本發(fā)明屬于訓(xùn)練裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到用于提高人體前庭器官耐受力的裝置，具體為單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器。

背景技術(shù)：

人們?cè)谟龅娇臻g復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，常常容易發(fā)生眩暈，特別是飛行員在飛行中容易發(fā)生飛行錯(cuò)覺(jué)，引發(fā)事故。空間運(yùn)動(dòng)病威脅到了人們的健康和飛行人員的安全。滾輪訓(xùn)練是提高前庭功能穩(wěn)定性，預(yù)防空間運(yùn)動(dòng)病和飛行錯(cuò)覺(jué)的有效措施之一，目前飛行人員主要使用的旋轉(zhuǎn)椅只能在一個(gè)軸向上旋轉(zhuǎn)，無(wú)法模擬多軸向復(fù)合空間運(yùn)動(dòng)對(duì)人體的影響，效果不全面；而現(xiàn)有的三維滾環(huán)雖然能夠進(jìn)行三個(gè)軸向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是無(wú)法控制訓(xùn)練人員的具體訓(xùn)練強(qiáng)度和軌跡，影響了訓(xùn)練效果，也無(wú)法模擬特定的訓(xùn)練項(xiàng)目。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特提供一種單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器，通過(guò)三維空間轉(zhuǎn)軸位置調(diào)節(jié)可以控制軌跡和訓(xùn)練強(qiáng)度，提高訓(xùn)練效果，了解不同軌跡和狀態(tài)對(duì)人體前庭定向能力的影響，從而有助于提高人體前庭器官穩(wěn)定性。

在球面4R空間機(jī)構(gòu)中，斷開(kāi)末端桿變?yōu)榭臻g開(kāi)鏈，4個(gè)運(yùn)動(dòng)副均為自由度為1，則第i個(gè)運(yùn)動(dòng)副自由度之和且屬于公共約束存在的情況之一，固有m＝3。機(jī)構(gòu)中不存在消極自由度和局部自由度，固有f_p＝f_i＝0。因此球面4R機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算結(jié)果為：

計(jì)算出了球面4R機(jī)構(gòu)的自由度為1,故調(diào)節(jié)到不同的三維空間轉(zhuǎn)軸位置就會(huì)有不同的軌跡，切此時(shí)的軌跡是固定的。

基于上述球面4R機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算結(jié)果，本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器，包括底座、固定設(shè)置于底座上的圓環(huán)支架、樞轉(zhuǎn)鉸接于底座上的第一搖桿以及樞轉(zhuǎn)鉸接于圓環(huán)支架上的第二搖桿和連接于第一搖桿與第二搖桿間的座椅，所述座椅上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)座椅轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述圓環(huán)支架上設(shè)置有呈中心對(duì)稱且具有共同圓心的兩條圓弧形第一滑槽，所述第一滑槽上設(shè)置有沿第一滑槽滑動(dòng)調(diào)節(jié)后固定在圓環(huán)支架上的第一滑軌，所述第一搖桿可樞轉(zhuǎn)的連接在所述第一滑軌上，所述第二搖桿上設(shè)置有圓弧形第二滑槽，所述第二滑槽上設(shè)置有沿第二滑槽滑動(dòng)調(diào)節(jié)后固定在第二搖桿上的第二滑軌，所述座椅的第一端軸與所述第二滑軌轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，第二端軸與座椅箱體可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接并與所述第一搖桿固定連接；所述第一搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O₃、第二搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O₁與所述座椅的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O₂相交于同一點(diǎn)O。

在使用時(shí)，人坐于座椅上，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置工作，座椅繞兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2旋轉(zhuǎn)，人體于座椅的整體重心發(fā)生變動(dòng)，對(duì)第二搖桿產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力從而使得第二搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由于座椅兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定在第一搖桿與第二搖桿間，座椅兩端的整體位置固定不變，第二搖桿一轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生位置變化時(shí)形成對(duì)第一搖桿的驅(qū)動(dòng)力，第一搖桿也跟著繞軸線O3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)座椅與人體發(fā)生空間位置變化，隨著驅(qū)動(dòng)裝置不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)座椅，人體與座椅的整體重心不斷的發(fā)生變化，第一搖桿和第二搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也在不斷的發(fā)生變化，進(jìn)而使得座椅上的人體空間位置不斷的在變化，形成一個(gè)空間變換運(yùn)動(dòng)，如此可以觀察和訓(xùn)練人在不同空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的感受表情和適應(yīng)能力，如果在空間某要停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)候可以控制驅(qū)動(dòng)裝置停止工作，座椅就將在平衡位置停止運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整滑軌在滑槽上的位置后在固定在搖桿上，可以實(shí)現(xiàn)第二搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O₁與所述座椅的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O₂空間位置的調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)整人和座椅在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡線，達(dá)到不同的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)訓(xùn)練。第一搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O₃、第二搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O₁與座椅的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O₂相交于同一點(diǎn)O，可以保證座椅空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生干涉鎖止。

進(jìn)一步的，所述底座具有前后兩個(gè)立柱和左右兩個(gè)立柱，所述圓環(huán)支架固定連接在所述左右兩個(gè)立柱上，所述第一搖桿樞轉(zhuǎn)的連接在前后兩個(gè)立柱上。

進(jìn)一步的，所述前后立柱上設(shè)置有軸孔，所述第一搖臂的兩端設(shè)置有與所述軸孔配合的轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)軸與所述軸孔配合實(shí)現(xiàn)所述第一搖臂與所述底座樞轉(zhuǎn)的連接。

進(jìn)一步的，所述第一搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O3與第二搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O1互相垂直。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)裝置為電機(jī)，電機(jī)軸與第一搖桿齒形傳動(dòng)連接。

進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)裝置為腳踏齒輪結(jié)構(gòu)，所述腳踏齒輪結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述第一搖桿和所述第二搖桿均為圓弧形。

進(jìn)一步的，第一滑槽與所述第二滑槽的滑動(dòng)面均位于以O(shè)點(diǎn)為球心的球面上。

進(jìn)一步的，所述座椅具有連接所述座椅兩轉(zhuǎn)動(dòng)端部的靠背，所述靠背與所述座椅的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2存在至少10cm的距離。

本發(fā)明方案的有益效果：飛行員、航天員利用轉(zhuǎn)椅進(jìn)行前庭功能適應(yīng)空間多維運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練來(lái)適應(yīng)空間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了利用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動(dòng)的控制；同時(shí)通過(guò)控制座椅與人體的整體重心位置的轉(zhuǎn)動(dòng)變換的驅(qū)動(dòng)裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同軌跡的空間運(yùn)動(dòng)，可以有效的模擬各種空間運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，訓(xùn)練效果明顯。同時(shí)本發(fā)明也可以用于民用健身，能夠有效的提高易發(fā)暈動(dòng)病患者對(duì)空間運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本發(fā)明單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器的立體狀態(tài)位置圖一；

圖2是本發(fā)明單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器的立體狀態(tài)位置圖二；

圖3是本發(fā)明單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器的腳踏齒輪結(jié)構(gòu)的主視圖

圖4是圖3的A-A剖視圖

圖中標(biāo)識(shí)與名稱對(duì)應(yīng)關(guān)系為：100底座，110作用立柱，120前后立柱，121軸孔，200環(huán)形支架，210第一滑槽，220凸起，230第一滑軌，300第一搖桿，310轉(zhuǎn)軸一，400第二搖桿，410第二滑槽，420第二滑軌，430轉(zhuǎn)軸二，500座椅，501第一端軸，502第二端軸，503座椅箱體，510驅(qū)動(dòng)裝置，511腳踏板，512踏板臂，513踏板軸，514軸承一，515軸承二，516第一錐齒輪，517第二錐齒輪，520靠背。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

下面參照?qǐng)D1至2對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。

如圖1所示，單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空間運(yùn)動(dòng)人體前庭訓(xùn)練器，包括底座100、固定設(shè)置于底座上的圓環(huán)支架200、樞轉(zhuǎn)鉸接于底座上的第一搖桿300以及樞轉(zhuǎn)鉸接于圓環(huán)支架上的第二搖桿400和連接于第一搖桿300與第二搖桿400間的座椅500，座椅500上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)座椅轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置510，圓環(huán)支架200上設(shè)置有呈中心對(duì)稱且具有共同圓心的兩條圓弧形第一滑槽210，第一滑槽210上設(shè)置有沿第一滑槽210滑動(dòng)后固定在圓環(huán)支架200上的第一滑軌230，第一搖桿300通過(guò)轉(zhuǎn)軸一310可樞轉(zhuǎn)的連接在第一滑軌230上，第二搖桿400上設(shè)置有圓弧形第二滑槽410，第二滑槽410上設(shè)置有沿第二滑槽滑410動(dòng)后固定在第二搖桿400上的第二滑軌420，座椅500的第一端軸501與第二滑軌420轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，第二端軸502與座椅箱體503可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接并與第一搖桿300固定連接；第一搖桿300樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O3、第二搖桿400樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O1與座椅500的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2相交于同一點(diǎn)O。

在使用時(shí)，人坐于座椅500上，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置510工作，座椅500繞兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2旋轉(zhuǎn)，即按W1向轉(zhuǎn)動(dòng)，人體與座椅500的整體重心發(fā)生變動(dòng)，對(duì)第二搖桿400產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力從而使得第二搖桿400轉(zhuǎn)動(dòng)，即按W2向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于座椅500兩端分別可轉(zhuǎn)動(dòng)的固定在第一搖桿300與第二搖桿400間，座椅500兩端的整體位置距離固定不變，第二搖桿400一轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生位置變化時(shí)形成對(duì)第一搖桿300的驅(qū)動(dòng)力，第一搖桿300也跟著繞軸線O3轉(zhuǎn)動(dòng)，即按W3向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)座椅500與人體發(fā)生空間位置變化，從圖1的狀態(tài)運(yùn)動(dòng)變化到圖2的狀態(tài)，隨著驅(qū)動(dòng)裝置510不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)座椅500，人體與座椅500的整體重心不斷的發(fā)生變化，第一搖桿300和第二搖桿400的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也在不斷的發(fā)生變化，進(jìn)而使得座椅上的人體空間位置不斷的在變化，形成一個(gè)空間變換運(yùn)動(dòng)，如此可以觀察和訓(xùn)練人在不同空間運(yùn)動(dòng)軌跡線過(guò)程中的感受表情和適應(yīng)能力，如果在空間某個(gè)位置要停止運(yùn)動(dòng)的時(shí)候可以控制驅(qū)動(dòng)裝置510停止工作，座椅500就將在達(dá)到力平衡位置處停止運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)整滑軌在滑槽上的位置后在固定在搖桿上，可以實(shí)現(xiàn)第二搖桿400樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O1與座椅500的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2空間位置的調(diào)節(jié)，進(jìn)而可以調(diào)整人和座椅500在空間運(yùn)動(dòng)的軌跡線，達(dá)到不同的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)訓(xùn)練。第一搖桿300樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O3、第二搖桿400樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O1與座椅500的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2相交于同一點(diǎn)O，可以保證座椅500空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不發(fā)生干涉鎖止。

如圖1所示，底座具有前后兩個(gè)立柱120和左右兩個(gè)立柱110，圓環(huán)支架200通過(guò)設(shè)置凸起220固定連接在左右兩個(gè)立柱110上，第一搖桿300樞轉(zhuǎn)的連接在前后兩個(gè)立柱120上。樞轉(zhuǎn)的連接是指徑向位置固定，周向轉(zhuǎn)動(dòng)的連接關(guān)系，例如軸和軸孔配合轉(zhuǎn)動(dòng)，軸和軸承固定連接，軸在軸承上轉(zhuǎn)動(dòng)，具體實(shí)施過(guò)程中，軸孔和軸的關(guān)系可以互換，即可以在第一搖桿300上設(shè)置轉(zhuǎn)軸一310，在立柱120上設(shè)置軸孔121，也可以在第一搖桿300上設(shè)置軸孔而在立柱120上設(shè)置轉(zhuǎn)軸一。

具體的實(shí)施例中，如圖1和圖2所示，第一搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O3與第二搖桿樞轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的軸線O1互相垂直。如此可以減少環(huán)形支架200的內(nèi)環(huán)空間尺寸，縮小整個(gè)訓(xùn)練器的外廓空間。

具體的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)裝置510采用電機(jī)，電機(jī)軸與第一搖桿齒形傳動(dòng)連接，可以是電機(jī)在座椅500上，電機(jī)軸上設(shè)置有外齒形鍵，在第一搖桿上設(shè)置有內(nèi)齒形鍵，通過(guò)外齒形鍵與內(nèi)齒形鍵配合傳動(dòng)，電機(jī)工作后，驅(qū)動(dòng)座椅500相對(duì)于第一搖桿300轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)然作為另一種方式，可以是在電機(jī)軸上設(shè)置內(nèi)齒形鍵，在第一搖桿300上設(shè)置外齒形鍵。

作為變換的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)裝置510采用如圖3和圖4所示的腳踏齒輪結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括座椅箱體503、第二端軸502、腳踏板511、踏板臂512、踏板軸513、軸承一514、軸承二515、第一錐齒輪516、第二錐齒輪517，軸承一514固定在座椅箱體502兩側(cè)壁上，踏板軸513橫向通過(guò)軸承一514可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在座椅箱體503上，軸承二515固定在座椅箱體502底壁上，第二端軸502豎向通過(guò)軸承二515可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在座椅箱體503上，腳踏板511通過(guò)踏板臂512與踏板軸513連接，第一錐齒輪516固定安裝在踏板軸513上，和第一錐齒輪516嚙合傳動(dòng)的第二錐齒輪517固定安裝在第二端軸502上。通過(guò)腳踏齒輪結(jié)構(gòu)，位于座椅上的人通過(guò)踩踏腳踏板511使得座椅相對(duì)于第一搖桿300發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，座椅重心位置發(fā)生變化，從而使得第一搖桿300的平衡力產(chǎn)生變化，帶動(dòng)第一搖桿300轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)第一搖桿400轉(zhuǎn)動(dòng)以達(dá)到新的平衡位置，持續(xù)踩踏腳踏板511，人體和座椅500在空間位置將不斷的改變，停止踩踏后，人體和座椅500在達(dá)到力平衡的空間位置后不動(dòng)。

具體的實(shí)施例中，第一搖桿300和所述第二搖桿400均為圓弧形，既可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成球面形狀，避免互相干涉，減少整體外形尺寸，進(jìn)一步可以減少用材。

第一滑槽210與第二滑槽410的滑動(dòng)面均位于以O(shè)點(diǎn)為球心的球面上，如此可以在調(diào)整滑軌過(guò)程中不干涉，在調(diào)整滑軌后座椅空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程也不干涉。

座椅500具有連接座椅500兩轉(zhuǎn)動(dòng)端部的靠背520，靠背與座椅500的兩端的旋轉(zhuǎn)軸線O2存在至少10cm的距離，通過(guò)此距離，當(dāng)重心不在旋轉(zhuǎn)軸線O2時(shí)產(chǎn)生扭矩，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)力傳遞，初始搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例中，座椅500下方的驅(qū)動(dòng)裝置510驅(qū)動(dòng)座椅500總成進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，座椅500相對(duì)于第一搖桿300進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)第二搖桿400也隨著座椅500進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由于搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)呈現(xiàn)一定夾角，軸線O1、O2、O3都交于一點(diǎn)O，點(diǎn)O也就成為了一個(gè)球心點(diǎn)，因此轉(zhuǎn)椅繞著O點(diǎn)做空間球面運(yùn)動(dòng)。同時(shí)可調(diào)節(jié)滑軌后固定，在不同的調(diào)節(jié)狀態(tài)下，可以改變座椅500旋轉(zhuǎn)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)多軌跡空間旋轉(zhuǎn).

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果：飛行員、航天員利用多維轉(zhuǎn)椅500進(jìn)行前庭功能適應(yīng)空間運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練來(lái)適應(yīng)空間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了利用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動(dòng)的控制。同時(shí)通過(guò)控制位置變換的驅(qū)動(dòng)裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同軌跡的空間運(yùn)動(dòng)，可以有效的模擬各種空間運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，訓(xùn)練效果明顯。同時(shí)本發(fā)明的訓(xùn)練器也可以簡(jiǎn)化用于民用健身，能夠有效的提高易發(fā)暈動(dòng)病患者對(duì)空間運(yùn)動(dòng)的適應(yīng)能力。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的創(chuàng)造性精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。