EP2815793B1 - Gangbewegungsvorrichtung - Google Patents

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EP2815793B1
EP2815793B1 EP13172279.5A EP13172279A EP2815793B1 EP 2815793 B1 EP2815793 B1 EP 2815793B1 EP 13172279 A EP13172279 A EP 13172279A EP 2815793 B1 EP2815793 B1 EP 2815793B1
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EP
European Patent Office
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partial area
foot
horizontal
drive unit
foot plate
Prior art date
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Active
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EP13172279.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2815793A1 (de
Inventor
Martin Schörgendorfer
Christof Hepp
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Schepp Medtech GmbH
Original Assignee
Schepp Medtech GmbH
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Publication date
Application filed by Schepp Medtech GmbH filed Critical Schepp Medtech GmbH
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Priority to US14/306,427 priority patent/US9700478B2/en
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Publication of EP2815793A1 publication Critical patent/EP2815793A1/de
Priority to HK15105892.1A priority patent/HK1204910A1/xx
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0266—Foot
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00—Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/0255—Both knee and hip of a patient, e.g. in supine or sitting position, the feet being moved together in a plane substantially parallel to the body-symmetrical plane
    • A61H1/0262—Walking movement; Appliances for aiding disabled persons to walk
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12—Driving means
    • A61H2201/1207—Driving means with electric or magnetic drive
    • A61H2201/1215—Rotary drive
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00—Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16—Physical interface with patient
    • A61H2201/1602—Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/1619—Thorax
    • A61H2201/1621—Holding means therefor

Definitions

  • the invention relates to a gait movement device for generating a gait movement of a person with two controlled foot guide units, each comprising a foot plate for supporting a foot, wherein the foot plates for simulating the gait movement to each other alternately forward and backward movable, wherein a suspension unit is provided in which the human is suspended for weight relief, wherein the foot plates each have a front and a rear portion, wherein during the controlled movement process of the foot plates, the rear portion relative to the front portion moves out of the common plane to the bending of the metatarsal toe joint to enable.
  • a gait movement apparatus which restores walking to people unable to walk, and which has foot plates which are periodically driven by movement means whereby the feet of the person held in the suspension unit are correspondingly moved by the apparatus.
  • the movement devices each have a cantilever which can be pivoted into different elevations, which is articulated on a first carriage of a linear guide and rotatably connected to holding means for fastening one foot each. Further provided are a second carriage with a linear drive for changing the height position of the respective holding means and a rotary drive for changing the inclination of the respective holding means. Since the free ends of the pivotal boom must absorb the weight of the person, there is a relatively high weight of the construction. Due to the rigid foot plates, bending of the ankle during movement is not supported.
  • the US Pat. No. 6,027,430 A describes a training device in the manner of a crosstrainer, the foot plates but have no drive with which a controlled movement for gait rehabilitation of handicapped persons would be possible.
  • the rigid foot plates are also not conducive to a rolling of the ankle.
  • a training device with movable base plates out which perform a controlled walking motion via a drive.
  • Each footplate has a centrally located hinge defining a front and a rear portion of the footplate to allow for normal ankle kinking movement during walking.
  • the foot plates are coupled at their sides with endless chains to allow the reciprocation by the drive.
  • the horizontal and vertical movement of the foot plates and the pivoting movement of the rear portion of the foot plate are effected by the endless chains, the storage of the foot plates relatively complex and the control of the individual movements can not be set independently to adapt to the respective person.
  • the object of the invention is therefore to provide a gait movement device of the type mentioned, with which a correct walking movement of the person to be trained can be achieved.
  • Another object of the invention is to provide a gait movement device with which a adapted to the natural walking motion of humans speed distribution between pillar and swing leg phase can be realized.
  • the front end of the rear portion of the base plate has two rollers which roll on two ramp paths, which are composed of a rear horizontal portion and a front linearly rising portion.
  • the foot plate is guided so that when the foot moves forward the foot without being angled, swings along a circular arc, the top of the foot lifts easily.
  • the rear end of the front portion and the front end of the rear portion of the foot plates can be connected to each other via a hinge, so that the rear portion of the foot plates relative to the front portion of the common plane is pivotable in an angular position.
  • the formation of the joint between the front and the rear portion can be done with simple technical means, it must only be ensured that in the Abwinkelphase the movement allows the joint an angular position between the front and the rear portion.
  • the base plate In order to allow lifting of the heel during the Abwinkvorganges of the foot, the base plate during a horizontal movement at the same time perform a vertical movement.
  • the horizontal movement is superimposed on a vertical movement of the base plate, for which purpose a horizontal and vertical drive of the base plate is provided, wherein the horizontal drive of the base plate comprises a push rod actuated by a first eccentric drive and a push rod driven by the push rod which is coupled at its actuating end to the footplate.
  • the horizontal drive can be done by a motor that drives the first eccentric drive and via this the push rod whose movement on the further push rod in a linear Movement is deflected.
  • the center of the rotational movement may be arranged at a variable distance to the path of the linear movement, whereby a different velocity distribution between the forward and backward movement can be realized.
  • a further embodiment of the invention may consist in that the vertical drive comprises a second eccentric drive and a coupled thereto, pivotable between a horizontal and an inclined position bar, wherein on the bar a sliding or rolling bearing guide carriage is arranged, to which the actuating end of further push rod is coupled, and the guide carriage in turn is connected via a hinge to the rear end of the rear portion of the base plate.
  • the horizontal and vertical movement can overlap each other and the base plate each perform the forward and backward movement and the Abwinkelmos.
  • the vertical drive should also represent this time division derived from the circular drive motion, which according to another embodiment of the invention can be achieved by having the second eccentric drive first Exzenterarm and driven by this second Exzenterarm, wherein the second eccentric rotates at twice as high angular velocity as the first eccentric.
  • the superimposed movement of the first and second Exzenterarmes leads to the desired distribution of raising and lowering phase of the rear portion of the base plate.
  • the invention may be provided in a further embodiment that the front end of the front portion of the foot plate has two rollers which roll on a horizontal portion of a frame part, wherein when moving the rear portion of the base plate along the linearly rising portion of the front portion of the base plate is moved with the rear portion at an angle to the horizontal and lift the roles of the front portion of the horizontal portion of the frame part, while the rollers of the rear portion roll up the two ramp tracks.
  • Fig.1 to 5 show a part of a gait movement device for generating a gait movement of a person who is suspended during use of the device by means of a not shown suspension unit for weight relief, for example by a known strap so that the legs and feet of humans have to remove no or a small load and the feet can be moved for exercise or rehabilitation purposes by the gait movement device.
  • a known suspension unit for weight relief for example by a known strap so that the legs and feet of humans have to remove no or a small load and the feet can be moved for exercise or rehabilitation purposes by the gait movement device.
  • use of the gait movement device without strap or the like is also possible.
  • the movement of the feet is done by two controlled foot guide units 100, of which in the Fig.1 to 5 the left is representative of the right, corresponding mirror-symmetrical foot guide unit is shown, each having a foot plate 101st to cover a foot.
  • the right and left foot plates 101 are alternately moved forward and backward in a known manner.
  • the foot plates 101 each have a front and a rear portion 15, 14, wherein during the movement process of the foot plates 101, the rear portion 14 relative to the front portion 15 out of the common plane is movable out to allow the bending of the metatarsal toe joint ,
  • Fig.2 shows a position in which the rear and the front portion 15, 14 are present in a common plane
  • Figure 3 shows a position in which the rear portion 14 is pivoted relative to the front portion.
  • the walking movement of the two foot plates 101 is achieved by a horizontal drive and a vertical drive, which are driven by a single motor 1.
  • the motor 1 drives a mounted on its drive axle gear or sprocket 27 which is connected via a chain 2 and another gear 24 with a countershaft 111 into engagement, which in turn via a chain 4 and a gear 3, a first eccentric. 5 of the horizontal drive drives, which comprises a via the first eccentric 5 operated push rod 6 and a driven by the push rod 6 further push rod 19 which is coupled at its operating end to the base plate 101 and which generates the horizontal movement.
  • the further push rod 19 is hinged at one end to a horizontally movable on a linear axis 20 horizontal slide 21 which is reciprocated due to the movement of the push rod 6, and hinged at its other end to a guide carriage 13 which in turn pivotally connected to the rear End of the rear portion 14 is connected.
  • the eccentric distance or the eccentric radius of the first eccentric drive 5 is via an adjusting device 26, e.g. a belt drive or a spindle drive, infinitely adjustable, whereby the step size is adjustable.
  • an adjusting device 26 e.g. a belt drive or a spindle drive, infinitely adjustable, whereby the step size is adjustable.
  • the velocity distribution between the leg and the swing leg phase of the foot which is preferably 60:40, is achieved by means of a horizontal drive, ie an offset between the axis of the eccentric drive 5 and the point of articulation of the push rod 6 on the horizontal slide 21.
  • the vertical drive comprises for each foot a second eccentric drive 7, 8, 9, 10, 11 and coupled thereto, pivotable between a horizontal and an inclined position bar 17, on which the sliding or rolling bearing guide carriage 13 is arranged, to which Operating end of the further push rod 19 is coupled, wherein the guide carriage 13 in turn is connected via a hinge 130 to the rear end of the rear portion of the foot plate 101, 111.
  • Fig.1 is representative of both feet only a bar 17 and the associated vertical drive shown in the actual embodiment of the device according to the invention a total of two bars 17 are provided.
  • a pivot bearing 131 is provided, via which the lifting and lowering movement of the beam 17 is performed.
  • an eccentric motion carriage 12 is slidably disposed thereon, which transfers the rotational movement of the second eccentric drive 7, 8, 9, 10, 11 into the raising and lowering movement of the beam 17.
  • the second eccentric drive 7, 8, 9, 10, 11 is driven via a gear 25 arranged on the countershaft 111 and a chain 22, which engages with a toothed wheel or sprocket 7.
  • a belt could also be provided.
  • the gear 7 causes via a first Exzenterarm 9 and a stored on this gear 10 a rolling movement along the outer periphery of a fixedly arranged gear 8, wherein the gear 10 in turn rotates a second Exzenterarm 11, which is arranged with a arranged at its outer end bearing pin 138 in a arranged on the Exzenterschisschlitten 12 pivot bearing bush 139 is rotatably mounted.
  • the second eccentric drive By means of the second eccentric drive a periodic raising and lowering of the beam 17 is achieved, wherein by lifting the beam 17 of the rear portion 14 of the base plate 101 is pivoted up to allow the heel lifting against the forefoot, so that a natural bending movement of the foot can take place.
  • the rear portion 14 of the base plate 101 In the lowered state of the beam 17, the rear portion 14 of the base plate 101 is also in the lowered state and in a common plane with the front portion 15 of the base plate 101st
  • the second eccentric drive includes the eccentric movements of the first eccentric arm 9 and the second eccentric 11, it can be achieved that the time portion of the lowered state of the beam 17 is longer than that of the raised state to simulate the natural Abwinkelvorgang of the foot, in the shortly before the lifting of the foot uses the angling, which takes a shorter time than the previous period in which the sole of the foot rests, claims.
  • the first eccentric 9 runs at the same angular speed as the eccentric drive 5 of the horizontal drive, while the second eccentric 11 rotates at twice the angular velocity, resulting in a longer retention of the beam 17 in the lowered state.
  • the bar 17 remains about a three-quarter turn of the first eccentric 9 below and then goes in the last quarter turn quickly in the air and lowers again quickly.
  • the foot plate 101 is slidably mounted in the front, in the middle and in the rear region to perform the reciprocating motion of the foot plate 101 to achieve the movement process.
  • the front end of the rear portion 14 of the foot plate 101 has two spaced apart from one another to the movement direction rollers 170 which roll on two parallel ramp tracks 18, of which in Fig.1 only one is shown.
  • the ramp tracks 18 are composed of a rear horizontal portion and a front linearly rising portion.
  • the front end of the front portion 15 of the foot plate 101 has two rollers 171, of which in Fig.1 only one is shown, which roll on a horizontal portion of a frame member 16, wherein moving the rear portion of the foot plate 101 along the linearly rising portion of the ramp tracks 18 of the front portion of the foot plate 101 is moved to the rear portion 14 at an angle to the horizontal and the rollers 171 of the front portion 15 lift off the horizontal portion of the frame member 16, while the rollers 170 of the rear portion 14 roll up the two ramp tracks 180.
  • the front portion 15 strikes against the rear portion 14 and is therefore still after lifting in the common plane with the rear portion.
  • the end position of this movement is in Figure 5 shown.
  • the sole of the foot rests on the front and rear portion 15, 14 and is directed at an angle upwards.
  • Fig.2 and Fig.4 represent positions of the foot plate 101, in which the sole of the foot completely horizontal and just rests on this.
  • Fig.6 and 7 show a further embodiment, in turn, only one half of the device is shown for a foot.
  • the further push rod 19 is guided horizontally and designed as compensation for the height movement, a sliding template 190 which compensates during the movement process, the periodically occurring height difference between the front and rear portion of the base plate 15, 14, which is caused by the vertical drive.
  • Figure 8 shows a movement curve 50 of the circular moving points in the device according to the invention, an equally circular movement curve 53 on the drive side of the eccentric of the vertical drive and an output side adjusting motion curve 51 and a movement curve 52 of the rear portion 14 of the foot plate 101stigmaskurve 52 blanket the movement of the heel.
  • Movement curves 53 and 51 are part of the vertical drive, wherein movement curve 53 is formed by the rolling of the gear 10 along the outer periphery of the gear 8, whereby the beam 17 is raised and lowered periodically and during the lifting of the beam 17, the rear portion 14 of the base plate 101 swung up is and then lowered again, so that the movement curve 52 results for the rear portion 14.
  • Figure 9 shows the progression of the horizontal speed of the foot plate 101 at different pitches and at the same step frequency, wherein the positive speed values of the Schwungbeinphase and the negative speed values of the supporting leg phase are assigned.
  • the speed distribution is about 60:40.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gangbewegungsvorrichtung zur Erzeugung einer Gangbewegung eines Menschen mit zwei gesteuerten Fußführungseinheiten, die jeweils eine Fußplatte zur Auflage eines Fußes umfassen, wobei die Fußplatten zur Simulation der Gangbewegung zueinander entgegengesetzt abwechselnd nach vorne und nach hinten bewegbar sind, wobei eine Aufhängungseinheit vorgesehen ist, an welcher der Mensch zur Gewichtsentlastung aufhängbar ist, wobei die Fußplatten jeweils einen vorderen und einen hinteren Teilbereich aufweisen, wobei während des gesteuerten Bewegungsvorgangs der Fußplatten der hintere Teilbereich sich gegenüber dem vorderen Teilbereich aus der gemeinsamen Ebene heraus bewegt, um das Abwinkeln des Mittelfuß-Zehengelenks zu ermöglichen.
  • Bisher bekannte Geräte für die Gangrehabilitation, die z.B. in der DE 198 05 164 C1 und in der DE 10 2009 022 560 B4 beschrieben sind, haben den Nachteil der im Wesentlichen starren Anbindung des Fußes an die für diese vorgesehenen Haltevorrichtungen oder Fußplatten.
  • Bei der natürlichen Gehbewegung des Menschen kommt es aber zu einem Abwinkeln des Mittelfuß-Zehengelenks (Plantarflexion), wobei ein Winkel von bis zu 70° zwischen der Fußsohle und dem Untergrund erreicht wird. Einen derartigen Abwinkelvorgang lassen die herkömmlichen Gehbewegungstrainingsgeräte nicht zu, weshalb es in den Füßen des Benutzers zu einer unangenehmen Einschränkung der Bewegung des Sprunggelenkes kommen kann.
  • In der WO 2010/136160 A1 ist eine Gangbewegungsvorrichtung beschrieben, mit der gehunfähigen Menschen das Gehen wieder beigebracht wird, und welche Fußplatten aufweist, die durch Bewegungseinrichtungen periodisch angetrieben werden, wodurch die Füße der in der Aufhängungseinheit gehaltenen Person von der Vorrichtung entsprechend bewegt werden. Die Bewegungseinrichtungen weisen jeweils einen in verschiedene Höhenlagen schwenkbaren Ausleger auf, der an einem ersten Schlitten einer Linearführung angelenkt und mit Haltemitteln zur Befestigung jeweils eines Fußes drehbeweglich verbunden ist. Ferner vorgesehen sind ein zweiter Schlitten mit einem Linearantrieb zur Änderung der Höhenlage des jeweiligen Haltemittels und ein Drehantrieb zur Änderung der Neigung des jeweiligen Haltemittels. Da die freien Enden der schwenkbaren Ausleger das Gewicht der Person aufnehmen müssen, ergibt sich ein relativ hohes Gewicht der Konstruktion. Aufgrund der starren Fußplatten wird ein Abwinkeln des Fußgelenks während der Bewegung nicht unterstützt.
  • Die US 6 027 430 A beschreibt eine Trainingsvorrichtung in der Art eines Crosstrainers, deren Fußplatten aber keinen Antrieb aufweisen, mit dem eine gesteuerte Bewegung zur Gangrehabilitation von gehbehinderten Personen möglich wäre. Die starr ausgebildeten Fußplatten sind darüber hinaus einem Abrollvorgang des Fußgelenks nicht förderlich.
  • In der US 6 926 646 B1 ist eine weitere Cross-Trainingsvorrichtung mit starren Fußplatten angegeben, die auf auskragenden Trägern angeordnet sind und sowohl horizontal als auch vertikal bewegbar sind, wobei die trainierende Person freistehend Bein- und Armbewegungen ausführen muss und die Fußplatten entsprechend mit Muskelkraft gedrückt werden müssen, um die Bewegung durchführen zu können. Ein Gangrehabilitationstraining für gehbehinderte Personen ist somit nicht möglich.
  • Bei der orthopädischen Schrittvorrichtung gemäß US 430 808 A sind zwei Schlitten lediglich in einer horizontalen Richtung durch Kraftanwendung der trainierenden Person in Längsrichtung hin- und herbewegbar. Die auf jedem Schlitten angeordnete Fußplatte ist aus der Ebene der Schlittenoberfläche schwenkbar, sodass die Ferse der Person bei der Bewegung angehoben werden kann. Weder ist ein Antrieb für die beiden Schlitten vorgesehen noch können die Schlitten aus der horizontalen Ebene herausverlagert werden.
  • Ferner geht aus der US 3 824 994 A eine Trainingsvorrichtung mit bewegbaren Fußplatten hervor, die über einen Antrieb eine gesteuerte Gehbewegung ausführen. Jede Fußplatte hat ein mittig angeordnetes Gelenk, wodurch ein vorderer und ein hinterer Abschnitt der Fußplatte definiert sind, um eine während des Gehens übliche Abknickbewegung des Fußgelenks zu ermöglichen. Die Fußplatten sind an ihren Seiten mit Endlosketten gekoppelt, um die Hin- und Herbewegung durch den Antrieb zu ermöglichen. Die horizontale und vertikale Bewegung der Fußplatten als auch die Schwenkbewegung des hinteren Abschnittes der Fußplatte werden durch die Endlosketten bewirkt, wobei die Lagerung der Fußplatten relativ aufwendig und die Steuerung der einzelnen Bewegungsvorgänge nicht unabhängig voneinander eingestellt werden kann, um sie an die jeweilige Person anzupassen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Gangbewegungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher eine korrekte Gehbewegung der zu trainierenden Person erzielt werden kann.
  • Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gangbewegungsvorrichtung zu schaffen, mit welcher eine an die natürliche Gehbewegung des Menschen angepasste Geschwindigkeitsverteilung zwischen Standbein- und Schwungbeinphase realisiert werden kann.
  • Weiters soll aus Gründen der einfachen Wartung und Reparatur der zu schaffenden Vorrichtung, ein einfaches Antriebssystem für die Erzeugung aller Bewegungsabläufe angegeben werden.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das vordere Ende des hinteren Teilbereiches der Fußplatte zwei Rollen aufweist, die auf zwei Rampenbahnen abrollen, die aus einem hinteren horizontalen Abschnitt und einem vorderen linear ansteigenden Abschnitt zusammengesetzt sind.
  • Die Fußplatte wird dabei so geführt, dass bei der Bewegung des Fußes nach vorne der Fuß ohne dabei abgewinkelt zu werden, entlang eines Kreisbogens ausschwingt, wobei die Spitze des Fußes leicht abhebt.
  • Bedingt durch die Teilung der Fußplatte in einen vorderen und einen hinteren Teilbereich kann der Fuß während des Bewegungsvorgangs das notwendige Abwinkeln des Mittelfuß-Zehengelenks ausführen und somit eine korrekte Gehbewegung darstellen. Die Ferse wird beim Abwinkeln angehoben und kann aufgrund der Beweglichkeit des hinteren Teilbereiches gegenüber dem vorderen Teilbereich der Fußplatte diese Bewegung ausführen. Die geteilte Fußplatte erlaubt somit den natürlichen Gehvorgang besser als bei den bekannten Vorrichtungen nachzubilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das hintere Ende des vorderen Teilbereiches und das vordere Ende des hinteren Teilbereiches der Fußplatten über ein Gelenk miteinander verbunden sein, sodass der hintere Teilbereich der Fußplatten gegenüber dem vorderen Teilbereich aus der gemeinsamen Ebene in eine Winkelstellung verschwenkbar ist.
  • Die Ausbildung des Gelenks zwischen dem vorderen und dem hinteren Teilbereich kann mit einfachen technischen Mitteln erfolgen, es muss nur gewährleistet sein, dass in der Abwinkelphase der Bewegung das Gelenk eine Winkelstellung zwischen dem vorderen und dem hinteren Teilbereich ermöglicht.
  • Um ein Anheben der Ferse während des Abwinkelvorganges des Fußes zu erlauben, muss die Fußplatte während einer horizontalen Bewegung zugleich eine Vertikalbewegung ausführen.
  • Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Horizontalbewegung eine Vertikalbewegung der Fußplatte überlagert, zu welchem Zweck ein Horizontal- und ein Vertikalantrieb der Fußplatte vorgesehen ist, wobei der Horizontalantrieb der Fußplatte eine über einen ersten Exzenterantrieb betätigte Schubstange und eine durch die Schubstange angetriebene weitere Schubstange umfasst, welche an ihrem Betätigungsende mit der Fußplatte gekoppelt ist.
  • Der Horizontalantrieb kann über einen Motor erfolgen, der den ersten Exzenterantrieb und über diesen die Schubstange antreibt, deren Bewegung über die weitere Schubstange in eine lineare Bewegung umgelenkt wird. Der Mittelpunkt der Drehbewegung kann in einem variablen Abstand zur Bahn der Linearbewegung angeordnet sein, wodurch eine unterschiedliche Geschwindigkeitsverteilung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsbewegung realisiert werden kann. Damit wird die Aufteilung zwischen Stand- und Schwungbeinphase in einem gewissen Ausmaß frei vorwählbar.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass der Vertikalantrieb einen zweiten Exzenterantrieb und einen an diesen gekoppelten, zwischen einer horizontalen und einer geneigten Position schwenkbaren Balken umfasst, wobei auf dem Balken ein gleitend oder rollend gelagerter Führungsschlitten angeordnet ist, an den das Betätigungsende der weiteren Schubstange angekoppelt ist, und der Führungsschlitten seinerseits über ein Gelenk mit dem hinteren Ende des hinteren Teilbereichs der Fußplatte verbunden ist.
  • Auf diese Weise können die Horizontal- und die Vertikalbewegung einander überlagern und die Fußplatte jeweils die Vor- und Rückwärtsbewegung als auch die Abwinkelbewegung ausführen.
  • Da nur ungefähr ein Drittel jeder Schrittperiode eine angehobene Stellung der Ferse erfordert, soll der Vertikalantrieb diese zeitliche Aufteilung ebenfalls darstellen, wobei dies aus der kreisförmigen Antriebsbewegung abgeleitet werden soll, was gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erfolgen kann, dass der zweite Exzenterantrieb einen ersten Exzenterarm und einen von diesem angetriebenen zweiten Exzenterarm umfasst, wobei der zweite Exzenterarm mit einer doppelt so hohen Winkelgeschwindigkeit wie der erste Exzenterarm rotiert. Die überlagerte Bewegung des ersten und zweiten Exzenterarmes führt zu der gewünschten Verteilung von Anhebe- und Absenkphase des hinteren Teilbereiches der Fußplatte.
  • Um für den horizontalen Teil der Bewegung den vorderen Teilbereich abzustützen kann in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das vordere Ende des vorderen Teilbereiches der Fußplatte zwei Rollen aufweist, die auf einem horizontalen Abschnitt eines Rahmenteils abrollen, wobei bei Bewegen des hinteren Teilbereiches der Fußplatte entlang des linear ansteigenden Abschnitts der vordere Teilbereich der Fußplatte mit dem hinteren Teilbereich in einem Winkel zur Horizontalen bewegt wird und die Rollen des vorderen Teilbereiches vom horizontalen Abschnitt des Rahmenteils abheben, während die Rollen des hinteren Teilbereiches die zwei Rampenbahnen hochrollen.
  • Lange Wartungsintervalle und einfache Konstruktionsweise können erreicht werden, indem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der Horizontalantrieb und der Vertikalantrieb über einen gemeinsamen Motor mittels einer Vorgelegewelle und Ketten antreibbar sind. Anstelle der Kette könnte genauso ein für den Fachmann gleichwirkendes Element, z.B. ein Riemen oder ein Stirnrad zum Einsatz kommen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei
    • Fig.1 eine Schräg-Teilansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    • Fig.2 bis Fig.5 jeweils eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig.1 in verschiedenen Phasen der Bewegung;
    • Fig.6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
    • Fig.7 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig.6;
    • Fig.8 Bewegungsdiagramme des Antriebs, des Vertikalantriebs und der Fußplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 5 und
    • Fig.9 Geschwindigkeitsdiagramme der Horizontalbewegung der Fußplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig.1 bis 5.
  • Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sind Richtungsangaben, wie "vorne" und "hinten" in Gehrichtung gesehen zu verstehen.
  • Grundsätzlich sind in den gezeigten Beispielen mechanische Elemente, wie z.B. eine Kette, durch dem Fachmann bekannte Elemente mit gleicher Wirkung, z.B. durch einen Riemen, ersetzbar.
  • Fig.1 bis 5 zeigen einen Teil einer Gangbewegungsvorrichtung zur Erzeugung einer Gangbewegung eines Menschen, der während des Gebrauchs der Vorrichtung mittels einer nicht dargestellten Aufhängungseinheit zur Gewichtsentlastung z.B. durch einen an sich bekannten Tragegurt so aufgehängt wird, dass die Beine und Füße des Menschen keine oder eine geringe Last abtragen müssen und die Füße zu Trainings- oder Rehabilitationszwecken durch die Gangbewegungsvorrichtung bewegt werden können. Eine Benutzung der Gangbewegungsvorrichtung ohne Tragegurt o. dgl. ist jedoch auch möglich.
  • Die Bewegung der Füße geschieht durch zwei gesteuerte Fußführungseinheiten 100, von denen in den Fig.1 bis 5 die linke stellvertretend für die rechte, entsprechend spiegelsymmetrische Fußführungseinheit gezeigt ist, die jeweils eine Fußplatte 101 zur Auflage eines Fußes umfassen. Zur Simulation der Gangbewegung werden die rechte und die linke Fußplatte 101 in bekannter Weise zueinander entgegengesetzt abwechselnd nach vorne und nach hinten bewegt.
  • Erfindungsgemäß weisen die Fußplatten 101 jeweils einen vorderen und einen hinteren Teilbereich 15, 14 auf, wobei während des Bewegungsvorgangs der Fußplatten 101 der hintere Teilbereich 14 gegenüber dem vorderen Teilbereich 15 aus der gemeinsamen Ebene heraus bewegbar ist, um das Abwinkeln des Mittelfuß-Zehengelenks zu ermöglichen.
  • Zu diesem Zweck sind das hintere Ende des vorderen Teilbereiches 15 und das vordere Ende des hinteren Teilbereiches 14 der Fußplatten 101 über ein Gelenk 120 miteinander verbunden, sodass der hintere Teilbereich 14 der Fußplatte 101 gegenüber dem vorderen Teilbereich 15 aus der gemeinsamen Ebene in eine Winkelstellung verschwenkbar ist. Fig.2 zeigt eine Position, in der der hintere und der vordere Teilbereich 15, 14 in einer gemeinsamen Ebene vorliegen und Fig.3 zeigt eine Stellung, in der der hintere Teilbereich 14 gegenüber dem vorderen Teilbereich verschwenkt ist.
  • Die Gehbewegung der beiden Fußplatten 101 wird durch einen Horizontalantrieb und einen Vertikalantrieb erzielt, die durch einen einzigen Motor 1 angetrieben werden.
  • Zu diesem Zweck treibt der Motor 1 ein auf seiner Antriebsachse montiertes Zahnrad oder Kettenrad 27 an, das über eine Kette 2 und ein weiteres Zahnrad 24 mit einer Vorgelegewelle 111 in Eingriff steht, die ihrerseits über eine Kette 4 und ein Zahnrad 3 einen ersten Exzenterantrieb 5 des Horizontalantriebs antreibt, der eine über den ersten Exzenterantrieb 5 betätigte Schubstange 6 und eine durch die Schubstange 6 angetriebene weitere Schubstange 19 umfasst, welche an ihrem Betätigungsende mit der Fußplatte 101 gekoppelt ist und welche die Horizontalbewegung erzeugt.
  • Die weitere Schubstange 19 ist an einem Ende auf einem auf einer Linearachse 20 horizontal verfahrbaren Horizontalschlitten 21 angelenkt, der aufgrund der Bewegung der Schubstange 6 hin- und herbewegt wird, und an seinem anderen Ende an einem Führungsschlitten 13 angelenkt, der seinerseits verschwenkbar mit dem hinteren Ende des hinteren Teilbereiches 14 verbunden ist.
  • Der Exzenterabstand bzw. der Exzenterradius des ersten Exzenterantriebes 5 ist über eine Verstelleinrichtung 26, z.B. ein Riementrieb oder ein Spindelantrieb, stufenlos verstellbar, wodurch die Schrittweite einstellbar ist.
  • Die Geschwindigkeitsverteilung zwischen Standbein- und Schwungbeinphase des Fußes, die in bevorzugter Weise 60:40 ist, wird über eine Schränkung des Horizontalantriebs, also einen Versatz zwischen der Achse des Exzenterantriebes 5 und dem Anlenkungspunkt der Schubstange 6 an dem Horizontalschlitten 21, erzielt.
  • Der Vertikalantrieb umfasst für jeden Fuß einen zweiten Exzenterantrieb 7, 8, 9, 10, 11 und einen an diesen gekoppelten, zwischen einer horizontalen und einer geneigten Position schwenkbaren Balken 17, auf dem der gleitend oder rollend gelagerte Führungsschlitten 13 angeordnet ist, an den das Betätigungsende der weiteren Schubstange 19 angekoppelt ist, wobei der Führungsschlitten 13 seinerseits über ein Gelenk 130 mit dem hinteren Ende des hinteren Teilbereichs der Fußplatte 101, 111 verbunden ist. In Fig.1 ist stellvertretend für beide Füße nur ein Balken 17 und der zugehörige Vertikalantrieb dargestellt, in der tatsächlichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insgesamt zwei Balken 17 vorgesehen.
  • Am vorderen Ende des Balkens 17 ist ein Schwenklager 131 vorgesehen, über welches die Anhebe- und Absenkbewegung des Balkens 17 ausgeführt wird. Im hinteren Bereich des Balkens 17 ist auf diesem ein Exzenterbewegungsschlitten 12 gleitend angeordnet, der die Rotationsbewegung des zweiten Exzenterantriebes 7, 8, 9, 10, 11 in die Anhebe- und Absenkbewegung des Balkens 17 überführt.
  • Der zweite Exzenterantrieb 7, 8, 9, 10, 11 wird über ein auf der Vorgelegewelle 111 angeordnetes Zahnrad 25 und eine Kette 22, die mit einem Zahnrad oder Kettenrad 7 in Eingriff steht, angetrieben. Statt der Kette 22 könnte auch ein Riemen vorgesehen sein. Das Zahnrad 7 bewirkt über einen ersten Exzenterarm 9 und ein auf diesem gelagertes Zahnrad 10 eine Abrollbewegung entlang des Außenumfanges eines feststehend angeordneten Zahnrads 8, wobei das Zahnrad 10 wiederum einen zweiten Exzenterarm 11 rotierend bewegt, der mit einem an seinem äußeren Ende angeordneten Lagerstift 138 in einer auf dem Exzenterbewegungsschlitten 12 angeordneten Drehlagerbuchse 139 drehbar gelagert ist.
  • Mittels des zweiten Exzenterantriebes wird ein periodisches Anheben und Absenken des Balkens 17 erzielt, wobei durch das Anheben des Balkens 17 der hintere Teilbereich 14 der Fußplatte 101 emporgeschwenkt wird, um der Ferse das Anheben gegenüber dem Vorderfuß zu ermöglichen, sodass eine natürliche Abwinkelbewegung des Fußes stattfinden kann. Im abgesenkten Zustand des Balkens 17 befindet sich der hintere Teilbereich 14 der Fußplatte 101 ebenfalls im abgesenkten Zustand und in einer gemeinsamen Ebene mit dem vorderen Teilbereich 15 der Fußplatte 101.
  • Da der zweite Exzenterantrieb die Exzenterbewegungen des ersten Exzenterarmes 9 und des zweiten Exzenterarmes 11 beinhaltet, kann erreicht werden, dass der Zeitanteil des abgesenkten Zustandes des Balkens 17 länger als jener des angehobenen Zustandes ist, um den natürlichen Abwinkelvorgang des Fußes nachzubilden, bei dem kurz vor dem Abheben des Fußes das Abwinkeln einsetzt, das eine kürzere Zeit als die vorhergehende Zeitspanne, in der die Fußsohle eben aufliegt, in Anspruch nimmt.
  • Zu diesem Zweck läuft der erste Exzenterarm 9 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie der Exzenterantrieb 5 des Horizontalantriebs um, während der zweite Exzenterarm 11 mit der doppelten Winkelgeschwindigkeit umläuft, sodass sich daraus ein längeres Verbleiben des Balkens 17 im abgesenkten Zustand ergibt.
  • Der Balken 17 bleibt dabei ca. eine Dreiviertelumdrehung des ersten Exzenterarmes 9 unten und geht dann in der letzten Viertelumdrehung schnell in die Höhe und senkt sich wieder schnell ab.
  • Die Fußplatte 101 ist im vorderen, im mittleren und im hinteren Bereich verschiebbar gelagert, um die Hin- und Herbewegung der Fußplatte 101 zur Erzielung des Bewegungsvorganges auszuführen.
  • Das vordere Ende des hinteren Teilbereiches 14 der Fußplatte 101 weist zwei quer zur Bewegungsrichtung voneinander beabstandete Rollen 170 auf, die auf zwei parallelen Rampenbahnen 18 abrollen, von denen in Fig.1 nur eine gezeigt ist. Die Rampenbahnen 18 sind aus einem hinteren horizontalen Abschnitt und einem vorderen linear ansteigenden Abschnitt zusammengesetzt.
  • Das vordere Ende des vorderen Teilbereiches 15 der Fußplatte 101 weist zwei Rollen 171 auf, von denen in Fig.1 nur eine gezeigt ist, die auf einem horizontalen Abschnitt eines Rahmenteils 16 abrollen, wobei bei Bewegen des hinteren Teilbereiches der Fußplatte 101 entlang des linear ansteigenden Abschnitts der Rampenbahnen 18 der vordere Teilbereich der Fußplatte 101 mit dem hinteren Teilbereich 14 in einem Winkel zur Horizontalen bewegt wird und die Rollen 171 des vorderen Teilbereiches 15 vom horizontalen Abschnitt des Rahmenteils 16 abheben, während die Rollen 170 des hinteren Teilbereiches 14 die zwei Rampenbahnen 180 hochrollen. Der vordere Teilbereich 15 schlägt dabei an dem hinteren Teilbereich 14 an und befindet sich damit auch nach dem Abheben weiterhin in der gemeinsamen Ebene mit dem hinteren Teilbereich. Die Endstellung dieser Bewegung ist in Fig.5 gezeigt. Die Fußsohle liegt dabei eben auf dem vorderen und hinteren Teilbereich 15, 14 auf und ist in einem Winkel nach oben gerichtet.
  • In Fig.3 ist jene Stellung gezeigt, in der sich die Rollen 171 im hinteren Endbereich des Rahmenteils 16 und die Rollen 170 im hinteren Endbereich der Rampenbahnen 18 befinden, wobei zugleich der Balken 17 über den zweiten Exzenterantrieb in seiner angehobenen Position ist, wodurch der hintere Teilbereich 14 gegenüber dem vorderen Teilbereich 15 in eine Winkelstellung geschwenkt ist, welche das Abwinkeln des Fußes ermöglicht.
  • Fig.2 und Fig.4 stellen Positionen der Fußplatte 101 dar, in der die Fußsohle vollkommen waagrecht und eben auf dieser aufliegt.
  • Fig.6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei wiederum nur eine Hälfte der Vorrichtung für einen Fuß gezeigt ist. Die weitere Schubstange 19 ist horizontal geführt und als Ausgleich für die Höhenbewegung eine Gleitschablone 190 ausgebildet, die während des Bewegungsvorgangs den periodisch auftretenden Höhenunterschied zwischen dem vorderen und hinteren Teilbereich der Fußplatte 15, 14 ausgleicht, der durch den Vertikalantrieb hervorgerufen wird.
  • Fig.8 zeigt eine Bewegungskurve 50 der kreisförmig sich bewegenden Punkte in der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine ebenso kreisförmige Bewegungskurve 53 an der Antriebsseite des Exzenters des Vertikalantriebs und eine an der Ausgangsseite sich einstellende Bewegungskurve 51 sowie eine Bewegungskurve 52 des hinteren Teilbereiches 14 der Fußplatte 101. Bewegungskurve 52 entspricht der Bewegung der Ferse. Bewegungskurven 53 und 51 sind Teil des Vertikalantriebes, wobei Bewegungskurve 53 durch das Abrollen des Zahnrades 10 entlang des Außenumfanges des Zahnrades 8 entsteht, wodurch der Balken 17 periodisch angehoben und abgesenkt wird und während des Anhebens des Balkens 17 der hintere Teilbereich 14 der Fußplatte 101 emporgeschwenkt wird und danach wieder abgesenkt wird, sodass sich die Bewegungskurve 52 für den hinteren Teilbereich 14 ergibt.
  • Fig.9 zeigt den Verlauf der horizontalen Geschwindigkeit der Fußplatte 101 bei unterschiedlichen Schrittweiten und bei gleicher Schrittfrequenz, wobei die positiven Geschwindigkeitswerte der Schwungbeinphase und die negativen Geschwindigkeitswerte der Standbeinphase zuzuordnen sind. Die Geschwindigkeitsverteilung entspricht ungefähr 60:40.

Claims (7)

  1. Gangbewegungsvorrichtung zur Erzeugung einer Gangbewegung eines Menschen mit zwei gesteuerten Fußführungseinheiten (100), die jeweils eine Fußplatte (101) zur Auflage eines Fußes umfassen, wobei die Fußplatten (101) zur Simulation der Gangbewegung zueinander entgegengesetzt abwechselnd nach vorne und nach hinten bewegbar sind, wobei eine Aufhängungseinheit vorgesehen ist, an welcher der Mensch zur Gewichtsentlastung aufhängbar ist, wobei die Fußplatten (101) jeweils einen vorderen und einen hinteren Teilbereich (15, 14) aufweisen, wobei während des gesteuerten Bewegungsvorgangs der Fußplatten (101) der hintere Teilbereich (14) sich gegenüber dem vorderen Teilbereich (15) aus einer gemeinsamen Ebene heraus bewegt, um das Abwinkeln des Mittelfuß-Zehengelenks zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des hinteren Teilbereiches (14) der Fußplatte (101, 111) zwei Rollen (170) aufweist, die auf zwei Rampenbahnen (18) abrollen, die aus einem hinteren horizontalen Abschnitt und einem vorderen linear ansteigenden Abschnitt zusammengesetzt sind.
  2. Gangbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende des vorderen Teilbereiches (15) und das vordere Ende des hinteren Teilbereiches (14) der Fußplatten (101) über ein Gelenk (120) miteinander verbunden sind, sodass der hintere Teilbereich (14) der Fußplatten (101) gegenüber dem vorderen Teilbereich (15) aus der gemeinsamen Ebene in eine Winkelstellung verschwenkbar ist.
  3. Gangbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Horizontal- und ein Vertikalantrieb der Fußplatte (101) vorgesehen ist, wobei der Horizontalantrieb der Fußplatte (101) eine über einen ersten Exzenterantrieb (5) betätigte Schubstange (6) und eine durch die Schubstange angetriebene weitere Schubstange (19) umfasst, welche an ihrem Betätigungsende mit der Fußplatte (101) gekoppelt ist.
  4. Gangbewegungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalantrieb einen zweiten Exzenterantrieb (7, 8, 9, 10, 11) für vertikalen Antrieb und einen an diese gekoppelten, zwischen einer horizontalen und einer geneigten Position schwenkbaren Balken (17) umfasst, wobei auf dem Balken (17) ein gleitend oder rollend gelagerter Führungsschlitten (13) angeordnet ist, an den das Betätigungsende der weiteren Schubstange (19) angekoppelt ist, und der Führungsschlitten (13) seinerseits über ein Gelenk mit dem hinteren Ende des hinteren Teilbereichs (14) der Fußplatte (101) verbunden ist.
  5. Gangbewegungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Exzenterantrieb für vertikalen Antrieb einen ersten Exzenterarm (9) und einen von diesem angetriebenen zweiten Exzenterarm (11) umfasst, wobei der zweite Exzenterarm (11) mit einer doppelt so hohen Winkelgeschwindigkeit wie der erste Exzenterarm (9) rotiert.
  6. Gangbewegungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende des vorderen Teilbereiches (15) der Fußplatte (101) zwei Rollen (171) aufweist, die auf einem horizontalen Abschnitt eines Rahmenteils (16) abrollen, wobei bei Bewegen des hinteren Teilbereiches (14) der Fußplatte (101) entlang des linear ansteigenden Abschnitts der vordere Teilbereich (15) der Fußplatte (10) mit dem hinteren Teilbereich (14) in einem Winkel zur Horizontalen bewegt wird und die Rollen (171) des vorderen Teilbereiches (15) vom horizontalen Abschnitt des Rahmenteils (16) abheben, während die Rollen (170) des hinteren Teilbereiches (15) die zwei Rampenbahnen (18) hochrollen.
  7. Gangbewegungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Horizontalantrieb und der Vertikalantrieb über einen gemeinsamen Motor (1) antreibbar sind.
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