专利名称：一种眼部肌肉锻炼装置和眼部肌肉锻炼方法
技术领域：
本发明属于视力保健领域，涉及一种眼部肌肉锻炼的装置及对应的眼部肌肉锻炼的方法。
背景技术：
近视已经成为青少年中一种患病率极高的眼部疾病，导致近视的原因有很多，客观上有遗传、体质不良、营养不良等原因，而对比国内近二、三十年青少年近视率以及当前国外青少年的近视发病率就可发现，用眼习惯不良是导致近视最普遍的原因，用眼习惯不良包括用眼过度、坐姿不端正、观看电视电脑屏幕时间过长、不注意用眼环境等。人的眼睛， 像其他人体器官一样也需要适当的休息和锻炼，才能保持健康，闭眼休息是让眼部肌肉放松的一种方法；针对目前青少年近视普遍发生的现状，除了培养良好的用眼习惯外，还需要加强眼睛的锻炼，主要是针对眼部肌肉的锻炼，增强眼部肌肉力量，加大眼睛的调节能力。 眼部肌肉力量增强，不但可以帮助人们保持和恢复视力，还可以增加眼睛的明亮程度，展示良好的精神面貌。现有技术中的眼部肌肉锻炼的装置及方法，通常是基于光学或机械原理，通过反复调节装置中设有的透镜，使得使用者的视力聚焦点可以不断地在视网膜前和视网膜后移动，这些装置虽然可以达到锻炼眼部肌肉的目的，但是这些基于光学或机械原理的装置通常是体积较大，携带不便，使用时受环境、时间等条件限制，使用者难以及时和坚持使用，而且价格较高，对一般家庭来说是一个不小的经济负担。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种由单片机控制的眼部肌肉锻炼的装置和眼部肌肉锻炼的方法，可以锻炼使用者的眼部肌肉，加强眼部睫状肌肌肉力量，增强调节晶状体的能力，从而达到改善使用者视力的目的，适用于近视发病初期即假性近视的儿童。方法如下本发明实施例提供的装置包含一个转动臂，转动臂末端安装LED发光二极管，当转动臂围绕头部做圆周运动时，使用者的视力集中在发光二极管上，以此引导眼球转动，尽力拉伸眼部肌肉，达到锻炼眼部肌肉的效果。转动臂转动时既能够避开身体，又能让视力焦点尽可能落在使用者尽力调节眼部肌肉才能看到的地方。为解决上述问题，本发明实施例提供一种眼部肌肉锻炼的装置，包括转动臂、LED 发光二极管、齿条运动槽、齿轮及齿条、旋转角度传感器、减速直流电机、步进电机、控制电路及操作面板、支撑杆伸缩杆及高度调节紧固部件。转动臂，转动臂为一“L”型中空连杆，“L”型连杆的两段长均约25CM，直角连接，在固定在减速直流电机转动轴，在减速直流电机带动下作圆周运动。LED发光二极管，安装在转动臂末端，用于引导视力焦点。齿条运动槽、齿轮及齿条，齿条嵌入齿条运动槽中，步进电机轴带动齿轮做圆周运动，经齿条转化为直线运动，带动齿条做水平移动。
角度传感装置，用于测量当前减速直流电机转动轴的角度，并将信号传送给控制电路。减速直流电机，为转动臂做圆周运动提供动力。步进电机，为齿条在运动槽内平移提供动力。控制电路及操作面板，控制电路是一个单片机控制系统，收集转动臂位置信息，控制减速直流电机、步进电机运动，带动转动臂按照预先设计的运动轨迹作有规律运动，并可进行运动设置显示及操作。支撑杆、伸缩杆及高度调节紧固部件为整个运动机构提供支撑，并可根据实际需要进行高度调整。本装置的主要运动轨迹是这样的使用者靠墙站立，本装置与使用者面对面放置， 转动臂以其眉心为圆心，围绕头部做圆周运动，转动臂由减速直流电流驱动，转动速度约 6rpm。减速直流电机固定于齿条远离步进电机一端，由步进电机通过齿轮带动齿条做水平方向移动，即面向头部做前进或后退运动。转动臂在人体的肩部上方转动时，齿条向头部方向前进，使转动臂末端尽量贴近墙壁(不接触)，在向头部正上方方向转动同时，转动臂末端又逐渐远离墙壁，到达正上方后，又向靠近墙壁方向移动，当到肩部位置时，齿条后退，带动转动臂在转动时避开人的身体，但又要尽量贴近身体。在转动臂运动过程中，使用者的视力焦点始终集中在运动臂末端LED发光二极管上。本装置进行眼部肌肉锻炼的方法是这样的第一步，调节支撑架高度，使减速直流电机轴心高度与使用者眉心高度一致；第二步，特征位置预设。特征位置分为四个，分别为左肩上、右肩上、头顶正上方、胸前正下方，在此简称为左、右、上、下，转动臂工作时，其圆周轨迹被四个特征位置分为四段，每段运行轨迹由控制器根据上、下、左、右四个位置信息进行计算后控制步进电机及减速直流电机，使转动臂按照计算轨迹运动；第三步，设定锻炼方案，本装置提供3种锻炼方案，分别为初级、中级、高级，每种方案由4组运动构成，转动臂顺时针或逆时针转动10-15圈称为1组；第四步，启动装置进行眼部肌肉锻炼，辅以语音提示及工作状态显示。本发明实施例具有以下效果1、本发明装置的适用对象是近视发病初期的儿童，在本发明之前，转圈训练由家长操作，引导儿童的视力焦点移动，容易产生引导不稳定、不规范以及操作者的疲劳。2、家长可以在旁观察孩子在眼部肌肉锻炼中眼球的运动，便于监督指导，对自觉的孩子可以不用家长陪伴自行开启装置锻炼。3、纯物理方法，对人体无任何不良影响。4、相对于现有基于机械或光学的设备来说，结构简单，体积小，成本低。
图1是本发明实施例--的侧视图2是本发明实施例--的正视图3是本发明实施例--的俯视图4是本发明实施例--的应用示意图
图5是本发明实施例二二的侧视图。
其中图1 :1、转动臂末端(LED发光二极管)；2、转动臂；3、减速直流电机；4、齿条；5、齿轮；6、伸缩杆；7、高度调节紧固螺丝；8、控制电路及操作显示面板；9、支撑杆；15、旋转角度传感器。图2 :2、转动臂；6、伸缩杆；9、支撑杆；10、齿条运动槽；11、步进电机。图3 :2、转动臂；3、减速直流电机；4、齿条；11、步进电机。图4 13、使用者；14、本发明实施例装置。图5 :1、转动臂末端(LED发光二极管)；2、转动臂；3、减速直流电机；4、齿条；5、齿轮；6、伸缩杆；7、高度调节紧固螺丝；8、控制电路及操作显示面板；9、支撑杆；16、距离传感
ο
具体实施例方式下面结合附图及实施例，对本发明做进一步描述本发明实施例应用的场景如图4所示，使用者靠墙站立，本发明装置放置在其正前方，装置的转动臂以其眉心为圆心，转动臂围绕头部做圆周运动，转动臂由减速直流电流驱动，转动速度约6rpm。当转动臂转动时，使用者的视力聚焦点始终集中在运动臂末端LED 发光二极管，从而带动眼球向不同方向有规律地运动，使眼部肌肉不断的收缩和放松，起到锻炼眼部睫状肌的作用，并以此加强眼部肌肉力量，增强调节晶状体的能力。要达到训练的效果，转动臂的末端即视力焦点的位置在转动时要尽量的靠近墙面(假设人是靠墙站立的)，但需要考虑上方及下方的特殊情况下方，即当转动到肩膀及肩膀以下时，要避开身体但又要贴近身体转动；当转动臂转动到肩膀上方时，先要靠近墙面，然后转动臂末端要逐渐向远离墙面的方向移动一定的距离，因为在正上方及周围，如果转动臂末端贴近墙面，人眼不可能看到。因此，本发明提供两种实施例解决转动臂运动问题。实施例一本发明实施例提供一种眼部肌肉锻炼的装置，侧视图如图1所示，正视图如图2所示，包括转动臂、LED发光二极管、齿条移动平台、齿轮及齿条、旋转角度传感器、减速直流电机、步进电机、控制电路及操作面板、支撑架及高度调节紧固部件。转动臂2，转动臂为一“L”型中空连杆，“L”型两段长均约25CM，直角连接，在固定在减速直流电机转动轴，在减速直流电机带动下作圆周运动。减速直流电机3，为转动臂做圆周运动提供动力，使用减速直流电机是为控制转动臂转动速度，由控制电路控制。LED发光二极管1，安装在转动臂末端，用于引导视力焦点。齿条4，齿条嵌入齿条移动槽，步进电机轴带动齿轮做圆周运动，经齿条转化为直线运动，带动齿条做水平移动。齿轮5，安装与步进电机轴，步进电机在控制电路的控制下转动，驱动齿轮做圆周运动。齿条运动槽10，用于安装齿条，齿条嵌入齿条运动槽，步进电机转动时，经齿轮传递将转动转化为直线运动，驱动齿条在槽内水平移动。角度传感装置15，用于测量当前减速直流电机转动轴的角度，并将信号传送给控制电路。当使用者对本装置进行初始设置时，需要将转动臂转动到几个特定位置，同时调整步进电机使转动臂前进或后退，并记录该位置的角度数据、步进步数等信息，为本装置计算转动臂轨迹提供基准信息。步进电机11，为齿条在齿条运动槽内平移提供动力，当转动臂做圆周运动时，齿条带动减速直流电机及转动臂做前进或后退的运动，使转动臂在下方时避开人的身体，在上方时朝墙面方向逐渐远离或靠近，达到使用者尽力运动眼球才能看到转动臂末端LED发光二极管的效果。控制电路及操作面板8，控制电路是一个单片机控制系统，收集旋转角度传感器信息，由控制器根据当前的转动臂的角度进行计算后，控制减速直流电机、步进电机运动，带动转动臂按照预先设计的运动轨迹及规律运动，并可进行运动设置显示及操作。当进行初始设置时，通过操作面板及旋转角度传感器的反馈，控制转动臂运动到上下左右四个指定位置，在每个位置，操作步进电机前进或后退，使转动臂末端(LED发光二极管)到达目力尽力所能到达的位置，并记录该位置信息。在正常使用时，可以通过操作面板选择转动方案， 或者在使用时临时暂停或启动。伸缩杆6，伸缩杆上端作为步进电机及齿条运动槽平台的支撑，用于调节高度使之与使用者的高度匹配。支撑杆9，为整个装置提供支撑。高度调节紧固螺丝7，调节伸缩杆高度，并将其紧固在支撑杆上。本发明实施例的眼部肌肉锻炼方法的步骤是这样的第一步，调节支撑架高度，使减速直流电机轴心高度与使用者眉心高度一致。第二步，特征位置预设。特征位置分为四个，分别为左肩上、右肩上、头顶正上方、 胸前正下方，在此简称为左、右、上、下，预设方法如下按预设按钮，进入预设程序，选择四个位置的其中一个，手动操作控制面板，使转动臂到达指定位置，按确认按钮进行确定，接着操作步进电机按钮，使步进电机前进或后退，使转动臂末端(LED发光二极管)到达目力尽力所能到达的位置，然后确定，控制电路记录位置该位置信息，然后依次以相同方法设置其他三个位置信息。转动臂工作时，其圆周轨迹被四个特征位置分为四段，每段运行轨迹由控制器根据上、下、左、右四个位置信息进行计算后控制步进电机及减速直流电机使转动臂转动时按照计算结果的轨迹运动。第三步，设定锻炼方案，本装置提供3种锻炼方案，分别为初级，中级，高级，每种方案由4组运动构成，转动臂顺时针或逆时针转动10-15圈称为1组，具体如下初级运动方案10-12圈为1组，顺时针转一组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，停止。也可从逆时针开始，顺逆时针交替。中级运动方案15圈为一组，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止。高级运动方案15圈为一组，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止，在每组运动中，随机插入进行2-3次往返， 即如顺时针转动某位置，停止，随即逆时针转动1-2秒，然后恢复顺时针转动。第四步，启动装置进行眼部肌肉锻炼，辅以语音启动提示及工作状态显示。本发明实施例及眼部肌肉锻炼方法具有以下效果
1、本发明装置的适用对象是近视发病初期的儿童，在本发明之前，转圈训练由家长操作，引导儿童的视力焦点移动，容易产生引导不稳定、不规范以及操作者(家长)的疲劳。2、家长可以在旁观察孩子在眼部肌肉锻炼中眼球的运动，便于监督指导，对自觉的孩子可以不用家长陪伴自行开启装置锻炼。3、纯物理方法，对人体无任何不良影响。4、相对于现有基于机械或光学的设备来说，结构简单，体积小，成本低。实施例二本发明实施例提供一种眼部肌肉锻炼的装置，侧视图如图5所示，包括转动臂、 LED发光二极管、距离传感器、齿条运动槽、齿轮及齿条、旋转角度传感器、减速直流电机、步进电机、控制电路及操作面板、支撑架及高度调节紧固部件。转动臂2，转动臂为一“L”型中空连杆，“L”型两段长均约25CM，直角连接，在固定在减速直流电机转动轴，在减速直流电机带动下作圆周运动。LED发光二极管1，安装在转动臂末端，用于引导视力焦点。减速直流电机3，为转动臂做圆周运动提供动力，使用减速直流电机是为控制转动臂转动速度，由控制电路控制。距离传感器16，安装在转动臂末端，用于测量转动臂距离墙壁及人体的水平距离， 并将获得的信号送至控制器。齿条4，齿条嵌入齿条移动槽，步进电机轴带动齿轮做圆周运动，经齿条转化为直线运动，带动齿条做水平移动。齿轮5，安装于步进电机轴，步进电机在控制电路的控制下转动，驱动齿轮做圆周运动。齿条运动槽10，用于安装齿条，齿条嵌入齿条运动槽，步进电机转动时，经齿轮传递将转动转化为直线运动，驱动齿条在槽内水平移动。角度传感装置15，用于测量当前减速直流电机转动轴的角度，并将信号传送给控制电路。当使用者对本装置进行初始设置时，需要将转动臂转动到几个特定位置，同时调整步进电机使转动臂前进或后退，并记录该位置的角度数据、步进步数等信息，为本装置计算转动臂轨迹提供基准信息。步进电机11，为齿条在齿条运动槽内平移提供动力，当转动臂做圆周运动时，齿条带动减速直流电机及转动臂做前进或后退的运动，使转动臂在下方时避开人的身体，在上方时朝墙面方向逐渐远离或靠近，达到使用者尽力运动眼球才能看到转动臂末端LED发光二极管的效果。控制电路及操作面板8，控制电路是一个单片机控制系统，收集旋转角度传感器信息、距离传感器信息，由控制器根据当前的转动臂的角度及距离信息，对比预设的转动臂轨迹，控制减速直流电机、步进电机运动，带动转动臂按照预先设计的运动轨迹及规律运动， 并可进行运动方案设置显示及操作。在正常使用时，可以通过操作面板选择转动方案，或者在使用时临时暂停或启动。伸缩杆6，伸缩杆上端作为步进电机及齿条运动槽平台的支撑，用于调节高度使之与使用者的高度匹配。
支撑杆9，为整个装置提供支撑。高度调节紧固螺丝7，调节伸缩杆高度，并将其紧固在支撑杆上。本装置进行眼部肌肉锻炼的方法是这样的第一步，调节支撑架高度，使减速直流电机轴心高度与使用者眉心高度一致。第二步，设定锻炼方案，本装置提供3种锻炼方案，分别为初级，中级，高级，每种方案由4组运动构成，转动臂顺时针或逆时针转动10-15圈称为1组，具体如下初级运动方案10-12圈为1组，顺时针转一组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，停止。也可从逆时针开始，顺逆时针交替。中级运动方案15圈为一组，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止。高级运动方案15圈为一组，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止，在每组运动中，随机插入进行2-3次往返， 即如顺时针转动某位置，停止，随即逆时针转动1-2秒，然后恢复顺时针转动。第三步，启动装置进行眼部肌肉锻炼，辅以语音启动提示。
权利要求
1.一种眼部肌肉锻炼的装置，其特征在于，包括转动臂、LED发光二极管、齿条运动槽、齿轮及齿条、旋转角度传感器、减速直流电机、步进电机、控制电路及操作面板、支撑杆、伸缩杆及高度调节紧固部件。
2.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于转动臂为一“L”型中空连杆，在固定在减速直流电机转动轴上，在减速直流电机带动下作圆周运动；LED发光二极管安装于转动臂末端，由控制器控制LED发光二极管发光，引导视力焦点。
3.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于减速直流电机固定于齿条一端，齿条由齿轮驱动，做前进或后退运动，带动减速直流电机及转动臂做圆周运动时沿垂直于圆周面的方向前进或后退；齿轮安装于步进电机轴，由步进电机驱动，步进电机轴带动齿轮做圆周运动，经齿条转化为直线运动，带动固定在齿条的直流电机及转动臂做水平方向的前进或后退。
4.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于控制电路用于收集转动臂当前位置信息，输出控制减速直流电机及步进电机的信号；控制电路的核心是一个单片机控制系统，在启动及转动过程中能接受启动、暂停、预设、步进前进、后退、直流电机正转、反转操作命令，并显示当前状态，有语音提示功能。
5.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于支撑杆为整个装置提供支撑，伸缩杆插入支撑杆内，可根据实际需要进行高度调整，调整到位后，高度调节紧固部件将其固定在支撑杆上。
6.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于，还包括距离传感器，安装于转动臂末端，用于测量转动臂末端与墙面、人体的水平距离，并将传感信号送至控制器，作为控制器输入信息。
7.根据权利要求1所述的眼部肌肉锻炼装置，其特征在于本装置使用时，使用者靠墙站立，本装置与使用者面对面放置，转动臂以其眉心为圆心，围绕头部做圆周运动，转动臂转速约6rpm。转动臂在人体的肩部上方转动时，齿条向头部方向前进，使转动臂末端尽量贴近墙壁(不接触)，在向头部正上方方向转动同时，转动臂末端又逐渐远离墙壁，到正上方后，又向靠近墙壁方向移动，当到肩部位置时，齿条后退，带动转动臂在转动时避开人的身体，但又要尽量贴近身体。在转动臂运动过程中，使用者的视力焦点始终集中在运动臂末端LED发光二极管上。
8.—种眼部肌肉的锻炼方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，准备，包括调节权利1所述装置的支撑架高度；第二步，设置特征位置，选择锻炼方案；第三步，设定锻炼方案；第四步，启动完成一次4组眼部肌肉训练。
9.根据权利13所述的锻炼方法，其特征在于特征位置分为四个，分别为左肩上、右肩上、头顶正上方、胸前正下方，在此简称为左、右、上、下。转动臂工作时，其圆周轨迹被四个特征位置分为四段，每段运行轨迹由控制器根据上、下、左、右四个位置信息进行计算后控制步进电机、减速直流电机按照计算的轨迹运动。
10.根据权利13所述的锻炼方法，其特征在于锻炼方案分别为初级，中级，高级3种，每种方案由4组运动构成。初级运动方案1组为10-12圈，顺时针转一组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，停止。也可从逆时针开始，顺逆时针交替；中级运动方案一组为15圈，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止；高级运动方案一组为15圈，顺时针1组，休息片刻，逆时针转1组，休息片刻，再顺时针转1组，休息片刻，逆时针转15圈，停止，在每组运动中，随机插入进行2-3次往返，即如顺时针转动某位置，停止，随即逆时针转动1-2秒，然后恢复顺时针转动。
全文摘要
一种眼部肌肉锻炼装置和眼部肌肉锻炼方法。本发明属于视力保健领域，发明一种由单片机控制的眼部肌肉锻炼的装置及对应的眼部肌肉锻炼的方法。本发明装置包括转动臂、LED发光二极管、齿条运动槽、齿轮及齿条、旋转角度传感器、减速直流电机、步进电机、控制电路及操作面板、支撑杆伸缩杆及高度调节紧固部件，以单片机为核心的控制电路采集转动臂位置信息，控制减速直流电机和步进电机，带动转动臂做圆周转动，同时根据当前位置做水平前进或后退，引导使用者的视力焦点围绕头部做运动，按照锻炼方法控制转动臂按照特定的轨迹运动，锻炼使用者的眼部肌肉，增强晶状体的调节能力，从而达到改善使用者视力的目的。
文档编号A61H5/00GK102551999SQ20121006355
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月8日 优先权日2012年3月8日
发明者袁菊明 申请人:嘉兴学院