專利名稱：下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練及肌肉骨骼損傷預(yù)防和康復(fù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
下肢肌肉骨骼損傷往往由于過度的娛體活動(dòng)導(dǎo)致。其中膝關(guān)節(jié)是最常見的受傷 部位，并以前十字交叉韌帶損傷最為普遍(Lauder et al. ， Am J Prev. Med. ，18 :118-128， 2000)。例如美國(guó)每年前十字交叉韌帶撕裂患者約在8至25萬(wàn)人，其中康復(fù)和治療帶來的 治療費(fèi)用近IO億美元(Griffin et al. Am J Sports Med. 34， 1512-32);尤其是在以下肢旋 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主的15至25歲的人群中，此類損傷的發(fā)生率為最高(Griffin etal. ， J Am Acad Orthop Surg. 8， 141-150， 2000)。由于下肢在矢狀面內(nèi)有足夠的運(yùn)動(dòng)自由度(如膝關(guān)節(jié)彎 曲/伸展，腳踝背屈/跖屈)，所以運(yùn)動(dòng)者通常不容易因矢狀面運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致肌肉骨骼損傷。 然而，在副軸(或稱離軸)上的運(yùn)動(dòng)中，例如膝關(guān)節(jié)外翻/內(nèi)翻(即內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn))、繞脛骨長(zhǎng) 軸的內(nèi)/外旋轉(zhuǎn)、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻/外翻及內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn)等，相應(yīng)的關(guān)節(jié)自由度有限，所以超負(fù)荷 或超運(yùn)動(dòng)范圍的下肢離軸運(yùn)動(dòng)通常是導(dǎo)致下肢肌肉骨骼和韌帶損傷的主要原因。例如前十 字交叉韌帶損傷就是此類下肢旋轉(zhuǎn)和外翻活動(dòng)運(yùn)動(dòng)中最常見的一類損傷。
因此，提高運(yùn)動(dòng)者下肢離軸運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)肌肉控制能力(例如，控制脛骨旋轉(zhuǎn)/膝關(guān) 節(jié)內(nèi)外翻)，從而減少/避免肌肉骨骼和韌帶損傷，顯得尤為重要。然而，現(xiàn)有的訓(xùn)練器械 (如橢圓機(jī)、跑步機(jī)、登梯機(jī))主要是針對(duì)下肢在矢狀面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)；在做下肢運(yùn)動(dòng)的 同時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)的局限性，使用者根本無法得到有針對(duì)性的在離軸方向上(如膝關(guān)節(jié)外 翻/內(nèi)翻、脛骨內(nèi)外旋轉(zhuǎn)、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻/外翻及內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn))的下肢控制訓(xùn)練。如果對(duì)于另 外一種單獨(dú)訓(xùn)練下肢離軸運(yùn)動(dòng)的方法和裝置(例如在坐姿下訓(xùn)練小腿旋轉(zhuǎn)或內(nèi)外翻)，由 于下肢在做此種單獨(dú)離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的同時(shí)，缺乏在矢狀面內(nèi)的相應(yīng)的功能性運(yùn)動(dòng)，所以其 訓(xùn)練可能不切實(shí)際或者效果很低。

發(fā)明內(nèi)容
所以，當(dāng)下肢進(jìn)行在矢狀面內(nèi)運(yùn)動(dòng)(步進(jìn)/跑步)的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)特定的下肢復(fù)合離 軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，對(duì)于預(yù)防下肢肌肉骨骼損傷和傷后康復(fù)顯得尤為重要。本發(fā)明所述的裝置和 訓(xùn)練方法就是針對(duì)此下肢復(fù)合訓(xùn)練理論而做出的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 根據(jù)本發(fā)明，提供了一種下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，用于安裝在矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè) 備的運(yùn)動(dòng)部分上以使運(yùn)動(dòng)者的下肢在所述矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備上進(jìn)行矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí) 進(jìn)行離軸運(yùn)動(dòng)，所述下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置包括基座、安裝在基座上的離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部、以 及由離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部支撐的腳容納部，所述離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部包括以下兩者中至少一個(gè)離 軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn)生離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn) 生離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。換言之，離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部可以只包括離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部，可以只包括離軸滑 動(dòng)產(chǎn)生部，也可以包括離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部?jī)烧摺?在此，離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部可以在運(yùn)動(dòng)者的作用下使腳容納部產(chǎn)生
4離軸運(yùn)動(dòng)，此時(shí)運(yùn)動(dòng)者的下肢主動(dòng)施力，離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部可以被動(dòng)跟隨其運(yùn)動(dòng)并且可以在 運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生特定的被動(dòng)阻力。離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部也可以通過電機(jī)等對(duì) 腳容納部主動(dòng)施加離軸運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，此時(shí)離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部主動(dòng)施力，運(yùn)動(dòng)者的下肢要根據(jù) 此力的變化作出特定的離軸運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地，離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部使腳容納部產(chǎn)生繞內(nèi)旋/外旋轉(zhuǎn)動(dòng)軸(PD軸，下面將詳細(xì) 解釋)的離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部使腳容納部產(chǎn)生沿垂直于矢狀面的方向 (即下肢側(cè)向滑動(dòng)方向或ML軸，下面將詳細(xì)解釋)的離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。還提供了一種下肢離 軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括提供下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)的矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備、安裝在所述矢狀面運(yùn) 動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備上的上述下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置、用于記錄運(yùn)動(dòng)者下肢運(yùn)動(dòng)信息的機(jī)械電子裝 置、和用于顯示所記錄的下肢運(yùn)動(dòng)信息的顯示器。 根據(jù)本發(fā)明的離軸訓(xùn)練裝置和系統(tǒng)旨在幫助提高使用者下肢離軸運(yùn)動(dòng)(包括小 腿的內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn)，內(nèi)翻/外翻，中間外側(cè)及前后方向上的滑動(dòng)，以及這些下肢運(yùn)動(dòng)的組合) 的神經(jīng)肌肉控制能力，從而降低下肢肌肉骨骼和韌帶損傷的發(fā)生率及幫助損傷后的康復(fù)。 比如，在實(shí)際上，由于坐姿下做單獨(dú)的脛骨旋轉(zhuǎn)或是額狀面內(nèi)翻/外翻抵抗阻力的運(yùn)動(dòng)，與 其下在矢狀面上功能性負(fù)重活動(dòng)沒有緊密聯(lián)系，所以訓(xùn)練效果很有限。因此，離軸訓(xùn)練結(jié)配 合下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)，是本發(fā)明中提出的重要的離軸訓(xùn)練方法理論。這種訓(xùn)練方法可以使訓(xùn) 練更加實(shí)際有效。在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明的離軸訓(xùn)練裝置和方法可以附加在各種提供矢狀 面運(yùn)動(dòng)的練習(xí)器械上(如橢圓機(jī)、登梯機(jī)、運(yùn)動(dòng)自行車和蹬腿機(jī)等)，從而簡(jiǎn)單方便地實(shí)現(xiàn) 所述復(fù)合的下肢離軸訓(xùn)練。


圖1A示出對(duì)人體基本軸與基本面的定義； 圖1B示出膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的局部坐標(biāo)系； 圖2A示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖2B示出結(jié)合了圖2A所示下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置的橢圓機(jī)； 圖3示出在圖2B所示橢圓機(jī)上訓(xùn)練時(shí)的組合運(yùn)動(dòng)機(jī)制； 圖4A示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖4B示出結(jié)合了圖4A所示下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置的橢圓機(jī)； 圖5A示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖5B示出通過旋鈕調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)阻力的圖5A所示訓(xùn)練裝置； 圖5C示出通過電機(jī)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)阻力的圖5A所示訓(xùn)練裝置； 圖5D示出改變彈簧組彈性系數(shù)的組合方法； 圖6A、6B和6C示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖7示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖8A、8B示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置； 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的帶有運(yùn)動(dòng)反饋的下肢離軸訓(xùn)練和評(píng)估系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
對(duì)人體基本軸與基本面的定義
由于本發(fā)明的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與人體肢體運(yùn)動(dòng)的自由度緊密相關(guān)，為了更清楚和準(zhǔn)確的
說明本發(fā)明的功能結(jié)構(gòu)，首先對(duì)人體的運(yùn)動(dòng)平面和膝踝關(guān)節(jié)的自由度作一界定。 軸和面是描述人體器官形態(tài)，尤其是敘述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的常用術(shù)語(yǔ)。對(duì)人體可定義
三個(gè)相互垂直的軸，即垂直軸(Z)、矢狀軸(Y)和額狀軸(X)。依據(jù)上述三個(gè)軸，對(duì)人體還
可定義相互垂直的三個(gè)面，即矢狀面Pl、額狀面P2和水平面P3。 根據(jù)人體解剖學(xué)，如圖1A，生理平面和X-Y-Z坐標(biāo)軸系統(tǒng)的定義如下。
人體基本面包括 (1)矢狀面P1指沿身體前后徑所作的與地面垂直的切面。其中，通過正中線的矢 狀面稱為正中面。正中線指沿身體前、后面所作的垂線，其將人體分為左、右相等的兩部分， 也稱為人體的前、后正中線。
(2)額狀面P2指沿身體左右徑所作的與地面垂直的切面，又稱為冠狀面。
(3)水平面P3指橫斷身體而與地面平行的切面，又稱為橫切面。
人體基本軸包括 (1)額狀軸橫貫身體、垂直通過矢狀面的軸，又稱為冠狀軸；并將由人體從左指 向右的水平軸定義為X軸方向。 (2)矢狀軸前、后貫穿身體、垂直通過額狀面的軸；并將由人體從后指向前的水 平軸定義為Y軸方向。 (3)垂直軸縱貫身體，垂直通過水平面的軸；并將由人體從下指向上的垂直軸定 義為Z軸方向。 為了更清楚的說明膝踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在圖1B中以右下肢為例定義膝關(guān)節(jié)運(yùn) 動(dòng)的局部坐標(biāo)系。其中01是右膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，02是右踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)軸心，03是右髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn) 動(dòng)軸心。
內(nèi)旋/外旋轉(zhuǎn)動(dòng)軸(PD軸)沿脛骨軸向方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，縱貫脛骨由踝關(guān)節(jié)指向膝
關(guān)節(jié)定義為正方向。小腿和腳沿此軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定義為下肢內(nèi)旋/外旋運(yùn)動(dòng)R3。
內(nèi)翻/外翻轉(zhuǎn)動(dòng)軸(AP軸)前、后貫穿膝關(guān)節(jié)，由后指向前定義為正方向。小腿
和腳沿此軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定義為下肢內(nèi)翻/外翻運(yùn)動(dòng)R2。下肢沿此軸的平移滑動(dòng)定義為下肢前后
滑動(dòng)S2。 屈曲/伸展轉(zhuǎn)動(dòng)軸與側(cè)向滑動(dòng)方向(ML軸)橫貫膝關(guān)節(jié)、垂直通過矢狀面的軸， 由腿內(nèi)側(cè)指向外側(cè)定義為正方向。小腿和腳沿此軸的轉(zhuǎn)動(dòng)定義為下肢屈曲/伸展運(yùn)動(dòng)Rl， 下肢沿此軸的平移滑動(dòng)定義為下肢側(cè)向滑動(dòng)Sl。
為方便描述，對(duì)說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)定義如下。 矢狀面運(yùn)動(dòng)在平行于矢狀面Pl的平面內(nèi)的下肢運(yùn)動(dòng)。包括僅沿平行于ML軸的 下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。例如下肢的屈曲和伸展。
離軸(或稱副軸)運(yùn)動(dòng)包括沿AP軸或PD軸的下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，以及沿AP軸或ML軸的下肢髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)平移滑動(dòng)。例如膝關(guān)節(jié)外翻/內(nèi) 翻、脛骨內(nèi)/外旋轉(zhuǎn)、踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻/外翻、踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋。
下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置 本發(fā)明提供了一系列復(fù)合式的下肢離軸運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)和側(cè)向滑動(dòng))訓(xùn)練裝置，其可 以安裝在多種僅提供下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練器械上以與其組合使用。這種下肢離軸訓(xùn)練裝置的關(guān)鍵功能是可以在下肢進(jìn)行矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，為運(yùn)動(dòng)者提供一個(gè)復(fù)合的離軸方向上 的下肢強(qiáng)化訓(xùn)練。此裝置可以與例如橢圓機(jī)、登梯機(jī)、跑步機(jī)、運(yùn)動(dòng)自行車和蹬腿機(jī)等的多 種訓(xùn)練器械組合使用。下面僅以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)制的橢圓機(jī)作為示例進(jìn)行說明。
第一實(shí)施例 圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置20，其能夠?qū)崿F(xiàn) 沿PD軸的離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)該第一實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置20取代橢圓機(jī)1000上傳統(tǒng)的踏板結(jié) 構(gòu)而安裝在橢圓機(jī)1000的運(yùn)動(dòng)部分1001上，通過結(jié)合橢圓機(jī)訓(xùn)練的旋轉(zhuǎn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在矢狀 面步進(jìn)/跑步運(yùn)動(dòng)過程中的小腿可控旋轉(zhuǎn)。該訓(xùn)練裝置20包括基座220，基座220安裝在 運(yùn)動(dòng)部分1001上。使用者兩腳分別站在左右兩個(gè)訓(xùn)練裝置20的腳板(或腳容納部)203 上。通過轉(zhuǎn)盤202，兩腳可在脛骨旋轉(zhuǎn)方向(沿PD軸212)上做離軸運(yùn)動(dòng)。使用者的鞋通過 鞋頭套204和內(nèi)外側(cè)鞋扣206被固定在腳板203上(也可采用類似滑雪板的固定裝置安在 轉(zhuǎn)盤上)。當(dāng)使用者將兩腳放在腳板203上后，鞋頭套204可以將使用者的鞋的頭部固定 住。然后，使用者通過旋轉(zhuǎn)四個(gè)旋鈕205使內(nèi)外側(cè)鞋扣206內(nèi)部的卡頭逐漸夾緊使用者的 鞋的兩側(cè)。這樣的結(jié)構(gòu)，使鞋既緊固在腳板203上，可跟隨轉(zhuǎn)盤202自由轉(zhuǎn)動(dòng)；而且可以在 需要時(shí)，使使用者很方便的脫離腳板203 (圖2A和圖2B)，避免下肢意外損傷。
左右轉(zhuǎn)盤既可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，也在由皮帶產(chǎn)生的摩擦力條件下轉(zhuǎn)動(dòng)(圖2A)。摩擦力 大小可以從沒有摩擦(轉(zhuǎn)盤的自由旋轉(zhuǎn))調(diào)節(jié)到足可以鎖死轉(zhuǎn)盤202的強(qiáng)度。轉(zhuǎn)盤鎖死的 情況對(duì)應(yīng)于常規(guī)的橢圓機(jī)的模式。如圖2A，使用者通過順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕200，帶動(dòng)內(nèi)部 的螺桿(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺母向后滑動(dòng)。由于螺母與皮帶201 —端固定在 一起，螺母的向后滑動(dòng)就將皮帶201向后張緊，皮帶201與轉(zhuǎn)盤202之間的摩擦力也隨之增 加。使用者如果逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕200，則皮帶201逐漸變松，皮帶201與轉(zhuǎn)盤202之間 的摩擦力也隨之減小。通過此皮帶張緊裝置，使用者可以通過旋鈕來調(diào)節(jié)皮帶201包裹轉(zhuǎn) 盤202外圍的松緊程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)離軸轉(zhuǎn)動(dòng)訓(xùn)練的阻力調(diào)節(jié)。另外，松開皮帶201后，腳 板203和轉(zhuǎn)盤202可以在沒有阻力的自由轉(zhuǎn)動(dòng)模式下工作。 在基座220上還設(shè)有限位突起207，用于在轉(zhuǎn)盤202旋轉(zhuǎn)到極限旋轉(zhuǎn)位置時(shí)與腳板 203下方的相應(yīng)限位裝置(未示出)接合，從而使腳板203停止進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，以確保運(yùn)動(dòng)者 的安全。 如圖2B所示，線纜210 —端連接在滑輪209圓心上，另一端與線性位置傳感器211 連接。當(dāng)滑輪209在斜軌208上移動(dòng)時(shí)，線纜210的長(zhǎng)度發(fā)生變化，線性位置傳感器211就 測(cè)量出此長(zhǎng)度變化，并由此可以得出對(duì)應(yīng)的橢圓運(yùn)動(dòng)周期。0%相當(dāng)于滑輪在傾斜軌道208 上的最高位置，一個(gè)整周期對(duì)應(yīng)一個(gè)步態(tài)周期。結(jié)合記錄下來的周期，測(cè)量得到的肌肉電信 號(hào)可以用來評(píng)估下肢特定肌肉活躍狀態(tài)。圖3示出結(jié)合橢圓機(jī)訓(xùn)練的旋轉(zhuǎn)機(jī)制，其中當(dāng)下 肢進(jìn)行矢狀面運(yùn)動(dòng)301 (步進(jìn)/跑步)的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)特定的下肢復(fù)合離軸運(yùn)動(dòng)300的訓(xùn)練。 研究人員可以觀察到哪些肌肉是在何種橢圓運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)階段被激活，并進(jìn)一步研究脛 骨旋轉(zhuǎn)/內(nèi)外翻運(yùn)動(dòng)(復(fù)合離軸運(yùn)動(dòng))、橢圓方向運(yùn)動(dòng)(矢狀面內(nèi)的下肢運(yùn)動(dòng))和滑道208 的坡度對(duì)下肢肌肉活動(dòng)的影響。
第二實(shí)施例 圖4A和4B示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置40。下肢離軸運(yùn)
7動(dòng)訓(xùn)練裝置40與前面實(shí)施例的區(qū)別在于，第一實(shí)施例中使用皮帶和調(diào)節(jié)旋鈕來實(shí)現(xiàn)阻力 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同，而第二實(shí)施例中使用可控離合器(如電磁離合器400)作為阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 如圖4A所示，一個(gè)電磁離合器400的定子固定在基板401上，該電磁離合器400的轉(zhuǎn)子與 腳板203固定在一起。根據(jù)電磁離合器的工作原理，加載在電磁離合器400上的電流與其 轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生的電磁阻力成正比，由此可以通過控制加載在電磁離合器400上的電 流來調(diào)節(jié)在腳板203上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。使用者可以通過提高電流，來提高加載在腳板203 上的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力；通過降低電流，來減小加載在腳板203上的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。如圖4B所示，電磁離 合器控制的訓(xùn)練裝置40同樣可以結(jié)合矢狀面下的橢圓運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行橢圓機(jī)上的旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練。
第三實(shí)施例 圖5A示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，該下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn) 練裝置與前面實(shí)施例的區(qū)別僅在于阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的不同。 如圖5A所示，腳板203和轉(zhuǎn)盤202的向外旋轉(zhuǎn)和向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的阻力分別受到一組彈 簧506、507的控制。以轉(zhuǎn)盤202向右旋轉(zhuǎn)(箭頭540所示方向)為例，彈簧組506的前固 定端504連接在線纜500的一端，線纜500的另一端連在轉(zhuǎn)盤202上的固定位置502 ;彈簧 組506的后固定端508通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接在轉(zhuǎn)盤202或電機(jī)510上。當(dāng)使用者的腳帶動(dòng)腳 板203和轉(zhuǎn)盤202向箭頭540所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線纜500將拉伸彈簧組506，使彈簧的伸長(zhǎng) 量增加；此時(shí)由于彈簧伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的力通過線纜500被施加在轉(zhuǎn)盤202上，其方向是阻礙 轉(zhuǎn)盤202向箭頭540所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。因此，當(dāng)使用者的腳試圖向箭頭540所示方向 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到一個(gè)由彈簧組506產(chǎn)生的離軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。同理，當(dāng)使用者的腳試圖向與箭頭 540所示相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到一個(gè)由彈簧組507產(chǎn)生的離軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。根據(jù)此結(jié)構(gòu)， 腳板203向內(nèi)旋轉(zhuǎn)及向外旋轉(zhuǎn)的阻力可分別調(diào)節(jié)。另外，松開線纜500和501后，腳板203 可以在沒有阻力的自由轉(zhuǎn)動(dòng)模式下工作。 彈簧組506和507所懸掛的彈數(shù)數(shù)量是可以選擇的。如圖5D，使用者可以懸掛一 根彈簧520，或兩根彈簧521，或是三根彈簧523，或者更多根彈簧。通過此方法，裝置可以構(gòu) 造具有不同彈性系數(shù)的彈簧組506和507。于是，在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳板就可以產(chǎn)生具有不同 阻力變化系數(shù)的離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 另外，如圖5B和5C，彈簧組506和507的初始張緊力可以通過旋鈕200或電機(jī)510 牽拉其后固定端508和509來實(shí)現(xiàn)。如圖5B，使用者通過順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕200，帶動(dòng)內(nèi)部一 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)螺母向后滑動(dòng)；螺母分別與彈簧組后固定端508和509固定在一 起，從而將其向后拉動(dòng)，彈簧組506和507的初始張緊力也隨之增加。使用者如果逆時(shí)針轉(zhuǎn) 動(dòng)旋鈕200，則彈簧組后固定端向讓彈簧松弛的方向移動(dòng)，彈簧組506和507的初始張緊力 也隨之減小。通過此彈簧組張緊裝置，使用者可以通過旋鈕來調(diào)節(jié)彈簧組的初始松緊程度， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)初始阻力的調(diào)節(jié)。如圖5C，旋鈕200的轉(zhuǎn)動(dòng)功能也可以由電機(jī)510所取代。固 定在底板的電機(jī)510帶動(dòng)內(nèi)部一螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)與上文所述相同的彈簧組拉伸機(jī)構(gòu)，從而
實(shí)現(xiàn)初始阻力的電動(dòng)調(diào)節(jié)。
第四實(shí)施例 圖6A、6B和6C示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，該下肢離軸 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置與前面實(shí)施例的區(qū)別在于阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)盤的不同。該訓(xùn)練裝置包括多個(gè) (圖中示出三個(gè))同心的具有不同直徑的轉(zhuǎn)盤。在此，該訓(xùn)練裝置也可以只包括一個(gè)直徑隨高度連續(xù)變化的截頭錐狀轉(zhuǎn)盤。 根據(jù)第四實(shí)施例，腳板203向內(nèi)旋轉(zhuǎn)及向外旋轉(zhuǎn)的阻力控制由單個(gè)彈簧的不同固 定位置來調(diào)節(jié)。如圖6A、6B、6C，以箭頭540所示方向的旋轉(zhuǎn)為例，線纜600的一端與彈簧 604相連，另一端選擇固定在具有不同直徑的轉(zhuǎn)盤620、630或640上。以圖6A為例，線纜 600的另一端固定在大直徑的轉(zhuǎn)盤620上的位置602處。當(dāng)使用者的腳帶動(dòng)腳板203和轉(zhuǎn) 盤620向箭頭540所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線纜600將拉伸彈簧604，使彈簧的伸長(zhǎng)量增加；此時(shí) 由于彈簧伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的力通過線纜600被施加在轉(zhuǎn)盤620上，其方向是阻礙轉(zhuǎn)盤向箭頭540 方向轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。同理，當(dāng)使用者的腳試圖向與箭頭540所示相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)感受到 一個(gè)由彈簧605產(chǎn)生的離軸轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，腳板203向內(nèi)旋轉(zhuǎn)及向外旋轉(zhuǎn)的阻力 可分別調(diào)節(jié)。另外，松開線纜600和601后，腳板203可以在沒有阻力的自由轉(zhuǎn)動(dòng)模式下工 作。 通過把線纜600的另一端與具有不同直徑的轉(zhuǎn)盤620、630或640相連，可以調(diào)節(jié) 作用在轉(zhuǎn)盤上的阻力變化系數(shù)或稱旋轉(zhuǎn)緊度。當(dāng)腳板203向箭頭540所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)某一角 度a時(shí)，大直徑轉(zhuǎn)盤620(如圖6A)較之小直徑轉(zhuǎn)盤640 (如圖6C)，會(huì)使彈簧604產(chǎn)生更大 的伸長(zhǎng)量，這也意味著彈簧將生成較大的旋轉(zhuǎn)阻力也即較高的旋轉(zhuǎn)緊度。因此，當(dāng)使用者需 要較大旋轉(zhuǎn)阻力作用于離軸訓(xùn)練時(shí)，可以將固定端602或603固定在大直徑轉(zhuǎn)盤620上；當(dāng) 使用者需要較小旋轉(zhuǎn)阻力作用于離軸訓(xùn)練時(shí)，可以將固定端602或603固定在小直徑轉(zhuǎn)盤 640上。 彈簧604和605的初始張緊力的調(diào)節(jié)可以通過與第三實(shí)施例(如圖5B和5C)相 同的牽拉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)旋鈕200或電機(jī)510可以通過如上文所述(如圖5B和5C)的相 同牽拉結(jié)構(gòu)和方法，來牽拉彈簧的后固定端606和607。
第五實(shí)施例 圖7示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，該下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練 裝置與前面實(shí)施例的區(qū)別在于阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的不同。腳板203向內(nèi)旋轉(zhuǎn)及向外旋轉(zhuǎn)阻力控 制通過調(diào)節(jié)彈簧前端的連接部位來實(shí)現(xiàn)。如圖7所示，彈簧702的一端與線纜706相連，其 另一端710可以有選擇地固定在轉(zhuǎn)盤202的不同張力調(diào)節(jié)點(diǎn)720上；線纜706的另一端通 過纜索導(dǎo)向器704后與調(diào)節(jié)端708相連。在另一轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，也設(shè)有由相似的彈簧701、纜 索導(dǎo)向器703、線纜705、調(diào)節(jié)端707構(gòu)成的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 當(dāng)使用者需要調(diào)節(jié)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻力變化時(shí)，可以將固定端710調(diào)節(jié)到一個(gè)位置 720處，并將固定端709也調(diào)節(jié)到另一個(gè)位置720處。這樣在轉(zhuǎn)盤202轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，兩根彈 簧701和702會(huì)產(chǎn)生不同的伸長(zhǎng)量。其中纜索導(dǎo)向器704和703的作用是在轉(zhuǎn)盤202轉(zhuǎn)動(dòng) 和彈簧伸縮過程中，可以始終限制線纜706和705的滑動(dòng)位置。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，腳板203向內(nèi) 旋轉(zhuǎn)及向外旋轉(zhuǎn)的阻力可分別調(diào)節(jié)。另外，松開線纜705和706后，腳板203可以在沒有阻 力的自由轉(zhuǎn)動(dòng)模式下工作。
第六實(shí)施例 圖8A和8B示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)沿 ML軸的離軸側(cè)向滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 該下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置通過基座900安裝在橢圓機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分上，同樣通過結(jié) 合橢圓機(jī)訓(xùn)練的旋轉(zhuǎn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在矢狀面步進(jìn)/跑步運(yùn)動(dòng)過程中的下肢側(cè)向滑動(dòng)。
在該下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置中，用于實(shí)現(xiàn)離軸側(cè)向滑動(dòng)的主要結(jié)構(gòu)包括直線滑 動(dòng)機(jī)構(gòu)(滑動(dòng)軌道905、909，滑動(dòng)塊906、908)、彈簧組903、904和張力調(diào)節(jié)固定板901、902。 如圖8A和8B，腳板203與滑動(dòng)板907固定在一起；滑動(dòng)板907前后分別與直線滑動(dòng)機(jī)構(gòu)中 的滑動(dòng)塊908 (前面)和906 (后面)固定在一起。兩滑動(dòng)塊可以分別在滑動(dòng)軌道905和909 中沿箭頭910所示方向(ML軸方向)側(cè)向滑動(dòng)。滑動(dòng)軌道905和909分別固定在基座900 的前后端。彈簧組903和904的一端分別連接在滑動(dòng)板907兩側(cè)，另一端分別連接在張力 調(diào)節(jié)固定板901和902上。張力調(diào)節(jié)固定板901和902都固定在基座900上，但其固定位 置可以調(diào)整。通過調(diào)整張力調(diào)節(jié)固定板在側(cè)向上的不同位置，可以調(diào)整彈簧組的初始長(zhǎng)度。
由于彈簧組分別固定在滑動(dòng)板907兩側(cè)，所以它們可以分別對(duì)滑動(dòng)板施加一個(gè)沿 ML軸的側(cè)向滑動(dòng)的力。當(dāng)使用者的腳產(chǎn)生一個(gè)離軸側(cè)向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于彈簧伸長(zhǎng)量發(fā) 生變化，他/她會(huì)感受到來自腳板203的彈簧力。通過分別將張力調(diào)節(jié)固定板901和902 固定在不同的位置，可以對(duì)腳板203產(chǎn)生在左右兩側(cè)不對(duì)稱的側(cè)向滑動(dòng)力。
在實(shí)際使用中，也可以只安裝一側(cè)的彈簧組904。在這種情況下，調(diào)節(jié)相應(yīng)張力調(diào) 節(jié)固定板的位置，可以對(duì)腳板203產(chǎn)生在左右兩側(cè)對(duì)稱的側(cè)向滑動(dòng)力。當(dāng)不安裝任何彈簧 組時(shí)，腳板可以在沒有側(cè)向滑動(dòng)阻力的情況下運(yùn)動(dòng)。 彈簧組903和904所懸掛的彈簧數(shù)量是可以選擇的。如圖5D，使用者可以懸掛一 根彈簧520，或兩根彈簧521，或是三根彈簧523，或者更多根彈簧。通過此方法，裝置可以構(gòu) 造具有不同彈性系數(shù)的彈簧組903和904。于是在腳板側(cè)向滑動(dòng)時(shí)，腳板就可以產(chǎn)生具有不 同阻力變化系數(shù)的滑動(dòng)。 另外，在前面各實(shí)施例中用于控制腳板內(nèi)外旋轉(zhuǎn)剛性的裝置都可以用來控制腳板 內(nèi)外側(cè)方向的滑動(dòng)緊度。例如腳板內(nèi)側(cè)和外側(cè)方向的滑動(dòng)緊度能夠通過安置在腳板內(nèi)外側(cè) 的彈簧來控制和調(diào)整。兩側(cè)的彈簧可以對(duì)稱或不對(duì)稱，這取決于在訓(xùn)練中所需的訓(xùn)練方向。
根據(jù)本發(fā)明，可以在上述各實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和組合。例如，可以提供 一種組合進(jìn)行沿PD軸的離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿ML軸的離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練裝置，可以通過在 基座上設(shè)置側(cè)向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，然后在側(cè)向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)置旋轉(zhuǎn)基座，并在旋轉(zhuǎn)基座上設(shè)置旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(如轉(zhuǎn)盤或電磁離合器)。當(dāng)然，也可以先設(shè)置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，再在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)置側(cè)向 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，在使用彈簧的上述各實(shí)施例中都是利用彈簧拉伸的作用來產(chǎn)生阻力，但也 可以使用壓縮彈簧以利用壓縮力來產(chǎn)生阻力。例如，在使用彈簧的上述各實(shí)施例中可以用 所產(chǎn)生阻力與速度成比例的阻尼器來代替所產(chǎn)生阻力與位移成比例的彈簧，也能產(chǎn)生相似 的效果。也可以將彈簧和阻尼器疊加并排使用。又例如，也可以利用電機(jī)來主動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)或滑動(dòng)機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生各種離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)包括模擬彈簧和阻尼器特性，以 更好地控制訓(xùn)練效果。 下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置的使用方法 由于下肢關(guān)節(jié)在矢狀面內(nèi)有足夠的運(yùn)動(dòng)自由度(如膝關(guān)節(jié)彎曲/伸展，腳踝背屈 /跖屈)，通常不容易因矢狀面運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致肌肉骨骼損傷。然而，在副軸(或稱離軸)上的 運(yùn)動(dòng)(如膝關(guān)節(jié)外翻/內(nèi)翻，即內(nèi)轉(zhuǎn)/外轉(zhuǎn)，脛骨旋轉(zhuǎn)，踝關(guān)節(jié)內(nèi)翻/外翻)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范 圍有限；超負(fù)荷或超運(yùn)動(dòng)范圍的離軸運(yùn)動(dòng)，則容易導(dǎo)致肌肉骨骼損傷。因此提高離軸運(yùn)動(dòng)的 神經(jīng)肌肉控制(例如，控制脛骨旋轉(zhuǎn)/膝關(guān)節(jié)外翻)，以減少/避免肌肉骨骼受傷顯得尤為 重要。
訓(xùn)練過程中，使用者在橢圓步進(jìn)/跑步運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，雙腳分別站立在根據(jù)本發(fā)明 的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置上。離軸運(yùn)動(dòng)的阻力可以根據(jù)訓(xùn)練的模式和個(gè)人的需要進(jìn)行調(diào) 節(jié)。 第一種使用方法離軸運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng))功能被鎖住(轉(zhuǎn)動(dòng)阻力無窮大)。 此模式下的運(yùn)動(dòng)等同于傳統(tǒng)意義上的橢圓跑步機(jī)訓(xùn)練。使用者下肢只參與在矢狀面內(nèi)的運(yùn) 動(dòng)，并不能得到所述強(qiáng)化的離軸訓(xùn)練功能。此種使用方法，僅用于運(yùn)動(dòng)開始時(shí)的熱身和結(jié)束 時(shí)的放松。 第二種使用方法在旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)阻力的輔助下，保持下肢在離軸運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn) 或側(cè)向滑動(dòng))方向上的穩(wěn)定性。離軸訓(xùn)練裝置可以在某一選定的阻力條件下旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑 動(dòng)。在此種運(yùn)動(dòng)條件下，使用者在進(jìn)行矢狀面內(nèi)的橢圓跑步運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，下肢還可以在相應(yīng) 離軸方向上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)。因此，使用者需要對(duì)自身下肢在離軸方向上的擺動(dòng)(擾 動(dòng))加以控制，控制其腳板203在相應(yīng)離軸方向上的穩(wěn)定性，否則其下肢在矢狀面內(nèi)運(yùn)動(dòng)將 無法正常完成或受到影響。所選定的旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)阻力將輔助下肢的穩(wěn)定，減少在離軸 方向上的擺動(dòng)(擾動(dòng))。因此，當(dāng)此阻力向小調(diào)節(jié)時(shí)，下肢離軸訓(xùn)練難度提高，系統(tǒng)對(duì)下肢在 離軸方向上的強(qiáng)化訓(xùn)練難度也相對(duì)提高。 第三種使用方法在無阻力的旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)條件下，保持下肢在離軸方向上的
穩(wěn)定性。離軸訓(xùn)練裝置可以旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)在無阻力條件下。在此種運(yùn)動(dòng)條件下，使用者在
進(jìn)行矢狀面內(nèi)的橢圓跑步運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，下肢還可以在離軸方向上作自由旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)。
因此，使用者需要對(duì)自身下肢在離軸方向上的擺動(dòng)(擾動(dòng))加以更高要求的控制，控制其腳
板203在相應(yīng)離軸方向上的穩(wěn)定性，否則其下肢在矢狀面內(nèi)運(yùn)動(dòng)將無法正常完成或受到影
響。較之第二種使用方法，這種訓(xùn)練凡方法對(duì)使用者的下肢訓(xùn)練的強(qiáng)度要求更高。
第四種使用方法克服不對(duì)稱(偏心)的旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)力，保持下肢在相應(yīng)離
軸方向上的穩(wěn)定性。離軸訓(xùn)練裝置可以產(chǎn)生一個(gè)不對(duì)稱(偏心)的旋轉(zhuǎn)或側(cè)向滑動(dòng)力。例
如，離軸訓(xùn)練裝置產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的力，如果使用者下肢不對(duì)抗此力，離軸訓(xùn)練裝置將向
內(nèi)扭轉(zhuǎn)下肢，從而影響正常的下肢在矢狀面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。所以，在這種運(yùn)動(dòng)條件下，使用者被
要求向外旋轉(zhuǎn)下肢，克服向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的力，將下肢依然保持在正確的穩(wěn)定位置。 比較已有在坐姿下提供下肢離軸訓(xùn)練的裝置，此裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)在于，在左右側(cè)
下肢及雙腳之間有在矢狀面內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，使用者下肢進(jìn)行附加的離軸運(yùn)動(dòng)。在此，
兩側(cè)下肢及雙腳的矢狀面運(yùn)動(dòng)可以是相互關(guān)聯(lián)的(如橢圓機(jī)上的運(yùn)動(dòng))，也可以是相對(duì)獨(dú)立的。
下肢離tt運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)的飽成和功能: 在根據(jù)本發(fā)明的離軸訓(xùn)練裝置的基礎(chǔ)上，還提出一個(gè)帶有運(yùn)動(dòng)反饋的下肢離軸訓(xùn) 練和評(píng)估系統(tǒng)。如圖9所示，此系統(tǒng)包括可以提供下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的平臺(tái)1000和附 加的離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置805 ;用于記錄使用者下肢運(yùn)動(dòng)信息的機(jī)械電子裝置；和用來顯示 下肢運(yùn)動(dòng)信息的顯示器803。其中，機(jī)械電子裝置可以包括攝像頭802，也可以包括記錄使 用者下肢運(yùn)動(dòng)信息的其他機(jī)械電子裝置，例如力矩傳感器或電機(jī)編碼器等等。
當(dāng)使用者做下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，需要對(duì)離軸方向上的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。腳板203 的位置信息可以由附加的位置傳感器800測(cè)量，同時(shí)使用者的下肢運(yùn)動(dòng)姿態(tài)也被攝像頭 802記錄下來。這些實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)反饋數(shù)據(jù)通過顯示器803顯示在屏幕上。使用者在做下肢離軸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，可以通過顯示器803看到自己下肢的姿態(tài)和腳轉(zhuǎn)動(dòng)804的反饋信息。此 下肢姿態(tài)反饋信息有助于使用者在運(yùn)動(dòng)過程中檢查自身下肢的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，適當(dāng)調(diào)整下肢運(yùn) 動(dòng)，糾正不正確的動(dòng)作。如果需要反饋更精確的小腿旋轉(zhuǎn)和內(nèi)外翻的角度和側(cè)向移動(dòng)信息， 則需要在小腿上佩戴一個(gè)膝關(guān)節(jié)三維角度傳感器801來測(cè)量膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)信息。
通過該系統(tǒng)可以有選擇性地強(qiáng)化訓(xùn)練下肢特定肌肉群。 胭繩肌群和腓腸肌是與膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的肌肉群。在控制脛骨沿PD軸內(nèi)外旋轉(zhuǎn) 和沿AP軸的內(nèi)外翻轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)中，它們發(fā)揮著主要作用。因此，在復(fù)合有離軸旋轉(zhuǎn)-滑動(dòng)的 矢狀面訓(xùn)練中，所發(fā)明的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置主要是對(duì)這兩個(gè)肌群起強(qiáng)化訓(xùn)練作用，這 也是現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置所欠缺的訓(xùn)練功能。舉例來說，胭繩肌群中的股二頭肌和內(nèi)側(cè)腓腸 肌對(duì)脛骨沿PD軸向外旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)起著主要作用。如果訓(xùn)練前使用者被診斷出需要加強(qiáng)其脛 骨沿PD軸向外轉(zhuǎn)的下肢控制，則離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置將會(huì)生成能夠強(qiáng)化這些肌肉的特定訓(xùn) 練模式；另一方面，通過離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置加強(qiáng)胭繩肌群中的半腱肌和外側(cè)腓腸肌的訓(xùn)練 是為了增強(qiáng)使用者對(duì)脛骨沿PD軸內(nèi)轉(zhuǎn)的控制。另外，為了提高使用者對(duì)下肢離軸控制的準(zhǔn) 確性，離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置可以強(qiáng)化主縮肌和拮抗肌的使用。在這種需求下，胭繩肌群中的股 二頭肌和內(nèi)側(cè)腓腸肌，以及半腱肌和外側(cè)腓腸肌都需要通過所述離軸訓(xùn)練裝置進(jìn)行離軸強(qiáng) 化訓(xùn)練，只是在選擇內(nèi)外側(cè)訓(xùn)練的模式和程度上有所不同。負(fù)責(zé)髖關(guān)節(jié)外翻和旋轉(zhuǎn)的肌肉 群(例如臀大肌和臀中肌) 一方面控制著髖關(guān)節(jié)的自由運(yùn)動(dòng)，另一方面又在穩(wěn)定整個(gè)膝關(guān) 節(jié)在旋轉(zhuǎn)和內(nèi)外翻運(yùn)動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。因此，為了改善下肢包括膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性， 復(fù)合有矢狀面運(yùn)動(dòng)的離軸訓(xùn)練裝置可以用于對(duì)這些臀部肌肉群的訓(xùn)練。在如上所述的訓(xùn)練 策略中，使用者可以通過實(shí)時(shí)生物反饋信息804來矯正自身下肢的運(yùn)動(dòng)，如圖9。根據(jù)實(shí)際 需要，可以利用肌肉信號(hào)記錄設(shè)備記錄下使用者下肢的實(shí)時(shí)肌肉活動(dòng)情況，并將肌肉活動(dòng) 信息反饋給使用者，讓其知道是否使用了正確的肌肉來控制下肢離軸運(yùn)動(dòng)。
訓(xùn)練之前的評(píng)估和診斷對(duì)于訓(xùn)練模式和難度的選擇有很好的指導(dǎo)作用。使用者對(duì) 小腿離軸運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)/內(nèi)外翻)的控制能力和膝關(guān)節(jié)的幾何生理結(jié)構(gòu)，這些訓(xùn)前評(píng)估結(jié)果 都對(duì)離軸訓(xùn)練的選擇有著很重要的指導(dǎo)意義。 離軸訓(xùn)練裝置的旋轉(zhuǎn)阻力可以根據(jù)訓(xùn)練之前的評(píng)估/診斷和特定的訓(xùn)練方向作 出相應(yīng)地改變。例如，如果受試者小腿向外旋轉(zhuǎn)的能力較弱(如高度松弛/不穩(wěn)定、肌肉無 力、本體感受不敏感和/或反應(yīng)慢)，那么在旋轉(zhuǎn)/滑動(dòng)橢圓機(jī)上的離軸訓(xùn)練則會(huì)強(qiáng)調(diào)小腿 外旋轉(zhuǎn)的訓(xùn)練。根據(jù)這種需要，所發(fā)明的離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置可以提供兩種特殊的外旋訓(xùn)練 模式。(1)減小離軸裝置在外旋方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，使用者被要求在做矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)， 要努力保持下肢在外旋方向上的穩(wěn)定性，即使此時(shí)離軸裝置由于小的阻力而很容易造成下 肢外旋擾動(dòng)。(2)增加離軸裝置在內(nèi)旋方向上的偏心阻力，使用者被要求在做矢狀面運(yùn)動(dòng)的 同時(shí)，要努力對(duì)抗此向內(nèi)旋轉(zhuǎn)的偏心阻力，努力將下肢外旋到所要求的正確位置。另外，可 以相應(yīng)延長(zhǎng)小腿外旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練時(shí)間。 總之，在復(fù)合有離軸運(yùn)動(dòng)的矢狀面的運(yùn)動(dòng)(如橢圓運(yùn)動(dòng))中，離軸訓(xùn)練裝置的訓(xùn) 練難度從易開始設(shè)置，在確保使用者可以承受的程度內(nèi)，可以盡可能大的提高訓(xùn)練難度， 從而激勵(lì)使用者最大程度地參與到離軸訓(xùn)練中。出于運(yùn)動(dòng)安全的考慮，需要時(shí)可采用簡(jiǎn)易 肩-胸安全帶加強(qiáng)使用者在運(yùn)動(dòng)中的安全。
1權(quán)利要求
一種下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，用于安裝在矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部分上以使運(yùn)動(dòng)者的下肢在所述矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備上進(jìn)行矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行離軸運(yùn)動(dòng)，所述下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置包括基座、安裝在基座上的離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部、以及由離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部支撐的腳容納部，所述離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部包括以下兩者中至少一個(gè)離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn)生離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn)生離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部包括電磁宦A哭 問n琉o
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部包括可旋 轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部還包括調(diào) 節(jié)所述轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)所受阻力的阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與所述 轉(zhuǎn)盤摩擦接合的皮帶和用于調(diào)節(jié)皮帶張力的調(diào)節(jié)裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在 所述轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的第一和第二彈簧組以及用于將第一和第二彈簧組分別連接至所述轉(zhuǎn)盤的 線纜。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在 所述轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的第一和第二彈簧以及用于將第一和第二彈簧分別連接至所述轉(zhuǎn)盤的線纜。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別連 接到所述轉(zhuǎn)盤兩側(cè)的第一和第二彈簧。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述第一和第二彈簧分別連接 到所述轉(zhuǎn)盤上的多個(gè)位置之一 。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中通過電機(jī)或旋鈕 調(diào)節(jié)彈簧的初始張力。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述轉(zhuǎn)盤包括不同直徑的 多個(gè)同心部分，所述阻力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的線纜連接至所述多個(gè)同心部分中所選的一個(gè)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部包括可 相對(duì)滑動(dòng)接合的滑動(dòng)塊和滑軌。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部還包括 調(diào)節(jié)進(jìn)行所述離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)所述腳容納部所受阻力的阻力調(diào)節(jié)裝置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述阻力調(diào)節(jié)裝置包括彈簧 或者阻尼器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1-9、 12-14中任一項(xiàng)所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，其中所述離軸 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部和所述離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部中所述至少一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或離 軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
16. —種下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括提供下肢矢狀面運(yùn)動(dòng)的矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備、安 裝在所述矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備上的根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練 裝置、用于記錄運(yùn)動(dòng)者下肢運(yùn)動(dòng)信息的機(jī)械電子裝置、和用于顯示所記錄的下肢運(yùn)動(dòng)信息的顯示器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種下肢離軸運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置，用于安裝在矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備的運(yùn)動(dòng)部分上以使運(yùn)動(dòng)者的下肢在該矢狀面運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練設(shè)備上進(jìn)行矢狀面運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行離軸運(yùn)動(dòng)，該訓(xùn)練裝置包括基座、安裝在基座上的離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部、以及由離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部支撐的腳容納部。該離軸運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生部包括以下兩者中至少一個(gè)離軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn)生離軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；和離軸滑動(dòng)產(chǎn)生部，用于使腳容納部產(chǎn)生離軸滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)。還提供了一種包括該訓(xùn)練裝置的反饋訓(xùn)練系統(tǒng)。在使用者進(jìn)行矢狀面內(nèi)的下肢運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，本發(fā)明能提供在離軸方向上的下肢復(fù)合運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。通過此獨(dú)特的訓(xùn)練可以更有效的改善使用者下肢的離軸控制能力，減少下肢損傷和指導(dǎo)傷后康復(fù)。
文檔編號(hào)A63B23/08GK101766889SQ200910263709
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者任宇鵬, 張立群 申請(qǐng)人:雷哈博泰克有限責(zé)任公司