Если человек постоянно находится в лежачем положении, то происходит атрофия суставов и мышц. Мышцы становятся меньше, а суставы теряют подвижность, переставая выполнять функции. Из-за распада белков мышечные волокна становятся тонкими. Со временем все труднее перемещаться: возможность двигательной активности уменьшается. Подвижность причиняет боль, трудно координировать движения. Чтобы этого избежать, созданы велотренажеры для инвалидов.

Велотренажер – это спортинвентарь, который работает по циклическому принципу, имитируя велосипед[1].

Использование велотренажера необходимо в следующих ситуациях: когда человек перенес инсульт, нарушение работы опорно-двигательного аппарата, при ДЦП, восстановление необходимое при переломах.
В ЛФК одним из ключевых упражнений представлено занятие на велотренажере. Данный тренажер задействует большое количество мышц, поддерживает их в тонусе, помогает полностью или частично восстановить утраченные функции. Поэтому проектирование универсального тренажера, доступного для людей с разными заболеваниями, является актуальной задачей.

Анализ пользователей

Пользователями велотренажера могут быть как мужчины, так и женщины разных возрастов, разной комплекции и с разной степенью заболевания. Необходимо создать универсальный велотренажер, который был бы удобен для широкого диапазона пользователей.

Обзор аналогичных моделей

Если люди нуждаются в разработке рук или ног после серьезных травм или в результате инвалидности, подбирают велотренажеры, исходя из заболевания.

1) Модель со встроенным компьютером. Этот тренажер позволяет контролировать основные биопоказатели. Встроенный компьютер полностью контролирует процесс тренировки. Такие тренажеры содержат много встроенных программ, рассчитанных на людей с разными целями занятий. Тренажер работает как в обычном режиме, так и в реверсивном. Возможно его использовать как для активной, так и для пассивной реабилитации. [2].

2) Тренажер с электродвигателем. Простой педальный тренажер с электродвигателем предназначен для разработки нижних конечностей больных в период реабилитации или инвалидов. Тренажер используется для вращательных упражнений ступней, колен и бедер. Педали в этом тренажере крутятся самостоятельно, тем самым заставляя ноги (руки) работать. Тренажер работает как в обычном режиме так и реверсионном. Возможно его использовать для разработки рук. Использование тренажера возможно только сидя или лёжа с упором руками. Такие модели являются самыми не дорогими, компактными и доступными, а так же имеют небольшой вес.

3) Тренажер для инвалидов-колясочников. Больной человек может проводить тренировки, находясь в инвалидной коляске. Конструкция без электроники, в которую входит два набора педалей. Если занятие проводится в инвалидной коляске, то ноги фиксируются специальными липучками. Предназначен для реабилитации лиц, перенесших инсульт, а также для разработки мышц и суставов ног и рук после травм. При вращении руками рукоятей вращаются педали для ног. Тренажер используется для одновременных вращательных упражнений рук (кистей рук, плечевого пояса) и ног (ступней, колен и бедер). Возможно независимое вращение педалей руками и ногами [3].

Материалы

Тренажер рассчитан на интенсивную работу, исходя из этого, используются следующие материалы:

1) Сталь. Все рабочие элементы тренажеров, тросы, блоки выполняются из стали, которую полируют и хромируют. В качестве основных материалов для изготовления тренажеров используются профили квадратной и прямоугольной форм, которые предварительно обрабатываются и гнутся на высокотехнологичных станках. Применение этих профессиональных решений обеспечивает привлекательный внешний вид, жесткость, надежность и безопасность спортинвентаря. [4].

2) Поролон вторичного вспенивания. Имеет устойчивость к износу под воздействием нагрузок. Используют для мягких частей тренажера, маты различной твердости и толщины, использование обрезков поролона для наполнения прыжковых и страховочных ям. [5].

3) Пластик. Из пластика изготавливают корпуса педальных тренажеров с электродвигателем. Обладает легкостью, но меньшей прочностью, по сравнению со стальным корпусом. Так же используется для шапки «барашков» [6].

4) Резина. Многие тренажеры комплектуются не тросовой системой передачи нагрузки, а ременной. Во многом этот вариант более удобен при эксплуатации, но, как и любой расходный материал со временем требует замены. Так же резиновое покрытие используют для различных рукояток, чтобы избежать скольжения. Этот материал относительно мягкий, а так же обладает прочностью и износостойкостью. [7].

Выявление положительных и отрицательных критерий.

Предусматривается широкий диапазон пользователей с разной степенью заболевания. Тренажер должен обладать такими критериями, чтобы быть универсальным в использовании.

Для того чтобы спроектировать новый тренажер, необходимо выявить и учесть сильные и слабые стороны аналогичных моделей. Для этого был проведен анализ аналогичных моделей по следующим критериям:

вес, возможность тренировки: только руки, только ноги, контроль биопоказателей, регулировка скорости, тренировки в инвалидной коляске, фиксаторы голени, фиксаторы коленей, вращение педалей в прямом и обратном направлении, фиксатор стопы, пассивные упражнения, активные упражнения. Результат анализа представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение аналогов

По результатам анализа, были выбраны следующие критерии, которым будет соответствовать проектируемый тренажер: работа мышцы ног и рук, тренировки в инвалидной коляске, фиксаторы голени, фиксаторы коленей, фиксатор стопы, активные упражнения, вращение педалей в прямом и обратном направлении.

Все вышеперечисленные критерии были учтены при создании визуального образа реабилитационного велотренажера. После консультации со специалистами были добавленные опорные элементы, придающие конструкции устойчивости и надежности. Конструкция приобрела плавную форму, элементы взаимодействия пациента с тренажером выделены фиолетовым цветом. (см. рис.1.)

Рис.1. Визуализация тренажера

Проектируемый тренажер обладает функцией индивидуального тренировочного режима, исходя из возраста, состояния здоровья, рекомендации врачей. Были добавлены регулирующиеся фиксаторы коленных суставов и голени, стопы, элементы, фиксирующие колеса инвалидной коляски. Есть возможность разрабатывать мышцы ног и рук, а так же вращение педалей в прямом и обратном направлении.

Тренажер имеет несколько педалей и режимов работы: при пассивно-активной тренировке движение педалей ног частично зависят от работы педалей рук: так ослабленные больные могут разрабатывать мышцы.

Вывод

В ходе исследования были рассмотрены аналогичные модели тренажеров, выявлены положительные критерии. По итогам исследования данные критерии были применены к проектируемому тренажеру. Комбинирование положительных критериев разных моделей позволило спроектировать универсальный тренажер, который по своим функциям подходит для использования широкому диапазону пользователей с разными заболеваниями.