具有后部运动引发器和无摩擦连接件的振动设备以及用于补偿载荷和控制波形的方法

专利名称：具有后部运动引发器和无摩擦连接件的振动设备以及用于补偿载荷和控制波形的方法
技术领域：
本发明的领域涉及用于生理刺激活体的振动设备。
背景技术：
长时间以来都认为振动治疗和/或振动锻炼对人体是有益的。例如，许多出版物 和专利公开了许多用于锻炼；速度和耐力训练；促进骨骼生长；治疗骨折、骨质疏松以及其 他组织状况、姿势不稳；治疗其他状况例如囊肿性纤维化、帕金森病、关节炎和多种硬化症 的方法和/或振动装置。通常，这种振动装置包括具有刚性平台的底部框架，刚性平台配置成支撑使用 者；和包括连接于平台的振动引发机构；例如在美国专利第5376065号(授予Mcleod，1994 年12月)，美国专利第6234975号(授予Mcleod，2001年5月)，美国专利第6843776号(授 予 Trandafir，2005 年 1 月)，美国专利申请公开第 20060217640 号(Trandafir，2006 年 9 月)，美国专利第71410 号(授予Kim，2006年11月)，以及美国专利第7207955号(授予 Krompasick，2007年4月)。在此讨论的这些和其他非本质的内容(extrinsic materials) 通过参考全文被并入。当被并入的参考文献中对术语的使用和定义与这里使用的术语的定 义不一致或相反时，采用这里使用的术语的定义，参考文献中的术语的定义不适用。由于McLeocUTrandaf ir、Kim和Krompasick的振动弓|发机构设置在底座内并设置 在平台下，这种装置的底座具有相对大的厚度(例如，25. km(10英寸)或更多)，由于平台 距离地面的高度，大的厚度限制了使用范围和使用的容易程度。存在小尺寸的振动装置。例如，美国专利申请第200602415 号(授予Talish， 2006年10月)还将其发动机设置在平台下，并通过使用相对的磁体使平台漂浮并振动平 台，从而获得小尺寸外形的设计。但是，这种装置是不经济的，并且由于小的尺寸，在有效性 和/或使用范围方面受到限制。美国专利申请第6620117号(授予Johnson，2003年9月)通过将运动引发装置 设置在平台的底座外部获得了小尺寸的设计。但是，Johnson使用了具有凸轮装置的旋转发 动机，用于产生水平和竖直振动。这种凸轮式的连杆机构导致振动平台遵循由力学控制的 固定路径，因此，导致平台按照设计进行移动，而不受平台载荷的变化的限制。结果，使用者 受到相对难受的骑乘，这是不舒服的并且将不期望的振动载荷放置在使用者的关节上。而 且，Johnson的设备具有最大为2mm的振动振幅，而对于最低频率(小于6HZ)的有效治疗， 所需的振动振幅大于5mm。因此，还需要具有在侧部或后部设置的运动引发装置的振动设备。已知的振动平台的另一个重要的问题是，这样的振动平台没有充分地补偿使用者 的重量。Trandafir、Kim和Mcleod的装置都调整了摆动驱动波的振幅和/或频率以便补 偿使用者的重量。虽然这种方法对使用旋转发动机作为振动引导装置的振动平台具有一定 的功效，但是该方法对于使用采用线性发动机(Kim)作为运动引发装置的振动平台来说具有有限的作用。因此，还需要驱动具有(a)电磁运动引发装置和(b)至少部分地补偿放置在振动 平台上的不同载荷的装置的平台振动设备的方法，从而提供更高的效率和更有效的振动装置。存在使用正弦信号发生器的装置，例如，美国专利申请公开第20060217640号 (Trandaf ir，2006 年 9 月)，W02006001656 (Kim, 2006 年 1 月)。Hobson(US 20060106313)公开了与特殊的疾病状况有关的特殊的平台运动机构。 但是，Hobson的平台运动机构通过调整X和Y轴方向的摆动力的频率和/或振幅而完成。因此，还需要操作振动装置的方法，该振动装置包括操作者控制的软件，以便不只 改变摆动力的振幅和频率还改变该装置的运动的竖直分量的波形，从而获得不同的治疗效^ οJohnson (US 6620117)、Trandafir (美国申请 20060217640)、美国专利第 20070225622A1号(授予huang，2007年9月)和Kim(US 7141029)描述了将运动引发装置 连接于振动平台的机构。振动平台的往复运动引起这些连接机构的静摩擦脱离和后座力。 轴承的静摩擦导致轴承受约束直到施加的力克服了轴承的两个部分之间的静摩擦力。这种 脱离作用导致往复运动中每次方向变化时产生不期望的撞击和残留振动。后座力是轴承、 铰链和其他连接机构的特性，它是由于在轴承表面之间存在间隙和公差，在轴承、铰链和其 他连接机构的一部分撞击相反的轴承表面之前，每次方向变化时，轴承、铰链和其他连接机 构的一部分暂时自由运动而引起的。在用于连接往复运动时，后座力是这种机构的不可避 免、不期望的特性。在整体的振动装置中的这些作用导致不期望的、无意产生的噪音，残余 振动传递到使用者，还导致该装置磨损和损坏。因此，还需要将运动引发装置连接于往复振动平台的方法，从而连接机构消除后 座力作用和静摩擦作用。

发明内容
本发明提供用于具有移动平台的振动设备的设备、系统和方法，该移动平台具有 (a)平台，该平台的大小和尺寸设置为使一个人在其上站立、坐下或者躺下；(b)第一运动 引发器，该第一运动引发器没有设置在平台下；连杆机构，该连杆机构将力从第一运动引 发器传递到平台，使得平台的至少第一部分沿着基本竖直运动移动；(c)使用由操作者控 制的软件的控制器，以便不只改变摆动力的振幅和频率还改变平台的运动的竖直分量的波 形，从而获得不同的治疗效果；以及(d)至少部分地补偿在振动平台上放置的载荷的差的直。


参考附图，进一步描述本发明，其中图1是振动装置的简略的剖视侧视图；图2是振动装置的简略的剖视端视图，示出将运动从运动引发器传送至振动平台 的至少一部分的连接机构；图3是框图，示出驱动根据本发明的振动平台装置的方法的步骤。
具体实施例方式图1是振动装置100的剖视图，振动装置100通常包括由塔状部件181和底座183 构成的两个外壳。优选地，振动装置100能够由金属、金属合金、高耐冲击塑料的组合以及 它们的任何合理的组合制成，以便获得低的残余振动和最小的金属疲劳。底座183通常描述为具有底座框架187、支脚185和使该装置容易运动的滚轮189 以及振动平台194，其中，底座框架187、支脚185中的至少一个是高度可调节的。优选地，振动平台194的大小和尺寸能设置为使一个人站立在其上，从而振动平 台194具有测量值为Im2的上表面区域。在用于锻炼的可替换的实施例中，例如，普拉提和 瑜珈的平台194能够具有测量值为2m2的上表面区域。平台194优选具有正方形或矩形， 但是也可以设计为其他合适的形状。平台194还能支撑至少200kg，并且能设置有防滑垫或 防滑表层(未示出)，该防滑垫或防滑表层能模仿一只脚的针压点。在最优选的实施例中，平台194的具有前部和后部，并且运动引发器110垂直于平 台194的后部定向。有利地，底座183能具有5cm到15cm之间的任何高度，结果，与设置在 平台下相反，运动引发器110垂直于平台的后部定向。塔状部件181通常描述为具有电子显示器191、控制电子部件193、运动引发器 110、可变形的连接件174(将运动引发器110连接于摇臂轴178)，以及补偿不同使用者的重 量的补偿装置140。有利地，将原动力传递到运动引发器110和平台194之间的连杆机构包 括不只四个运动部分(包括运动引发器和振动平台194)，并利用固定的可变形的连接件连 接连杆运动部分，而不是使用基于轴承的连接件(具有后座力、摩擦和磨损)。装置140至少部分地补偿施加于平台194的不同工作载荷190，使得由运动引发器 110产生的力不用于支撑使用者的重量，因此能够更有效地被补充以便引发在平台上的运 动。优选地，补偿装置140由线性致动器和弹簧(未示出)或膨胀气垫和泵(未示出)构 成。但是，设计可替代的补偿装置，该可替代的补偿装置结合了这些可替代的部件和本领域 已知的所有其他合适的装置。补偿装置140缓慢地调整，但具有足够的力以支撑最重的使 用者(最少可达200kg)。当使用者站立在平台194上时，运动引发器110被迫使到达它的 一个运动范围。接着，补偿装置140工作并在运动引发器110上施加力，以便补偿平台上的 使用者的重力。因此，补偿装置140只在平台上的载荷变化时，通常是某人登上平台或从平 台上下来时工作。运动引发器110是将来自控制电子部件193的电信号通过连杆174、178和172转 变为物理动作或旋转力的机械装置。在最优选的实施例中，运动引发器110是伺服控制的、 运动磁体致动器；但是，可替代的运动引发器可以设计为，例如，线性发动机、气动执行机 构、液压执行机构，以及本领域已知的所有其他合适的运动引发器。通过运动引发器110在平台194中产生的振动振幅和频率能够通过控制电子设 备193调整。因此，装置100的操作者能够调整振动平台194的频率和振幅以便获得不同 的结果，例如，速度和耐力训练、促进骨骼生长；治疗骨折、骨质疏松以及其他组织状况、姿 势不稳；治疗其他状况，例如囊肿性纤维化、帕金森病、关节炎；改进血管循环；治疗淋巴循 环、以及多种硬化症。在最优选的实施例中，运动引发器110的最小和最大操作频率分别是 IHZ和100HZ，包括端点。此外，振动的最大振幅不小于25mm。
使用者界面191优选是彩色LCD屏，彩色LCD为使用者提供具有下列特点中至少 一个的直观界面(a)生物统计操作者的识别；(b)最近的锻炼选择，使得控制电子设备193 再现当前的操作者的最近的训练时段；(c)训练时段历史，使得控制电子设备193记录每个 操作者的每段训练，以及操作者的体重；(d)智能暂停，如果操作者在使用期间从该装置下 来，控制电子设备193就暂停当前的训练时段并在操作者回到该机器上时自动恢复当前的 训练时段；(e)调整部件，使得操作者调整治疗时段参数，例如，时间、振动振幅、频率以及 波形。使用者界面191和控制电子设备193能包括用于改变平台194的运动的竖直分量 的波形(不只是改变摆动力的振幅和频率)的方法，从而获得不同的治疗效果。如在这里 使用的，术语“治疗”应该广义地解释为包括锻炼。优选的波形包括修正的正弦波和反映勻 加速度的波形，但是，如在这里使用的，术语“波形”还应广义地解释为包括不是明显重复的 图形。还应考虑到，波形能够更新或从外部记忆存储装置(例如，USB记忆棒)中添加新的 波形。振动装置100优选地包括位置传感器162，位置传感器162为控制电子设备193提 供信号，控制电子设备193允许闭环控制以便确保平台194遵循期望的摆动图形。在最优 选的实施例中，位置感应装置是纯粹的位置传感器，但是也可使用增量位置传感器。在最优 选的实施例中，位置传感器包括多个磁场传感器的线性排列，磁场传感器与软件算法一起 测量当磁体经过磁场传感器时磁体的线性位置，但是也可以使用本领域已知的任何其他合 适的位置感应装置。优选的连杆机构包括连接于平台194和往复的、枢转的摇臂轴178的可变形的连 接件172 ；以及连接于运动引发器110的可变形的连接件174。往复运动的摇臂轴178将由 运动引发器110(通过连接件174)产生的线性力转化为施加于平台194(通过连接件172) 的力，因而，平台的至少第一部分沿着基本竖直运动(如箭头192所示)振动。如这里所述， 术语“基本竖直的运动”应广义地解释为振动运动包括至少20%的非竖直分量。在最优选 的实施例中，当以IOOkg的重量操作时，由运动引发器110产生的力足以在平台上引起0. 2g 至Ig的加速度。有利地，往复的、枢转的摇臂轴178通过可变形的连接件(不是滑动轴承) 连接于运动引发器、框架和振动平台，以便减小联动系统中的后座力和咔哒声。在可替代的实施例中，可使用第二运动引发器(未示出)，第二运动引发器与第一 运动引发器110配合将基本竖直的运动传递到平台的至少第二部分，使得平台的第一部分 独立于平台的第二部分基本竖直的移动。图2是剖视图(与图1的视图成直角)，其中，相同的部件被赋予的标号十位和各 位与图1相同，但百位为2，不同于图1的附图标号百位为1。图2示出将运动从运动引发器 传送到振动平台的至少一部分的机构，并且示出延伸到运动引发器210的一侧的半个连接 机构和连接于振动台四4的一个连接点272，以及载荷四0。连接机构的另一半没有示出， 但是其以镜像的方式延伸到运动引发器210的另一侧。在最优选的实施例中，具有四个连接点272，振动平台四4的每个拐角都有一个连 接点。摇臂轴278围绕轴承276枢转，每个摇臂轴278都具有一组在摇臂轴278的任一 端连接于其上的摇臂。在摇臂轴278的运动引发器端，运动引发器210通过可变形的连接件274连接于摇臂297的顶部边缘203，并且振动平台294通过可变形的连接件272连接于 相对的摇臂四9的顶部边缘201。在摇臂轴278的另一端(未示出)，振动平台294通过类 似于可变形连接件272的可变形连接件连接于类似于摇臂四9的摇臂的顶部边缘。运动引发器210连接于可变形的连接件274的一端。可变形的连接件274连接在 摇臂四7的边缘203。因此，运动引发器210的往复运动295引起摇臂轴278的旋转的往复 运动209，同时可变形的连接件274围绕四7的圆形边缘207缠绕并展开。同样地，摇臂轴 278的旋转的往复运动209引起可变形的连接件272围绕摇臂四9的圆形边缘205缠绕并 展开。因此，运动引发器210的线性往复运动295被转变为摇臂轴278的旋转的往复运 动209，这导致振动平台294进行线性往复运动四2。有利地，轴承276是免维护的、无后座力的、无摩擦的枢轴承。图3是框图，示出驱动振动装置100的方法300的步骤，振动装置100包括振动平 台194J94，其中，相同的部件的附图标号十位和个位相同，图3中的部件的附图标号的百 位为3，而图1中附图标号的百位为1 (图1)，图2中附图标号的百位为2 (图2)。方法300 设计为包括如下步骤(a)提供电磁运动引发装置310，使得电磁运动引发装置包括移动的 磁体致动器312 ;(b)利用由操作者控制的软件不只改变振幅和频率还改变平台的运动的 竖直分量的波形320，其中，波形包括至少一个下列波形用于勻加速度的重复的抛物线形 322，正弦曲线324，以及包括在彼此之上重叠的两个或多个不同的正弦波从而形成任意波 形的波形326 ； (c)为操作者设置控制器，用于设定波形从而获得不同的治疗效果330 ;(d) 设置至少部分地自动补偿放置在平台上的载荷的差的装置340，其中，该装置包括下列部件 中的至少一个致动器控制的弹簧补偿器342，泵控制的气垫344 ;(e)将波形存储在设备外 的存储器350中；(f)使用闭环控制系统来操作该装置360，以便控制系统使用位置传感器 来测量平台的高度的即时位置362 ；以及(g)通过至少一个下列部件，设置消除后座力和静 摩擦的连接机构370 连接于振动平台的可变形连接件372 ；连接于运动引发器的可变形连 接件374 ；无摩擦的、免维护的枢轴承376 ；枢转的摇臂轴，用于传送来自振动平台后部的运 动引发装置的竖直运动378。因此，公开了具有设置在侧部和后部的致动器的振动设备的具体实施例和申请。 但是，显然，对于本领域的技术人员来说，能作出除了已经描述的那些之外的更多的改动， 而不背离本发明的构思。因此，本发明的主题没有受到限制，只要其落入所附权利要求的精 神。而且，在描述说明书和权利要求时，所有的术语都应解释为与本文相一致的最广义的方 式。特别是，术语“包括”应被解释为非绝对形式的元件、部件或步骤；说明了参考的元件、 部件或步骤可被提供，或被使用、或与没有表达出来但被参考的其他元件、部件或步骤相结 合。当权利要求涉及选自包括A、B、C...和N的组中的至少一个时，应该被解释为只要求从 该组中选出一个成分而不是A加N，或B加N等。
权利要求
1.一种振动设备，包括平台，该平台的大小和尺寸设置成用于一个人站立在其上； 第一运动引发器，该第一运动引发器没有设置在平台下；以及 连杆机构，该连杆机构将线性运动从第一运动引发器传送至平台，使得平台的至少第 一部分沿着基本竖直的运动移动。
2.一种驱动平台振动设备的方法，包括 电磁运动引发装置；以及由运动引发装置驱动的、至少部分地补偿工作载荷的差的装置。
3.一种操作包括移动平台的振动设备的方法，包括具有由操作者控制的软件的电磁运动引发装置不但改变振幅和频率还改变平台的运 动的竖直分量的波形；以及操作者控制器，该操作者控制器用于设定波形以便获得不同的治疗效果。
4.根据权利要求1的设备，其中，平台具有测量面积至少为的Im2上表面区域。
5.根据权利要求1的设备，其中，平台具有测量面积至少为的2m2上表面区域。
6.根据权利要求1的设备，其中，第一运动引发器包括线性发动机。
7.根据权利要求1的设备，其中，第一运动引发器包括电磁装置。
8.根据权利要求1的设备，还包括第二运动引发器，该第二运动引发器与第一运动引 发器配合以便将基本竖直的运动传递到平台的至少一个第二部分。
9.根据权利要求8的设备，其中，第一运动引发器独立于平台的第二部分向上并向下 移动。
10.根据权利要求1的设备，其中，将原动力在第一运动引发器和平台之间传递的机构 包括不只两个移动部分，还包括端部。
11.根据权利要求10的设备，其中，该机构包括连接于运动引发器的、两个往复的枢转 杆，并且每一个枢转杆都连接于平台的相对侧。
12.根据权利要求11的设备，其中，使用无摩擦的、无后座力的枢轴承，枢转杆连接于 框架。
13.根据权利要求11的设备，其中，枢转杆利用可变形的连接件连接于运动引发装置 和平台。
14.根据权利要求13的设备，其中，可变形的连接件是弹簧钢带。
15.根据权利要求1的设备，其中，在平台上放置IOOkg的重量而进行操作时，力足以引 发0.2至Ig的加速度。
16.根据权利要求1的设备，其中，基本竖直的运动包括最多20%的非竖直分量。
17.根据权利要求1的设备，还包括安装于设备的有助于运动的一组滚轮。
18.根据权利要求1的设备，还包括多个支脚，多个支脚中的至少一个是高度可调节的。
19.根据权利要求2的方法，其中，第一运动引发器包括线性发动机。
20.根据权利要求2的方法，其中，第一运动引发器包括电磁装置。
21.根据权利要求2的方法，其中，补偿装置包括弹簧和线性致动器。
22.根据权利要求2的方法，其中，补偿装置包括气垫和气泵。
23.根据权利要求2的方法，还包括处于闭环结构的伺服控制运动引发装置。
24.根据权利要求2的方法，还包括位置传感器以便测量平台的即时位置。
25.根据权利要求M的方法，还包括磁体线性位移传感器。
26.根据权利要求M的方法，还包括光学线性位移传感器。
27.根据权利要求25的方法，还包括多个磁场传感器的线性排列，多个磁场传感器与 软件算法一起测量当磁体经过磁场传感器时磁体的线性位置。
28.根据权利要求3的方法，其中，波形包括重复的抛物线形。
29.根据权利要求3的方法，其中，波形包括正弦曲线形。
30.根据权利要求3的方法，其中，波形包括设置在彼此之上的多个不同的正弦波形以 便形成任意的波形。
31.根据权利要求3的方法，还包括将波形存储在设备外的存储器中。
全文摘要
一种整体振动设备100，其具有运动引发器110，运动引发器110没有设置在振动平台194下以便振动平台194可以设置为接近底面。双摇臂轴178在轴颈处作用以便以旋转的往复运动的方式往复运动，将在后部设置的运动引发装置110的线性运动转化为振动平台194的竖直运动。由连杆机构172、174、178构成的连接机构将运动引发装置110连接于振动平台194。连杆机构采用可变形的连接件172、174和无摩擦轴承，以便减小不希望的咔哒声和磨损，以及省略维护的需要。补偿装置140调整使用者的重量以便运动引发装置110将其有用的输出都用于支撑使用者的重量。除了改变频率和振幅，为使用者提供了选择不同波形的方法以便获得多种治疗好处。
文档编号A61H1/00GK102065818SQ200880113014
公开日2011年5月18日 申请日期2008年10月22日 优先权日2007年10月23日
发明者C·M·贝克尔, 安德鲁·马克·休伊森 申请人:安德鲁·马克·休伊森