自由重物的自保護裝置的製作方法
2023-09-14 19:02:30 2
專利名稱：自由重物的自保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及運動器械領域，更具體地說，涉及自由重物的自保護(self-spotting)裝置。
背景技術：
儘管擁有各種各樣的運動和鍛鍊肌肉的器械與活動，然而，自由重物舉重一直成為許多運動員選擇的鍛鍊方法。在舉重過程中，舉自由重物時運動不受約束，非常接近於在許多娛樂和體育活動中人體力量的使用。當與使用槓桿、凸輪和阻力元件(例如彈簧、液壓缸或氣缸)的機器比較時，在自由重物舉重中使用的重物的選擇的重複性高。另外，自由重物提供的一致的阻力是不受機械零件和其他零件磨損的影響。
限制自由重物使用的一個缺點是，需要一個或多個監護者，特別是在要達到使用者的力量和耐力極限的力量訓練情況下更是如此。當使用者連續地重複舉重，直至他或她不能再舉起重物為止時，這些訓練情況是最有效的。由於使用者可能不能安全地將重物舉升到支撐裝置上，因此如果沒有監護者，則會出現安全問題。甚至當有監護者時，他們也可能沒有意識到不安全的狀況；或者，他們不能很快地反應來防止傷害發生。
其他人公開的自保護的機器旨在消除一個或多個監護者的需求。例如，美國專利4949959號公開了一種使用一個電機驅動的軛鐵組件的槓鈴輔助裝置。該軛鐵組件提供了圍繞著滑輪並從殼體的每一端向下延伸的繩索，用以將槓鈴支撐在舉重長凳之上。美國專利5048826號公開了一種使用鉸盤組件來收回和放鬆支撐槓鈴的繩索的裝置。美國專利5310394號公開了一種舉重者用的、使用氣動活塞和缸的監護系統。該氣缸通過槓桿臂、鏈條驅動裝置、滑輪和繩索來幫助提升槓鈴。
上述的裝置中沒有一種裝置可以獨立地支撐槓鈴的二個末端，也沒有公開與提升啞鈴，一種普遍的自由重物一起使用的監護設備的問題。這些對比文件中也沒有一種說明在脫離重物支撐之前，保證使用者能控制重物的可靠的方法。
美國專利4998721號公布了一種舉重運動員訓練裝置，該裝置利用二個電機驅動的組件，其通過固定在該組件每一端的繩索支撐槓鈴。雖然，二個電機可以從每一側獨立地幫助支撐槓鈴，但沒有說明在脫離支撐之前，可保證使用者控制重物的可靠方法。
申請人提出的，並且在這裡引入供參考的美國專利申請09/201434號公布了一種槓鈴安全保護裝置。該裝置利用二個與相應的鏈條組件接合的旋轉棘爪離合器，而該鏈條組件則與槓鈴的支撐繩索連接。利用二個旋轉離合器，可使支撐繩索獨立運動，因而也使槓鈴的末端獨立運動。旋轉棘爪離合器使用與離合器和J形凹槽接合的螺線管，該螺線管要求在離合器脫離之前，消除由自由重物引起的重量偏移。當離合器接合時，自由重物由驅動裝置支撐、升高或降低。當離合器脫離時，繩索可使自由重物作獨立的和全範圍的運動。
專利申請09/201434號所述的裝置在朝著形成一種將支撐自由重物的繩索與重物支撐組件接合或脫離的、重敏(weight-responsive)元件方面邁出了一大步。該裝置也可使啞鈴自保護，並使自由重物的末端互相獨立地運動。
儘管專利申請09/201434號中所述的裝置作了一些改進，但使用包括螺線管的旋轉棘爪離合器的使用需要轉動的電力轉換裝置，例如滑環。這些轉換裝置使器械的成本和維修費用增加。鏈條和平衡重的重量使每一次自由重物伸縮時必需克服的慣性大大增加。
發明內容
因此，本發明的第一個目的是要提供一種簡單、結實和成本低的自由重物自保護的裝置。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置提供了可以提升、降低和靜止地支撐自由重物的全部重量的重物支撐組件。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置在使用者鬆開自由重物時，能立即將重物轉移至支撐組件上。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置使用一個在與支撐組件脫離之前，要求使用者基本上支撐自由重物的全部重量的對重量敏感的元件。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置提供了二個支撐組件，用於從二個末端支撐槓鈴，以及單獨和獨立地支撐二個啞鈴。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，在該裝置中，支撐繩索與支撐組件的脫離，可使支撐繩索獨立地運動。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置給支撐繩索的間隔距離提供調整，以便能使用不同形式的自由重物。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置提供了不需使用使用者的手就可動力升高自由重物。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護位置，該裝置包括與支撐組件接合的小慣性的零件。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置消除了對轉動電接頭的需求。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，在該裝置的每一側都提供了繩索組件，當繩索斷裂時，每一繩索組件都可提供備用支撐。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置可以提供臨界重量的轉移元件的備用設備。
本發明的另一目的是要提供一種自由重物的自保護裝置，該裝置具有「故障安全」的電氣特徵，可以在該裝置或電氣元件沒電時，提供對自由重物的支撐。
本發明的自由重物保護裝置包括固定在一個支撐架上的二個重物支撐組件。二個繩索組件中的每一個組件通過受一個線性導軌的約束作往復直線運動的一個重敏接合塊體在自由重物與相應的支撐組件之間提供連接。
當重敏接合塊體與相應的支撐組件接合時，該重物支撐組件靜止地支撐著該自由重物。為了使重敏接合塊體解脫和脫離相應的重物支撐組件，使用者必需基本上支撐自由重物的重量。
在優選實施例中，該重物支撐組件為垂直地支撐在該支撐架中的連續的鏈條環。重敏接合塊體包括一個接合件，例如一個棘爪，該接合件在重物支撐方向上，與相應的鏈條鏈節鎖緊接合。另外，在優選實施例中，該棘爪持續受到彈簧壓力作用偏移而進入接合，並受到由放置在自由重物組件上的壓敏開關供能的螺線管作用偏移而脫離接合。使用者舉高或基本上支撐該自由重物的重量，可使該棘爪與相應的鏈條鏈節脫離，並使接合螺線管的偏移力克服彈簧方向的偏移力，而使接合塊體的棘爪與相應的鏈條環脫離。
一旦該塊體與鏈條環脫離，則響應使用者升高和降低該自由重物，該塊體沿著直線導軌往復運動。當二個塊體都脫離時，二根繩索自由和獨立的垂直運動可達到真正的「自由重物」鍛鍊。
當螺線管斷電時，如使用者鬆開在自由重物上的壓力敏感型開關時，彈簧偏移力立即使塊體的棘爪與相應的鏈條環的鏈節接合。接合是可靠的，與電力無關。
在優選實施例中，鏈條環在垂直方向由下部的驅動鏈輪和上部的空轉鏈輪支撐。當接合塊體與鏈條環接合時，制動電機通過一個減速器驅動鏈條環，提供自由重物升降所需的動力。位於支撐架上的一個方向開關通過位於支撐架上的一個控制器，使該電機的相應的正向或反向繞組通電。設有一個腳踏開關來控制制動電機的上升方向。當斷電時，制動電機通過相應的驅動鏈輪、鏈條環、塊體和繩索組件提供對自由重物的靜態支撐。
在優選實施例中，每個繩索組件由支撐架上部的至少一個滑輪支撐在自由重物和接合塊體之間。該接合塊體起一個平衡重的作用，保持在繩索組件上的最小拉力，並且當螺線管通電時，幫助棘爪脫離。接合塊體的平衡重力在與自由重物的鎖緊接合偏移力相反的方向上偏移塊體。
優選實施例中，對於將自由重物連接到相應塊體上的每一個繩索組件都設置有二根平行放置的繩索。每一個繩索組件的二根繩索的尺寸，可以承受該裝置的全部設計負荷。每一個繩索組件的二根繩索中的一根繩索比另一根繩索稍微長些。從而，在正常工作時，只有一根繩索承受自由重物負荷。如果受拉力的繩索斷裂，則繩索組件中的第二根繩索將提供自由重物的完全支撐。
優選實施例還提供了樞轉支撐吊杆，在吊杆的每一端有滑輪，用於支撐相應的繩索組件。支撐吊杆的外端調整至所希望的間隔距離，以便槓鈴和啞鈴使用。
優選實施例的安全特徵包括用於每一個支撐組件的上鏈條環，鏈條環包括二個驅動和空轉鏈輪，二個接合棘爪，在每個接合塊體上的接合彈簧和螺線管，以及在自由重物組件(例如槓鈴)上的二個串聯壓敏開關。這樣，二個零件中任何一個零件損壞，或裝置斷電都不會使自由重物失去支撐。
另一個實施例是利用每一個重物支撐組件所用的垂直固定在支撐架上的棘輪杆。搭載在垂直導軌上的接合塊體包括棘爪或閉鎖板，它們與該棘輪杆的齒接合。繩索組件將自由重物的每一個末端與接合塊體連接，並由在支撐架的上端部分上的繩索滑輪支撐。在又一實施例中，線性導軌和支撐組件為整體元件，它們引導並接合接合塊體。
結合下面的說明，所附的權利要求書和附圖，將可以更好地理解本發明的這些和其他一些特徵，方面和優點。其中圖1為自由重物自保護裝置的一個實施例的右前象限等角投影圖，示出了包括一個框架和二個樞轉支撐吊杆，右和左繩索組件的支撐架，右和左繩索組件由在支撐吊杆每一端的滑輪支撐並固定在槓鈴上，且與相應的重敏接合塊體連接，該塊體與由定位器驅動的相應的重物支撐鏈條環接合；圖2為右接合塊體的右前象限等角投影圖，該接合塊體與右重物支撐組件接合，該組件由安裝在齒輪減速器軸上的底部驅動鏈輪驅動和支撐的二個連續的鏈條環組成；圖3為該裝置的下塔臺部分的右後象限等角投影圖，示出了支撐架的下託架、定位器的制動電機和減速器，以及右側接合塊體與鏈條環；圖4為右側接合塊體的左後象限等角投影圖，示出了二個接合棘爪，所示出的一個棘爪與一個右鏈條環中一個鏈節接合；圖5為在支撐鏈條組件的上端部分的空轉鏈輪和軸處向上看的、右後方象限等角投影圖；圖6為右側接合塊體的後視圖，示出了右繩索組件的二根繩索的連接；圖7為槓鈴的右前象限等角投影圖，示出了右和左壓敏開關，繩索連接組件及右和左繩索組件；圖8為槓鈴的左繩索連接組件的等角投影圖，示出了槓鈴的機械和電氣連接；圖9為支撐自由重物啞鈴的左側啞鈴框架的右前象限等角投影圖，示出了左側繩索組件的機械和電氣連接；圖10為圖1所示裝置的電氣控制的電氣原理圖，它包括槓鈴壓敏開關、定位器開關、腳踏開關、接合塊體螺線管組和電機繞組繼電器；圖10A為圖10的電氣控制的啞鈴電氣連接的電氣原理圖；圖11A為本發明的另一個實施例的頂視圖和部分橫截面，示出了搭載在垂直導軌上並與垂直的棘輪杆接合的重敏接合塊體；圖11B為圖11A所示的實施例的側視圖，為了表示清楚起見，其中一個閉鎖板支撐託架局部剖開，並且壓縮彈簧用橫截面表示。
具體實施例方式
下面是一個槓鈴定位裝置的優選實施例的說明，該裝置給使用者提供了無約束的「自由重物」，但提供動力定位和「無人管的」安全鎖緊特徵。
圖1為槓鈴保護裝置的實施例101的右前象限等角投影圖。該裝置包括一個具有框架103，塔臺外殼137和樞轉重物支撐吊杆105A和105B的支撐架102。由吊杆105A的滑輪109A和111A支撐的繩索組件107A和107B及吊杆105B的滑輪109B和111B與自由重物組件(例如槓鈴115)的槓鈴末端113A和113B固定。可鬆開的附件，例如繩索連接組件117A和117B(圖7表示最清楚)，將相應的繩索組件的末端部分119A和119B與槓鈴末端113A和113B連接。
相對的繩索組件末端部分121A和121B(圖6中清楚地表示了121B)，通過鏈條接合塊體125A和125B與相應的重物支撐組件，例如鏈條組件123A和123B，連接。接合塊體125A和125B由線性導軌127A和127B在垂直方向往復運動，而在橫向受到約束，並與相應的鏈條組件接合，以支撐槓鈴115。當接合塊體125A和125B與相應的鏈條組件123A和123B脫離時，接合塊體125A和125B允許槓鈴115進行獨立的自由重物運動。該裝置左側的零件，例如鏈條組件123A，接合塊體125A和導軌127A，的功用，與右側零件，例如鏈條組件123B，接合塊體125B和導軌127B相同。
定位器129包括一個電機/減速器131，和驅動並支撐鏈條組件123A和123B的下部的驅動鏈輪(圖3表示最清楚)。當接合塊體125A和125B與相應的鏈條組件123A和123B接合時，定位器129使接合塊體125A和125B處在所希望的垂直位置。
接合塊體125A和125B的位置由通過繩索組件107A和107B進行的連接，而確定槓鈴115的位置。
當起動時，由繩索136連接到圖10所示的控制器電路的腳踏開關135，使定位器129通電，以升高槓鈴115。安裝在塔臺外殼前板141(如部分剖開所示)上的上/下瞬時位置開關139沿著使槓鈴115升高和降低的方向使定位器129通電。
圖2為右前象限等角投影圖，示出右側鏈條組件123B的下部，定位器129和鏈條接合塊體125B。相應的左側零件(鏈條組件123A和左側鏈條接合塊體125A)與右側零件相同，其功用也相同。制動電機145通過直角減速器149，使右側驅動軸147B上的右側下部鏈輪133B1和133B2轉動。鏈輪133B1和133B2用鍵與軸147B連接，將該鏈輪鎖緊在軸147B上，與軸147B一起轉動。
右側的鏈條組件123B包括二個由上部鏈輪和下部鏈輪支撐的連續的鏈條環123B1和123B2。上端的空轉鏈輪(圖5中的185B1)和下部鏈輪133B1在垂直方向支撐鏈條環123B1。根據驅動鏈輪133B1的迴轉方向鏈輪133B1可在任何一個方向上驅動鏈條環123B1。同樣，上端空轉鏈輪(圖5中的185B2)和下部鏈輪133B2在垂直方向支撐著鏈條環123B2，且當由制動電機145通過減速器149轉動時，驅動鏈輪133B2使鏈條環123B2定位。
鏈條接合塊體125B的棘爪151B1和151B2將塊體125B與鏈條環123B1和123B2接合併鎖緊。這樣，定位器129通過下部驅動鏈輪133B1和133B2的轉動，使塊體125B處在所希望的垂直位置上。線性導向杆153B1和153B2(圖3表示得最清楚)與塊體125B的殼體126B中的線性導軌從動件的孔154B1和154B2滑動配合，並將塊體125B約束為垂直直線運動。線性導軌可保證接合塊體125B的棘爪151B1和151B2保持相對於相應的鏈條環的接合位置。塊體125B的垂直運動通過繩索組件107B和滑輪109B與111B，使圖1所示的槓鈴115的末端113B處在所希望的位置上。
在所示位置上被壓縮的壓縮彈簧155B1將接合力施加在棘爪151B1上，以使該棘爪在接合方向(圍繞著樞軸156的反時針方向)上偏轉，並使棘爪151B1的尖端接合於鏈條環123B1的鏈節157B(用虛線表示)中。槓鈴115的重量通過繩索組件107的拉力產生一個作用在接合塊體125B上的向上力；並且，通過進一步試圖使棘爪151B1在接合方向的轉動，形成一個補充的或鎖緊的接合力。由於被背板160支撐的支撐通道159防止鏈條鏈節157B1向前(離開棘爪151B1)運動，因此，隨著槓鈴115上的向下力增加，棘爪151B1更牢固地與鏈節157B接合。
當棘爪151B1被完全推壓在支撐通道159上，或與一個機械擋塊(圖4中的178)接觸時，棘爪151B1的反時針方向或鎖緊方向的接合轉動停止。在優選實施例中，上述支撐通道159由壓縮強度高的塑料材料，例如超高密度分子量的聚乙烯或聚醯胺製成；以支撐相應的鏈條環並提供低摩擦的承載表面。在優選實施例中，塊體125B由鋼製成，而棘爪151B1和151B2由高強度的工具鋼製成。
使螺線管161B1通電可形成一個脫離力，並在脫離方向(順時針方向)使棘爪151B1圍繞著樞軸156偏轉。雖然，這個脫離力比彈簧155B1提供的接合力大，但它仍比克服由槓鈴115的重量通過繩索組件107的作用產生的鎖緊接合力所需要的力小。
在一個優選實施例中，棘爪151B1與鏈條環123B1的鏈節157B脫離需要克服作用在塊體125B上的槓鈴115的大部分重量。在最優選的實施例中，棘爪151B1與鏈條環123B1的鏈節157B脫離需要克服槓鈴115的全部重量。槓鈴115重量的克服是通過在垂直方向克服重力舉高槓鈴115而實現的，從而消除繩索組件107B的拉力。
這樣，接合塊體125B作用為重敏接合組件。當使用者支撐自由重物組件的全部向下的力，或相當大的一部分向下力時，該塊體允許自由重物組件與鏈條環脫離。而當自由重物的全部向下力轉移至該塊體上時，該塊體可以完全與鏈條環接合。
螺線管161B1的收縮力，彈簧155B1的力，或棘爪151B1的尺寸與樞軸的位置的選擇提供了選擇使用者舉高槓鈴以使接合塊體128B與鏈條環123B1脫離所需要的反力的一種裝置。這些參數的選擇也需要接合塊體作一些向下的運動(需要使用者完全支撐自由重物，塊體平衡重力較小)，以便使塊體125B的平衡重作用減小，使棘爪151B1完全與鏈節157B脫離，並縮回至脫離位置。
圖3為蓋板取下後的塔臺外殼137的下端部分的右後方象限內的等角投影圖。固定在框架103上的下部託架163，支撐著減速器149和制動電機145。緊固件(沒有示出)將減速器149固定在下部託架163上。如上所述，減速器149的軸147A和147B支撐著下端驅動鏈輪133A1、133A2、133B1和133B2，並使這些鏈輪轉動。在優選實施例中，軸147A和147B為通過直角齒輪減速器149延伸的同一根軸的二個端部。
導向杆153B1和153B2提供對接合塊體125B的橫向支撐，並允許塊體作垂直運動。導向杆底部緊固件(沒有示出)使導向杆153B1和153B2的底部與下部託架163固定。當與塊體125B的棘爪151B1和151B2接合時，鏈條環123B1和123B2提供塊體125B的垂直支撐，並使該塊體垂直定位。在優選實施例中，導向杆153B1和153B2為圓形或矩形橫截面的鋼管。在其他實施例中，可以採用一種或多種結構形狀，例如I字形或T字形。
當接合塊體125B接近與槓鈴115的上端極限位置相適應的機械擋塊169時，固定在支架167上的上端限位開關165B使電機145停止轉動。如果限位開關165B失靈，則機械擋塊169可防止塊體125B超程。為了圖中表示清楚起見，左側的鏈條組件123A，塊體125A和導向杆151A1和151A2沒有示出，但它們的功用是相同的。同樣，為了清楚起見，在這個圖中也省略了塊體125B上的彈簧155B1和155B2。
圖4為接合塊體125B的右後象限等角投影圖，示出了可以圍繞樞軸156轉動的棘爪151B1和151B2。當螺線管161B1和161B2通電，沿著箭頭171所示的脫離方向使棘爪偏移時，這二個螺線管可提供「牽拉」脫離力。彈簧155B1和155B2形成一個恆定的「推壓」接合力，使棘爪在箭頭172所示的接合方向上偏移。
螺線管173B與螺線管161B1和161B2一起斷電。當棘爪151B2與鏈條環123B2接合時，螺線管173B的彈簧175B使螺線管173B的鎖緊銷177向著棘爪151B2偏移，與棘爪151B2上的孔179接合，並鎖緊在該孔中。當接合時，鎖緊銷177可防止棘爪151B2在箭頭171所示的方向轉動，並可防止與鏈條環123B2脫離。在調整鏈條環123B2的位置過程中，不論繩索107B1和107B2上的拉力如何，鎖緊銷與棘爪151B2的接合，可以保證棘爪151B2可靠地與鏈條環123B2接合。如果在繩索上沒有自由重物，例如，若將槓鈴115從繩索附件117A和117B上取下；則這個裝置還可以防止塊體125B(它起平衡重的作用，可以保持繩索組件107B的最小拉力)脫離和落下。
給螺線管173B通電(在優選實施例中，與螺線管161B1和161B2一起通電)，可克服彈簧175B的接合偏移力，並使鎖緊銷177從棘爪151B2上的孔179脫離，從而可使棘爪151B2脫離。
圖5為支撐上部空轉鏈輪組件183A和183B的頂部託架187的右後象限等角投影圖。上部鏈輪185B1和185B2與鏈條組件123B的相應的鏈條環123B1和123B2的頂部接合，並支撐該頂部。上部鏈輪185B1和185B2通過空轉的軸189B和空轉軸的U形螺釘支撐部191B1和191B2支撐在頂部託架187上。支撐191B1和191B2通過調節螺釘和彈簧(沒有示出)而支撐在頂部託架187上，以對鏈條的拉力進行調節。
當接合塊體125B接近塔臺外殼137的頂部部分時，限位開關193B可以切換圖10所示的電機控制器電路。機械擋塊195B提供可靠的阻擋作用，以防止塊體125B損壞，並防止塊體125B與上部鏈條組件123B和鏈輪組件183B脫離。鏈條的上部鏈輪組件183A的功能和工作，與鏈輪組件183B相同。為了圖面清楚起見，省略了鏈條環123A和相應的繩索組件。
緊固件(沒有示出)將導向杆153A1、153A2、153B1和153B2與頂部託架187固定。樞軸套筒188A和188B將相應的支撐吊杆105A和105B與頂部託架187樞轉連接。
圖6為塊體125B的正視圖，示出了繩索組件末端部分121B的繩索107B1和107B2的固定方法。夾緊塊體197B1和197B2將相應的繩索環199B1和199B2的末端與相應的繩索夾緊在一起。繩索107B1作得比繩索107B2略長一些，使來自槓鈴115的重量作用在繩索組件107B上的拉力將夾緊塊體197B2壓在塊體125B的座199B2上。由於繩索107B1的長度較長，因此，夾緊塊體197B1不與座199B1接觸；但由於空隙201B1的存在，保持鬆弛的拉伸狀態。如果在拉力作用下繩索107B2損壞，則繩索組件107B的繩索107B1中所產生的拉力，將使夾緊塊體197B1壓在座199B1上，提供對繩索107B1進一步運動的約束力。
由於繩索107B1和107B2的尺寸定為完全可滿足該裝置所要求的全部設計斷裂強度，又由於在正常工作條件下，只有一根繩索受拉力作用，因此，二根繩索的設計提供了一種安全的措施。如果受拉力作用的繩索斷裂，則先前不受拉力作用的繩索將提供備用措施。然而，一根繩索斷裂會使圖10中一個繩索組件中的控制電流中斷，使接合塊體與鏈條環鎖緊，並阻止器械的正常使用。在優選實施例中，為了達到高的強度，繩索107B1和107B2為在飛機上使用的那種等級的鋼製繩索。
如圖10的原理圖所示，繩索107B1和107B2為塊體123A和123B螺線管的動作提供電氣連接。撓性導線207B1和207B2將繩索107B1和107B2的環圈199B1和199B2與終端塊205連接。可以是釺焊接頭或夾緊接頭的電氣接頭203B1和203B2，在繩索環圈199B1和199B2與導線207B1和207B2之間提供了可靠地電連接。座199B1和199B2電氣上是彼此絕緣的，例如通過其中一個座或二個座用電氣絕緣材料製成而實現。塊體121A和繩索組件末端部分121A的結構和工作情況相同。
圖7為本發明的槓鈴115的右前象限等角投影圖，該槓鈴包括將相應的繩索組件107A和107B與杆部分211連接的繩索連接組件117B和117B。槓鈴末端113A和113B提供了尺寸可以固定虛線所示的標準的自由重物215A和215B的杆端部。
圖8為繩索連接組件117A的等角投影圖，示出了通過套筒219和221固定在杆211上的杆連接凸緣217a。繩索固定配件233A包括一個有槽的套筒225，套筒上有二個繩索環圓盤部分227和對準槽229。繩索107A1和107A2載套筒225上的相應的圓盤部分中圍繞槽卷繞，並用繩索夾(沒有示出)夾緊繩索。在優選實施例中，有槽的套筒225由電氣絕緣材料(例如高強度塑料)製成。當通過套筒225和杆固定凸緣217A上的孔237插入時，由金屬製成並位於上述每一個圓盤部分227中的環圈套筒223具有足夠的強度，以用於將力從相應的繩索傳遞至銷釘235上。槽229和套筒對準導引部238可使環圈套筒233與孔237迅速對準，以便插入銷釘235。銷釘235的彈簧卡爪236將銷釘235保持在套筒225中，直至使用者將它拉出為止。
利用粘接劑或機械緊固件安裝在杆211上的致動器，如觸感傳感器或壓敏開關239A提供了使槓鈴115鎖緊在圖1所示的相應的鏈條組件中的快速反應能力。繩索107A1和107A2通過二個導體繩索接頭241，插頭243A和安裝在杆211上的插座245A，提供了與接合塊體螺線管的電連接。繩索接頭241的導體可釺焊或夾緊到相應的繩索環圈(沒有示出)上。圖7中的繩索連接組件107B和壓敏開關239B的工作和功用是相同的。
在使用壓敏開關作為螺線管的致動器的實施例中，為了起動該開關，使用者必需將壓力施加在優選地安裝在杆211的上部的開關上。在其他的實施例中，用一個觸摸式傳感器代替該壓力開關。使用者的手的直接接觸即可起動觸感傳感器。在另一些實施例中，可以使用一個接近式傳感器。
圖9為可以單個或成對使用的，代替槓鈴115的啞鈴組件247A的等角投影圖。啞鈴框架249包括槓鈴槽251，用於插入和保持一個標準的自由重物式啞鈴253。在優選實施例中，槽251向下傾斜，或者為J字形，用以保持啞鈴253的杆255。這樣，為了從框架249中取出該杆，必需克服重力舉高啞鈴253。彈簧265使輔助框架259壓在杆255上，該輔助框架259則利用在頂部框架杆263上的孔中的滑動銷釘261支撐在框架249上。利用焊接或緊固件固定在框架249上的固定凸緣266使繩索固定配件233A與啞鈴組件247A機械固定，如同圖8中所示的槓鈴的情況一樣。
輔助框架259包括一個壓敏開關267A。該開關與在槓鈴115上使用的開關相同，並且與先前所述的槓鈴115的連接相同，通過插座269，插頭243A和接頭241，與繩索107A1和107A2連接。第二個啞鈴(沒有示出)，可用同樣的方法，與繩索連接配件233B連接。
圖10為槓鈴保護裝置的電氣控制的一個實施例的原理圖。額定電壓為24伏的直流電源271將電能送至相應的正極和負極終端。相應的繩索組件107A和107B的插頭243A和243B與槓鈴115的插座245A和245B連接。當槓鈴115的壓敏開關239A的觸點239SA、和壓敏開關239B的觸點239SB都閉合時，接合塊體125A的螺線管線圈161SA，和接合塊體125B的螺線管線圈161SB通電。
圖中的螺線管線圈161SB代表塊體125B的並聯的螺線管161B1、161B2和173B的所有三個線圈。同樣，圖中的螺線管線圈161SA代表塊體125A的並聯的螺線管161A1、161A2和173A的所有三個線圈。使用者右手和左手抓住並擠壓圖7所示槓鈴115的上部可使相應的壓敏開關的觸點閉合，而使螺線管通電。任何一個壓敏開關的打開(當使用者任何一隻手從槓鈴上部鬆開時，會出現這種情況)將使螺線管斷電，從而使接合塊體與鏈條組件接合。
圖10A表示當該裝置使用啞鈴時的壓敏開關的觸點連接。如圖9所示，相應的繩索組件107A和107B的插頭243A和243B與啞鈴的插座269A和269B連接。在這種情況下，啞鈴的任何一個壓敏開關的鬆開，都會使塊體125A和125B的螺線管斷電。在其他一些實施例中，任何一個啞鈴開關的打開，只是使支撐該啞鈴的塊體的螺線管斷電。這個功能可以利用例如一個模式選擇開關進行選擇。當選擇「啞鈴」模式時，該模式選擇開關只讓相應的壓敏開關與相應的塊體螺線管串聯。
當通電時，「上」繼電器273和「下」繼電器275將電能送至制動電機145的相應的正向和反向繞組中。繼電器275的常閉觸點275P，和繼電器273的常閉觸點273P可防止電機的二個繞組同時通電。只要圖3所示的上部限位開關165A或165B不會由於相應的塊體接近機械擋塊而打開，則定位器開關139的「上」觸點139S1接通，可使「上」繼電器273通電。同樣，只要圖5中所示的下部限位開關193A或193B不打開，則定位器開關139的「下」觸點139S2接通，可使「下」繼電器275通電。
在優選實施例中，不論相應的接合塊體位置如何，腳踏開關135(圖1)的腳踏開關觸點235S閉合使「上」電機繞組繼電器273通電。
圖11A和11B分別為自保護裝置的另一個實施例的頂視圖和側視圖。該實施例採用了一個固定的棘輪杆303A代替先前實施例的每一個鏈條重物支撐組件。如圖11B所示，棘輪杆303A和線性導軌305A垂直地固定在一個支撐架上。線性導軌305A在橫向限制重敏接合塊體307A，並使塊體307A可作垂直運動，如箭頭308所示。如同先前的實施例一樣，繩索107A1和107A2將自由重物組件與塊體307A連接，並可用一個或多個滑輪支撐在支撐架上。
閉鎖板支撐支架313和樞軸315將棘爪或閉鎖板309支撐在塊體307A上。螺線管319的銜鐵317使閉鎖板309圍繞著樞軸315轉動。銷釘321將銜鐵317與閉鎖板309的槓桿板323連接，使該槓桿板可樞轉。閉鎖板309，按照箭頭310所示的方向，從圖中所示的與齒311嚙合的位置，樞轉至虛線所示的解脫位置。
在優選實施例中，可以選擇閉鎖板的長度，樞軸至齒的距離和齒底表面311A的斜度，使得當閉鎖板309按照箭頭310的方向向解脫位置樞轉時，在向上方向受到自由重物的重量和繩索107A1與107A2的偏置力作用的塊體307A不向上運動。在最優選的實施例中，為了使閉鎖板309按箭頭310方向運動，塊體307A必需向下運動(克服自由重物的偏移力)。
壓縮彈簧327將閉鎖板309推移至鎖住位置。當通電時，螺線管319將閉鎖板309偏移至解脫位置320。在優選實施例中，通電螺線管的偏移力比彈簧327作用在閉鎖板309上的偏移力大。然而，螺線管319的使閉鎖板運動至解脫位置的偏移力，不足以克服閉鎖板309的末端在齒表面311A上的摩擦力和為了讓閉鎖板309在箭頭310方向上轉動而使塊體307A向下運動所需的閉鎖板移動二者的結合。因此，為了使塊體307A向下運動，並使閉鎖板309在箭頭310的方向上轉動，並完全與棘輪303脫離；閉鎖板309與齒311A脫離要求消除自由重物對繩索107A1和107A2的偏移力。
當螺線管319斷電時，壓縮彈簧327將閉鎖板309轉動至鎖住位置。圖中沒有表示相應的右側的棘輪303B、接合塊體307B和導軌305B，但它們的結構和工作與左側的零件相同。
在優選實施例中，如同在圖7和圖9所示的實施例和圖10所示的電氣原理圖那樣，螺線管319是通過在自由重物組件上的壓敏開關通電的。由於取消了鏈條環組件，定位器和相應的控制裝置，圖11A和圖11B所示的固定棘輪的實施例可降低先前實施例的裝置的成本。為了使接合塊體與棘輪解脫，並使自由重物組件向下運動；該固定棘輪的實施例要求使用者支撐大部分，或者在最優選的實施例中，支撐自由重物組件的全部重量。當使用者鬆開在自由重物上的壓敏開關時，這個實施例還可以立即鎖住接合塊體，以便完全支撐自由重物組件。
另一個實施例將線性導軌與重物支撐組件結合成一個整體零件。例如，通過改造塊體307A，以使它成為棘輪杆303A的線性從動件，則圖11B所示的線性棘輪303A可以起到線性導軌和重物支撐組件二者的作用。
其他的實施例只包括一個重敏接合塊體和重物支撐組件。一個或多個繩索組件將自由重物組件和接合塊體連接起來。另一些實施例利用在自由重物組件上的一個對觸摸敏感的致動器來代替壓敏開關。還有一些實施例利用一個微處理器來進行該裝置的控制和邏輯運算，以及其他定時和技術上已知的與訓練有關的功能。
因此，讀者可看到，自由重物的自保護裝置是一種自由重物鍛鍊機器，該機器可提供使用者控制以及自動支撐槓鈴和啞鈴。該裝置另外還有下列優點·在支撐繩索與鏈條環脫離之前，該裝置要求使用者舉起自由重物的相當大的重量；·一旦自由重物與鏈條環脫離，使用者可以獨立地使用自由重物，使重物的一端相對於另一端作無約束的垂直運動；·使用者的任何一隻手放鬆握持，立即就會使接合塊體接合，並鎖住自由重物的支撐繩索，以減少重物的落下或造成傷害的危險；·繩索和樞轉吊杆的獨立工作允許使用槓鈴或啞鈴；·動力升高裝置在沒有監護者的舉重訓練中提供「負」重量；·雙繩索組件可防止在繩索斷裂時重物落下；以及·不需要滑動的電氣觸點，因而可降低成本並提高可靠性。
雖然，以上的說明包含許多具體的特點，但這些特點不應看作是對本發明範圍的限制，而只是對本發明的優點實施例的說明。例如，可以使用氣動或液壓致動器和控制裝置。因此，本發明的範圍應由所附的書及其合法的等價物確定，而不是由所給出的例子確定。
權利要求
1.一種與自由重物組件一起使用的自保護裝置，該裝置包括支撐架；固定在支撐架上的第一線性重物支撐組件和第二線性重物支撐組件；第一繩索組件，其包括與該自由重物組件可固定的第一末端，和與第一重物支撐組件可接合的第二末端，該接合是通過沿著第一重物支撐組件線性移動的第一重敏接合組件實現的；當第一重敏接合組件與第一重物支撐組件接合時，第一重物支撐組件克服重力支撐自由重物組件；第二繩索組件，其包括可固定在該自由重物組件上的第一末端，和與第二重物支撐組件可接合的第二末端，該接合是通過沿第二重物支撐組件直線移動的第二重敏接合組件來實現的，當第二重敏接合組件與第二重物支撐組件接合時，第二重物支撐組件克服重力支撐自由重物組件；從而，基本上克服重力提供自由重物組件的提升支撐可使所述第一重敏接合組件與所述第一重物支撐組件脫離以及所述第二重敏接合組件與所述第二重物支撐組件脫離二者中的至少一個實現，從而可使所述第一繩索組件的所述第一末端以及所述第二繩索組件的所述第一末端之一與所述第一繩索組件和所述第二繩索組件的另一端的運動無關地向下運動。
2.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重敏接合組件包括第一棘爪，該棘爪由鎖緊力與第一重物支撐組件鎖緊接合；由自由重物組件的重量形成的鎖緊力的相當大一部分通過第一繩索組件傳遞至該第一重敏接合組件上。
3.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重物支撐組件包括在垂直方向上由第一上部鏈輪和第一下部鏈輪支撐的第一鏈條環，該第一鏈條環與第一重敏接合組件接合。
4.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重物支撐組件包括一個與第一重敏接合組件接合的線性棘輪。
5.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，它包括一個固定在支撐架上的第一線性導軌，而第一重敏接合組件包括與第一線性導軌接合的線性導軌從動件。
6.如權利要求1所述的自保護裝置，包括在第一末端和第二末端之間支撐第一繩索組件的第一滑輪，第一滑輪固定在支撐架上並位於第一重敏接合組件的最上端位置之上。
7.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，第一繩索組件包括第一承載繩索，該承載繩索在第一重敏接合組件上的接合件控制器，和可與第一自由重物組件上的第一致動器連接的第一繩索組件的電氣接頭之間建立電氣連接。
8.如權利要求2所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重物支撐組件包括第一鏈條部分，並且，當第一鏈條部分的第一鏈節被第一重敏接合組件的底板接合支撐時，自由重物組件的重量使第一棘爪與第一鏈條部分的第一鏈節鎖緊接合。
9.如權利要求2所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重敏接合組件包括第一螺線管和第一彈簧；當通電時，第一螺線管使第一棘爪偏離，與第一重物支撐組件脫離；第一彈簧則使第一棘爪偏移，與第一重物支撐組件接合。
10.如權利要求3所述的自保護裝置，包括一個固定在支撐架上的迴轉定位器，和固定在迴轉定位器軸上的第一下部鏈輪，從而，當迴轉定位器工作時，該迴轉定位器使自由重物組件升高和降低，並且，第一重敏接合組件與第一鏈條環接合。
11.如權利要求3所述的自保護裝置，其特徵在於，該第一重物支撐組件包括在垂直方向上由第二上部鏈輪和第二下部鏈輪支撐的第二鏈條環。
12.如權利要求4所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重敏接合組件包括閉鎖件螺線管和閉鎖件彈簧，該螺線管使閉鎖件偏移而與線性棘輪脫離；而閉鎖件彈簧則使閉鎖件偏移而與線性棘輪接合。
13.如權利要求1所述的自保護裝置，其特徵在於，第一繩索組件包括平行放置的第一繩索和第二繩索，第一繩索組件與第一重敏接合組件可操縱地連接，使得由第一繩索組件傳遞給第一重敏接合組件的自由重物組件的大部分重量由第一繩索承受。
14.如權利要求6所述的自保護裝置，其特徵在於，所述第一滑輪固定在支撐架的框架上的第一支撐吊杆上，該第一支撐吊杆由樞軸固定在框架上，因此，第一支撐吊杆可在水平平面內轉動。
15.如權利要求7所述的自保護裝置，其特徵在於，第一致動器為壓敏開關。
16.如權利要求7所述的自保護裝置，其特徵在於，第一致動器為觸感傳感器。
17.如權利要求9所述的自保護裝置，其特徵在於，第一螺線管對在自由重物組件上的第一致動器和第二致動器作出響應，由此，所述第一致動器或所述的第二致動器中任何一個釋放時，會使第一螺線管斷電，從而使第一棘爪與第一重物支撐組件接合。
18.一種與自由重物組件一起使用的自保護裝置，該裝置包括支撐架；固定在支撐架上的第一重物支撐組件；第一繩索組件；該組件包括可解脫地與自由重物組件固定的第一末端，和與第一重物支撐組件固定的第二末端，該固定是由與第一重物支撐組件接合併沿固定在支撐架上的第一線性導軌線性移動的第一重敏接合組件實現的；當第一重敏組件與第一重物支撐組件接合時，第一繩索組件和第一重物支撐組件克服重力在垂直方向支撐該自由重物組件；由此，對自由重物組件的大部分重量進行舉高支撐會使第一重敏接合組件與第一重物支撐組件脫離，從而使該自由重物組件不受第一重物支撐組件的約束，向下運動。
19.如權利要求18所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重物支撐組件包括第一鏈條環，第一重敏接合組件包括棘爪；當第一重敏接合組件被自由重物組件的重量在鎖緊接合方向偏移時，該棘爪與第一鏈條環的一個鏈節鎖緊接合；並且，為了使棘爪完全與第一鏈條環的鏈節脫離，需要一個足夠大的提升力，以便使第一重敏接合組件在與鎖緊接合方向相反的方向上運動。
20.如權利要求18所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重物支撐組件包括第一線性棘輪，而第一重敏接合組件包括棘爪；當第一重敏接合組件被自由重物組件的重量在鎖緊接合方向上偏移時，該棘爪與第一線性棘輪的一個齒鎖緊接合；並且，為了使該棘爪與第一線性棘輪的齒完全脫離，需要一個足夠大的提升力，使第一重敏接合組件在與鎖緊接合方向相反的方向上運動。
21.如權利要求19所述的自保護裝置，包括棘爪螺線管；當通電時，該螺線管對棘爪施加脫離偏移力；另外，第一繩索組件的第一繩索與自由重物組件上的一個螺線管致動器電連接。
22.如權利要求19所述的自保護裝置，其特徵在於，第一繩索組件包括平行放置的第一繩索和第二繩索，並且，所述第一繩索和所述第二繩索，與第一重敏接合組件連接，使得被第一繩索組件傳遞至第一重敏接合組件上的自由重物組件的大部分重量由第一繩索承受。
23.如權利要求20所述的自保護裝置，包括棘爪螺線管；當通電時，該螺線管對棘爪施加脫離偏移力；另外，第一繩索組件的第一繩索與自由重物組件上的一個螺線管致動器電連接。
24.如權利要求20所述的自保護裝置，其特徵在於，第一繩索組件包括平行放置的第一繩索和第二繩索，並且，所述第一繩索和所述第二繩索，與第一重敏接合組件連接，使得被第一繩索組件傳遞至第一重敏接合組件上的自由重物組件的大部分重量由第一繩索承受。
25.如權利要求18所述的自保護裝置，其特徵在於，第一重敏接合組件包括第一接合元件，並且第一繩索組件包括導體；該導體可使重敏接合組件上的接合元件與自由重物組件上的接合元件致動器連接；由此，使用者起動該接合元件致動器與舉高支撐該自由重物組件的大部分重量二者結合起來可使第一重敏接合組件與第一重物支撐組件脫離，使該自由重物組件不受重物支撐組件約束，向下運動。
26.如權利要求25所述的自保護裝置，其特徵在於，該接合元件為一個與螺線管連接的棘爪，而接合元件致動器為安裝在自由重物組件上的一個螺線管致動器。
27.一種與自由重物組件一起使用的自保護裝置，該裝置包括支撐架；第一繩索組件，該組件包括平行放置的第一繩索和第二繩索；該第一繩索組件包括與自由重物組件可固定的第一末端，和與支撐架可操縱地固定的第二末端；使第一繩索承受被第一繩索組件從自由重物組件傳遞至支撐架上的力的大部分。
28.如權利要求27所述的自保護裝置，包括繩索連接組件，該組件在固定在第二繩索上的負載轉移件與裝置上的負載轉移件接收件之間包括一個間隙，由此，當第一繩索斷裂時，第一繩索上的大部分力轉移至第二繩索上。
29.如權利要求28所述的自保護裝置，其特徵在於，該間隙是由比第一繩索長度長的第二繩索長度而提供的。
30.如權利要求27所述的自保護裝置，包括第二繩索組件，該組件包括平行放置的第三繩索和第四繩索，第二繩索組件包括與自由重物組件可固定的第一末端，和與支撐架可操縱地固定的第二末端，使第三根繩索承受由第二繩索組件從自由重物組件傳遞至支撐架上的力的大部分。
31.一種用於自由重物自保護裝置的重敏接合組件，該組件包括主體；固定在該主體上的接合件，該接合件與固定在自保護裝置上的線性重物支撐組件接合；與主體固定的線性導軌從動件，當線性導軌從動件與固定在自保護裝置上的線性導軌接合時，限定了鎖緊接合方向和相反的方向；接合偏移件，其固定在主體上，並與接合件可操縱地連接，對接合件施加連續的偏移力，使接合件與重物支撐組件接合；脫離偏移件，其與主體固定，並與接合件可操縱地連接，當使用者起動脫離偏移件時，它使接合件偏移，脫離接合；其特徵在於，該接合件具有預定的形狀，並安裝在主體的預定位置上；從而，為了使該脫離偏移件能夠使重敏接合組件與重物支撐組件脫離，必須減小在鎖緊接合方向上施加在該重敏接合組件上的偏移力。
全文摘要
一種自由重物的自保護裝置(101)具有二個繩索組件(107A、107B),每一個繩索組件的一個末端與一個自由重物組件(115)固定,而其相對的末端通過相應的重敏接合塊體(125A、125B)與相應的線性重物支撐組件(123A、123B)固定。導向杆(127A、127B)可使該接合塊體作垂直運動,並保持相對於支撐組件的接合方向。該接合塊體與相應的支撐組件接合,以靜止地支撐該自由重物組件。為了使接合塊體與相應的支撐組件脫離,以便使自由重物組件自由運動,需要升高該自由重物組件的大部分重量並施加脫離偏移力。該裝置提供了槓鈴(115)和啞鈴(247A)自保護。
文檔編號A63B21/072GK1384762SQ00813883
公開日2002年12月11日 申請日期2000年8月25日 優先權日1999年8月28日
發明者麥可·D·斯萊溫斯基, 米凱爾·L·E·奧爾森 申請人:普羅斯波特公司