Эргометр-тренажер

 

Изобретение относится к медтехнике, спортивным и бытовым товарам. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, увеличение надежности и повышение удобства использования за счет упрощения процесса задания нагрузки, ее регистрации и сопряжения с компьютерной техникой. Устройство содержит два идентичных гидроцилиндра 1 с поршнями 4 и штоками 5. Полости цилиндров заполнены поляризующейся структурообратимой средой (ПСОС) (например, магнитореологической или электрореологической суспензией) и соединены между собой гидропроводом 7, состоящим из двух рабочих участков 8 и измерительного 10. Рабочие участки находятся в области действия управляемых поляризаторов 9 (например, полюсов электромагнита или электродов, подключенных к источнику электропитания 12), а к измерительному подсоединяется измеритель 11 давления. Величиной электросигнала, подаваемого на поляризаторы 9, изменяют вязкость ПСОС и нагрузку на штоках 5, которая контролируется измерителем давления 11, который может быть проградуирован в единицах работы и/или мощности. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и спортивной и может быть использовано для диагностики, лечения, реабилитации пациентов, тренировки спортсменов, а также в быту в качестве нагрузочного устройства для тренинга различных групп мышц. Цель изобретения заключается в расширении функциональных возможностей, повышении надежности и удобства использования за счет упрощения процесса задания нагрузки, ее регистрации и возможности сопряжения с компьютерной техникой. Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена схема эргометра-тренажера. Эргометр-тренажер содержит два идентичных гидроцилиндра 1, закрепленных на стойке 2 с помощью узла 3, обеспечивающего ориентационную регулировку (степени подвижности показаны стрелками). Поршни 4 цилиндров 1 через штоки 5 жестко связаны с элементами, воспринимающими нагрузку, например педалями 6. Полости гидроцилиндров 1 заполнены поляризующейся структурообратимой средой (ПСОС) и соединены между собой гидропроводом 7, состоящим из трех участков: двух рабочих 8, каждый из которых расположен в области действия управляемого поляризатора 9, и измерительного 10, к которому гидравлически подключен измеритель 11 давления. Поляризаторы 9 электрически соединены с регулируемым источником электропитания 12, который может быть связан с программным устройством 13, например персональным компьютером. Стойка 2 с гидроцилиндрами жестко связана с креслом 14 для пациента, которое имеет несколько регулировок (показаны стрелками) для подгонки тренажера под индивидуальные особенности. Отличительной особенностью жидких поляризующихся структурообратимых сред (ПСОС) которым, например, можно отнести жидкокристаллические вещества, магнитореологические суспензии (МРС), электрореопогические суспензии (ЭРС), является способность под влиянием внешнего поляризующего воздействия, например, магнитного и/или электрического поля, очень быстро ( за 10^-3) значительно и обратимо изменять свои структурно-механические свойства, например вязкость. Происходит это из-за того, что внешнее поле ориентирует (поляризует) чувствительные составляющие структурообратимой среды (жидкие кристаллы, ферромагнитные частицы МРС, диэлектрические частицы ЭРС), которые, взаимодействуя между собой, образуют в жидкости микроструктуру, вызывающую при течении дополнительную диссипацию механической энергии, т.е. рост вязкости. Прочность структуры и вязкость будут зависеть от величины поляризующего воздействия напряженности внешнего поля. Вне поля структура распадается, и среда восстанавливает первоначальные свойства. Вследствие этого имеется возможность бесконтактно, в широком диапазоне и практически мгновенно изменять гидросопротивление участка гидропривода, находящегося в области действия управляемого поляризатора, например полюсных наконечников электромагнита или электродов, подключенных к источнику электропитания, причем электрическая мощность источника и соответственно величина поляризующего воздействия может регулироваться по необходимой программе, например с помощью персонального компьютера. Эргометр-тренажер работает следующим образом. Пациент занимает место в кресле 14 ( предварительно приведя его и гидроцилиндры 1 посредством узла 3 в удобное для' себя положение),устанавливает ноги на педали 6 и приводит в возвратно-поступательное движение штоки 5. При этом поршнями 4 ПСОС. например МРС или ЭРС, перекачивается из одного цилиндра в другой через гидропровод 7, причем за счет гидросопротивления гидропривода и трения в уплотнениях поршней создается начальный (минимальный) уровень нагрузки. Далее, подавая электрический сигнал от источника электропитания 12, например регулируемого источника постоянного тока или напряжения, на поляризаторы 9, например полюса электромагнита или электроды, в рабочих участках 8 гидропривода 7 увеличивают вязкость ПСОС и, следовательно, гидропровода в целом, причем соответственно увеличивают нагрузку на педалях. Измеряется нагрузка (гидросопротивление) с помощью измерителя 11 давления, подключенного к измерительному участку 10 гидропровода 7, причем измеритель может быть проградуирован в единицах работы и/или мощности. Управляя током или напряжением, подаваемым на поляризаторы 9, например, вручную рукояткой регулятора источника 12 или по программе, задаваемой с помощью, например программного устройства 13, изменяют в широких пределах вязкость ПСОС и нагрузку на штоках, вплоть до полной "закупорки" рабочих участков 8, например, для выполнения изометрических упражнений. Предлагаемый принцип позволяет не только легко и удобно регулировать нагрузку на силовых элементах (штоках гидроцилиндров) управляемым изменением вязкости рабочей жидкости, но и контролировать ее с помощью измерителя давления, который может быть проградуирован в единицах работы и/или мощности. При этом гидропривод, соединяющий гидроцилиндры, разбивается, по крайней мере, на три участка, два из которых рабочие, находятся в области действия поляризаторов, а третий измерительный, к которому подключается измеритель давления, причем поляризаторы могут функционировать как автономно, так и совместно за счет организации гальванической связи. Мощность, развиваемая при работе тренажера за один ход штока равна: где n, ΔP Р количество рабочих участков гидропривода и их гидросопротивление; L- величина хода; О расход ПСОС; D диаметр гидроцилиндра; t -время одного хода; К постоянный коэффициент для данного конструктивного исполнения. Работа, совершаемая за один ход штока: A=Nt=K·ΔPL. Таким образом, по показаниям измерителя давления можно судить о совершаемой работе. Условно суммарный перепад давления можно разделить на два слагаемых (ΔP = ΔP_n), где Δ Р_n перепад, обусловленный вязкостью рабочей среды, DР_Q то же, за счет наличия скоростного напора (расхода). В результате, выбирая наиболее приемлемый (физиологический) темп движения педалями, величину хода и соответственно расход рабочей среды, легко установить нужную величину ее вязкости, необходимую для выполнения заданного объема работы, контролируемого по показаниям измерителя давления. При этом, измеритель должен быть установлен только в среднюю точку между рабочими участками, иначе показания его будут изменяться при реверсе потока. Тренажер обладает следующими преимуществами: многофункциональностью (легко трансформируется в приспособление для тренинга различных групп мышц); надежностью вследствие отсутствия механических передач и сложных приспособлений; адаптивностью, т.е. возможностью выбора наиболее физиологичной частоты и амплитуды движений при сохранении заданного объема нагрузки; легкостью контроля и управления нагрузкой в том числе изменения ее плавно и по любому требуемому закону широким диапазоном регулирования при малых габаритах и энергопотреблении простотой и отсутствием дорогостоящих элементов; возможностью создания автоматического комплекса-тренажера, включающего датчики контроля состояния организма (например, учитывающие пульс, частоту дыхания, давление крови, мышечный тонус и т.д.), выдающие сигналы на управляющую ЭВМ, которая формирует соответствующую программу регулирования сигналами на поляризаторы и изменения уровня нагрузки.

Формула изобретения

1. Эргометр-тренажер, содержащий нагрузочное приспособление в виде двух гидроцилиндров, заполненных рабочей жидкостью и соединенных гидропроводом, содержащим средства регулирования нагрузки в виде гидродросселя и средства измерения работы, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности и удобства использования за счет упрощения процесса задания нагрузки, ее регистрации и возможности сопряжения с компьютерной техникой, в качестве рабочей жидкости использована поляризующая структурообратимая среда, средства регулирования нагрузки выполнены в виде по крайней мере двух дросселирующих участков гидропровода, расположенных в области действия управляемого поляризатора, а между дросселирующими участками гидропровода установлен измеритель давления. 2. Эргометр-тренажер по п.1, отличающийся тем, что в качестве поляризующейся структурообратимой среды использована магнитореологическая суспензия, а поляризатор выполнен в виде полюсных наконечников электромагнита, подключенных к источнику электропитания. 3. Эргометр-тренажер по п.1, отличающийся тем, что в качестве поляризующейся структурообратимой среды использована электрореологическая суспензия, а поляризатор выполнен в виде электродов, подключенных к источнику электропитания. 4. Эргометр-тренажер по пп.1-3, отличающийся тем, что измеритель давления проградуирован в единицах работы и/или мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        

---