von der eingestellten Höhe ab. Der Antrieb muss in diesem Fall keine Massenträgheit emulieren, um die Eigenfrequenz zu verändern, sondern muss nur die passende Höhe der Zusatzmasse m einstellen. Die diversen oben erwähnten Einstellmöglichkeiten können in diesem Fall folgendermassen umgesetzt werden: Wenn die Zeit für das Nach-Vorne-Pendeln länger als die Zeit für das Zurück-Pendeln sein soll, dann muss die Zusatzmasse bei jeder Pendelbewegung vorne ein wenig nach unten und hinten etwas nach oben bewegt werden. Um die Schaukelbewegung anzutreiben, wird die Zusatzmasse m beim Durchlaufen des Ruhepunkts nach oben und beim Erreichen der Umkehrpunkte nach unten bewegt. Ein Kind tut es genauso wenn es auf einer Schaukel stehend schaukelt. Die Ruhelage des Stuhls zu verschieben, ist bei dieser Ausführung nicht möglich. Dazu wäre ein zweiter Antrieb nötig, um den Schwerpunkt horizontal nach vorne und nach hinten zu verschieben, z.B. so wie in Fig. 3. gezeigt. For the case as shown in Fig. 9, according to which the drive does not directly the chair, but only the height of a mass body 6 as additional mass m drives, the restoring force depends directly on the set height. In this case, the drive does not have to emulate inertia in order to change the natural frequency, but only has to set the appropriate height of the additional mass m. The various adjustment options mentioned above can be implemented in this case as follows: If the time for the forward-commuting should be longer than the time for the back-commute, then the additional mass must be slightly down at the front and slightly behind at each pendulum movement to be moved upwards. To drive the rocking motion, the additional mass m is moved upward as it passes through the rest point and when reaching the reversal points down. A child does the same when rocking on a swing. Moving the rest position of the chair is not possible with this version. This would require a second drive to shift the center of gravity horizontally forward and backward, e.g. as shown in Fig. 3.

[0021] Es zeigt sich, dass bereits mit einem einzigen Antrieb eine grosse Fülle von Funktionen realisierbar sind. Alle diese Funktionen können mit einem Bediengerät jederzeit verändert werden. Dabei stellt sich die Frage nach der Bedienbarkeit all dieser Funktionen. Die meisten Benutzer wären damit überfordert. Eine Fachperson hingegen kann diese Einstellmöglichkeiten nutzen, um ganz gezielte Effekte hervorzurufen. Diese Einstellungen können als Profil gespeichert werden. Solche Profile können auf Knopfdruck nach Bedarf abgerufen werden. Das Bediengerät kann so gestaltet werden wie eine Fernbedienung in der Unterhaltungselektronik mit Tasten. Mehr Möglichkeiten ergeben sich mit moderneren Konzepten, insbesondere kann im Therapiegerät ein drahtlose Verbindung zu einem grafischen Bediengerät eingebaut werden, z.B. ein Webserver mit WLAN, so dass man über Internet mit einem tragbaren Webbrowser eine ansprechende Bedienoberfläche hat mit Zugriff auf alle Parameter, gespeicherte Profile und Messwerte. It turns out that even with a single drive a large wealth of functions can be realized. All these functions can be changed at any time with an operator panel. This raises the question of the usability of all these functions. Most users would be overwhelmed with it. A specialist, however, can use these settings to produce very targeted effects. These settings can be saved as a profile. Such profiles can be retrieved at the touch of a button as needed. The HMI device can be designed like a remote control in consumer electronics with buttons. More possibilities arise with more modern concepts, in particular, a wireless connection to a graphical control unit can be installed in the therapy device, e.g. a web server with WLAN, so that you have an appealing user interface via Internet with a portable web browser with access to all parameters, saved profiles and readings.

[0022] Eine alternative Methode, um ohne Bediengerät die verschiedenen Parameter einzustellen, ergibt sich aus der Regelung, welche auf den Patienten reagiert. Die Regelung kann mit den Sensoren des Antriebs leicht erkennen, ob und wie sich der Schwerpunkt des Patienten bewegt. Diese Bewegungen können als Gesten interpretiert werden, um z.B. zu erkennen ob der Patient aussteigen will. Wenn der Patient seinen Schwerpunkt nach vorne verlagert und dort verharrt, ergibt dies im Antrieb eine konstante Zusatzkraft nach vorne, welche in einer elektronischen Steuerung leicht detektiert werden kann. So kann der Stuhl mit dem Antrieb nach vorne bewegt werden und der Patient kann gefahrlos ein- und aussteigen. An alternative method to set the various parameters without operating device results from the scheme, which responds to the patient. The controller can easily detect with the sensors of the drive whether and how the center of gravity of the patient moves. These movements can be interpreted as gestures, e.g. to recognize whether the patient wants to get off. If the patient moves his center of gravity to the front and remains there, this results in a constant additional force in the drive, which can be easily detected in an electronic control. So the chair can be moved forward with the drive and the patient can safely get on and off.

[0023] Eine Weiterentwicklung der Gestenerkennung kann genutzt werden, um die Schaukelfrequenz und andere Parameter zu variieren. Mit anderen Worten, der Stuhl kann fühlen was der Patient will. Dies ergibt eine sehr intuitive Bedienung, und es ist möglich, gänzlich ohne manuelle Bedienelemente auszukommen. Ein solches Verhalten kann in einer elektronischen Steuerung am einfachsten mit Hilfe eines beobachterbasierten Reglers realisiert werden. Aus dem Modell des Systems ist genau bekannt, welche Bewegungen notwendig sind, um die Schaukelbewegung mit minimalem Energieaufwand in Gang zu halten. Es wird erwartet, dass ein Patient welcher schaukeln will diese Bewegungen ausführt. Wenn sich der Patient anders bewegt als erwartet, kann dies als Geste interpretiert werden. A further development of the gesture recognition can be used to vary the swing frequency and other parameters. In other words, the chair can feel what the patient wants. This results in a very intuitive operation, and it is possible to get by completely without manual controls. Such behavior can be most easily realized in an electronic control with the aid of a watcher-based controller. From the model of the system is well known which movements are necessary to keep the rocking motion with minimal energy expenditure in motion. It is expected that a patient who wants to rock will perform these movements. If the patient moves differently than expected, this can be interpreted as a gesture.

[0024] Beispiele hierfür: Wenn der Patient die Bewegungen immer etwas früher macht als erwartet, so bedeutet dies, er will die Eigenfrequenz erhöhen. Wenn er die Bewegungen immer etwas zu spät macht, so bedeutet dies, er will die Eigenfrequenz reduzieren. Wenn er mit seinen Bewegungen beim Schaukeln vorne immer zu spät, hinten aber immer pünktlich ist, so bedeutet dies, dass der Patient gerne länger ausatmen will, zum Einatmen jedoch nicht mehr Zeit braucht. Die Eigenschwingungsform kann dann entsprechend angepasst werden. Wenn eine kurze abrupte Patientenbewegung registriert wird, so ist der Patient vermutlich erschrocken und der Antrieb kann bremsen. Bei der Verwendung als Therapiegerät stellt sich die Frage, was soll der Patient beeinflussen können und was will der Therapeut vorgeben. Dies kann über ein Bediengerät entsprechend definiert werden. Der Therapeut kann beispielsweise die Frequenz und die Eigenschwingungsform vorgeben und den Rest dem Patienten überlassen. Es bietet sich an, dass der Therapeut das Bediengerät benutzt, und dass der Patient die restlichen Parameter intuitiv über die Gestenerkennung steuert. Examples include: If the patient always makes the movements a little earlier than expected, this means he wants to increase the natural frequency. If he always makes the movements a bit too late, it means he wants to reduce the natural frequency. If he is always too late in his movements while swaying at the front, but always punctually at the back, this means that the patient wants to exhale longer but does not need more time to breathe. The natural mode can then be adjusted accordingly. If a brief abrupt patient movement is registered, the patient is probably scared and the drive may slow down. When used as a therapy device, the question arises, what should the patient be able to influence and what does the therapist want to pretend. This can be defined accordingly via an operator panel. For example, the therapist can specify the frequency and mode of vibration and leave the rest to the patient. It makes sense for the therapist to use the HMI device and for the patient to intuitively control the remaining parameters via gesture recognition.

[0025] Die Kufen eines Schaukelstuhls können gefährlich sein, wenn sie über einen Fuss rollen. Anstelle von Kufen kann ein System mit Drehgelenk verwendet werden. Entweder muss das Drehgelenk oberhalb des Schwerpunkts liegen, oder es braucht einen Parallelmechanismus aus einem Gestänge und Drehgelenken. Für beides sind entsprechende Ausführungsformen bekannt: US 383 808 A, US 482 167 A, US 1 544 187 A, US 4 707 026 A, US 6 464 295 B1, EP 0 289 254 A1, US 4 108 415 A, US 4 536 029 A, US 2 302 387 A. Wenn die Kinematik des Stuhls geeignet gewählt wird, dann ist die natürliche Eigenfrequenz im gewünschten Bereich. Der Antrieb muss dann nur geringe Kräfte ausüben, um das gewünschte Systemverhalten zu erzeugen. Die erforderliche Antriebsleistung wird relativ klein. Da der Antrieb schwach dimensioniert werden kann und ausserdem im Wesentlichen eine Massenträgheit erzeugt, aber nicht aktiv grosse Antriebskräfte ausübt, ist sein Verhalten gut vorhersehbar und ungefährlich. Bei der Variante nach Fig. 9mit der höhenverstellbaren Zusatzmasse m ist es besonders einfach, das System sicher zu machen, da die angetriebenen Teile komplett gekapselt werden können. The skids of a rocking chair can be dangerous if they roll over a foot. Instead of runners, a swivel system can be used. Either the hinge must be above the center of gravity, or it needs a parallel mechanism of a linkage and swivel joints. For both, corresponding embodiments are known: US 383 808 A, US 482 167 A, US 1 544 187 A, US 4 707 026 A, US 6 464 295 B1, EP 0 289 254 A1, US 4 108 415 A, US 4 536 029 A, US 2 302 387 A. If the kinematics of the chair are chosen appropriately, then the natural natural frequency is in the desired range. The drive then has to exert only small forces to produce the desired system behavior. The required drive power becomes relatively small. Since the drive can be dimensioned weak and also essentially produces a mass inertia, but not actively exerts large driving forces, its behavior is well predictable and harmless. In the variant according to Fig. 9 with the height-adjustable additional mass m, it is particularly easy to make the system safe, since the driven parts can be completely encapsulated.

Claims

1. Therapiegerät, das aufgebogenen Kufen (1) steht oder auf einem Gestänge steht oder in einem solchen hängt, zur Ausführung einer Schaukelbewegung mit mindestens einer Last (4) aus mindestens einer darauf stehenden, sitzenden oder liegenden Person, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens einen Antrieb (7) oder einen beweglichen oder antreibbaren Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb einschliesst, mittels dessen die Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last veränderbar ist.1. therapy device, the bent runners (1) stands or stands on a linkage or in such a hangs, for carrying out a swinging motion with at least one load (4) from at least one standing, sitting or lying person, characterized in that it at least a drive (7) or a movable or drivable mass body (6, 11) with associated drive includes, by means of which the natural frequency of the vibration system consisting of therapy device and load is variable.

2. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein beweglicher Massekörper (6) als Zusatzmasse m vorhanden ist, welche über eine variable Übersetzung an das Therapiegerät gekoppelt ist, zur Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last.2. Therapy device according to claim 1, characterized in that at least one movable mass body (6) is present as additional mass m, which is coupled via a variable translation to the therapy device, for changing the natural frequency of the vibration system consisting of therapy device and load.

3. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper aus einer variablen Zusatzmasse m besteht, welche über eine Übersetzung an das Therapiegerät gekoppelt ist, zur Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingsystems bestehend aus Therapiegerät und Last.3. Therapy device according to claim 1, characterized in that the mass body consists of a variable additional mass m, which is coupled via a translation to the therapy device, for changing the natural frequency of the vibration system consisting of therapy device and load.

4. Therapiegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die antreibbaren Massekörper mit zugehörigem Antrieb mindestens einen Kreisel (11) bilden, zur Beeinflussung der Schaukelbewegung.4. Therapy device according to claim 1, characterized in that the drivable mass body with associated drive form at least one gyroscope (11), for influencing the rocking motion.

5. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschwingform durch Steuerung und Einstellung des Antriebs der Massekörper (6, 11) einstellbar ist.5. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the natural oscillating shape by controlling and adjusting the drive of the mass body (6, 11) is adjustable.

6. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche oder antreibbare Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb am Therapiergerät höhenverstellbar ausgeführt ist.6. Therapy device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one movable or drivable mass body (6, 11) with associated drive on the therapy device is designed to be height adjustable.

7. Therapiegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine bewegliche oder antreibbare Massekörper (6, 11) mit zugehörigem Antrieb am Therapiegerät in horizontaler Richtung verstellbar ausgeführt ist.7. Therapy device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one movable or drivable mass body (6, 11) with associated drive on the therapy device is designed to be adjustable in the horizontal direction.

8. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb abhängig von der Position des mindestens einen beweglichen oder antreibbaren Massekörpers (6, 11) regulierbar ist, sodass die Eigenschwingungsform des Therapiegerätes mitsamt der Last (4) vorgegeben werden kann.8. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive is adjustable depending on the position of the at least one movable or driven mass body (6, 11), so that the natural mode of the therapy device together with the load (4) can be specified.

9. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb regulierbar ist, sodass die Reibung bei Bewegung des Therapiegerätes mittels des Antriebs kompensierbar ist.9. therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive is adjustable, so that the friction during movement of the therapy device by means of the drive is compensated.

10. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Elektromotor mit einem Positionsregelkreis einschliesst.10. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive includes an electric motor with a position control loop.

11. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Elektromotor mit einem Kraftregelkreis einschliesst.11. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive includes an electric motor with a force control loop.

12. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Bediengerät einschliesst, mittels diesem die Parametrierung der Antriebsfunktionen einstell- oder wählbar ist.12. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that it includes an operating device, by means of which the parameterization of the drive functions can be set or selected.

13. Therapiegerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Antriebsfunktionen Mittel für eine Gestenerkennung aufweist, mit welchen Bewegungen der Last (Patientenbewegungen) erfassbar und von der Steuerung des Antriebs verarbeitbar sind.13. Therapy device according to one of the preceding claims, characterized in that the control of the drive functions comprises means for gesture recognition, with which movements of the load (patient movements) can be detected and processed by the controller of the drive.