基于球形结构的足踝三维运动训练器材设计（1浙江体育职业技术学院附属体育医院浙江杭州311231）（2浙江体育科学研究所浙江杭州310004；3浙江理工大学浙江杭州310018）【摘要】目的：踝关节力量训练是踝关节损伤后重要的康复治疗内容，也是增强专项运动能力的重要手段。目前踝关节训练方法少，训练设备不能满足踝关节多自由度的训练，因此利用球面运动特点设计一种多自由度的踝关节训练器材,提高训练效果。方法：踝关节训练器由球形槽、动作球、液压装置、脚踏板等机构组成，以可调液压施加摩擦为阻力，从而符合踝关节运动特点，可多维度训练踝关节肌肉力量。结果与结论：踝关节训练器符合踝关节运动解剖特点，可全面训练关节灵活性和肌肉力量，设备结构简单、成木低廉。【关键词】踝关节；训练器材；球面运动；多维【中图分类号】R493【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2015）36-0385-021•刖S踝关节是人体与地面接触的枢纽，行走、跑步和登高需要踝关节参与,可以说日常牛活中每个行动都有踝关节参加，因而踝关节也易遭到损伤。在大众体育活动中和运动员训练比赛中，踝关节损伤是非常常见的运动损伤，约占运动性损伤的14%〜17%[l]o其中扭伤是踝关节损伤最常见的方式，基于踝关节结构和功能的基木特征，绝大多数的扭伤为踝关节外侧韧带扭伤，约占踝关节扭伤的85%[2]o踝关节扭伤后如果没有正确及时的处理，再次扭伤的风险会极大地增加,并逐渐形成踝关节不稳。踝关节肌肉力量训练可以增强关节稳定性，是踝关节康复治疗的重要内容之一，也是预防损伤的重要手段；同时在竞技运动领域，增强踝关节力量，改善关节灵活性是促进专项运动能力提高的重要保证。2.研究背景2.1足部关节运动特征足部主要包括距小腿关节、距下关节、横附关节、跖趾关节、趾间关节等5个关节。与运动关系最密切的是距小腿关节和距下关节［3］。距小腿关节俗称踝关节，由胫腓骨下端和距骨滑车构成，基本上是个单向关节，距骨主要在矢状面上沿一横轴活动使足能背屈和跖屈。距下关节是由距骨和跟骨的相应关节面构成的。行走吋，踝关节和距下关节相互补充，联合活动，形成一个功能性复合体，类似一个万向关节。因此足部的活动可概括为：（1）围绕横轴的背屈、跖屈，（2）围绕纵轴的内旋、外旋，（3）围绕矢状轴的内翻、外翻⑷。2.2足踝关节训练现状由于从形态学上看足没有手那么灵活，不能抓握，所以踝关节的力量训练方法不如上肢那么丰富。目前使用最多的踝关节力量训练方法是通过对抗身体和器械重力进行的踝关节跖屈运动，如提踵练习或踮脚尖跳跃练习等，这类练习只能训练跖屈踝关节的比目鱼肌、腓肠肌等肌群，踝关节的其他肌群得不到主动训练，只起到了协同稳固的作用。而踝关节的运动模式不止跖屈一种，还有背屈、内翻、外翻、内旋、外旋等，整个踝关节周围的肌肉力量也都需要训练，才能维持合理的拮抗肌相对力量比，更好的保持关节稳定，尤其是踝关节损伤后需要进行全方位的关节基础力量训练。目前在临床康复或者健身运动中踝关节背屈、内翻、外翻等动作主要依靠前脚掌处固定弹力带进行抗阻练习，或对抗治疗师（训练师）人为提供的阻力进行抗阻练习。弹力带抗阻练习有不易固定，操作较为复杂等不足之处，同时一对一的人工练习，成本较高，并且阻力难以精确恒定。总的来说目前的踝关节肌肉力量训练难以实现高强度、有针对性和高重复性。现有的足踝训练装置分为活动度训练设备和肌肉力量训练设备。肌肉力量训练设备有的以电机提供阻力，成本较高［5-6］；有的只能提供背屈/跖屈一个自由度，或背屈/跖屈、内翻/外翻两个自由度的训练［7］,且踝关节运动轴心与阻力中心相距太远，使用极其不适。3•新型踝关节训练器材设计3.1器材设计方案针对现有技术无法多方位有效加强踝关节力量的问题，本发明突破性的采用两球体之间的运动轨迹来适应踝关节类似万向关节的运动特点，进行踝关节力量训练，提供种动作模式自由并可有效提高踝关节力量和灵活性的足踝训练装置。本器材主要包括一个开口的动作球和一个底座，动作球内置有脚踏板，底座上设置有一个限定动作球动作空间的球形槽。动作球和球形槽相配合的结构设计，可以在球...