CH705477A2 - Gangtrainingsgerät zur Erzeugung eines natürlichen Gangmusters. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gangtrainingsgerät (1) zur mechanischen Erzeugung eines natürlichen Gangbildes. Das Gangtrainingsgerät (1) enthält einen ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus (10, 20), welche miteinander mechanisch gekoppelt sind, sowie einen Antrieb (3) zum Eintrag einer rotatorischen Bewegung in den ersten Mehrgelenkmechanismus (10), und ein an den zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) gekoppeltes Fussauflageelement (43). Der zweite Mehrgelenkmechanismus (20) enthält ferner einen Längsverschiebekörper (81), welcher über eine Längsführung (83) relativ zu dieser längsverschiebbar ist, und welcher mit dem ersten Mehrgelenkmechanismus (10) verbunden ist.

Description

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Gangtrainingsgeräte und bezieht sich auf ein Gangtrainingsgerät zur mechanischen Erzeugung eines natürlichen Gangbildes, insbesondere des Gangbildes der Fusssohle. Das Gangtrainingsgerät enthält für jedes Bein jeweils einen ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus, welche miteinander mechanisch gekoppelt sind, ferner einen Antrieb zum Eintrag einer rotatorischen Bewegung in den ersten Mehrgelenkmechanismus, und ein an den zweiten Mehrgelenkmechanismus gekoppeltes Fussauflageelement.

[0002] Als Gangbild ist in der vorliegenden Beschreibung die Zusammenfassung der Bewegungen der einzelnen Segmente der unteren Extremitäten beim Gehen zu verstehen. Die einzelnen Segmente umfassen unter anderem Oberschenkel, Unterschenkel und Fuss, die über Gelenke miteinander verbunden sind. Das Gangbild beinhaltet insbesondere auch die Veränderung der Position der Segmente relativ zueinander. So beschreiben verschiedene Punkte der unteren Extremitäten unterschiedliche Bewegungs-Trajektorien. Daher lässt sich auch das Gangbild nicht durch eine spezifische Gangkurve sondern vielmehr durch eine Mehrzahl von Bewegungs-Trajektorien repräsentativer Punkte in den unteren Extremitäten darstellen. Solche repräsentative Punkte stellen beispielsweise der Fersenpunkt, der Zehenpunkt sowie Gelenkpunkte dar, über welche die Körpersegmente miteinander verbunden sind, wie z. B. Hüftgelenk. Kniegelenk und Fussgelenk.

[0003] Das Gangbild beinhaltet neben rein geometrischen Bewegungs-Trajektorien auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Extremitäten entlang ihrer Bewegungsbahn.

[0004] Durch neurologische Vorfalle, wie Unfälle oder Krankheiten, oder durch den Alterungsprozess hervorgerufene Beeinträchtigungen des Bewegungsapparates stellen für die Therapeuten eine grosse Herausforderung dar. Betroffen sind beispielsweise Schlaganfallpatienten, Zerebralparetiker, Patienten mit Multipler Sklerose und an Parkinson erkrankte Patienten. Es existieren verschiedene Therapiemethoden innerhalb der Neurorehabilitation, durch welche die Gehfähigkeit der betroffenen Patienten verbessert oder zumindest stabilisiert werden kann. Diverse Studien und die Praxis zeigen, dass das repetitive Ausführen der Bewegungsabläufe des Gehens eine mögliche vielversprechende Anwendung ist.

STAND DER TECHNIK

[0005] Es ist z.B. bekannt eine Therapie auf Laufbändern durchzuführen, indem Therapeuten die unteren Gliedmassen der Patienten von Hand bewegen. Ferner sind auch mechanisch angetriebene Trainingsgeräte bekannt, bei welchen die Beine und/oder die Füsse der Patienten automatisch in einer dem menschlichen Gangbild angenäherte Trajektorie geführt werden.

[0006] Die US 2011/0 077 562 A1 beschreibt beispielsweise ein Gangtrainingsgerät zur mechanischen Erzeugung eines natürlichen Gangbildes. Das Gangtrainingsgerät weist zur mechanischen Nachbildung des Gangbildes jeweils eines Beines einen ersten Viergelenk-Mechanismus und einen zweiten mit dem ersten gekoppelten Viergelenk-Mechanismus auf. Die Gelenkmechanismen werden über einen Antriebsmotor angetrieben. Das Gangtrainingsgerät weist den Nachteil auf, dass zur Erzeugung eines realistischen Gangbildes zwingend die Geschwindigkeit des Antriebsmotors geregelt werden muss. Das Gangtrainingsgerät erlaubt überdies auch nicht, die Bewegungs-Trajektorien durch mechanische Einstellungen am Gerät zu verändern. Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass das Gangtrainingsgerät nur eine Kurve eines Punktes, z.B. der Ferse oder des Mittelfuss und nicht die erwünschte Bewegung der gesamten Fussballen-Ebene nachbildet. Das heisst, der Winkel des Fusses wird nicht gesteuert. Im Weiteren weist das Gangtrainingsgerät aufgrund seiner mechanischen Auslegung grosse Dimensionen auf und ist daher unhandlich und benötigt viel Platz.

[0007] Die US 6 312 362 beschreibt ein Trainingsgerät zur Stärkung der Beinmuskulatur, welches mechanisch die Gangbewegung nachbildet. Das Trainingsgerät umfasst für jeweils ein Bein einen ersten Mehrgelenk-Teilmechanismus, welcher für die horizontale und vertikale Position des Fusses entlang der Gangkurve zuständig ist. sowie einen zweiten Mehrgelenk-Teilmechanismus, welcher für den Anstellwinkel des Fusses zuständig ist. Die Teilmechanismen werden über einen gemeinsamen Antrieb, welcher eine rotatorische Bewegung ins System einspeist, angetrieben. Das Trainingsgerät weist den Nachteil auf, dass dieses das menschliche Gangbild nicht besonders präzis nachbildet. Dies mag für ein Fitnessgerät genügen, welches lediglich zum Zweck hat, die Beinmuskulatur zu stärken. Das Gerät eignet sich jedoch nicht als Gangtrainingsgerät zum passiven Trainieren der Gangbewegung. Im Weiteren führt die direkte Umsetzung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische Bewegung zu gross dimensionierten Geräten, welche unhandlich sind und viel Platz beanspruchen.

[0008] Es in der Fachwelt wohl unbestritten, dass das menschliche Gangbild sowohl des einzelnen Beines als auch beider, koordiniert bewegter Beine eine äusserst komplexe Angelegenheit ist. Die möglichst präzise Nachbildung des menschlichen Gangbildes stellt daher eine grosse Herausforderung dar. Ferner ist zu beachten, dass jeder Mensch ein eigenes Gangbild aufweist, welches unter anderem von der Anatomie, der Ganggeschwindigkeit, sowie der individuellen Ausprägung der Gehbewegung rührt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0009] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gangtrainingsgerät vorzuschlagen, welches in der Lage ist, das menschliche Gangbild möglichst präzise mechanisch nachzubilden. Das Gangtrainingsgerät soll jedoch trotzdem einen möglichst einfachen mechanischen Aufbau aufweisen. Ferner soll die Möglichkeit bestehen, das Gangbild durch mechanische Einstellmöglichkeiten individuell an den Benutzer anzupassen. Das Gangtrainingsgerät soll insbesondere als Therapiegerät zur Verbesserung der Gehfähigkeit von Patienten Verwendung finden. Das Gangtrainingsgerät soll jedoch auch als Fitnessgerät zur gezielten Stärkung bzw. Erhaltung der Beinmuskulatur Einsatz finden können.

[0010] Die nachfolgenden Ausführungen bezüglich Mehrgelenkmechanismen und Führungseinrichtung beziehen sich, sofern nichts anderes ausgeführt ist, auf eine zur Bewegung eines ersten Beines ausgelegte, erste Teilvorrichtung des Gangtrainingsgerätes. Es sei an dieser Stelle jedoch festgehalten, dass das Gangtrainingsgerät zweckmässigerweise auch eine zur Bewegung eines zweiten Beines ausgelegte, zweite Teil Vorrichtung aufweist. Diese zweite Teil Vorrichtung ist jedoch zweckmässigerweise funktionell und vorzugsweise auch konstruktiv gleich, jedoch spiegelverkehrt aufgebaut wie die erste Teilvorrichtung. Sie wird jedoch zur ersten Teilvorrichtung dem menschlichen Gangbild entsprechend phasenverschoben betrieben.

[0011] Die Aufgabe wird durch ein Gangtrainingsgerät nach Anspruch 1 gelöst. Das Gangtrainingsgerät zeichnet sich also insbesondere dadurch aus, dass dieses eine Längsführung enthält, wobei der erste und zweite Mehrgelenkmechanismus über einen Längsverschiebekörper miteinander mechanisch gekoppelt bzw. verbunden sind, wobei der Längsverschiebekörper mit der Längsführung in mechanischer Wirkverbindung steht und relativ zu dieser verschiebbar angeordnet ist. Die Längsführung ist bevorzugt ein mechanisches Konstruktionselement, über welches der Längsverschiebekörper geführt ist. Der Längsverschiebekörper ist insbesondere entlang der Längsführung verschiebbar angeordnet. Der Längsverschiebekörper ist bevorzugt Teil des zweiten Mehrgelenkmechanismus. Der Längsverschiebekörper ist ferner bevorzugt mit dem ersten Mehrgelenkmechanismus gelenkig verbunden.

[0012] Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.

[0013] Das Gangtrainingsgerät enthält bevorzugt einen dritten Mehrgelenkmechanismus zur Auslenkung der Längsführung. Die Auslenkung bewirkt bevorzugt ein Anheben und Absenken der Längsführung bzw. eines Teiles davon. Wie weiter unten ausgeführt, ist die Längsführung als Teil des dritten Gliedes bevorzugt über einen Gelenkpunkt (siehe dreizehnter Gelenkpunkt) mit dem Stützgerüst des Gangtrainingsgerätes verbunden. Das dritte Glied ist nun dadurch bevorzugt über den dritten Mehrgelenkmechanismus um den Gelenkpunkt schwenkbar und daher um den Gelenkpunkt schwenkend anhebbar und absenkbar.

[0014] Der dritte Mehrgelenkmechanismus wird ebenfalls über einen Antrieb angetrieben. Der Antrieb ist bevorzugt zum Erzeugen einer rotatorischen Bewegung ausgelegt, mittels welcher der dritte Mehrgelenkmechanismus in Bewegung versetzt wird.

[0015] Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung werden zwei oder alle der nachfolgend genannten Mehrgelenkmechanismen direkt oder indirekt über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben: erster Mehrgelenkmechanismus; zweiter Mehrgelenkmechanismus; dritter Mehrgelenkmechanismus.

[0016] Der oder die Antriebe erzeugen, z.B. über eine Welle, ein Drehmoment, welches von den Mehrgelenkmechanismen abgenommen wird. Dabei wird jeweils ein erstes Glied des Mehrgelenkmechanismus, auch Rotationsglied genannt, in Rotation versetzt. D.h., das Rotationsglied dreht sich um einen Antriebs-Gelenkpunkt und fuhrt vollständige Umdrehungen aus.

[0017] In einer besonders bevorzugten Weiterbildung werden wenigstens der erste und zweite und insbesondere der erste, zweite und dritte Mehrgelenkmechanismus durch einen gemeinsamen Antrieb angetrieben. Gemäss dieser Ausführungsvariante werden der erste und gegebenenfalls der dritte Mehrgelenkmechanismus bevorzugt direkt angetrieben. Das heisst, das erste Glied des jeweiligen Mechanismus nimmt das Drehmoment direkt vom Antrieb ab. Der zweite Mehrgelenkmechanismus wird bevorzugt indirekt angetrieben. Das heisst, das Drehmoment wird vom Antrieb über eine weitere Getriebeanordnung zum anzutreibenden ersten Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus geführt. Die weitere Getriebeanordnung ist bevorzugt am ersten Mehrgelenkmechanismus angeordnet bzw. Teil davon.

[0018] Der Antrieb umfasst einen Motor und gegebenenfalls auch ein Getriebe, welches die vom Motor gelieferte Drehzahl auf eine erforderliche höhere oder tiefere Drehzahl wandelt. Der Motor ist bevorzugt ein Elektromotor. Die Drehzahl des Antriebs lässt sich bevorzugt über eine Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung steuern bzw. regeln.

[0019] Der Antriebsmotor kann so angeordnet sein, dass die Motorwelle in der Drehachse des ersten Gelenkpunktes liegt. Der Antriebsmotor kann jedoch mit seiner Motorwelle auch axial versetzt zur Drehachse des ersten Gelenkpunktes angeordnet sein. In diesem Fall erfolgt die Drehmomentübertragung über ein entsprechendes Getriebe, z.B. ein Zahnriemengetriebe oder Planetenradgetriebe.

[0020] In einer Weiterbildung der Erfindung enthält der erste Mehrgelenkmechanismus, wie oben bereits erwähnt, Mittel zur Übertragung von Drehmoment von einem Antrieb, insbesondere von einem gemeinsamen Antrieb, auf den zweiten Mehrgelenkmechanismus. Das heisst, die Mittel sind dazu ausgelegt, ein erstes Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus in Rotation zu versetzen. Das erste Glied dreht sich dabei um einen Antriebs-Gelenkpunkt des zweiten Mehrgelenkmechanismus. Entsprechend drehen die ersten Rotationsglieder des ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus bevorzugt synchron.

[0021] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Mehrgelenkmechanismus als Kurbeltrieb ausgebildet, mit einem ersten Glied, welches insbesondere als Kurbel ausgebildet ist, sowie mit einem zweiten Glied, welches insbesondere als Pleuel ausgebildet ist. Unter Kurbeltrieb ist im vorliegenden Kontext eine Funktionsgruppe zu verstehen, welche die Umwandlung einer rotatorische Bewegung in eine oszillierende Längsbewegung, insbesondere translatorische Bewegung bewirkt. Der Begriff «Kurbel» soll im Kontext dieser Patentanmeldung nicht auf ein längliches Konstruktionselement beschränkt sein, sondern kann z.B. auch ein scheibenförmiges Bauteil sein. Die Kurbel zeichnet sich konstruktiv vielmehr dadurch aus, dass diese zwei voneinander beabstandete Gelenkpunkte aufweist, wobei über einen Antriebs-Gelenkpunkt, nachfolgend erster Gelenkpunkt genannt, die Kurbel rotatorisch angetrieben wird, derart dass ein weiterer Gelenkpunkt, nachfolgend zweiter Gelenkpunkt genannt, an welchem ein weiteres Glied festgelegt ist, vollständig um den ersten Gelenkpunkt umläuft.

[0022] Zwecks Veränderung des Gangbildes lässt sich der zweite Gelenkpunkt über entsprechende Verschiebemittel gegenüber dem ersten Glied (Kurbel) verschieben.

[0023] Die Nummerierung der Gelenkpunkte dient lediglich der Identifizierung derselbigen und der Unterscheidung derselbigen von andern Gelenkpunkten. Die Nummer eines Gelenkpunktes soll insbesondere nicht dahingehend einschränkend ausgelegt werden, dass das Gangtrainingsgerät zwingend eine entsprechende Anzahl Gelenkpunkte aufweisen muss. Ist beispielsweise im Rahmen der Offenbarung von einem zwölften Gelenkpunkt die Rede, so soll dies nicht dahingehend ausgelegt werden, dass das Gangtrainingsgerät neben dem zwölften Gelenkpunkt zwingend noch elf weitere Gelenkpunkte enthalten muss.

[0024] Die Gelenkpunkte zeichnen sich jeweils dadurch aus, dass diese Drehgelenkverbindungen mit Rotationsachsen ausbilden, welche die teilweise oder vollständige Rotation der miteinander über den Gelenkpunkt verbundenen Glieder relativ zueinander ermöglichen. Die jeweiligen Glieder sind daher über die Gelenkpunkte gelenkig miteinander verbunden. Die Drehgelenkverbindung kann in verschiedenster Weise nach bekannter Art und Weise ausgebildet sein. So kann diese zum Beispiel eine, die Glieder miteinander verbindende Drehachse umfassen. Die Drehgelenkverbindungen sollen einfach eine Drehbewegung der betreffenden Bauteile relativ zueinander zulassen. Die Drehgelenkverbindungen können je nach Funktion der Gelenkpunkte Drehbewegungen von weniger als 360° oder vollständige Umdrehungen zulassen.

[0025] Das erste Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus ist nun über einen ersten Gelenkpunkt (Antriebsgelenkpunkt) mit dem Antrieb rotatorisch antreibbar verbunden. Das erste und zweite Glied sind über einen zweiten Gelenkpunkt miteinander verbunden. Das zweite Glied ist über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend dritter Gelenkpunkt genannt, mit dem Längsverschiebekörper verbunden, welcher bevorzugt Bestandteil des zweiten Mehrgelenkmechanismus ist.

[0026] Die Funktionsweise des ersten Mehrgelenkmechanismus, wie sie auch aus den Figuren herleitbar ist, besteht nun darin, dass die Kurbel vom Antrieb über den ersten Gelenkpunkt rotatorisch angetrieben wird, so dass der zweite Gelenkpunkt, an welchem das zweite Glied angebracht ist, um den ersten Gelenkpunkt rotiert. Der Rotationsantrieb löst am dritten Gelenkpunkt, an welchem das zweite Glied mit dem Längsverschiebekörper verbunden ist, eine Längsverschiebung des Längsverschiebekörpers entlang der Längsführung aus. Die Längsführung schränkt die relative Bewegung des Längsverschiebekörpers derart ein, dass deren Freiheitsgrad 1 beträgt.

[0027] Diese relative Bewegung, bzw. Führungsbewegung, ist bevorzugt eine Schiebebewegung, wobei zwei Punkte des Längsverschiebekörpers auf einer gemeinsamen oder zwei verschiedenen Führungsstrecken der Längsführung geführt werden. Die Führungsbewegung ist bevorzugt linear. Der Längsverschiebekörper ist in diesem Fall relativ zur Längsführung ein Translationskörper. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Längsbewegung zumindest abschnittsweise nicht-linear, z. B. bogenförmig verläuft, oder dass die zwei Punkte des Längsverschiebekörpers auf zwei verschiedenen Führungsstrecken der Längsführung geführt werden.

[0028] Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Mehrgelenkmechanismus ein Mehrgelenk-Koppelgetriebe, insbesondere ein Viergelenk-Koppelgetriebe, mit einem beweglichen ersten und dritten Glied. Ein als Koppel ausgebildetes zweites Glied verbindet das erste und das dritte Glied miteinander. Ein viertes Glied, namentlich der Längsverschiebekörper, bildet das Referenzglied, mit welchem das erste und dritte Glied verbunden sind. Das Referenzglied stellt jenes Glied eines Mehrgelenkmechanismus dar, welches durch den betreffenden Mehrgelenkmechanismus selbst nicht angetrieben bzw. bewegt wird.

[0029] Unter Koppelgetriebe ist im vorliegenden Kontext ein Getriebe zu verstehen, welches Drehbewegungen in schwingende bzw. kurvenförmige Bewegungen umwandelt. Koppelgetriebe sind in diesem Sinne ungleichmässig übersetzende Getriebe.

[0030] Das Viergelenk-Koppelgetriebe ist insbesondere als Kurbelschwinge ausgebildet. Die Kurbelschwinge, auch «Kurbelgetriebe» genannt, gehört zu den Koppelgetrieben. Sie zeichnet sich wie alle Koppelgetriebe durch die Kopplung von mindestens zwei der beweglichen Glieder mit einer Koppel aus. Das erste Glied wird in Ausführung einer Kurbel als Antrieb und das dritte Glied in Form einer Schwinge als Abtrieb verwendet.

[0031] Das erste Glied ist nun gemäss dieser Ausführungsform als Kurbel ausgebildet und über einen Gelenkpunkt, nachfolgend vierter Gelenkpunkt genannt, rotatorisch antreibbar am Längsverschiebekörper befestigt, welcher das Referenzglied des Viergelenks darstellt. Das zweite Glied ist als Koppel ausgebildet und über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend Fünfter Gelenkpunkt genannt, mit dem ersten Glied verbunden. Ferner ist das zweite Glied über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend sechster Gelenkpunkt genannt, mit einem dritten Glied verbunden, welches als Schwinge ausgebildet ist. Das dritte Glied ist über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend, siebter Gelenkpunkt genannt, mit dem Längsverschiebekörper, dem Referenzglied, verbunden.

[0032] Der Begriff «Schwinge» soll im vorliegenden Kontext nicht auf ein längliches Konstruktionselement beschränkt sein, sondern kann z. B. auch ein scheibenförmiges Bauteil sein. Die Schwinge zeichnet sich konstruktiv vielmehr dadurch aus, dass diese zwei voneinander beabstandete Gelenkpunkte aufweist, wobei ein erster Gelenkpunkt als Rotationsachse dient, um welchen, angetrieben durch den Koppel, der zweite Gelenkpunkt schwingt, d.h. oszilliert bzw. pendelt.

[0033] Der dritte und vierte Gelenkpunkt sind bevorzugt in einer gemeinsamen Drehachse am Längsverschiebekörper angeordnet und fallen so zusammen. Das zweite Glied des Kurbeltriebs (Pleuel) ist in diesem Fall über den dritten Gelenkpunkt mit dem Längsverschiebekörper, dem Referenzglied des zweiten Mehrgelenkmechanismus, und ebenfalls mit dem ersten Glied (Kurbel) des zweiten Mehrgelenkmechanismus direkt verbunden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der dritte und vierte Gelenkpunkt an unterschiedlicher Stelle am Längsverschiebeelement angeordnet sind.

[0034] Der vierte und siebte Gelenkpunkt des zweiten Mehrgelenkmechanismus befinden sich nun am Längsverschiebekörper und werden mit diesem gemeinsam über den angetriebenen ersten Mehrgelenkmechanismus oszillierend längs verschoben. Die beiden Gelenkpunkte sind relativ zueinander fix angeordnet. Entsprechend ist auch der gesamte zweite Mehrgelenkmechanismus durch den bewegten Längsverschiebekörper einer oszillierenden Längsbewegung unterworfen. Diese Längsbewegung trägt einen Teil zur Schrittlänge der Gangbewegung bei.

[0035] Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung enthält das Gangtrainingsgerät einen vierten Mehrgelenkmechanismus, welcher mit dem zweiten Mehrgelenkmechanismus verbunden ist, und an welchem das Fussauflageelement ausgebildet wird. Das Gangtrainingsgerät enthält ferner bevorzugt einen weiteren Längsverschiebekörper, welcher mit dem vierten Mehrgelenkmechanismus mechanisch gekoppelt bzw. verbunden ist. Der Längsverschiebekörper steht mit einer Längsführung in mechanischer Wirkverbindung und ist relativ zu dieser verschiebbar angeordnet. Der weitere Längsverschiebekörper ist insbesondere entlang der Längsführung verschiebbar angeordnet. Die Längsführung ist bevorzugt ein mechanisches Konstruktionselement, über welches der Längsverschiebekörper geführt ist. Der Längsverschiebekörper ist bevorzugt Bestandteil des vierten Mehrgelenkmechanismus.

[0036] Die Längsführung kann als separate, weitere Längsführung ausgebildet sein oder der Längsführung entsprechen, auf welcher auch der erste Längsverschiebekörper verschiebbar gelagert ist. Dieser weitere Längsverschiebekörper wird nachfolgend als zweiter Längsverschiebekörper und der weiter oben eingeführte Längsverschiebekörper als erster Längsverschiebekörper bezeichnet.

[0037] Diese weitere Längsführung, auf welcher der zweite Längsverschiebekörper angeordnet ist, funktioniert analog zur ersten. Sie schränkt die relative Bewegung des zweiten Längsverschiebekörpers gegenüber der Längsführung derart ein, dass deren Freiheitsgrad 1 beträgt. Diese relative Bewegung, bzw. Führungsbewegung, ist bevorzugt eine Schiebebewegung, wobei zwei Punkte des zweiten Längsverschiebekörpers auf einer gemeinsamen oder zwei verschiedenen Führungsstrecken auf der Längsführung geführt werden. Die Führungsbewegung ist bevorzugt linear. Der zweite Längsverschiebekörper ist in diesem Fall relativ zur Längsführung ein Translationskörper. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Längsbewegung zumindest abschnittsweise nicht-linear, z.B. bogenförmig verläuft, oder dass die 5 zwei Punkte des zweiten Längsverschiebekörpers auf zwei verschiedenen Führungsstrecken der Längsführung geführt werden.

[0038] Der vierte Mehrgelenkmechanismus ist über einen Gelenkpunkt, nachfolgend achter Gelenkpunkt genannt, mit dem zweiten Mehrgelenkmechanismus, insbesondere mit 10 dessen zweiten Glied, verbunden. Der vierte Mehrgelenkmechanismus enthält hierzu neben dem zweiten Längsverschiebekörper zudem bevorzugt ein erstes Teilglied, welches über den achten Gelenkpunkt mit dem zweiten Mehrgelenkmechanismus verbunden und über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend neunter Gelenkpunkt genannt, am zweiten Längsverschiebekörper befestigt ist. Ferner weist der vierte Mehrgelenkmechanismus bevorzugt ein zweites Teilglied auf, welches mit dem ersten Teilglied bevorzugt starr verbunden ist. Starr bedeutet, dass die beiden Teilglieder nicht über Gelenkpunkte miteinander verbunden sind und demzufolge nicht gegeneinander drehbeweglich verschiebbar sind. Das zweite Teilglied ist ferner mit dem Fussauflageelement ebenfalls bevorzugt starr verbunden. Die beiden Teilglieder können gemeinsam als einteiliges Bauelement ausgebildet sein. Die beiden Teilglieder können auch als separate Bauteile ausgebildet sein.

[0039] Ist der zweite Mehrgelenkmechanismus als Viergelenk-Koppelgetriebe und insbesondere als Kurbelschwinge ausgebildet so weist das zweite Glied (Koppel) bevorzugt drei in einer Dreiecks-Konfiguration angeordnete Gelenkpunkte auf. Bei diesen Gelenkpunkten handelt es sich um den bereits erwähnten fünften, sechsten und achten Gelenkpunkt. Die Dreieckskonfiguration kann zum Beispiel über ein dreieckförmiges Gestänge realisiert sein, dessen Eckpunkte die Gelenkpunkte darstellen. Die Dreieckskonfiguration kann jedoch auch über ein Scheibenelement realisiert werden.

[0040] Die Funktionsweise des zweiten und vierten Mehrgelenkmechanismus, wie sie auch aus den Figuren herleitbar ist, besteht nun darin, dass das erste Glied (Kurbel) des zweiten Mehrgelenkmechanismus rotatorisch angetrieben wird, wobei das dritte Glied (Schwinge) über das zweite Glied (Koppel) in eine um den siebten Gelenkpunkt schwingende Bewegung versetzt wird. Hierdurch führt der am Koppel festgelegte achte Gelenkpunkt relativ zum Referenzelement (erster Längsverschiebekörper) eine kurvenförmige Bahnbewegung aus, welche bevorzugt lemniskaten- bzw. schlaufenförmig (eine liegende Acht) ist. Diese Bewegung des achten Gelenkpunktes bewirkt nun erstens eine Längsverschiebung des zweiten Längsverschiebekörpers und entsprechend auch des vierten Mehrgelenkmechanismus und zweitens einen Winkelverlauf der zwei Teilglieder des vierten Mehrgelenkmechanismus. Auf diese Weise wird das Fussauflageelement und eine darauf ausgebildete Fussauflagefläche längsverschoben und im Winkel geführt.

[0041] Die Schrittlänge der Gangbewegung entsteht nun unter anderem durch die Längsbewegung des zweiten Längsverschiebekörpers. Ferner trägt auch die Schwenkbewegung des Fussauflageelementes um den Gelenkpunkt mit dem zweiten Längsverschiebekörper zur Schrittlänge bei. Die Längsbewegung des zweiten Längsverschiebekörpers wiederum entsteht erstens durch dessen relative Bewegung gegenüber des ersten Längsverschiebekörpers (ausgelöst durch den zweiten und vierten Mehrgelenkmechanismus) und zweitens durch die Bewegung des ersten Längsverschiebekörpers (ausgelöst durch den ersten Mehrgelenkmechanismus).

[0042] Die Mehrgelenkmechanismen sind dabei dergestalt und derart miteinander gekoppelt, dass sich die beiden Längsverschiebekörper zwar mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, jedoch mehrheitlich in eine gemeinsame Richtung bewegen. Der zweite Längsverschiebekörper bewegt sich mehrheitlich mit einer höheren Geschwindigkeit gegenüber dem ersten Längsverschiebekörper in eine gemeinsame Bewegungsrichtung. So bewegt sich der zweite Längsverschiebekörper in einer Rückwärtsbewegung auf den ersten Längsverschiebekörper zu und in einer Vorwärtsbewegung vom ersten Längsverschiebekörper weg. Die Längsverschiebekörper sind in Längsverschieberichtung betrachtet z.B. hintereinander angeordnet.

[0043] Die Gangbewegung spannt eine Bewegungsebene auf, in welcher beispielsweise die Bewegungs-Trajektorien des Gangbildes liegen. Die Koppelebenen des zweiten und dritten Mehrgelenk-Koppelgetriebes liegen beispielsweise parallel zur Bewegungsebene. Auch die Bewegungsebenen des ersten und vierten Mehrgelenkmechanismus liegen bevorzugt parallel zur Bewegungsebene der Gangbewegung. Ferner verlaufen auch die Führungsstrecken der Längsführungen bevorzugt parallel zur Bewegungsebene. Die Längsführungen können z.B. als Führungsschienen bzw. als gemeinsame Führungsschiene ausgebildet sein. Die Längsverschiebekörper können z.B. als Schlitten ausgebildet sein, welche insbesondere auf der genannten Führungsschiene geführt sind.

[0044] Das Fussauflageelement bildet bevorzugt eine Fussauflagefläche aus, auf welcher der Fuss mit seiner Fusssohle aufgesetzt wird. Das Fussauflageelement umfasst ferner bevorzugt eine Fixervorrichtung zum Fixieren des Fusses am Fussauflageelement. In einer Weiterbildung der Erfindung können am Fussauflageelement Mittel vorgesehen sein, welche dem Fuss gegenüber dem Fussauflageelement Bewegungsfreiheit geben. Dies können Federelemente sein, welche z.B. eine beschränkte seitliche Kippbewegung sowie eine Kippbewegung des Fusses nach hinten oder nach vorne gegenüber dem Fussauflageelement oder sogar Torsionsbewegungen des Fusses gegenüber dem Fussauflageelement erlauben. Diese optionale Massnahme soll ebenfalls zu Therapiezwecken dienen und den Benutzer dazu animieren, aktiv die Kontrolle über seine Fussstellung bzw. Bewegung zu übernehmen.

[0045] Die Mittel am ersten Mehrgelenkmechanismus zur Übertragung von Drehmoment auf den zweiten Mehrgelenkmechanismus enthalten gemäss einer bevorzugten Ausführungsform folgende Komponenten: ein erstes Übertragungsrad, welches starr mit dem ersten, rotativ angetriebenen Glied (Kurbel) des ersten Mehrgelenkmechanismus verbunden ist, sowie ein zweites Übertragungsrad, welches derart mit dem ersten Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus verbunden, bzw. mit diesem derart in mechanischer Wirkverbindung steht, dass das erste Glied über das Übertragungsrad rotatorisch antreibbar ist.

[0046] Das zweite Übertragungsrad ist vorzugsweise starr, und z.B. über eine Welle, mit dem ersten Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus verbunden. Auf diese Weise wird das Antriebsmoment vom zweiten Übertragungsrad auf das erste Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus übertragen. Ferner ist das zweite Übertragungsrad über den dritten Gelenkpunkt ebenfalls mit dem ersten Längsverschiebekörper verbunden.

[0047] Das erste Übertragungsrad und das zweite Übertragungsrad sind über ein flexibles, die Räder umschlingendes Kraftübertragungselement miteinander verbunden. Das Kraftübertragungselement ist bevorzugt ein Antriebsriemen, wie Zahnriemen oder Flachriemen, oder eine Antriebskette. Die Räder sind bevorzugt Zahnräder bzw. Ritzel. In diesem Fall erfolgt die Kraftübertragung formschlüssig. Die Kraftübertragung kann jedoch auch reibschlüssig erfolgen. Das erste Übertragungsrad und das zweite Übertragungsrad weisen bevorzugt einen gleich grossen Durchmesser auf und laufen so synchron, um die relative Phasenlage zwischen den Mehrgelenkmechanismen über mehrere Zyklen hinweg beizubehalten.

[0048] Das zweite Übertragungsrad wird nun über das Kraftübertragungselement angetrieben, wobei das Kraftübertragungselement seinerseits durch das Umlaufen des ersten Übertragungsrades um den ersten Gelenkpunkt angetrieben bzw. in Bewegung gesetzt wird.

[0049] Damit die Länge des Kraftübertragungselements nicht variieren muss, d.h. der Abstand der Mittelpunkte vom ersten und zweiten Übertragungsrad stets gleich bleibt, liegt der Drehpunkt des zweiten Übertragungsrades bevorzugt auf dem dritten Gelenkpunkt, so dass der dritte und vierte Gelenkpunkt aufeinander fallen und sich die Strecke zwischen den Mittelpunkten des ersten und zweiten Übertragungsrades stets mit dem zweiten Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus mitbewegt. Das Übertragungsrad ist in diesem Fall drehbar am zweiten Glied (Schwinge) gelagert.

[0050] Anstelle der oben beschriebenen Ausführungsform kann auch am ersten Längsverschiebekörper ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen sein, welcher das erste Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus rotatorisch antreibt. Der weitere Antrieb braucht nicht am Längsverschiebekörper angebracht zu sein, sondern kann auch andernorts angeordnet sein und das Drehmoment über ein Getriebe an den dort festgelegten vierten Gelenkpunkt übertragen. Der Antriebe läuft jedoch zweckmässig synchron, d.h. mit gleicher Drehzahl, zum Antrieb des ersten Gelenkmechanismus.

[0051] Der dritte Mehrgelenkmechanismus zur Auslenkung der Längsführung ist bevorzugt ebenfalls ein Mehrgelenk-Koppelgetriebe, insbesondere ein Viergelenk-Koppelgetriebe, der oben beschriebenen Art mit einem ersten und dritten Glied, welche über ein zweites Glied, das als Koppel ausgebildet ist, miteinander verbunden sind. Das Viergelenk-Koppelgetriebe ist insbesondere als Kurbelschwinge ausgebildet. Das erste Glied, welches insbesondere als Kurbel ausbildet ist, ist über einen Gelenkpunkt, nachfolgend zehnter Gelenkpunkt genannt, rotatorisch antreibbar an einem Antrieb befestigt. Das zweite Glied (Koppel) ist über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend elfter Gelenkpunkt genannt, mit dem ersten Glied verbunden. Ferner ist das zweite Glied über einen weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend zwölfter Gelenkpunkt genannt, mit dem dritten Glied verbunden, welches insbesondere als Schwinge ausgebildet ist. Das dritte Glied umfasst die Längsführung des ersten und/oder zweiten Längsverschiebekörpers oder besteht aus dieser. Die Längsführung ist also Teil des dritten Mehrgelenkmechanismus. Das dritte Glied ist über einen, vom zwölften Gelenkpunkt beabstandeten, weiteren Gelenkpunkt, nachfolgend dreizehnter Gelenkpunkt genannt, mit der Tragstruktur des Gangtrainingsgerätes verbunden.

[0052] Wird der erste und dritte Mehrgelenkmechanismus über einen gemeinsamen Antrieb angetrieben, so liegen der zehnte und erste Gelenkpunkt bevorzugt in einer gemeinsamen Drehachse. Es ist sogar denkbar, dass das erste Glied (Kurbel) des ersten und dritten Mehrgelenkmechanismus gemeinsam ausgebildet sind und so einerseits der erste und zehnte Gelenkpunkt identisch sind sowie andererseits der zweite und der elfte Gelenkpunkt aufeinander fallen.

[0053] Die Funktionsweise des dritte Mehrgelenkmechanismus, wie sie auch aus den Figuren herleitbar ist, besteht nun darin, dass das erste Glied (Kurbel) vom Antrieb über den zehnten Gelenkpunkt rotatorisch angetrieben wird, so dass der elfte Gelenkpunkt, an welchem das zweite Glied (Koppel) angebracht ist, um den zehnten Gelenkpunkt rotiert. Der Rotationsantrieb löst über das zweite Glied eine oszillierende Hebe- und Senkbewegung des zwölften Gelenkpunktes und somit auch des dritten Gliedes aus, welches die Längsführung beinhaltet oder diese ausbildet.

[0054] Der Winkel der Gangbewegung setzt sich nun aus dem Winkelverlauf der Längsführung (ausgelöst durch den dritten Mehrgelenkmechanismus) und dem diesen überlagernden relativen Winkelverlauf der beiden Teilglieder des vierten Mehrgelenkmechanismus zusammen. Das Heben und Senken des Fusses in der Gangbewegung wird dagegen vornehmlich durch den dritten Mehrgelenkmechanismus ausgelöst. Ferner trägt auch die Schwenkbewegung des Fussauflageelementes um den Gelenkpunkt mit dem zweiten Längsverschiebekörper zur Hebe- und Senkbewegung des Fusses bei.

[0055] Der dritte Mehrgelenkmechanismus ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass das erste und das zweite Glied in einem unteren Drehwinkelbereich des ersten Gliedes eine gleichgerichtete Drehbewegung ausüben, so dass sich der Gelenkpunkt zwischen dem zweiten und dritten Glied für eine bestimmte Zeitspanne bzw. über einen bestimmten Drehwinkelbereich nur unwesentlich auf und ab bewegt. Dies bewirkt, dass das Fussauflageelement in einer Bewegungsphase, welche dem Bodenkontakt der Füsse entspricht, praktisch nur horizontal bewegt wird. Dieser Bewegungsablauf kann z.B. erreicht werden, indem der Abstand zwischen dem zehnten und elften sowie der Abstand zwischen dem elften und dem zwölften Gelenkpunkt ähnlich gross sind.

[0056] Die Tragstruktur umfasst nicht bewegliche Teile des Gangtrainingsgerätes, auf welchen die oben beschriebenen Gelenkmechanismen angebracht bzw. aufgehängt oder abgestützt sind. Die Tragstruktur trägt also die Gelenkmechanismen. Die Tragstruktur kann z.B. ein Gehäuse, ein Gerüst, ein Gerippe oder ein Rahmen oder eine Kombination der vorgenannten Baugruppen umfassen. Die Tragstruktur kann z.B. durch Profile ausgebildet sein.

[0057] Wie bereits oben erwähnt ist zweckmässig für jedes Bein eine oben beschriebene Teilvorrichtung vorgesehen, welche vorteilhaft spiegelbildlich zueinander ausgebildete sind. Die beiden Teilvorrichtungen können über separate, z. B. zwei Antriebe mit jeweils einem eigenen Antriebsmotor oder über einen gemeinsamen Antrieb mit einem einzigen Antriebsmotor angetrieben sein. Die beiden Teilvorrichtungen werden dem menschlichen Gang entsprechend phasenverschoben, d.h. in der Regel 180°, betrieben. Die Antriebe können mit konstanter oder variabler Drehzahl betrieben werden. Bevorzugt werden die Antriebe zur weiteren Annäherung des mechanisch erzeugten Gangbildes an das reale Gangbild mit variabler Drehzahl nach einen vorbestimmten Drehzahlverlauf betrieben. Dadurch lassen sich die im Gangbild eines Menschen vorhandenen Unterschiede in der Bewegungsgeschwindigkeit des Fusses entlang der Gangkurve besser nachbilden.

[0058] In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Gangkurve durch Einstellmittel bzw. Verstellmittel am Gangtrainingsgerät einstellbar. Durch die Einstellmittel ist insbesondere die Länge der Gangkurve einstellbar.

[0059] Die Länge der Gangkurve ist beispielsweise einstellbar, indem die Einstellmittel die Einstellung des Abstandes zwischen dem ersten Gelenkpunkt, an welchem das erste Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus rotatorisch angetrieben wird, und dem zweiten Gelenkpunkt, an welchem das zweite Glied gelenkig mit dem ersten Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus verbunden ist, ermöglichen. Hierdurch lässt sich der Rotationsradius des zweiten Gelenkpunktes um den ersten Gelenkpunkt verändern.

[0060] Alternative oder zusätzlich zu dieser Einstellmöglichkeit lässt sich die Länge der Gangkurve auch durch Einstellmittel verändern, welche die Einstellung des Abstandes zwischen der Fussplatte und dem neunten Gelenkpunkt, über welchen der vierte Mehrgelenkmechanismus gelenkig mit dem zweiten Verschiebekörper verbunden ist, ermöglichen. Hierdurch lässt sich der Schwenkradius der Fussplatte um den neunten Gelenkpunkt verändern. Dies kann zum Beispiel geschehen, indem die Position der Fussplatte entlang des zweiten Teilgliedes zum neunten Gelenkpunkt hin oder von diesem weg veränderbar ist. Dies kann z.B. über eine Langlochführung geschehen.

[0061] Das Gangtrainingsgerät umfasst ferner bevorzugt eine Gewichtsentlastungs-Einrichtung, welche zumindest einen Teil des Körpergewichts aufnimmt, so dass dieses nicht mehr vollständig auf den unteren Extremitäten lastet. Die Gewichtsentlastungs-Einrichtung kann eine Aufhängung, z.B. mit Gurten und/oder Seilen, sein, welche für eine passive Gewichtsentlastung der Beine sorgt, «passiv» heisst, dass der Benutzer keine eigene Kraftanstrengung zur Gewichtsentlastung unternehmen muss. Der Benutzer wird in der Aufhängung z.B. an und/oder oberhalb der Hüfte fixiert. Je nach Auslegung und Einstellung der Aufhängung kann diese eine vollständige oder teilweise Gewichtsentlastung bewirken. Eine solche Einrichtung findet insbesondere in Therapiegeräten Einsatz.

[0062] Ferner kann die Gewichtsentlastungs-Einrichtung auch aus Mitteln bestehen, welche die aktive Gewichtsentlastung z.B. über die Anne, ermöglichen, «aktiv» bedeutet, dass der Benutzer die Gewichtsentlastung der Beine nur unter eigenem Kraftaufwand erreicht. So können beispielsweise Barren-ähnliche Handgriffe vorgesehen sein, welche eine Abstützung des Körpers über die Arme ermöglichen.

[0063] Das Gangtrainingsgerät findet, wie bereits erwähnt, Verwendung als Therapiegerät zur Verbesserung der Gehfähigkeit von Personen. Die Gehbewegung wird hierbei trainiert, indem die Fussauflageelemente über den oder die Antriebe und die Mehrgelenkmechanismen unter Ausbildung eines Gangbildes bewegt werden. Es sind dabei verschiedene Trainingsmodi denkbar, in welchen der Benutzer entweder passiv trainiert (d.h. keine eigene Kraft für die Ausführung der Gangbewegung aufbringen muss), oder aktiv trainiert (d.h. die Gangbewegung teils mit eigener Kraft ausführen muss).

[0064] Letzteres ist über eine entsprechende Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung möglich. Das Gangtrainingsgerät steuert dabei nur einen Teil der notwendigen Antriebskraft über die Antriebe bei. Die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung kann dabei die Antriebsleistung auch in Abhängigkeit vom Beitrag des Benutzers regeln. Es sind auch Modi denkbar, bei denen der Patient die volle Kraft selber aufbringen muss, oder bei denen der Antrieb gar Widerstand leistet.

[0065] Letztere Ausführung kann insbesondere in einer Weiterführung als Fitnessgerät zur gezielten Stärkung bzw. Erhaltung der Beinmuskulatur von Personen Verwendung finden.

[0066] Das vorliegende Gangtrainingsgerät weist den Vorteil auf, dass dieses konstruktiv einfach aufgebaut und mit einer vergleichsweise geringen Anzahl Bauteilen realisiert werden kann. Ferner können für eine Vielzahl von Bauteilen auf dem Markt erhältliche Standardkomponenten verwendet werden. Entsprechend ist das Gangtrainingsgerät auch kostengünstig in der Herstellung sowie einfach in der Montage und im Unterhalt.

[0067] Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt ferner darin, dass das Gangtrainingsgerät einen kompakten und daher Platz sparenden Aufbau aufweist. Dies ist im Lichte einer rein mechanischen Umsetzung einer komplexen Gangbewegung nicht selbstverständlich. Dieser Vorteil rührt unter anderem daher, dass die Schrittlänge, als lineare Bewegungskomponente der Gangbewegung nicht aus einer einzigen Rotationsbewegung direkt abgeleitet wird, sondern sich aus wenigstens zwei Längsbewegungen zusammensetzt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0068] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: <tb>Fig. 1-3<sep>perspektivische Ansichten einer erfindungsgemässen Ausführungsform eines Gangtrainingsgerätes; <tb>Fig. 4-7<sep>Funktionsschema des erfindungsgemässen Gangtrainingsgerätes in verschiedenen Bewegungslagen.

[0069] Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0070] Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Funktionsmodell eines erfindungsgemässen Gangtrainingsgeräts 1 in verschiedenen Ansichten. Die Fig. 1und 3 zeigen das Gangtrainingsgerät aus einer perspektivischen Ansicht von hinten rechts und die Fig. 2aus einer perspektivischen Ansicht von hinten links. Zudem zeigt die Fig. 1das Gangtrainingsgerät in einer ersten Position, in der so genannten Standphase des Gehens (mit einer horizontal ausgerichteten Fussauflagefläche 45), während die Fig. 2 in einer zweiten Position eine Lage kurz vor Ende der Schwungphase des Gehens darstellt, und die Fig. 3 in einer dritten Position eine Lage zu Beginn der Schwungphase zeigt.

[0071] Das Gangtrainingsgerät 1 enthält eine fixe Stützstruktur 2, an welchem die nachfolgend beschriebenen Gelenkmechanismen 10, 20, 3040 direkt oder indirekt befestigt sind. Das Gangtrainingsgerät 1 enthält einen ersten Mehrgelenkmechanismus 10 in Ausführung eines Kurbeltriebes. Der ersten Mehrgelenkmechanismus 10 wird über einen Antrieb 3 angetrieben und umfasst ein erstes Glied 11 (Kurbel), welche über einen ersten Antriebs-Gelenkpunkt 51 angetrieben wird. Das erste Glied 11 ist hierzu mit einer Welle (nicht gezeigt) gekoppelt. Der Antrieb 3 umfasst einen Elektromotor (nicht gezeigt), welcher das Antriebsmoment über ein Riemengetriebe auf die Welle überträgt.

[0072] Der erste Mehrgelenkmechanismus 10 ist über den ersten Antriebs-Gelenkpunkt 51 an der Stützstruktur 2 abgestützt. Das erste Glied 11 ist über einen zweiten Gelenkpunkt 52 mit dem zweiten Glied 12 (Pleuel) verbunden. Das zweite Glied 12 ist über einen dritten Gelenkpunkt 53 mit einem Translationskörper 81 (erster Längsverschiebekörper und Referenzglied des zweiten Mehrgelenkmechanismus) verbunden. Der Translationskörper 81 ist entlang einer Führungsschiene 83 (Längsführung) linear verschiebbar angeordnet. Die Linearverschiebung erfolgt in einer oszillierenden Bewegung, ausgelöst durch die Bewegung des zweiten Gliedes 12.

[0073] Im Weiteren enthält das Gangtrainingsgerät 1 einen zweiten Mehrgelenkmechanismus 20 in Ausführung einer Kurbelschwinge. Ein erstes Glied 21 (Kurbel) ist über einen vierten Gelenkpunkt 54 mit dem Translationskörper 81 verbunden und wird rotatorisch angetrieben. Da sich der Translationskörper 81 linear entlang der Führungsschiene 83 oszillierend bewegt, wird der zweite Mehrgelenkmechanismus 20 entsprechend mitbewegt. Das erste Glied 21 (Kurbel) ist über einen fünften Gelenkpunkt 55 mit einem zweiten Glied 22 (Koppel) verbunden. Das zweite Glied 22 (Koppel) ist über einen sechsten Gelenkpunkt 56 mit einem dritten Glied (Schwinge) verbunden, welches seinerseits über einen siebten Gelenkpunkt 57 mit dem Translationskörper 81 (Referenzglied) verbunden ist. Der vierte und siebte Gelenkpunkt 54, 57 sind also relativ zueinander fix auf dem Translationskörper 81 angeordnet.

[0074] Das zweite Glied 22 weist ferner einen achten Gelenkpunkt 58 auf, wobei der fünfte, sechste und achte Gelenkpunkt 55, 56, 58 eine Dreiecksanordnung ausbilden.

[0075] Zum Antrieb des ersten Gliedes 21 (Kurbel) des zweiten Mehrgelenkmechanismus 20 weist der erste Mehrgelenkmechanismus 10 Mittel 90 zur Übertragung von Drehmoment auf. Die Mittel 90 beinhalten ein erstes Übertragungsrad 91, welches drehfest am ersten Glied 11 befestigt ist, wobei der Kreismittelpunkt des ersten Übertragungsrades 91 in der Drehachse des zweiten Gelenkpunkts 52 liegt. Am zweiten Glied 12 ist ferner ein zweites Übertragungsrad 92 drehbar gelagert, wobei dessen Drehachse in der Drehachse des dritten Gelenkpunktes 53 liegt, was jedoch nicht zwingend ist. Zwingend ist hingegen, dass die Drehachse des Abtriebrades 92 in der Drehachse des vierten Gelenkpunktes 54 liegt, an welchem das erste Glied 21 des zweiten Mehrgelenkmechanismus festgelegt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Drehachse des vierten Gelenkpunktes 54 der Drehachse des dritten Gelenkpunktes 53.

[0076] Das erste Übertragungsrad 91 und das zweite Übertragungsrad 92 sind als Zahnräder ausgebildet. Sie sind über einen Zahnriemen 93 antriebstechnisch miteinander verbunden. Rotiert nun das erste Glied 11 um den ersten Gelenkpunkt 51, so beschreibt das erste Übertragungsrad 91 eine Umlaufbahn um den ersten Gelenkpunkt 51. Da das erste Übertragungsrad 91 drehfest am ersten Glied 11 angebracht ist, wird der formschlüssig um das erste Übertragungsrad 91 geführte Zahnriemen 93 durch die Umlaufbewegung des ersten Übertragungsrades 91 in Bewegung gesetzt. Die Bewegung des Zahnriemens 93 wird auf das zweite Übertragungsrad 92 übertragen, welches vom Zahnriemen 93 ebenfalls formschlüssig umschlungen ist. Das zweite Übertragungsrad 92 wird hierdurch in Rotation versetzt und treibt das erste Glied 21 des zweiten Mehrgelenkmechanismus 20 an. Hierzu sind das zweite Übertragungsrad 92 und das erste Glied 21 starr, in vorliegender Ausführung über eine Welle, miteinander verbunden.

[0077] Die Rotationsbewegung der beiden ersten Glieder 11, 21 des ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus 10, 20 ist entsprechend synchron. Es können zusätzlich Umlenkrollen vorgesehen sein, welche für eine bessere Kraftübertragung vom Zahnriemen 93 auf das zweite Übertragungsrad 92 oder vom ersten Übertragungsrad 91 auf den Zahnriemen 93 sorgen (nicht gezeigt).

[0078] Der zweite Gelenkpunkt 52 ist entlang des ersten Gliedes 11 relativ zu diesem über eine Langlochführung einstellbar. D.h. der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Gelenkpunkt 51, 52 ist einstellbar. Dadurch lässt sich die Amplitude der oszillierenden Linearbewegung des Translationskörpers 81 und somit der Schrittlänge der Gangbewegung verändern.

[0079] Das Gangtrainingsgerät 1 enthält ferner einen vierten Mehrgelenkmechanismus 40 mit einem ersten und zweiten Teilglied 41, 42, welche in einem Winkel zueinander stehen und starr miteinander verbunden sind sowie einen Translationskörper 82 (zweiter Längsverschiebekörper). Das erste Teilglied 41 ist nun über den achten Gelenkpunkt 58 mit dem zweiten Glied 22 (Koppel) des zweiten Gelenkmechanismus 20 verbunden. Das zweite Teilglied 42 weist ein Fussauflageelement 43 auf. Das Fussauflageelement 43 bildet eine Fussauflagefläche 45 aus. Ferner umfasst das Fussauflageelement 43 eine Fixiervorrichtung 44 zum Fixieren des Fusses (nicht gezeigt) am Fussauflageelement 43. Das erste und zweite Teilglied 41, 42 sind über einen gemeinsamen neunten Gelenkpunkt 59 mit dem Translationskörper 82 verbunden.

[0080] Der erste und zweite Translationskörper 81, 82 sind über eine gemeinsame Führungsschiene 83.1 in Längsführungsrichtung hintereinander angeordnet. Aus konstruktionstechnischen Gründen wird der zweite Translationskörper 82 zusätzlich noch auf einer zweiten, parallel zur ersten verlaufenden Führungsschiene 83.2 geführt.

[0081] Der zweite Mehrgelenkmechanismus 20 leitet nun über den achten Gelenkpunkt 58 eine Bewegung in den vierten Mehrgelenkmechanismus 40 ein, welche einerseits eine zur Führungsschiene 83 bzw. zur Längsbewegungsrichtung des ersten Translationskörpers 82 parallele Komponente aufweist, wodurch der zweite Translationskörper 82 sowohl absolut als auch relativ zum ersten Translationskörper 81 ebenfalls in eine lineare Bewegung entlang der Führungsschiene 83 versetzt wird. Der vierte Mehrgelenkmechanismus 40 und mit diesem das Fussauflageelement 43 wird nun in einer sich aus der Längsbewegung des ersten und einer dieser überlagerten relativen Längsbewegung des zweiten Translationskörpers 81, 82 zusammengesetzten Gesamtbewegung parallel zur Längsführungsrichtung der Translationskörper 81, 82 bewegt.

[0082] Gleichzeitig leitet der zweite Mehrgelenkmechanismus 20 über den achten Gelenkpunkt 58 auch eine Schwenk-Bewegung in den vierten Mehrgelenkmechanismus 40 ein, welcher eine Winkeländerung der Fussauflagefläche 45 entlang der Bewegungsbahn des Fussauflageelementes 43 bewirkt. Der zweite und vierte Mehrgelenkmechanismus sind so ausgelegt, dass eine unregelmässige Schwenkbewegung erzeugt wird, welche der natürlichen Gangbewegung angenähert ist.

[0083] Das Gangtrainingsgerät 1 umfasst im Weiteren einen dritten Mehrgelenkmechanismus 30, ebenfalls in Ausführung einer Kurbelschwinge. Der Mehrgelenkmechanismus 30 enthält ein erstes Glied 31 (Kurbel), welches über einen zehnten Antriebs-Gelenkpunkt 60 vom selben Antrieb wie der erste Mehrgelenkmechanismus 10 angetrieben wird. Die Drehachsen des ersten und zehnten Gelenkpunktes 51, 60 sind daher identisch. Das erste Glied 31 ist über einen elften Gelenkpunkt 61 mit einem zweiten Glied 32 (Koppel) verbunden. Das zweite Glied 32 ist über einen zwölften Gelenkpunkt 62 mit einem dritten Glied 33, der Schwinge, verbunden. Das dritte Glied 33 beinhaltet unter anderem die Längsführung, hier als Führungsschiene 83 ausgebildet, sowie ein abgewinkeltes Verbindungsbauteil 84, welches mit der Führungsschiene 83 starr verbunden ist, und über welches das dritte Glied 33 mit dem zweiten Glied 32 verbunden ist.

[0084] Die Führungsschiene 83 ist ferner andernends über einen dreizehnten Gelenkpunkt 63 mit der Stützstruktur 2 verbunden. Der zwölfte und dreizehnte Gelenkpunkt 62, 63 sind voneinander beabstandet angeordnet, so dass das dritte Glied 33 als Schwinge wirkt.

[0085] Durch rotativen Antrieb des ersten Gliedes 31 wird der zwölfte Gelenkpunkt 61 und mit diesem das dritte Glied 33 in eine oszillierende auf und ab Bewegung versetzt. Dabei schwenkt das dritte Glied 33 und entsprechend die Führungsschiene 83 um den dreizehnten Gelenkpunkt 63. Diese Bewegung wird gleichzeitig mit dem Antrieb des ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus 20, 30 ausgeführt, so dass ein überlagertes Bewegungsmuster entsteht, welches der natürlichen Gangbewegung des Menschen sehr nahe kommt.

[0086] Die Fig. 4 bis 7 zeigen Funktionsschemata des erfindungsgemässen Gangtrainingsgerätes in verschiedenen Bewegungslagen. Die schematisch dargestellten Konstruktionselemente entsprechen im Wesentlichen den Konstruktionsmerkmalen gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3. Daher sind die korrespondierenden Konstruktionselemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0087] Ferner ist in den Fig. 4bis 7 auch die Gangkurve A eines Fersenpunktes Al sowie die Gangkurve B eines Zehenballenpunktes B1 schematisch dargestellt. Die genannten Punkte A1, B1 bewegen sich während eines kompletten Bewegungszyklus entlang der ihnen zugeordneten Gangkurve A, B. Die Fig. 4 zeigt die Bewegungslage beim Aufsetzen des Fusses auf den Boden. Die Fig. 5 zeigt die Bewegungslage beim Abrollen des Fusses am Boden. Die Fig. 6 zeigt die Bewegungslage beim Abstossen des Fusses vom Boden im Anschluss an die Abrollbewegung. Die Fig. 7zeigt die Bewegungslage bei der Vorwärtsbewegung des Beines, bei welcher der Fuss immer noch angewinkelt ist.

[0088] Mit dem Pfeil R ist in den Fig. 1bis 7 die Richtung der Vorwärtsbewegung während der Laufbewegung angedeutet.

Claims (16)

1. Gangtrainingsgerät (1) zur Erzeugung eines natürlichen Gangbildes (T1, T2), enthaltend einen ersten und zweiten Mehrgelenkmechanismus (10, 20), welche miteinander mechanisch gekoppelt sind, einen Antrieb (3) zum Einbringen einer rotatorischen Bewegung in den ersten Mehrgelenkmechanismus (10), und ein an den zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) gekoppeltes Fussauflageelement (43), dadurch gekennzeichnet, dass das Gangtrainingsgerät (1) eine Längsführung (83) enthält und der erste und zweite Mehrgelenkmechanismus (10, 20) über einen Längsverschiebekörper (81) miteinander gekoppelt sind, wobei der Längsverschiebekörper (81) mit der Längsführung (83) in mechanischer Wirkverbindung steht und relativ zu dieser verschiebbar angeordnet ist.

2. Gangtrainingsgerät gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangtrainingsgerät (1) einen dritten Mehrgelenkmechanismus (30) zur anhebenden und absenkenden Auslenkung der Längsführung (83) oder Teile davon enthält.

3. Gangtrainingsgerät gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder alle der nachfolgend genannten Mehrgelenkmechanismen über einen gemeinsamen Antrieb (3) angetrieben werden: – erster Mehrgelenkmechanismus (10); – zweiter Mehrgelenkmechanismus (20); – dritter Mehrgelenkmechanismus (30).

4. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mehrgelenkmechanismus (10) Mittel (90) zur Übertragung von Drehmoment vom Antrieb (3) auf den zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) enthält.

5. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mehrgelenkmechanismus (10) als Kurbeltrieb ausgebildet ist, mit einem ersten und zweiten Glied (11, 12), wobei das erste Glied (11) über einen Gelenkpunkt (51) mit dem Antrieb (3) rotatorisch antreibbar verbunden ist., und das zweite Glied über einen weiteren Gelenkpunkt (53) mit dem Längsverschiebekörper (81) verbunden ist, und das erste und zweite Glied (11, 12) über einen weiteren Gelenkpunkt (52) miteinander verbunden sind.

6. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Mehrgelenkmechanismus (20) ein Mehrgelenk-Koppelgetriebe, insbesondere ein Viergelenk-Koppelgetriebe, ist, mit einem ersten Glied (21), welches über einen Gelenkpunkt (53) rotatorisch antreibbar mit dem Längsverschiebekörper (81) verbunden ist, und mit einem zweiten Glied (22), welches über einen weiteren Gelenkpunkt (54) mit dem ersten Glied (21) verbunden ist, und mit einem dritten Glied (23), welches über einen weiteren Gelenkpunkt (55) mit dem zweiten Glied (22) und über einen weiteren Gelenkpunkt (56) mit dem Längsverschiebekörper (81), verbunden ist.

7. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangtrainingsgerät (1) einen vierten Mehrgelenkmechanismus (40) enthält, an welchem das Fussauflageelement (43) angebracht ist, und welcher mit dem zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) mechanisch verbunden ist, und der vierte Mehrgelenkmechanismus (40) mit einem weiteren Längsverschiebekörper (82) verbunden ist, wobei der Längsverschiebekörper (82) mit einer Längsführung (83) in mechanischer Wirkverbindung steht und relativ zu dieser verschiebbar angeordnet ist.

8. Gangtrainingsgerät gemäss Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen vierten Mehrgelenkmechanismus (40), enthaltend: ein erstes Teilglied (41), welches über einen Gelenkpunkt (57) mit dem zweiten Glied (22) des zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) und über einen weiteren Gelenkpunkt (59) mit dem weiteren Längsverschiebekörper (82) verbunden ist, und ein zweites Teilglied (42), welches mit dem ersten Teilglied (41) starr verbunden ist, und mit welchem das Fussauflageelement (43) starr verbunden ist.

9. Gangtrainingsgerät nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (90) Folgende Komponenten umfassen: – ein erstes Übertragungsrad (91), welches starr mit dem ersten, rotativ angetriebenen Glied (31) des ersten Mehrgelenkmechanismus (10) verbunden ist, – ein zweites Übertragungsrad (92), welches derart mit dem ersten Glied des zweiten Mehrgelenkmechanismus verbunden, bzw. mit diesem derart in mechanischer Wirkverbindung steht, dass das erste Glied über das Übertragungsrad rotatorisch antreibar ist, wobei das erste Übertragungsrad (91) und das zweite Übertragungsrad (92) über ein flexibles, das erste und zweite Übertragungsrad (91. 92) umschlingendes Kraftübertragungselement (93) miteinander verbunden sind, und das zweite Übertragungsrad (92) über das Kraftübertragungselement (93) durch den Umlauf des ersten Übertragungsrades (91) um den Antriebs-Gelenkpunkt (51) antreibbar ist.

10. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Glied (12) des ersten Mehrgelenkmechanismus (10) und das erste Glied (21) des zweiten Mehrgelenkmechanismus (20), vorzugsweise zusammen mit einem zweiten Übertragungsrad (92), über einen gemeinsamen Gelenkpunkt (53) am Referenzelement des zweiten Mehrgelenkmechanismus (20), dem Längsverschiebekörper (81). miteinander verbunden sind.

11. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Längsverschiebekörper (81) Teil des zweiten Mehrgelenkmechanismus (20) und insbesondere dessen Referenzglied ist.

12. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Längsverschiebekörper (82) Teil des vierten Mehrgelenkmechanismus (20) und insbesondere dessen Referenzglied ist.

13. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsverschiebekörper (81, 82) über eine gemeinsamen Längsführung (83) geführt sind.

14. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Längsverschiebekörper (81, 82) ein Translationskörper ist, welcher entlang der Längsführung (83) linear verschiebbar ist.

15. Gangtrainingsgerät gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gangtrainingsgerät Einstellmittel enthält, mittels welchen die Gangkurve und insbesondere die Länge der Gangkurve veränderbar ist, wobei: a. die Einstellmittel derart ausgebildet sind, dass der Abstand zwischen dem ersten Gelenkpunkt, an welchem das erste Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus rotatorisch angetrieben wird, und dem zweiten Gelenkpunkt, an welchem das zweite Glied gelenkig mit dem ersten Glied des ersten Mehrgelenkmechanismus verbunden ist, einstellbar ist; und/oder b. die Einstellmittel derart ausgebildet sind, dass der Abstand zwischen der Fussplatte und dem neunten Gelenkpunkt, über welchen der vierte Mehrgelenkmechanismus gelenkig mit dem zweiten Verschiebekörper verbunden ist, einstellbar ist.

16. Verwendung des Gangtrainingsgeräts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, als: – Therapiegerät zur Verbesserung der Gehfähigkeit von Personen, oder als – Fitnessgerät zur gezielten Stärkung bzw. Erhaltung der Beinmuskulatur von Personen.