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作者:洪永杰(2002-10-14);推薦:徐業良(2002-10-14)

多功能座椅式倒立機“Ideal Chair”計畫開發計畫書

1. 計畫背景與目的

脊椎由二十六塊獨立的脊椎體及相關的軟骨所組成,是支持人體重量中樞支柱,脊椎一旦歪斜,可能產生神經壓迫或刺激,酸痛和內臟功能異常等症狀接踵而來。一般骨刺患者常感到腰部酸痛、四肢麻痺、乃因骨刺壓迫到神經所致,目前除開刀外尚無法根治。根據臨床實驗,倒立能拉開脊椎間隔,免除神經壓迫之痛苦,再配合適度運動強化四周肌肉,以徹底改善骨刺引起之疼痛,因此利用倒立機(Inversion Table)作倒立動作已成為一種簡易的自我治療方式,如圖1所示。

1. 倒立機的使用情形[http://www.heartmonitors.com]

目前市售倒立機均為專用機台,設計上類似運動器材,僅能在倒立治療使用。本計畫目的即是設計一台多功能座椅式倒立機-“Ideal Chair”,外觀如休閒座椅,但能調整至零重力位置以及倒立位置。本文首先對倒立機及「零重力椅(Zero Gravity Chair)」市售產品現況作一分析,以期對市售產品有依基本瞭解。接著並進行簡單之國內相關專利分析,瞭解相關專利之技術手段以及本計畫設計內容是否已有相關專利。最後則對本計畫預期之工作內容與時程作一敘述。

2. 倒立機市售產品分析

目前市售倒立機常見的類型有二種,第一種類型如圖2所示,國內市售品稱作稱作「反地心引力倒掛器」,其主要的功用係提供使用者固定其下肢,利用倒立的動作使脊椎因反地心引力而獲得舒展,以避免脊椎損傷患者因長時間全身的重量集中於脊椎而造成負擔。其硬體組成與重要規格整理如下:

2. 市售倒立機(1)[http://www.heartmonitors.com]

(1)   硬體組成

a.       泡棉材質靠墊:提供使用者倒立時支撐並固定其大腿肌肉之用。

b.      可調整式足部固定器:提供使用者倒立時固定其小腿位置,以保持身體的平衡狀態,同時本固定器的位置可以隨著使用者的升高來做調整。

c.       可調整式活動桿:使用者可依其身高來調整倒立機的高度以方便使用。

d.      移動式底座:可於軌道上任意移動以方便使用者的手部能握持到扶手。

e.       扶手:提供使用者運動時支撐上半身重量。

(2)   重要規格

2國外產品提供旋轉角度約90°到-90°,使用前後的角度變化如圖3所示。使用者體重上限為130公斤,身高上限為195公分

3. 使用前後角度變化示意圖[http://www.heartmonitors.com]

第二種倒立機型如圖4所示,國內一般稱作「牽引倒立機」,其主要功能係提供使用者固定其下肢,利用倒立的動作以自身體重牽引脊椎45椎,以避免脊椎損傷患者因長時間全身的重量集中於脊椎而造成負擔。其硬體組成與重要規格整理如下:

4. 市售倒立機(2)[http://ageless.com]

(1)   硬體組成

a.       尼龍材質靠墊:提供使用者倒立時上半身倚靠之用。

b.      無重力迴旋軸:提供倒立機達成旋轉的功能。

c.       可調整式活動桿:使用者可依其身高來調整倒立機的高度以方便使用。

d.      腳踝固定器:提供使用者倒立時固定其腳踝位置,以保持身體的平衡狀態。

e.       U型腳架:倒立機的整體架撐結構。

f.        扶手:提供使用者運動時扶持之用。

(2) 重要規格

4國外產品提供旋轉角度約90°到-90°,同時允許使用者自行調整所需角度(不一定要完全倒立),使用時的角度變化如圖5所示。使用者體重上限亦為130公斤,身高上限為195公分

5. 使用時角度變化示意圖[http://www.heartmonitors.com]

本計畫多功能座椅式倒立機,將屬於圖4牽引倒立機之形式。此類型倒立機常見的問題是使用者經常必須自行彎腰將腳踝固定在支架上,直接對脊椎造成壓迫,引起患者的不適。因此腳踝固定機構之設計,能方便患者能在舒適的情形下操作,是本計畫重要考量之一。市售牽引倒立機腳踝固定器的結構,可再歸類為3種類型:

(1)   4所示倒立機使用時操作者躺在尼龍背墊上,將雙腳置於腳踝固定器的橫桿間並以腳掌反勾,當操作者將雙手朝後擺動時,可使尼龍背墊朝後側旋轉,進行倒立之動作,如圖6所示。此種腳踝的固定方式僅用腳掌反勾的方式加以固定,因此並不需要彎腰將腳踝固定,但是倒立過程中仍有鬆脫之可能。

6. 市售倒立機腳踝固定方式(1)[http://www.bodytrends.com]

(2)   7(a)所示倒立機腳踝固定方式係利用兩個獨立的套環,使用時操作者躺在尼龍背墊上,將腳根利用套環加以扣住固定,倒立動作如圖7(b)所示。此種類型的倒立機其腳踝的固定方式必須仰賴使用者彎腰加以固定,因此對有脊椎方面問題的使用者來說較為不便。

(a)            (b)

7. 市售倒立機腳踝固定方式(2)[http://www.inversion-table-direct.com]

(3)   8(a)所示倒立機腳踝固定方式係利用一可調整式拉桿,使用時操作者躺在尼龍背墊上,將腳掌放置於橫桿上後將拉桿向後調整至適當位置加以固定,倒立動作如圖8(b)所示。此種類型的倒立機其腳踝的固定方式不需使用者大幅度彎腰加以固定,對有脊椎方面問題的使用者來說較為方便。

(a)           (b)

8. 市售倒立機腳踝固定方式(3)[http://www.inversion-table-direct.com]

3. 「零重力椅(Zero Gravity Chair)」市售產品分析

目前市售零重力椅如圖9所示,所謂的“Zero Gravity”的概念係取自於太空人於外太空中時的休息姿勢,此種姿勢有助於太空人於無重力的狀態下,使其身體機能維持在最佳狀態,同時有助於睡眠品質。零重力以相關網站上的宣傳資料指出【http://www.beneform.com/zerograv.htm】指出,當人體於睡眠或休息時的姿勢維持在“Zero Gravity Position”時,將有效減輕心臟受到的壓迫、減少脊椎的負擔、促進血液循環。“Zero Gravity Position”的人體各部位相關位置如圖10所示。

9. 市售座椅式倒立機[http://www.comfortchannel.com]

10. Zero Gravity Position[http://www.beneform.com]

市售零重力椅為利用馬達配合伸縮桿的方式(圖11)來提供使用者可依其需求形成不同角度之調整或呈倒立狀態,以提供不同之坐姿。

11. 座椅式倒立機角度調整裝置[http://www.interhealth.com]

4. 倒立機與座椅式倒立機國內專利分析

為了解目前倒立機與座椅式倒立機相關技術特點,此處利用中華民國專利公報資料庫,蒐尋近十年來國內有關倒立機與零重力椅的相關專利。表1及表2是此次專利蒐集分析的背景設定:

1. 倒立機專利分析背景設定

搜尋公司

不限

搜尋地區

中華民國

搜尋年份

1991/1/1~2002/8/26(公告日)

搜尋欄位

專利關鍵字、專利公告日

國際專利分類

A63B

搜尋語言

中文

資料庫名稱

中華民國專利公報資料庫

關鍵字

倒立機、機構

2. 零重力椅專利分析背景設定

搜尋公司

不限

搜尋地區

中華民國

搜尋年份

1991/1/1~2002/8/26(公告日)

搜尋欄位

專利關鍵字、專利公告日

國際專利分類

A47C

搜尋語言

中文

資料庫名稱

中華民國專利公報資料庫

關鍵字

無重力、零重力、倒立椅、機構

在輸入適當關鍵字之後,得到倒立機專利初級資料共15筆、零重力椅專利初級資料共1筆,篩選整理後過濾出與本計劃相關之專利次級資料共5筆。表3~7為此5筆專利資料之專利分析摘要表。

3. 專利分析摘要表(1)

專利號碼

315733

國際專利分類

A63B23/02

A63B23/35

摘要表編號

001

申請日

19960815

專利名稱

倒立機

申請人

李武垣(台灣)

公開日

19970911

技術分類

1.      體育鍛練訓練設備用於腹部、脊骨、軀幹或肩部者(A63B23/02)

2.      體育鍛練訓練設備用於肢體,即上肢或下肢 (A63B23/35)

分析人員

洪永杰

分析日期

2002/08/26

技術手段:

一種倒立機,其主要係包括一底座,底座四周則設有四支架,於底座上方則設有一斜支柱,並於斜支柱上方固定一活動桿,此活動桿上方並設有一靠墊,其特徵在於:於靠墊一端更設有兩固定桿以供和兩T型桿相結合,其中該斜支柱係和數固定孔之活動桿相配合以供調該底座,T型桿上設有數固定孔以供使用者適時的調整其距離,該支架係利用螺絲將以固定至底座四周,故支架係可自由的拆開以供搬運或運輸之用。

    

4. 專利分析摘要表(2)

專利號碼

350346

國際專利分類

A63B23/02

摘要表編號

002

申請日

19980721

專利名稱

倒立機

申請人

郭忠仁(台灣)

公開日

19990111

技術分類

體育鍛練訓練設備用於腹部、脊骨、軀幹或肩部者(A63B23/02)

分析人員

洪永杰

分析日期

2002/08/26

技術手段:

一種倒立機,包含有:

一底架,具有二U型腳架,該二腳架係以開口端樞接,而可以該端為軸心相對開啟或併合,一限位件,設於一腳架上;一承載機構,包含一第一承載單元,可轉動地設於該二腳架樞接端之間,一第二承載單元,設於該第一承載單元一端,具有一抵制部對應該限位件;一鉤持機構,設置於該第一承載單元另端,包含一架體,二壓桿,相隔適當距離地設於該架體相對第一承載單元之另端;一束縛件,設於第一承載單元底端;藉此,操作者可躺或坐於該承載機構上,將雙腳置於該二壓桿間並以腳掌反勾,再以該束縛件將大腿固定於該第一承載單元上;當操作者將雙手朝後擺動時,可使該承載機構朝後側旋轉,俾進行倒立之動作。

    

5. 專利分析摘要表(3)(專利網站尚無專利範圍的相關說明)

專利號碼

238215

國際專利分類

28/341

摘要表編號

003

申請日

19940131

專利名稱

倒立機

申請人

優愛工業股份有限公司(台灣)

公開日

19950101

技術分類

新式樣

分析人員

洪永杰

分析日期

2002/08/26

技術手段:

 

6. 專利分析摘要表(4)(專利網站尚無專利範圍的相關說明)

專利號碼

239972

國際專利分類

A63B21/02

摘要表編號

004

申請日

19940131

專利名稱

倒立機

申請人

優愛工業股份有限公司(台灣)

公開日

19950201

技術分類

附有或不附有量測裝置,不依靠推力而發育或增強人體之肌肉或關節之訓練器械(A63B21/02)

分析人員

洪永杰

分析日期

2002/08/26

技術手段:

 

 

7. 專利分析摘要表(5)

專利號碼

492281

國際專利分類

A47C3/00,A47C13/00

摘要表編號

005

申請日

20001214

專利名稱

電動式活動倒立椅

申請人

台生實業股份有限公司(台灣)

公開日

20020621

技術分類

1.      能旋轉或可垂直調節座位之椅子(A47C3/00)

2.      能改變的椅子、凳、長凳(A47C13/00)

分析人員

洪永杰

分析日期

2002/08/26

技術手段:

一種電動式活動倒立椅,主要是由椅架與兩側支撐腳架組配而成,其中:
該椅架,係依人體坐姿曲線製成之架體,於其外表包覆設有彈性墊體,於椅架之座墊兩側分設一弧型導桿,於弧型導桿兩端近其與椅架連結部位內側並突設有適當之限位桿;該兩側腳架,於其內側面設有對應椅架弧型導桿之弧曲態樣的滑槽,於其滑槽近兩端位置分別延設容槽,於容槽內分設有限位片及樞組有滑輪;利用椅架兩側之弧型導桿分別契合嵌入兩側支撐腳架內側面預設之滑槽內,並以滑槽兩端限位片對導桿形成適當覆夾限位,且使滑輪與導桿取得接觸滑順性,藉以完成椅架與兩側支撐腳架之組配,並賦予椅架得藉兩側弧型導桿與腳架滑槽配合而獲得仰傾型態之調變效能;另於兩側腳架前連結橫桿部位乃設有一組馬達伸縮桿,並使馬達的伸縮桿銜結於椅架座墊部位近後側之桿架上,藉以得對椅架形成適當角度支撐;據此,在馬達伸縮桿處於突伸狀態時,乃得維持椅架之正常型態,而操控馬達伸縮桿內縮時,則可拉引椅架在其導桿與腳架滑槽的配合下,形成不同角度之調整或呈倒立狀態,以提供不同之坐姿需求,為其特徵者。

 

在建構出倒立機與座椅式倒立機的專利分析摘要表之後,可以由表中歸納出一些專利分析的初步結論:

(1)   倒立機方面

綜觀上述專利資料可以發現,多數的技術手段皆集中於倒立機的整體機構設計上,對於腳踝固定器結構改良的專利並無所獲,並且固定器的結構裝置仍不脫上述市售品的3種類型。

(2)   零重力椅方面

經過搜尋之後,國內僅有一篇關於座椅式倒立機的專利,此篇專利的技術手段皆集中於整體機構設計。由此篇專利可以看出其整體設計除了將“Zero Gravity Position”的功能實現之外,同時亦將倒立的功能考慮進去,公開日為今年六月,相當值得重視。本計畫多功能座椅式倒立機“Ideal Chair”之設計開發,規劃上必須有更整體、更新穎、超越現有設計之功能。

5. 本計畫工作內容與時程

本計劃的目的是設計一台座椅式倒立機-Ideal Chair,外觀如休閒座椅,但需達成可調整至零重力位置以及倒立位置兩項功能,腳踝固定機構之設計能方便患者能在舒適的情形下操作,是本計畫重要考量。同時為超越現有專利之功能,本設計必須有更整體、更新穎之功能規劃。

12是委託者提供之設計需求與初步設計構想,整理如下:

(1)   外觀與一般休閒座椅相似,尺寸初步規劃與一般市售品的大小相當。座椅內部以鋁管作為主體架構,以軟性材質(如泡棉)作為內部填充物,外部則以皮質材料為考量。

(2)   座椅下方設置一可調整式活動桿,方便使用者依其身高來做適當的調整。

12. 座椅式倒立機

(3)   迴轉用樞軸與溝槽的功能在於提供座椅正常位置與零重力位置狀態的切換,調整程序如圖13所示

11. 座椅角度切換示意圖

(4)   使用者可以調整圖12中的接點a與接點b之固定角度,將座椅轉換成為倒立機時,程序如圖14所示。其中腳踝固定器平時收藏於座椅的背面,待欲使用倒立機的功能時,再將其轉至正面即可。

12. 變換座椅成倒立機

本計畫預計分為三個月、二個階段進行,最後完成之具體內容為一可達成需求功能之實體原型(不包含外型工業設計部分)以及所有相關設計圖及技術資料。

第一階段(第一個月)

(1)   確認本計劃的設計目標與開發項目

(2)   了解現有市售倒立機的相關資料

(3)   完成新穎性之功能規劃

(4)   完成整體機構設計概念

本階段完成之查核點為完成並確認相關之概念設計。

第二階段(第二、三個月)

(1)   進行各子系統硬體細部設計及電腦模擬

(2)   系統整合製作原型

(3)   進行初步測試

本階段完成之查核點為完成細部設計圖並製作完成設計原型。