专利名称：锻炼设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种锻炼设备，更具体来说，涉及一种锻炼机，供无法通过自主伸缩肌肉的方式来锻炼肢体的人使用。
背景技术：
众所周知，经常锻炼能给肢体灵活性受到限制的人带来明显好处。这些人，可能遭受脊柱损伤、中风、多发性硬化(MS)、肌肉营养不良(MD)或其它损害灵活性(无论暂时的还是永久性的)的类似损伤或病征，同时或许会发现他们的损伤部位甚至能明显妨碍对其它相对未受影响的身体部位进行锻炼。
现已表明，经常运动身体的各主要部位，对增进遭受这些残疾的人的舒适、健康和全面良好状态是必要的。不这样做会产生痛苦、甚至是不健康和危险的后果。例如，不活动易于导致关节和肌腱快速僵硬和疼痛。长期下去，未用或在用的肌肉会出现萎缩。已证明非常容易形成血栓。长期不活动还导致心血管系统的全面衰退。
相比而言，当受损肢体经常锻炼时(例如，当由治疗医师进行反复的手动伸展时)，关节容易变得更柔顺，循环得到改善，萎缩趋势减缓，心脏工作更有效，病人倾向于经受更少的疼痛和不适。虽然这种锻炼的好处无可争议，但这会需要包括病人和帮助者(医师或志愿者)都在内的大量时间和努力。某些情况，对残疾人的真正有效的锻炼会超出帮助者体力和精力的极限。
对此，已设计出多种机械的和机电的设备来帮助提供一种实用装置，利用该装置残疾人能相对不需帮助地进行锻炼。虽能受益于许多方面，但这些设备通常都有它们的局限性。例如，申请人为Kenneth O.Richardson、名称为锻炼设备的美国第4,773,399号(`399)专利，描述了一种设备，用来锻炼以其它方式移动肢体困难的人的臂腿。虽然在`399号专利中所公开的锻炼设备已被证明效果很好，但它不能提供可与行走相媲美的脚部运动。
发明内容
本发明提供了一种用来锻炼位于坐姿的人，例如受轮椅约束的人的脚、臂和腿的设备。该设备适于反复拉伸人的腿臂并给予踝关节以循环、旋转运动。一马达驱动单元用来给主动轴提供动力旋转，该主动轴控制并协调所有的各种运动。
根据本发明，该设备有一个伸长的旋转主动轴。该主动轴被弯曲以形成两个偏离主动轴的旋转轴线的支臂(即曲柄臂)。两个脚踏板均可旋转地安装在各自的支臂上。优选两个支臂相对主动轴的旋转轴线彼此呈180度地对置。支臂还以一角度相对旋转轴线“倾斜”，优选该角度为5-25度，更优选为10-20度。
该“倾斜”角度使脚踏板产生循环、旋转运动(当人的脚被固定在脚踏板上时)，因此对人的脚和踝关节施加反复的循环、旋转运动。
根据本发明的一个方面，脚踏板可枢装于套管上，该套管依次可旋转地安装在所述支臂上。
优选地，该设备包括一框架，其上安装有该设备的主要部件。该框架包括一平台部，其上可滚动轮椅。可选择地，椅子、凳子或长椅可设在平台部上。
根据本发明的另一方面，一对臂锻炼件枢装在设备的框架上，并与主动轴连接以使主动轴的旋转带动曲柄臂产生摆动运动。曲柄臂包括使用设备的人所握的把手部。
当使用该设备时，主动轴的旋转带动人的臂腿反复伸缩，还带动踝关节旋转，因此产生了类似行走所体验的一整套的运动。
附图简要说明参照下面的说明和附图，本发明的这些及其它特征将会更加明显，其中
图1是本发明锻炼机的立体图；图2是图1所示锻炼机的放大立体图；图3是图1和图2所示设备的正视局部剖面图；
图4表示踏板连接于套管的一选择性实施例的顶视图；图5表示沿图4所示踏板的线5-5的剖视图。
发明详述如图1、2和3所示，本锻炼设备10包括由一对平台14、16和一导轨18依次组成的框架12。轮椅22位于平台14、16上，以及可定位于任何舒适的位置并用轮椅上的闸(未示出)就地锁定。轮椅22可被任何类型的椅子、凳子或长椅来替代。然后坐在轮椅上的病人可通过脚固定带24、26，以任何可将病人的鞋或脚固定在踏板28、30上的所需方式被固定在踏板28、30上。
臂锻炼件32、34在枢轴点36、38处枢接在导轨18上并包括有一对扶手40、42。通过一对连接于臂锻炼件和由电机驱动设备52驱动、围绕旋转轴线或中心线50旋转的轴48之间的连接臂44、46传送的运动，臂锻炼部件32、34被前后摆动。轴48由固定在导轨18上的轴支座54、56可旋转地支撑，如图2所最佳显示的。
如图2和图3所示，脚踏板28、30分别具有平面基板28a、30a，沿平面基板内缘(与病人的脚内侧相对应)有直立侧边的脚防护装置28b、30b，当脚踏板转动时，以此将脚保持在脚踏板上。另外，足根托架28c、30c使病人的脚/鞋可靠地支托在踏板28、30上，以使其能用固定带24、26固定。虽然在各个踏板28、30中示出了一条固定带，但多条固定带和/或脚/鞋固定夹也在本发明的精神和范围之内。
连接臂锻炼件32和34的连接臂44和46，分别通过轴48的通常为U形部分70、72上的轴承66、68，与轴48可旋转地连接，以使当轴绕中心线50(轴48的旋转轴线)旋转时，如后所述，臂锻炼件32、34绕枢轴点36和38前后交替运动。
本发明特别注重主动轴48的形状。主动轴的相对的末端48a和48b分别通过套管74、76与轴支座54、56可旋转地连接，以通过马达驱动设备52使主动轴48绕旋转轴线50旋转。主动轴48的末端48a、48b与U形弯头或弯曲部分70、72连接。轴承66、68可旋转地固定在U形部分上，如前所述。注意U形弯曲部分70、72彼此呈180度对置，相对中心线50绕转。虽被称作U形，但弯曲部分70、72分别具有均与中心线50平行设置的中心部70a、72a，和臂部70b、70c、72a、72b，其相对中心线50以预定角度范围向外延伸，以与轴的末端48a、48b和主动轴48的踏板连接部分80、82连接。
踏板连接部分80包括一个中心支臂80a和两个侧臂80b、80c。同样，踏板连接部分82也包括一个中心支臂82a和两个侧臂82b、82c。侧臂80b和82b分别与U形弯头70和72的侧臂70c和72b连接。弯头80和82的侧臂70c和72b分别在主动轴48的中心线50附近相互连接。
本发明的一个关键方面涉及支撑部分80和82的支臂80a和82a及其相对中心线50的位置。也就是说，相对中心线50，支臂80a和82a分别以角度b和a设置。优选角度a和b相同以使支臂80a和82a相互平行。优选角度a和b为约5-25度，更优选为10-20度。另外，支臂80a和82a彼此呈180度对置，相对于中心线50绕转。支臂80a和82a的位置，如下所更加详细的描述，以相应于中心线50的对设备操作者有很大益处的角度设置踏板28和30。各踏板28、30通过套管86、88在支臂80a和82a处固定在轴48上。图3中，仅示出了一个踏板(28)；为清楚说明起见略去了另一个踏板(30，见图2)。另一个踏板(30)与示出的踏板结构类似，布置有一个类似的套管。套管86、88有一个延伸穿过自身的圆柱形孔用以接收轴48，以使踏板28和30能分别绕踏板连接部分80和82各自的支臂80a和82a自由转动。可选择地，套管86、88可由多个部件构成，根据需要，这些部件以任何能确保其容易固定在轴48上或容易从轴48上移去的所需方法固定在一起。
操作过程中，轴48通过马达驱动设备52以任何所需速度旋转，使踏板绕中心线50作循环旋转运动。由于脚踏板28、30相对旋转中心线50设置的角度，固定在脚踏板上的病人的脚将前后运动同时脚和踝关节也会因角度a和b作旋转运动，该角度即为脚踏板28、30相对旋转中心线50设置的角度。
参照图3，当主动轴48旋转(绕中心线50)使脚踏板28位于其最后位置(相对导轨18的前部)时，脚踏板28被定位成其右侧比左侧更靠后。然而，当轴48绕中心线50旋转180度到其最前位置时，脚踏板28被定位成其右侧比左侧更靠前。脚踏板30(未在图3示出)经历了同样的运动。这样，当主动轴48绕其中心线50旋转时，就产生了(脚被固定在脚踏板28、30上的病人的)脚和踝关节的旋转。
这种与臂锻炼件结合的同步运动的优点模仿了同步运动的行走，因此改善了灵活性、肌肉状况并维持了肢体的一系列运动。另外，这种功能帮助脊髓和外伤性头部损伤的人重新训练大脑来获得新的神经通道。本机的其它优点为帮助消除循环不良、痉挛、关节硬化、肌肉萎缩和踝关节肿胀。这对消除挛缩及给长期坐于轮椅的人提供更多自由运动非常重要。
在图4和图5所示的一个替代方案中，脚踏板90(与脚踏板28相应)枢接安装在套管92(与套管86相应)上，使其能相对套管92的上表面转动。例如，可透过脚踏板设置销94，由此在踏板90的表面平面上获得另外的旋转运动，来帮助进一步增加人的脚和踝关节的运动范围。
虽然根据一个或多个特定优选实施方案示出并描述了本发明，本领域技术人员在阅读并理解了本说明书和附图后，可以作出某些等同改变和修饰。特别对于上述部件(装置、设备、电路等)所执行的各种功能，除非另外指出，用来描述这些部件的术语(包括对应“装置”的附图标记)与执行所描述部件(即功能相同)的指定功能的任何部件相一致，即使其结构与执行该功能的在本发明示例性实施方案中公开的结构有所不同。另外，虽然可能仅相对多个实施方案中的一个实施方案公开了本发明的一个具体特征，但该特征可与另外的实施方案中的一个或多个特征结合，对任何给定应用或具体应用，这可能是有用和便利的。
权利要求
1.一种锻炼人脚腿的设备(10)，其特征在于伸长的旋转轴(48)，带有可旋转地固定在第一和第二空间隔离支撑部(80、82)上的第一和第二脚踏板(28、30)；每个支撑部具有一个按一角度设置的支臂(80a、82a)，由此每个支撑部的支臂互相平行，但不平行于通过轴的旋转轴线(50)；和脚踏板，可旋转地固定于各支臂上，当所述轴绕旋转轴线旋转时，该支臂适于前后移动人脚，并且因支臂相对旋转轴线的角度而同时使脚和踝关节产生旋转运动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中脚踏板(28、30)枢装在可旋转地安装于各支臂的套管(74、76)上。
3.根据权利要求1所述的设备，其中支臂彼此呈180度对置，相对轴的旋转轴线(50)绕转。
4.根据权利要求1所述的设备，其中支臂(80a、82a)和旋转轴线(50)的夹角为5至25度。
5.根据权利要求4所述的设备，其中支臂(80a、82a)和旋转轴线(50)的夹角为10至20度。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括特征框架(12)，包含有用于支撑轮椅的平台(14、16)。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括特征一对臂锻炼件(32、34)，各自枢装在设备的一框架部上并与轴(48)连接以使臂锻炼件的运动与所述轴的旋转同步。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括特征马达驱动设备(52)，用于使所述轴绕其旋转轴线转动。
9.一种锻炼设备，其特征在于包含有平台部(14、16)的框架(12)；具有旋转轴线(50)的主动轴(48)，相对旋转轴线(50)偏离设置并相对旋转轴线以一角度定向的一对空间隔离的支臂(80a、82a)，和相对旋转轴线偏离分置的一对连接臂(44、46)；一对臂锻炼件(32、34)，枢接在框架上并与连接臂连接，以使主动轴绕其旋转轴线的旋转运动产生臂锻炼件的摆动旋转运动；和脚踏板(28、30)，可旋转地固定于各支臂上，当所述轴绕旋转轴线旋转时，该支臂适于前后移动人脚，并且因支臂相对旋转轴线的角度而同时使脚和踝关节产生旋转运动。
10.根据权利要求8所述的设备，其中脚踏板(28、30)分别枢装在相应的套管(86、88)上，套管(86、88)依次可旋转地安装在相应的支臂上。
11.根据权利要求9所述的设备，其中各支臂相对旋转轴线定向的角度为5至25度。
12.根据权利要求11所述的设备，其中各支臂相互平行。
13.根据权利要求11所述的设备，其中各支臂(80a、82a)相对旋转轴线定向的角度为10至20度。
14.根据权利要求13所述的设备，其中各支臂(80a、82a)相互平行。
15.根据权利要求9所述的设备，还包括特征马达驱动设备(52)，用于使主动轴绕其旋转轴线(50)转动。
16.一种锻炼设备(10)，其特征在于包含有平台部(14、16)的框架(12)；具有旋转轴线(50)的主动轴(48)，相对旋转轴线偏离设置并相对旋转轴线以一角度定向的一对空间隔离的支臂(80a、82a)，和相对旋转轴线分开设置的一对连接臂(44、46)；马达驱动设备(52)，用于使主动轴绕其旋转轴线转动；一对臂锻炼件(32、34)，枢接在框架上并与连接臂连接，以使主动轴绕其旋转轴线的旋转运动产生臂锻炼件的摆动旋转运动；和脚踏板(28、30)，可旋转地固定于各支臂上，当所述轴绕旋转轴线旋转时，该支臂适于前后移动人脚，并且因支臂相对旋转轴线的角度而同时使脚和踝关节产生旋转运动；其中各支臂相互平行；各支臂彼此间隔180度对置，相对旋转轴线绕转；和各支臂相对旋转轴线定向的角度为5至25度。
17.根据权利要求16所述的设备，其中各支臂相对旋转轴线定向的角度为10至20度。
18.根据权利要求16所述的设备，其中脚踏板(28、30)分别枢装在相应的套管(86、88)上，套管(86、88)依次可旋转地安装在相应的支臂上。
19.根据权利要求16所述的设备，其中各支臂相对旋转轴线定向的角度为10至20度；和脚踏板(28、30)分别枢装在相应的套管上，套管依次可旋转地安装在相应的支臂上。
20.根据权利要求19所述的设备，其中各脚踏板(28、30)有固定鞋的脚带(24、26)。
全文摘要
本发明描述了一种锻炼设备，该设备可以锻炼例如受轮椅限制的人的臂和/或腿。该设备有一个主动轴，其上安装有脚踏板。脚踏板相对旋转轴线偏离并以一角度相对旋转轴线安装，以使当人脚被绑在脚踏板上且主动轴旋转时，脚会绕旋转轴线旋转并产生踝关节的旋转运动。臂锻炼件固定在主动轴上，使臂锻炼件产生摆动旋转运动。
文档编号A63B22/06GK1732032SQ200380108143
公开日2006年2月8日 申请日期2003年11月5日 优先权日2002年11月8日
发明者肯尼斯·欧文·里查德森, 亚瑟·迈克尔·卡塞尔 申请人:肯尼斯·欧文·里查德森, 亚瑟·迈克尔·卡塞尔