專利名稱：一種眼部肌肉鍛煉裝置和眼部肌肉鍛煉方法
技術領域：
本發明屬于視力保健領域，涉及一種眼部肌肉鍛煉的裝置及對應的眼部肌肉鍛煉的方法。
背景技術：
近視已經成為青少年中一種患病率極高的眼部疾病，導致近視的原因有很多，客觀上有遺傳、體質不良、營養不良等原因，而對比國內近二、三十年青少年近視率以及當前國外青少年的近視發病率就可發現，用眼習慣不良是導致近視最普遍的原因，用眼習慣不良包括用眼過度、坐姿不端正、觀看電視電腦屏幕時間過長、不注意用眼環境等。人的眼睛， 像其他人體器官一樣也需要適當的休息和鍛煉，才能保持健康，閉眼休息是讓眼部肌肉放松的一種方法；針對目前青少年近視普遍發生的現狀，除了培養良好的用眼習慣外，還需要加強眼睛的鍛煉，主要是針對眼部肌肉的鍛煉，增強眼部肌肉力量，加大眼睛的調節能力。 眼部肌肉力量增強，不但可以幫助人們保持和恢復視力，還可以增加眼睛的明亮程度，展示良好的精神面貌。現有技術中的眼部肌肉鍛煉的裝置及方法，通常是基于光學或機械原理，通過反復調節裝置中設有的透鏡，使得使用者的視力聚焦點可以不斷地在視網膜前和視網膜后移動，這些裝置雖然可以達到鍛煉眼部肌肉的目的，但是這些基于光學或機械原理的裝置通常是體積較大，攜帶不便，使用時受環境、時間等條件限制，使用者難以及時和堅持使用，而且價格較高，對一般家庭來說是一個不小的經濟負擔。
發明內容
有鑒于此，本發明實施例提供一種由單片機控制的眼部肌肉鍛煉的裝置和眼部肌肉鍛煉的方法，可以鍛煉使用者的眼部肌肉，加強眼部睫狀肌肌肉力量，增強調節晶狀體的能力，從而達到改善使用者視力的目的，適用于近視發病初期即假性近視的兒童。方法如下本發明實施例提供的裝置包含一個轉動臂，轉動臂末端安裝LED發光二極管，當轉動臂圍繞頭部做圓周運動時，使用者的視力集中在發光二極管上，以此引導眼球轉動，盡力拉伸眼部肌肉，達到鍛煉眼部肌肉的效果。轉動臂轉動時既能夠避開身體，又能讓視力焦點盡可能落在使用者盡力調節眼部肌肉才能看到的地方。為解決上述問題，本發明實施例提供一種眼部肌肉鍛煉的裝置，包括轉動臂、LED 發光二極管、齒條運動槽、齒輪及齒條、旋轉角度傳感器、減速直流電機、步進電機、控制電路及操作面板、支撐桿伸縮桿及高度調節緊固部件。轉動臂，轉動臂為一“L”型中空連桿，“L”型連桿的兩段長均約25CM，直角連接，在固定在減速直流電機轉動軸，在減速直流電機帶動下作圓周運動。LED發光二極管，安裝在轉動臂末端，用于引導視力焦點。齒條運動槽、齒輪及齒條，齒條嵌入齒條運動槽中，步進電機軸帶動齒輪做圓周運動，經齒條轉化為直線運動，帶動齒條做水平移動。
角度傳感裝置，用于測量當前減速直流電機轉動軸的角度，并將信號傳送給控制電路。減速直流電機，為轉動臂做圓周運動提供動力。步進電機，為齒條在運動槽內平移提供動力。控制電路及操作面板，控制電路是一個單片機控制系統，收集轉動臂位置信息，控制減速直流電機、步進電機運動，帶動轉動臂按照預先設計的運動軌跡作有規律運動，并可進行運動設置顯示及操作。支撐桿、伸縮桿及高度調節緊固部件為整個運動機構提供支撐，并可根據實際需要進行高度調整。本裝置的主要運動軌跡是這樣的使用者靠墻站立，本裝置與使用者面對面放置， 轉動臂以其眉心為圓心，圍繞頭部做圓周運動，轉動臂由減速直流電流驅動，轉動速度約 6rpm。減速直流電機固定于齒條遠離步進電機一端，由步進電機通過齒輪帶動齒條做水平方向移動，即面向頭部做前進或后退運動。轉動臂在人體的肩部上方轉動時，齒條向頭部方向前進，使轉動臂末端盡量貼近墻壁(不接觸)，在向頭部正上方方向轉動同時，轉動臂末端又逐漸遠離墻壁，到達正上方后，又向靠近墻壁方向移動，當到肩部位置時，齒條后退，帶動轉動臂在轉動時避開人的身體，但又要盡量貼近身體。在轉動臂運動過程中，使用者的視力焦點始終集中在運動臂末端LED發光二極管上。本裝置進行眼部肌肉鍛煉的方法是這樣的第一步，調節支撐架高度，使減速直流電機軸心高度與使用者眉心高度一致；第二步，特征位置預設。特征位置分為四個，分別為左肩上、右肩上、頭頂正上方、胸前正下方，在此簡稱為左、右、上、下，轉動臂工作時，其圓周軌跡被四個特征位置分為四段，每段運行軌跡由控制器根據上、下、左、右四個位置信息進行計算后控制步進電機及減速直流電機，使轉動臂按照計算軌跡運動；第三步，設定鍛煉方案，本裝置提供3種鍛煉方案，分別為初級、中級、高級，每種方案由4組運動構成，轉動臂順時針或逆時針轉動10-15圈稱為1組；第四步，啟動裝置進行眼部肌肉鍛煉，輔以語音提示及工作狀態顯示。本發明實施例具有以下效果1、本發明裝置的適用對象是近視發病初期的兒童，在本發明之前，轉圈訓練由家長操作，引導兒童的視力焦點移動，容易產生引導不穩定、不規范以及操作者的疲勞。2、家長可以在旁觀察孩子在眼部肌肉鍛煉中眼球的運動，便于監督指導，對自覺的孩子可以不用家長陪伴自行開啟裝置鍛煉。3、純物理方法，對人體無任何不良影響。4、相對于現有基于機械或光學的設備來說，結構簡單，體積小，成本低。
圖1是本發明實施例--的側視圖2是本發明實施例--的正視圖3是本發明實施例--的俯視圖4是本發明實施例--的應用示意圖
圖5是本發明實施例二二的側視圖。
其中圖1 :1、轉動臂末端(LED發光二極管)；2、轉動臂；3、減速直流電機；4、齒條；5、齒輪；6、伸縮桿；7、高度調節緊固螺絲；8、控制電路及操作顯示面板；9、支撐桿；15、旋轉角度傳感器。圖2 :2、轉動臂；6、伸縮桿；9、支撐桿；10、齒條運動槽；11、步進電機。圖3 :2、轉動臂；3、減速直流電機；4、齒條；11、步進電機。圖4 13、使用者；14、本發明實施例裝置。圖5 :1、轉動臂末端(LED發光二極管)；2、轉動臂；3、減速直流電機；4、齒條；5、齒輪；6、伸縮桿；7、高度調節緊固螺絲；8、控制電路及操作顯示面板；9、支撐桿；16、距離傳感
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具體實施例方式下面結合附圖及實施例，對本發明做進一步描述本發明實施例應用的場景如圖4所示，使用者靠墻站立，本發明裝置放置在其正前方，裝置的轉動臂以其眉心為圓心，轉動臂圍繞頭部做圓周運動，轉動臂由減速直流電流驅動，轉動速度約6rpm。當轉動臂轉動時，使用者的視力聚焦點始終集中在運動臂末端LED 發光二極管，從而帶動眼球向不同方向有規律地運動，使眼部肌肉不斷的收縮和放松，起到鍛煉眼部睫狀肌的作用，并以此加強眼部肌肉力量，增強調節晶狀體的能力。要達到訓練的效果，轉動臂的末端即視力焦點的位置在轉動時要盡量的靠近墻面(假設人是靠墻站立的)，但需要考慮上方及下方的特殊情況下方，即當轉動到肩膀及肩膀以下時，要避開身體但又要貼近身體轉動；當轉動臂轉動到肩膀上方時，先要靠近墻面，然后轉動臂末端要逐漸向遠離墻面的方向移動一定的距離，因為在正上方及周圍，如果轉動臂末端貼近墻面，人眼不可能看到。因此，本發明提供兩種實施例解決轉動臂運動問題。實施例一本發明實施例提供一種眼部肌肉鍛煉的裝置，側視圖如圖1所示，正視圖如圖2所示，包括轉動臂、LED發光二極管、齒條移動平臺、齒輪及齒條、旋轉角度傳感器、減速直流電機、步進電機、控制電路及操作面板、支撐架及高度調節緊固部件。轉動臂2，轉動臂為一“L”型中空連桿，“L”型兩段長均約25CM，直角連接，在固定在減速直流電機轉動軸，在減速直流電機帶動下作圓周運動。減速直流電機3，為轉動臂做圓周運動提供動力，使用減速直流電機是為控制轉動臂轉動速度，由控制電路控制。LED發光二極管1，安裝在轉動臂末端，用于引導視力焦點。齒條4，齒條嵌入齒條移動槽，步進電機軸帶動齒輪做圓周運動，經齒條轉化為直線運動，帶動齒條做水平移動。齒輪5，安裝與步進電機軸，步進電機在控制電路的控制下轉動，驅動齒輪做圓周運動。齒條運動槽10，用于安裝齒條，齒條嵌入齒條運動槽，步進電機轉動時，經齒輪傳遞將轉動轉化為直線運動，驅動齒條在槽內水平移動。角度傳感裝置15，用于測量當前減速直流電機轉動軸的角度，并將信號傳送給控制電路。當使用者對本裝置進行初始設置時，需要將轉動臂轉動到幾個特定位置，同時調整步進電機使轉動臂前進或后退，并記錄該位置的角度數據、步進步數等信息，為本裝置計算轉動臂軌跡提供基準信息。步進電機11，為齒條在齒條運動槽內平移提供動力，當轉動臂做圓周運動時，齒條帶動減速直流電機及轉動臂做前進或后退的運動，使轉動臂在下方時避開人的身體，在上方時朝墻面方向逐漸遠離或靠近，達到使用者盡力運動眼球才能看到轉動臂末端LED發光二極管的效果。控制電路及操作面板8，控制電路是一個單片機控制系統，收集旋轉角度傳感器信息，由控制器根據當前的轉動臂的角度進行計算后，控制減速直流電機、步進電機運動，帶動轉動臂按照預先設計的運動軌跡及規律運動，并可進行運動設置顯示及操作。當進行初始設置時，通過操作面板及旋轉角度傳感器的反饋，控制轉動臂運動到上下左右四個指定位置，在每個位置，操作步進電機前進或后退，使轉動臂末端(LED發光二極管)到達目力盡力所能到達的位置，并記錄該位置信息。在正常使用時，可以通過操作面板選擇轉動方案， 或者在使用時臨時暫停或啟動。伸縮桿6，伸縮桿上端作為步進電機及齒條運動槽平臺的支撐，用于調節高度使之與使用者的高度匹配。支撐桿9，為整個裝置提供支撐。高度調節緊固螺絲7，調節伸縮桿高度，并將其緊固在支撐桿上。本發明實施例的眼部肌肉鍛煉方法的步驟是這樣的第一步，調節支撐架高度，使減速直流電機軸心高度與使用者眉心高度一致。第二步，特征位置預設。特征位置分為四個，分別為左肩上、右肩上、頭頂正上方、 胸前正下方，在此簡稱為左、右、上、下，預設方法如下按預設按鈕，進入預設程序，選擇四個位置的其中一個，手動操作控制面板，使轉動臂到達指定位置，按確認按鈕進行確定，接著操作步進電機按鈕，使步進電機前進或后退，使轉動臂末端(LED發光二極管)到達目力盡力所能到達的位置，然后確定，控制電路記錄位置該位置信息，然后依次以相同方法設置其他三個位置信息。轉動臂工作時，其圓周軌跡被四個特征位置分為四段，每段運行軌跡由控制器根據上、下、左、右四個位置信息進行計算后控制步進電機及減速直流電機使轉動臂轉動時按照計算結果的軌跡運動。第三步，設定鍛煉方案，本裝置提供3種鍛煉方案，分別為初級，中級，高級，每種方案由4組運動構成，轉動臂順時針或逆時針轉動10-15圈稱為1組，具體如下初級運動方案10-12圈為1組，順時針轉一組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，停止。也可從逆時針開始，順逆時針交替。中級運動方案15圈為一組，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止。高級運動方案15圈為一組，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止，在每組運動中，隨機插入進行2-3次往返， 即如順時針轉動某位置，停止，隨即逆時針轉動1-2秒，然后恢復順時針轉動。第四步，啟動裝置進行眼部肌肉鍛煉，輔以語音啟動提示及工作狀態顯示。本發明實施例及眼部肌肉鍛煉方法具有以下效果
1、本發明裝置的適用對象是近視發病初期的兒童，在本發明之前，轉圈訓練由家長操作，引導兒童的視力焦點移動，容易產生引導不穩定、不規范以及操作者(家長)的疲勞。2、家長可以在旁觀察孩子在眼部肌肉鍛煉中眼球的運動，便于監督指導，對自覺的孩子可以不用家長陪伴自行開啟裝置鍛煉。3、純物理方法，對人體無任何不良影響。4、相對于現有基于機械或光學的設備來說，結構簡單，體積小，成本低。實施例二本發明實施例提供一種眼部肌肉鍛煉的裝置，側視圖如圖5所示，包括轉動臂、 LED發光二極管、距離傳感器、齒條運動槽、齒輪及齒條、旋轉角度傳感器、減速直流電機、步進電機、控制電路及操作面板、支撐架及高度調節緊固部件。轉動臂2，轉動臂為一“L”型中空連桿，“L”型兩段長均約25CM，直角連接，在固定在減速直流電機轉動軸，在減速直流電機帶動下作圓周運動。LED發光二極管1，安裝在轉動臂末端，用于引導視力焦點。減速直流電機3，為轉動臂做圓周運動提供動力，使用減速直流電機是為控制轉動臂轉動速度，由控制電路控制。距離傳感器16，安裝在轉動臂末端，用于測量轉動臂距離墻壁及人體的水平距離， 并將獲得的信號送至控制器。齒條4，齒條嵌入齒條移動槽，步進電機軸帶動齒輪做圓周運動，經齒條轉化為直線運動，帶動齒條做水平移動。齒輪5，安裝于步進電機軸，步進電機在控制電路的控制下轉動，驅動齒輪做圓周運動。齒條運動槽10，用于安裝齒條，齒條嵌入齒條運動槽，步進電機轉動時，經齒輪傳遞將轉動轉化為直線運動，驅動齒條在槽內水平移動。角度傳感裝置15，用于測量當前減速直流電機轉動軸的角度，并將信號傳送給控制電路。當使用者對本裝置進行初始設置時，需要將轉動臂轉動到幾個特定位置，同時調整步進電機使轉動臂前進或后退，并記錄該位置的角度數據、步進步數等信息，為本裝置計算轉動臂軌跡提供基準信息。步進電機11，為齒條在齒條運動槽內平移提供動力，當轉動臂做圓周運動時，齒條帶動減速直流電機及轉動臂做前進或后退的運動，使轉動臂在下方時避開人的身體，在上方時朝墻面方向逐漸遠離或靠近，達到使用者盡力運動眼球才能看到轉動臂末端LED發光二極管的效果。控制電路及操作面板8，控制電路是一個單片機控制系統，收集旋轉角度傳感器信息、距離傳感器信息，由控制器根據當前的轉動臂的角度及距離信息，對比預設的轉動臂軌跡，控制減速直流電機、步進電機運動，帶動轉動臂按照預先設計的運動軌跡及規律運動， 并可進行運動方案設置顯示及操作。在正常使用時，可以通過操作面板選擇轉動方案，或者在使用時臨時暫停或啟動。伸縮桿6，伸縮桿上端作為步進電機及齒條運動槽平臺的支撐，用于調節高度使之與使用者的高度匹配。
支撐桿9，為整個裝置提供支撐。高度調節緊固螺絲7，調節伸縮桿高度，并將其緊固在支撐桿上。本裝置進行眼部肌肉鍛煉的方法是這樣的第一步，調節支撐架高度，使減速直流電機軸心高度與使用者眉心高度一致。第二步，設定鍛煉方案，本裝置提供3種鍛煉方案，分別為初級，中級，高級，每種方案由4組運動構成，轉動臂順時針或逆時針轉動10-15圈稱為1組，具體如下初級運動方案10-12圈為1組，順時針轉一組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，停止。也可從逆時針開始，順逆時針交替。中級運動方案15圈為一組，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止。高級運動方案15圈為一組，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止，在每組運動中，隨機插入進行2-3次往返， 即如順時針轉動某位置，停止，隨即逆時針轉動1-2秒，然后恢復順時針轉動。第三步，啟動裝置進行眼部肌肉鍛煉，輔以語音啟動提示。
權利要求
1.一種眼部肌肉鍛煉的裝置，其特征在于，包括轉動臂、LED發光二極管、齒條運動槽、齒輪及齒條、旋轉角度傳感器、減速直流電機、步進電機、控制電路及操作面板、支撐桿、伸縮桿及高度調節緊固部件。
2.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于轉動臂為一“L”型中空連桿，在固定在減速直流電機轉動軸上，在減速直流電機帶動下作圓周運動；LED發光二極管安裝于轉動臂末端，由控制器控制LED發光二極管發光，引導視力焦點。
3.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于減速直流電機固定于齒條一端，齒條由齒輪驅動，做前進或后退運動，帶動減速直流電機及轉動臂做圓周運動時沿垂直于圓周面的方向前進或后退；齒輪安裝于步進電機軸，由步進電機驅動，步進電機軸帶動齒輪做圓周運動，經齒條轉化為直線運動，帶動固定在齒條的直流電機及轉動臂做水平方向的前進或后退。
4.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于控制電路用于收集轉動臂當前位置信息，輸出控制減速直流電機及步進電機的信號；控制電路的核心是一個單片機控制系統，在啟動及轉動過程中能接受啟動、暫停、預設、步進前進、后退、直流電機正轉、反轉操作命令，并顯示當前狀態，有語音提示功能。
5.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于支撐桿為整個裝置提供支撐，伸縮桿插入支撐桿內，可根據實際需要進行高度調整，調整到位后，高度調節緊固部件將其固定在支撐桿上。
6.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于，還包括距離傳感器，安裝于轉動臂末端，用于測量轉動臂末端與墻面、人體的水平距離，并將傳感信號送至控制器，作為控制器輸入信息。
7.根據權利要求1所述的眼部肌肉鍛煉裝置，其特征在于本裝置使用時，使用者靠墻站立，本裝置與使用者面對面放置，轉動臂以其眉心為圓心，圍繞頭部做圓周運動，轉動臂轉速約6rpm。轉動臂在人體的肩部上方轉動時，齒條向頭部方向前進，使轉動臂末端盡量貼近墻壁(不接觸)，在向頭部正上方方向轉動同時，轉動臂末端又逐漸遠離墻壁，到正上方后，又向靠近墻壁方向移動，當到肩部位置時，齒條后退，帶動轉動臂在轉動時避開人的身體，但又要盡量貼近身體。在轉動臂運動過程中，使用者的視力焦點始終集中在運動臂末端LED發光二極管上。
8.—種眼部肌肉的鍛煉方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，準備，包括調節權利1所述裝置的支撐架高度；第二步，設置特征位置，選擇鍛煉方案；第三步，設定鍛煉方案；第四步，啟動完成一次4組眼部肌肉訓練。
9.根據權利13所述的鍛煉方法，其特征在于特征位置分為四個，分別為左肩上、右肩上、頭頂正上方、胸前正下方，在此簡稱為左、右、上、下。轉動臂工作時，其圓周軌跡被四個特征位置分為四段，每段運行軌跡由控制器根據上、下、左、右四個位置信息進行計算后控制步進電機、減速直流電機按照計算的軌跡運動。
10.根據權利13所述的鍛煉方法，其特征在于鍛煉方案分別為初級，中級，高級3種，每種方案由4組運動構成。初級運動方案1組為10-12圈，順時針轉一組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，停止。也可從逆時針開始，順逆時針交替；中級運動方案一組為15圈，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止；高級運動方案一組為15圈，順時針1組，休息片刻，逆時針轉1組，休息片刻，再順時針轉1組，休息片刻，逆時針轉15圈，停止，在每組運動中，隨機插入進行2-3次往返，即如順時針轉動某位置，停止，隨即逆時針轉動1-2秒，然后恢復順時針轉動。
全文摘要
一種眼部肌肉鍛煉裝置和眼部肌肉鍛煉方法。本發明屬于視力保健領域，發明一種由單片機控制的眼部肌肉鍛煉的裝置及對應的眼部肌肉鍛煉的方法。本發明裝置包括轉動臂、LED發光二極管、齒條運動槽、齒輪及齒條、旋轉角度傳感器、減速直流電機、步進電機、控制電路及操作面板、支撐桿伸縮桿及高度調節緊固部件，以單片機為核心的控制電路采集轉動臂位置信息，控制減速直流電機和步進電機，帶動轉動臂做圓周轉動，同時根據當前位置做水平前進或后退，引導使用者的視力焦點圍繞頭部做運動，按照鍛煉方法控制轉動臂按照特定的軌跡運動，鍛煉使用者的眼部肌肉，增強晶狀體的調節能力，從而達到改善使用者視力的目的。
文檔編號A61H5/00GK102551999SQ20121006355
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月8日 優先權日2012年3月8日
發明者袁菊明 申請人:嘉興學院