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可編程通用鍛鍊裝置的製作方法

2023-07-10 09:39:01 1

專利名稱:可編程通用鍛鍊裝置的製作方法
技術領域:
本發明涉及鍛鍊裝置,具體涉及允許在鍛鍊進行期間實時改變運動 路徑的鍛鍊裝置。
背景技術:
公知有各種鍛鍊裝置。具體對於其中人們使用兩腿進行鍛鍊的鍛鍊 裝置來說,這種裝置通常以運動路徑的形狀進行分類圓形運動路徑為 "自行車"式裝置;上下路徑限定為"蹬踏"式裝置;前後運動限定為 "滑雪"式裝置等。
己提出的各種裝置可以由使用者進行改變以提供多於一種的運動類 型。這些裝置在不使用時通常需要對裝置進行機械調節,因而不能在鍛 煉期間在不中斷鍛鍊時間的情況下改變運動類型。
因此有必要提供這樣一種鍛鍊裝置,其在不中斷鍛鍊時間的情況下 可實時地改變運動路徑,以及/或者其可提供超出由傳統的鍛鍊裝置提供 的附加操作模式。

發明內容
本發明涉及一種鍛鍊裝置,該鍛鍊裝置允許在鍛鍊期間實時改變運 動路徑。
根據本發明的教導,提供了一種鍛鍊裝置,該鍛鍊裝置包括(a) 第一腳部支撐表面;(b)第二腳部支撐表面;(c)致動系統,該致動系 統與第一和第二腳部支撐表面相關聯,並被構造成使所述第一和第二腳 部支撐表面均在至少25X15釐米的範圍內沿限定在至少二維空間中的任 意路徑移位,以及(d)控制系統,該控制系統與所述致動系統相關聯, 並構造成用於控制所述致動系統,從而為所述第一和第二腳部支撐表面中的每一個產生鍛鍊路徑。
根據本發明的另外的特徵,所述致動系統被構造成使所述第一和第 二腳部支撐表面均在至少70釐米X 40釐米的範圍內沿限定在至少二維空 間中的任意路徑移位。
根據本發明的另外的特徵,所述致動系統還被構造成控制所述第一 和第二腳部支撐表面繞至少一個軸線的旋轉狀態。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成主動地使所述第 一和第二腳部支撐表面沿所述任意路徑移位從而使使用者的腿部運動。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成將所述第一和第 二腳部支撐表面的允許運動限定於所述任意路徑,從而使所述第一和第 二腳部支撐表面通過使用者的腿部運動而沿所述任意路徑運動。
根據本發明的另外的特徵,所述致動系統還被構造成在所述控制系 統的控制下產生阻力,從而為沿著所述任意路徑的運動提供給定的阻力
分布曲線(profile )。
根據本發明的另外的特徵,所述致動系統被構造成使所述第一和第 二腳部支撐表面均沿在三維空間中限定的任意路徑移位。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成在不中斷的鍛鍊 進行期間改變所述任意路徑。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統與視聽娛樂系統相關聯, 並且該控制系統構造成與所述視聽娛樂系統呈現的情景同步地改變所述 任意路徑。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成在至少兩個任意 路徑之間進行切換,所述至少兩個任意路徑被選擇成用於模擬從以下運 動構成的組中選擇的運動騎自行車運動;蹬踏運動;步行運動;跑步 運動;以及滑雪運動。
根據本發明的另外的特徵,所述任意路徑通過與所述視聽娛樂系統 呈現的情景同步地產生的運動模擬效果而改變。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成在至少兩個任意 路徑之間進行切換,所述至少兩個運動路徑被選擇成用於模擬從以下運動構成的組中選擇的運動騎自行車運動;蹬踏運動;步行運動;跑步 運動;以及滑雪運動。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成以至少一種模式 操作所述致動系統,在該模式中,所述第一和第二腳部支撐表面以同等 但相反的運動移位。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成以至少一種模式 操作所述致動系統,在該模式中所述第一和第二腳部支撐表面以平行運 動同步地移位。
根據本發明的另外的特徵,所述控制系統被構造成以至少一種模式 操作所述致動系統,在該模式中,所述第一和第二腳部支撐表面非同步 地移位。
根據本發明的另外的特徵,所述致動系統包括多個線性致動器。 根據本發明的另外的特徵,所述致動系統包括多個電控致動器。 根據本發明的另外的特徵,所述致動系統包括多個液壓致動器。 根據本發明的另外的特徵,所述第一和第二腳部支撐表面均實施為
傳送帶的部件,並且其中所述致動系統包括用於驅動各所述傳送帶的驅
動機構。


以下參考附圖僅通過實施例來描述本發明,附圖中
圖1至圖4是本發明的鍛鍊裝置的第一實施例的示意圖,示出了多 個不同運動路徑;
圖5是本發明的鍛鍊裝置的第二實施例的示意圖6是本發明的鍛鍊裝置的第三實施例的示意圖7至圖9示意性示出了用於實施本發明的致動系統的三個另外的 選擇例;以及
圖IOA和圖10B示意性示出了用於實施本發明的致動系統的又一選 擇例,其基於用於每個腳部的可豎直移位的傳送帶。
具體實施方式
本發明是一種鍛鍊裝置。
參照附圖並結合說明可以更好地理解根據本發明的鍛鍊裝置的原理 和操作。
以下參照附圖,圖1至圖4表示根據本發明的教導構造和操作的整 體用標記10表示的鍛鍊裝置的第一實施例。
一般而言,鍛鍊裝置10包
括第一腳部支撐表面12、第二腳部支撐表面14以及致動系統16,該致 動系統16構造成使第一和第二腳部支撐表面中的每一個在至少25釐米 X15釐米的範圍內沿限定在至少二維空間中的任意路徑移動。致動系統 16由控制系統18控制從而為每個腳部支撐表面12和14產生鍛鍊路徑。
為了簡化說明,在下圖中僅示出一個腳部支撐表面12和一半致動系 統16。同樣,下圖中將省略控制系統18及其任選的相關部件(以下將予 以描述)。應理解,至少至此描述的主要部件明確地包含在各實施例中。
本發明的裝置優選提供多種鍛鍊模式,這些鍛鍊模式可包括對應於 傳統鍛鍊裝置的標準鍛鍊模式、本發明的裝置所特有的附加鍛鍊模式和/ 或由使用者獨立編程或與娛樂系統等交互而產生的鍛鍊模式,以下將進 行描述。腳部支撐表面為了產生每種類型的運動所需的移動範圍取決於 所需運動的幾何參數。例如,橢圓機通常需要大約40cmX大約15cm; 室內健身車通常需要大約35cmX大約35cm;以及蹬踏機通常需要大約 28cmX大約17cm。為了提供所有這些和更多的鍛鍊模式,並且允許針對 使用者的各種尺寸修改參數,致動系統16最優選構造成使第一和第二腳 部支撐表面均在至少70釐米X 40釐米的範圍內沿限定在至少二維空間中 的任意路徑移位。在該運動範圍內,致動系統優選構造成使得該系統能 夠大致沿由控制系統18限定的任意連續的路徑運動。在某些優選實施例 中,致動系統16具有附加的線性位移自由度,從而使得該系統沿三維空 間中限定的運動路徑。附加或可選地,致動系統16還可構造成控制各腳 部支撐表面繞至少一個軸線的旋轉狀態,任選為繞兩個或三個旋轉軸線 的旋轉狀態。
本發明的鍛鍊裝置可以構造成以被動模式或主動模式操作,被動模式即為其中運動主要沿與使用者施加力的方向相同的方向(使用者主動, 而裝置被動/反作用),主動模式即為其中該裝置使使用者的肢體運動並且 使用者主要沿與運動方向相反的方向施加阻力(裝置主動,而使用者被 動/反作用)。在某些實施例中,該裝置可以在主動模式與被動模式之間切 換。在其它情況下,單一運動路徑既可以具有主動部分也可以具有被動 部分,儲如騎自行車運動的向上回行運動,其中腿部的重量趨於與運動 相反。
在主動操作模式下,控制系統18構造成使各腳部支撐表面沿任意路 徑主動移位,從而使使用者的腿部移位。
在被動操作模式下,控制系統18構造成將腳部支撐表面的允許運動 限定於任意路徑,從而使第一和第二腳部支撐表面通過使用者的腿部運 動而沿任意路徑運動。優選的是,致動系統16還構造成在控制系統18 的控制下產生阻力,從而向沿任意路徑的運動提供給定的阻力分布曲線。
可實現用於實施被動系統的多種選擇。根據一個非限制性實施例, 沿一個方向的致動器可"從屬於"沿另一方向的致動器或編碼器,使得 例如豎直位移伴隨有強制的水平分量從而確保腳部支撐沿指定的路徑運 動。通過限定滑動限位開關的範圍可達到相同的效果,其中致動器對試 圖運動到圍繞指定運動路徑限定的軌跡外部的力產生高抵抗力。這些細 節和其它可能的實施例對本領域技術人員是清楚的。
應理解,本發明與多數傳統的鍛鍊裝置的明顯不同在於本發明使用 了致動系統,該致動系統本質上能夠沿著限定在二維或更多維空間中的
運動範圍內的大致任意路徑。這種性能允許控制系統18在不中斷的鍛鍊
進行期間改變任意路徑。換言之,該鍛鍊裝置可以在正在進行鍛鍊期間
在不同的運動路徑之間切換,這些運動路徑例如對應於室內健身車運 動(圖1);蹬踏運動(圖2);步行運動;跑步運動;或滑雪運動(圖3)。 同樣,該鍛鍊裝置可以在這些運動路徑之間連續切換或者可以實施其它 非標準的運動路徑(圖4)。因而,利用根據本發明的教導構造的單個鍛 煉裝置可以在不中斷的情況下實施在多個不同類型的鍛鍊裝置中的每個 上需要給定時間量的單元訓練時間。除了提供不同類型的鍛鍊運動外,本發明優選允許調節各類型運動 的各種參數。例如,僅通過電子控制就可以使鍛鍊即時地適於使用者的 步長,而不需要對鍛鍊裝置進行任何的機械調節。因而,相同的鍛鍊裝 置可以由職業的籃球運動員和兒童交替地使用,而無需進行機械調節。
另外應注意,使用者的腳部不需要在整個運動循環期間都與腳部支 撐表面保持連續接觸。從而,例如在步行式運動中,使用者腳部的回行 運動可以經過空中而在運動的前端處再一次接觸腳部支撐表面。
本發明的另一可選特徵在於控制系統18可與視聽娛樂系統20相關
聯。根據該選擇,控制系統18優選構造成與視聽娛樂系統呈現的情景同
步地變更任意路徑。例如,在視頻情景中,當視頻顯示為已到達需要攀 爬的樓梯時則最初的步行運動可以代之以蹬踏運動。可選地,運動路徑 可通過與視聽娛樂系統呈現的情景同步產生的運動模擬效果而改變。根 據該選擇,當娛樂系統描繪地震時,蹬踏運動可改為搖動運動。另外或 可選地,該裝置的其它操作參數也可以改變,這些參數包括但不局限於 抵抗運動的阻力或運動的速度。例如,當視頻內容描述爬山時則阻力可 以增加,而當視頻描述騎車下山時則速度可以增加。
用於實施本發明的另一選擇例採用與通訊網絡進行連接,並允許參 與在線競技遊戲。這裡,該裝置還優選採用以上在視聽娛樂系統的操作 情況下描述的部分或全部特徵。
本發明的兩個腳部支撐表面可以以同等但相反的運動移位。這種運 行模式適於包括例如騎自行車、蹬踏、橢圓滑雪等的傳統運動的鍛鍊範 圍。
在另一操作模式中,腳部支撐表面以平行運動同步地移位。這可對 應於跳躍運動,或者可模擬划船運動等。
根據另一個操作模式,第一和第二腳部支撐表面可以不同步地移位。 在某種程度上在行走模擬中的確如此,在行走模擬中腳部的回行路徑與 承載負載的腳部的路徑不對稱。在其他模擬中,這種不對稱可能更明顯。
可選地,至此所描述的系統還可增設有類似的致動器元件和手部支 撐表面,以提供同步的手部運動。這可以以非限制性實施例方式用於提供標準的橢圓鍛鍊機的功能。
應注意,本發明可以通過能夠產生所需運動的基本上任何類型的致 動器或這些類型的致動器的組合來實施。實施例包括但不局限於線性致 動器的組合(圖1至圖4)、位於連接臂上的旋轉致動器(圖5)以及例 如圖6所示的線性致動器與旋轉致動器的組合。可選的是,諸如圖5中 的實施例可有利地利用驅動帶裝置來實施,以控制各連接處的旋轉,如
在機器人技術的領域中已公知的那樣。圖7至圖9中示出的額外的非限
制性實施例分別包括位於線性致動器上方的平行動作槓桿機構、位於線 性致動器上方的剪刀式升降機構以及位於剪刀式升降機構上方的線性致動器。
圖IOA和圖IOB示意性地示出了另一選擇例。在此,每個腳部設置 有實施為小傳送帶的一部分的支撐表面,該小傳送帶通常略為水平布置 但可選地承受固定或可變的傾斜調節或其它調節。各傳送帶通常設置有 用於對其雙向驅動的馬達裝置。各腳部支撐傳送器安裝成使得可以被豎 直地移位,例如沿線性路徑移位(圖10A)或經由具有恆定或可變半徑 的臂的旋轉系統移位(圖10B)或通過弓形運動移位。沿傳送帶的線性 平移以及傳送器自身的上下運動的組合提供了用於限定二維空間中腳部 運動路徑所需的自由度。對於被動運動模式(其中使用者產生運動),腳 部支撐設置成允許使用者移動腳部支撐以產生具有任意期望阻力的豎直 運動,並且傳送機根據豎直運動而被致動以產生沿略垂直(略水平)方 向的運動,而引導腳部沿期望的運動路徑運動並修正傳送帶的整體豎直 運動中的任何水平分量。對於主動操作,豎直運動和水平傳送運動均由 動力驅動。可選的是,如果兩個傳送機構均並排定位在相同的高度處並 沿相同的方向驅動,則該裝置可構造成使得該裝置也提供傳統的踏車功 能。
在上述的所有情形中,致動器自身可被電控(例如使用伺服電機、 步進電機、線性電機),液壓致動器或氣動致動器可由驅動帶驅動,該驅 動帶自身由任何合適類型的致動器驅動,所有這些都根據各實施例的結 構需要。應理解,上述的說明僅旨在用於舉例,並且在如所附權利要求限定 的本發明的範圍內可具有多種其它實施方式。
權利要求
1. 一種鍛鍊裝置,該鍛鍊裝置包括(a)第一腳部支撐表面;(b)第二腳部支撐表面;(c)致動系統,該致動系統與所述第一和第二腳部支撐表面相關聯,並被構造成使所述第一和第二腳部支撐表面均在至少25釐米×15釐米的範圍內沿限定在至少二維空間中的任意路徑移位,(d)控制系統,該控制系統與所述致動系統相關聯,並構造成用於控制所述致動系統,從而為所述第一和第二腳部支撐表面中的每一個產生鍛鍊路徑。
2. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統被構造成 使所述第一和第二腳部支撐表面均在至少70釐米X 40釐米的範圍內沿限 定在至少二維空間中的任意路徑移位。
3. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統還被構造 成控制所述第一和第二腳部支撐表面繞至少一個軸線的旋轉狀態。
4. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造成 主動地使所述第一和第二腳部支撐表面沿所述任意路徑移位從而使使用 者的腿部運動。
5. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造成 將所述第一和第二腳部支撐表面的允許運動限定於所述任意路徑,從而 使所述第一和第二腳部支撐表面通過使用者的腿部運動而沿所述任意路 徑運動。
6. 根據權利要求5所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統還被構造 成在所述控制系統的控制下產生阻力,從而為沿著所述任意路徑的運動 提供給定的阻力分布曲線。
7. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統被構造成 使所述第一和第二腳部支撐表面均沿在三維空間中限定的任意路徑移 位。
8. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造成 在無中斷的鍛鍊進行期間改變所述任意路徑。
9. 根據權利要求8所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統與視聽娛 樂系統相關聯,並且該控制系統被構造成與所述視聽娛樂系統呈現的情 景同步地改變所述任意路徑。
10. 根據權利要求9述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造成在至少兩個任意路徑之間進行切換,所述至少兩個任意路徑被選擇成用於模擬從以下運動構成的組中選擇的運動騎自行車運動;蹬踏運動; 步行運動;跑步運動;以及滑雪運動。
11. 根據權利要求9所述的鍛鍊裝置,其中,所述任意路徑通過與 所述視聽娛樂系統呈現的情景同步地產生的運動模擬效果而改變。
12. 根據權利要求8所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造 成在至少兩個任意路徑之間進行切換,所述至少兩個運動路徑被選擇成 用於模擬從以下運動構成的組中選擇的運動騎自行車運動;蹬踏運動; 步行運動;跑步運動;以及滑雪運動。
13. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造 成以至少一種模式操作所述致動系統,在該模式中,所述第一和第二腳 部支撐表面以同等但相反的運動移位。
14. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造 成以至少一種模式操作所述致動系統,在該模式中,所述第一和第二腳 部支撐表面以平行的運動同步地移位。
15. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述控制系統被構造 成以至少一種模式操作所述致動系統,在該模式中,所述第一和第二腳 部支撐表面非同步地移位。
16. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統包括多 個線性致動器。
17. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統包括多 個電控致動器。
18. 根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述致動系統包括多個液壓致動器。
19.根據權利要求1所述的鍛鍊裝置,其中,所述第一和第二腳部 支撐表面均實施為傳送帶的部件,並且其中所述致動系統包括用於驅動 各所述傳送帶的驅動機構。
全文摘要
一種鍛鍊裝置,該鍛鍊裝置設置有第一和第二腳部支撐表面,各腳部支撐表面均通過致動系統而在至少25釐米×15釐米的範圍內沿限定在至少二維空間中的任意路徑移位。控制系統被構造成控制所述致動系統,從而為第一和第二腳部支撐表面中的每一個產生鍛鍊路徑。鍛鍊運動可以是主動的也可以是被動的,並且可以在非中斷的鍛鍊時間期間動態地改變。
文檔編號A63B24/00GK101437583SQ200780014728
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月26日 優先權日2006年4月26日
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