专利名称：倾斜跑步机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及锻炼器材的领域。更具体地说，本发明涉及具有倾斜踩踏机构的锻炼器材。
背景技术：
近年来，对于改善健康增进心血管功能的需求有所增长。这种需求与在空间有限的地点，例如在个人家中或是在健身房中进行锻炼的需要相关联。这种潮流引起了对于健身器材生产的需求增长。
例如，倾斜器械已经变得非常流行。在倾斜面上步行或跑步要求使用者以连续用力的步伐抬起他们的膝盖。这比起在平面上行走或跑步更加费力。因此，在倾斜面上运动能够提供强度更强更富挑战性的锻炼。
倾斜器械具有各种类型和结构，例如跑步机和攀爬器械。跑步机提供了平坦的循环移动组件，使用者能够在其上行走或跑步。攀爬器械通常的特点是呈大角度放置，并通常能够做较大的横向运动的循环移动组件。
倾斜器械通常包括升降机构，例如电机或电机/杠杆组件，用于将支撑框架上倾和下倾。这些升降机构中使用的升降电机通常必须是小而紧凑的，以便适应家庭和健身房消费者需求的结构中所具有的美学和空间上的限制。小而紧凑的电机的缺点是，为了提供这样的系统通常需要的升降力，电机会变得不切实际的庞大或过于昂贵。
增加升降力通常需要增加更加耐用的倾斜器械的重量。这样的器械的倾斜部件的较坚固的零件同时也比在较小单元中的零件更重。更加耐用的部件在商业用途中更为普遍，例如在健身房中，反复的使用需要更为坚固的结构。然而，商业用途需要超过能够提供的升降力并且需要比能够提供的电机更为紧凑的升降电机。
许多倾斜锻炼器械中另一个固有的问题是循环带空转。当未接合驱动系统且在循环带上加力时，在某些电机配置下，循环移动组件将随该力自由移动。这样的设置在使用者无意中踩在皮带上时可能导致循环带的意外移动。
发明内容
本发明的倾斜锻炼器械包括第一和第二升降电机和同步机构。第一和第二升降电机与活动部件和同步机构相连。同步机构连接到锻炼器械的支撑基座。在平放位置，活动部件设置成，使得支撑框架与支承表面大致平行。支撑框架的远端有选择地在平放位置以上上倾，并有选择地在平放位置以下下倾。
由于装有多个升降电机而未牺牲电机的成本效率或紧凑性，本发明的倾斜器械具有增加升降能力的优点。此系统的另一优点是，升降电机的生产者能够利用现有的小型锻炼器械的升降电机配置而无需开发制造用于较沉重锻炼器械的专用电机。
使用多个电动机时的困难在于这些电机的同步运行。当升降电机施加略微不等的力或提供略微不等的伸展长度时，就能轻易地扰乱锻炼器械的正常运行。这种扰乱能够使多升降电机配置变得不实际。为克服这一困难，本发明的锻炼器械利用一种同步机构。在一个实施例中，该同步机构包括机械的机构。该机械机构包括，摆动杆、横支撑件、以及枢轴机构。第一升降电机与摆动杆第一端相连。第二升降电机与摆动杆第二端相连。摆动杆通过摆动杆的旋转，使得能够将在第一和第二升降电机的运行中的小变化减到最小。
在另一个实施例中，该同步机构包括控制模块。该控制模块包括第一感应器和第一计数器；第二感应器和第二计数器；以及逻辑元件。第一感应器和第一计数器监测第一升降电机的运行。第二感应器和第二计数器监测第二升降电机的运行。该逻辑元件利用来自第一和第二感应器和第一和第二计数器的信息，控制第一和第二电机的运行。在一可选实施例中，同步机构还包括上述机械机构和控制模块的组合。
在本发明中提供一公差调节器。该公差调节器包括第一和第二接触开关。当第一和第二升降电机的运行超过了一给定偏差量时，摆动杆绕枢轴机构旋转到与横支撑件的相互作用触发第一或第二接触开关的位置。触发该接触开关将中止第一和第二升降电机的正常运行，直到偏差量减小并恢复同步。
在本发明中提供一切换电路。该切换电路利用第一和第二计数器和逻辑元件来判定第一电机是根据送到第一电机的命令运行还是根据送到第二电机的命令运行。同样地，该切换电路也能够判断第二电机是根据送到第二电机的命令运行还是根据送到第一电机的命令运行。如果判断出某个电机是根据送到另一个电机的命令运行，则切换电路将切换逻辑元件中的计数器分配。切换计数器的分配，在电机彼此接收对方的信号的情况下，使控制模块能够在保持同步的状态下正确地运行。
该锻炼器械的另一个特点是循环带安全机构。该循环带安全机构防止循环带的意外移动。循环带安全机构包括运动检测器、驱动系统、以及循环带运动调节器。运动检测器监测循环带的运动，并监测循环带是在根据使用者的输入而运动，还是出现了意外情况。当运动为意外运动时，循环带运动调节器启动驱动系统并从而在一个预设时间段内以预定的低速度开动循环带。循环带安全机构还向使用者发出听觉和/或视觉提示，以便在给锻炼器械正确输入的情况下开始锻炼。
通过以下的说明和所附的权利要求，本发明的这些及其他的目的和特点将变得更为完全清晰，或可以通过下述提出的本发明的实践而理解。
为了获得本发明的上述的及其他的优点和特性，以下将参考其在附图中示出的具体实施例对以上简述的本发明作出更为具体的说明。应理解，这些附图只示出本发明的典型实施例，且因此不能视为对本发明的范围有所限制，以下通过使用附图，将对本发明的具体细节作出说明和解释，在附图中图1为典型的锻炼器械的透视图，其中使用了升降装置。
图2示出摆动杆机构；示出机械联动装置以及第一和第二升降电机。
图3示出以可转动方式连接到支撑基座上的摆动杆机构。
图4为处于倾斜位置的锻炼器械中的升降装置的正面剖视图。
图5为处于平放位置的锻炼器械中升降装置的透视图。
图6为处于倾斜位置的锻炼器械中的升降装置的透视图。
图7为本发明的功能框图，示出用于将第一和第二电机保持在预定转动参数下的监测系统。
图8为一流程图，示出控制模块计数器系统的逻辑程序。
图9为升降电机组件和计数器系统的示图。
图10为一公差调节器的示意图，示出第一和第二接触开关。
图11为一流程图，示出第一和第二计数器的交换分配机制的逻辑程序。
图12为循环带安全机构的框图，示出循环带运动调节器、运动检测器、以及安全模块。
具体实施例方式
现在参考图1，图1示出本发明采用的选择地上倾和下倾的锻炼器械10。锻炼器械10在例如步行、跑步或散步模式下，支撑着在其上走动的使用者。
锻炼器械10包括支撑基座12以及与其可移动地连接的使用者支撑框架14，使用者在支撑框架上行走。支撑框架14包括(i)第一和第二长框架杆17a、17b；(ii)安装在第一和第二长框架杆17a、17b的相对两端上的第一和第二滚轴36a和36b(图5)；以及(iii)围绕滚轴36a、36b运行的循环带15。支撑框架14具有近端24，远端26，以及它们之间的内部部分28。
支撑框架14为活动部件的一个例子。然而，可以将各种不同的活动部件以可移动方式连接到基座12或其他各种支撑基座。因此，示出的基座12示出了支撑基座的一个实施例并且示出的支撑框架14示出了以可移动方式连接到基座上的活动部件的一个实施例。但是，在本发明中可以采用各种不同的支撑基座和各种以可移动方式与其相连的活动部件，例如在2000年2月2日提交的美国专利申请序列号No.09/496,569题目为“步行锻炼器械”的发明中公开的部件，该申请通过参考整个内容结合在此，此外还有其他的各种支撑基座和活动部件。
锻炼器械10还包括(i)与支撑基座12相连的扶手组件16；以及(ii)升降装置18。支撑基座12具有近端20和远端22。
如图1所示，在倾斜位置上，支撑框架14能够倾斜到极限角，从而使远端26高于平放位置之上。本发明的升降装置18使得使用者能够将支撑框架14倾斜到这样的角度。
现在将参考图2，图2示出本发明的升降装置18。升降装置18包括第一升降电机30，第二升降电机32，构造成用于第一和第二升降电机30、32同步的同步机构34。同步机构34可以包括包括机械部件的同步机构。同步机构34还可以包括硬件，例如专用集成电路或任何其他合适的硬件配置。同步机构34还可以包括软件，例如计算机可执行指令、相关的数据结构、程序模块、以及其他的过程、程序、对象、组件、数据结构等等，这些软件执行特定的工作或实现特定的抽象数据类型。同步机构34和在此公开的另一种同步机构都是用于使第一和第二升降电机30、32同步的同步装置的例子。以下将详细阐述同步机构34的各种例子。
在上述实施例中，同步机构34包括连接到基座12的机械联动装置42。机械联动装置42包括摆动杆44和固定的横支撑件46。摆动杆44包括摆动杆第一端50，摆动杆中心54，以及摆动杆第二端52。第一升降电机30与摆动杆第一端50相连，第二升降电机与摆动杆第二端52相连。如图2所示，第一和第二升降电机30和32固定地转动地连接到摆动杆44。升降电机30和32分别由驱动元件60和62以及分别由升降臂70和72组成。驱动元件60和62提供伸展升降臂70和72所需的电-机械力。升降臂70和72的伸展给升降活动部件40提供所需的机械力。
虽然其他的升降电机系统也能让使用者将锻炼器械的支撑框架倾斜，但本发明的升降装置采用的是有选择地固定连接到摆动杆44的第一和第二升降电机30和32。
升降电机30和32分别包括驱动元件60和62以及分别包括升降臂70和72。驱动元件60和62提供伸展升降臂70和72所需的电-机械力。升降臂70和72的伸展为升降活动支撑框架14提供所需的机械力，或可选择地，为升降另一实施例的活动部件提供所需的机械力。
虽然其他升降电机系统也能够使使用者将锻炼器械倾斜，但本发明的升降装置的优点在于利用两个同步的升降电机。利用两个同步的升降电机，使本发明的升降电机系统能够比相应的单个升降电机升降更重的负载。而且，因为第一和第二升降电机30和32是同步的，所以避免了在电机运行中由于小偏差导致复杂的情况，例如活动支撑框架14的扭曲。
现在参考图3，图3示出连接到支撑基座12的机械联动装置42。机械联动装置42的横支撑件46包括横支撑件第一端80，横支撑件中心84，以及横支撑件第二端82。横支撑件第一端80连接到支撑基座12的第一侧面90。横支撑件第二端82连接到支撑基座12的第二侧面92。横支撑件中心84连接到摆动杆44。在可选实施例中，机械联动装置42连接到活动框架14，且第一和第二升降电机30和32连接到支撑基座12。
如图3所示，摆动杆中心54旋转地连接到横支撑件中心84。在该优选实施例中，横支撑件中心84还包括摆动杆支撑框架96，摆动杆支撑框架96从横支撑件46处朝着摆动杆44向外侧延伸。摆动杆支撑框架96在摆动杆44和横支撑件46之间提供了足够的位移，以便使摆动杆44能够围绕枢轴机构98的轴线旋转，例如该框轴机构可以是销、杆柱、或任何允许摆动杆44相对于横支撑件46旋转的其他机构，或者是任何允许摆动杆44围绕横支撑件中心84的轴线旋转的其他机构。
第一升降电机30的升降臂70的伸展对摆动杆第一端50施加力。当缺少来自第二升降电机32的升降臂72的伸展的相等的补偿力的情况下，摆动杆44将围绕枢轴机构98的轴线旋转，摆动杆第一端50沿横支撑件第一端80的方向旋转。可选择地，第二升降电机32的升降臂72的伸展对摆动杆第二端52施加力。如果没有由来自升降臂70的伸展的相等补偿力所抵消，则摆动杆44将围绕枢轴机构98的轴线旋转，摆动杆第二端52沿横支撑件第二端82的方向旋转。因此，机械联动装置42，更具体地说是机械联动装置42的摆动杆44部分，通过将升降电机施加的力补偿为相等的力，从而能够抵消第一升降电机30和第二升降电机32运行中的小偏差。通过使电机30和32同步运行，机械联动装置42通过升降臂70和72将基本相等的力施加在活动支撑框架14的两相对侧(见图2)。
现在参考图4-6，进一步示出有选择地上倾和下倾锻炼器械10。这些图详细示出了升降装置18。如图4所示，第一升降电机30和第二升降电机32的升降臂70和72分别与活动支撑框架14相连。活动支撑框架14活动地连接到基座12。在优选实施例中，活动支撑框架14与升降电机30和32之间的联结是枢轴连接。这使得能够改变支撑框架14与支撑基座12之间的角度。
图5示出支撑框架14处于平放位置的锻炼器械10。在平放位置，第一和第二升降电机30和32的第一和第二升降臂70和72处于收缩位置。
图6示出支撑框架处于倾斜位置的锻炼器械10。在倾斜位置，第一和第二升降电机30和32的第一和第二升降臂70和72处于伸展位置。机械联动装置42保证了从升降臂70和72向支撑框架14施加同步的力。
在优选实施例中，横支撑件46连接到支撑基座12的第一和第二侧面90和92靠近支撑基座12的近端20处。在此实施例中，第一和第二升降电机30和32的升降臂70和72在远离支撑基座近端地联结。
在另一优选实施例中，横支撑件46连接到支撑基座12的第一和第二侧面90和92靠近支撑基座12的远端22处。在此实施例中，第一和第二升降电机30和32的升降臂70和72朝向活动支撑框架14的近端43联结。
在另一个实施例中，通过连接到与支撑框架14相连的杠杆臂，第一和第二升降电机30和32的升降臂70和72间接地连接到支撑框架14或其他的活动部件。杠杆臂连接到支撑基座12和活动支撑框架14。升降臂30和32的运动对杠杆臂施加升高和降低活动部件所需的力。
在另外一个实施例中，第一和第二升降电机30和32连接到套筒式扶手组件。套筒式扶手组件连接到活动支撑框架14。这使得活动支撑框架14随着扶手组件16相应的运动抬高或降低。
这些实施例仅仅是说明性的，不应被认为是对本发明的范围的限制。本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明的范围的前提下，可以采用各种能够使多个升降电机同步的联结结构。
现在参考图7，图7以框图方式示出了使第一和第二升降电机30和32同步的同步机构的另一个实施例。图7的同步机构包括控制模块100。控制模块100可以结合上述的机械同步机构34应用，也可以独立应用。
在此实施例中，控制模块100使第一和第二升降电机30和32保持预定的转动参数，如下所述。
控制模块100包括控制电路110，计数器系统120，以及控制面板130。控制电路110可以包括硬件，例如处理器和存贮器，专用集成电路，和/或任何其他合适的硬件配置。可选择地，控制电路110可以包括软件，例如计算机可执行指令、关联数据结构、程序模块、和/或其他的过程、程序、对象、组件、或数据结构等等，它们能够执行特定的工作或实现特定的抽象数据类型。控制电路110是用于自动控制第一和第二升降电机运行的逻辑装置的一个例子，该逻辑装置使得第一和第二计数器之间的差不超过预定值。
控制电路110控制第一和第二升降电机的运行。通过向第一和第二升降电机30和32发送消息并从计数器系统120接收反馈，控制电路110确保第一和第二计数器之间的差不超过预定值。控制电路110还向控制面板130发送输出信号并通过控制面板130接收来自使用者的输入信号。控制电路包括处理器112和存储系统114。处理器向计数器系统120、控制面板130、以及第一和第二升降电机30和32产生输出信号。
来自控制面板的输入可以包括各种数据，包括(i)用户指令；(ii)系统功能信息；和/或发给升降电机的升降命令。处理器112接收来自计数器系统120和控制面板130的反馈。存储系统114记录从处理器112接收的数据，以及运行处理器112所需的信息。用于运行处理器112的信息包括，命令、算法、和/或其他数据。这些信息可以嵌入电子芯片、软件、数据库、或是为本领域的技术人员所知的任何其他存储系统中。处理器112将数据送到存储系统114。存储系统114向处理器112提供处理器112执行功能所需的信息。
控制面板130包括输出装置132，用于向使用者传达信息；以及输入装置134，用于让使用者向控制模块100输入命令。这使得控制电路110能够请求使用者输入并允许使用者输入命令，使锻炼器械10的升降电机及其他系统运行。
计数器系统120包括第一和第二感应器122和124以及第一和第二计数器126和128。感应器监测第一和第二升降臂70和72的运行，从而监测第一和第二升降电机30和32的运行。第一和第二计数器126和128将第一和第二感应器122和124从第一和第二升降电机30和32测得的增量汇总。
根据使用者从输入装置134的输入，处理器112向第一和/或第二升降电机30和32发送升降或收缩的命令。第一和第二感应器122和124监测在何时升降臂70和72旋转过了某一预定旋转角。
当第一和第二升降臂70和72旋在第一方向转过预定的旋转角时，第一和第二计数器126和128记录一增量。当第一和第二升降臂70和72在第二方向上转过一定预定旋转角时，第一和第二计数器126和128记录一个减量。对于每个增量或减量，当第一和第二计数器126和128记录它们时，代表计数器变化的相应数据就被送到处理器112用于处理。
现在参考图8，图8示出一流程图，表示用于同步第一和第二升降电机30和32的控制模块100的运行。如所公开的，本发明的一种方法包括检测送给升降电机131的命令的步骤。当检测送到升降电机的命令时，即作出判断，在第一电机133中是否有转过预定旋转角的转动。如果在第一电机中没有转过预定的旋转角，则执行不改变第一计数器137的步骤。如果第一电机中已转动转过预定的角，则执行判断电机是否正在沿第一旋转方向140旋转的步骤。
当电机沿第一转动方向已经转动时，执行增加第一计数器计数的步骤144，如公式(A+1)＝Y所示。当第一电机已经转动，但不是沿第一转动方向转动时，执行减少计数器计数的步骤150，如公式(A-1)＝Y所示。
在增量计数步骤144或减量计数步骤150中都使用Y所表示的新的计数值，之后执行输入Y值的步骤154，Y值代表第一计数器中的当前计数值。
当检测送到升降电机的命令(见步骤131)且同时判断出在第一电机中的转动转过了预定的角度(见步骤133)时，在步骤135中还执行另一个判断，判断在第二电机中是否转过了预定的角度。当在第二电机中没有转过预定角度时，执行不改变第二计数器138的步骤。如果在第二电机中已转过预定角度，则执行判断步骤，判断第二电机是否正沿第一旋转方向转动(见步骤142)。
如果第二电机已经沿第一转动方向转动，则执行增加第二计数器计数的步骤146，如公式(B+1)＝Z所示。当第二电机已经转动，但不是沿第一转动方向转动时，执行减少第二计数器计数的步骤152，如公式(B-1)＝Z所示。在增量步骤146和减量步骤152中都使用Z所表示的新的计数值，执行输入Z值的步骤156，Z值表示第二计数器中的当前计数值。
使用步骤154中的Y值和步骤156中的Z值，用公式为Y-Z＝X，执行计算X值的步骤158，其中X为绝对值。使用步骤158中的X值，在步骤160中判断X是否小于预定的参数值。当X小于预定参数值时，执行升降装置18继续正常运行的步骤162。当X大于预定参数值时，执行停止升降装置18正常工作的步骤164。
因此，如图7-8所示，通过确保第一和第二升降电机30、32的运转偏差不超过预定参数值，控制模块100使第一和第二升降电机30、32的运转同步。预定参数值代表可能导致锻炼系统10的正常操作出现问题的第一和第二升降电机30和32的运转之间的差异程度。这样的问题可以包括，支撑框架14扭曲或干扰循环带15的正常工作。
在第一和第二升降电机30和32之间的偏差超过预定参数值的情况下，则执行停止正常运转的步骤164。停止继续运转的步骤164可包括如直接关闭升降电机30和32的运行。它还可包括更为复杂的过程，即临时关闭升降电机30和32并启用故障排除程序，试图修正偏差量并使X回到预定的参数值范围内。在一个实施例中，当升降电机运转中的偏差小于会导致锻炼器械的工作出现问题的值时，控制模块将修正该偏差。例如，控制模块可以在偏差达到导致运转出现问题的标准偏差的一半时进入修正程序。
现在参考图9，图9示出计数器系统120的实施例。出于说明的目的，示出第一升降电机30以及计数器系统120监测第一升降电机30的升降臂70伸展和收缩的方式。如图7所示，计数器系统还监测第二升降电机32的升降臂72的伸展和收缩。通过监测第一和第二升降电机30、32的运行，计数器系统120使控制模块100能够使第一和第二升降电机30、32的运行同步。由于第一和第二升降电机30、32中的计数器系统120的功能基本类似，所以在本实施例中，说明计数器系统120如何监测第一升降电机30就足够了。
参考图7-9，计数器系统120包括感应器122和计数器126。图9示出第一升降电机30、第一感应器122、以及第一计数器126的框图。在一个实施例中，以相同或类似的方式包括第二升降电机32、第二感应器124、以及第二计数器128。
在一个当前实施例中，感应器122整体地连接到第一升降电机30。感应器122通过信号传导装置172连接到计数器126。在一优选实施例中，信号传导装置172包括电线，但可选择地可以包括无线信号装置，机械机构，或任何多种其他已知的信号装置，这都应为本领域的技术人员所认识到。
在图9的实施例中，第一升降电机30包括丝杠驱动机构61、丝杠交换齿轮63、丝杠70以及升降电机外壳173。当从处理器112接到命令时，丝杠驱动机构61开始转动丝杠交换齿轮63，丝杠交换齿轮63再转动丝杠70。当接到升降活动支撑框架14的命令时，丝杠交换齿轮63沿伸展丝杠70的第一方向转动。根据来自处理器112的降低活动支撑框架14的命令，丝杠交换齿轮63沿收回丝杠70的第二方向转动。
在一个实施例中，感应器122包括磁性感应器。在此实施例中，感应器122构造成用于检测与丝杠交换齿轮63相连的磁性标记170。丝杠交换齿轮63的给定旋转角意味着丝杠70的给定位移。感应器机构175通过检测磁性标记170来识别丝杠70转过预定旋转角。结合表示丝杠70转动方向的数据来检测磁性标记170，使得计数器126根据丝杠70是伸展还是收缩，能够增量计数或减量计数。可以根据预定的参数选择磁性标记170的数目。
继续参考图7-9，计数器系统向控制模块提供有价值的数据。例如，如果丝杠70、72转动180度代表着控制模块监测的位移量，且丝杠交换齿轮63转一整圈使丝杠转动180度，则能够使用单个磁性标记170。因此，感应器122、124能够分别识别丝杠70、72的每个180度的转动。在此实施例中，每个增量和减量代表180度的旋转角以及丝杠70、72相应的位移。根据此实施例，代表第一和第二升降电机30、32的偏差量的预定参数值是基于计数增量的，每个增量都代表丝杠70、72转动180度。特征参数值(见图8的步骤160)可以是两个(2)计数增量。使用X＝2的这个特征参数值，每次第一和第二升降电机30、32的丝杠70、72转动差超过一整周(即，多于360度)时，控制模块将停止第一和第二升降电机30、32的正常运行(见图8的步骤164)。
如本领域的技术人员所应认识到的，图9代表计数感应器系统120监测升降电机30、32的方式的一个说明性的实施例。计数器系统120的另一实施例可包括其他的感应器结构，例如光学的、机械的或任何多种感应器。例如，能够电子监测升降电机31运行并计算丝杠71的相应位移的感应器电路。磁性标记170的位置和感应器124、126的相应结构也可以有所变化。可以在丝杠或驱动机构上嵌入一个或多个磁性标记170。而且，升降电机30、32的其他实施例可以包括其他的凸轮机构，例如可用于代替丝杠升降电机的液压或电动凸轮。
图7-9所示的同步机构是用于使第一和第二升降电机同步的装置的另一个例子。这些机构可以与参考图2-6所讨论的机械同步机构共同使用，也可以独立使用。
为了起到图1-6和/或图7-9中的同步机构的失效保险的作用，本发明的锻炼器械还可包括一公差调节器180。公差调节器180将第一和第二升降电机30和32之间的偏差量保持在预定参数的范围内。公差调节器180包括第一接触开关182和第二接触开关184。公差调节器180的作用是在第一接触开关182或第二接触开关184被触发的情况下，停止升降电机30和32的正常运转。在一个实施例中，第一接触开关182连接到摆动杆50的第一端。第二接触开关184连接到摆动杆52的第二端。本领域的技术人员应该理解，根据本发明，在不背离本发明的要旨的前提下，除接触开关以外，还可将各种检测机构设置在各个结构中。
在升降臂70和72的伸展开始出现差异的时候，摆动杆44将围绕枢轴机构98的轴线旋转。摆动杆第一端50或摆动杆第二端52将在沿横支撑件46的方向受力。在第一和第二升降臂70和72的运行中偏差超出预定参数的情况下，摆动杆第一端50或摆动杆第二端52将移动得足够靠近横支撑件46，进而触发第一接触开关182或第二接触开关184。在一个实施例中，触发第一或第二接触开关将停止升降电机30、32的运行。在另一个实施例中，触发接触式开关之一的触发将使升降电机得到修正，例如，通过使控制模块100进入故障排除模式来修正。
因此，在控制模块100未能适当地使第一和第二升降电机30和32的运转同步的情况下，公差调节器180能够起到后备安全机构的作用。第一和第二升降电机30和32的运行中未超过预定参数的小偏差量，可继续通过旋转摆动杆44来补偿，而不会触发接触式开关182和184。因此，在偏差量未超过预定参数的情况下，该系统允许第一和第二升降电机30和32正常运行。
现在参考图11，可在本发明中应用的另一机构是一个切换电路。在以下情况下，可以用到切换电路(i)用于升降电机的电线不慎对调(例如，在修理期间)；或(ii)在设计用于送给第一电机的命令实际是在由第二电机执行。
图11示出一流程图，示出用于交换分配第一和第二计数器126和128的切换电路的逻辑程序。以此方法中，判断命令是否已经送到升降电机200。在判断出没有命令送到电机的情况下，转入停止执行步骤206。如果命令已经送达升降电机，则判断命令是否已经送达第一电机202。如果判断出命令已经送达第一电机，则执行判断210，判断第一计数器是否增大或减小。在第一计数器增大或减小的情况下，执行保持当前计数器分配方式的步骤212a。当第一计数器未增大或减小时，则执行判断214，判断第二计数器是否增大或减小。在判断出第二计数器增大或减小的情况下，执行为新电机216a重新分配计数器的步骤。当判断出第二计数器未增大或减小时，则转到保持当前计数器分配方式的步骤212a。
当判断出命令已经送达电机且命令不是送往第一电机时，切换电路执行假定命令是送往第二电机的步骤204。在假设为将命令送往第二电机的情况下，执行判断220，判断第二计数器是否已经增大或减小。如果判断出第二计数器已经增大或减小，则执行保持当前计数器分配方式的步骤212b。在第判断出二计数器未增大或减小的情况下，执行判断224，判断第一计数器是否增大或减小。在第一计数器增大或减小的情况下，则，切换电路执行为新电机重新分配计数器的步骤216b，即将计数器126分配给第二电机32，并将计数器128分配给第一电机30(见图7)。当判断出第一计数器未增大或减小时，则转到由切换电路保持当前计数器分配方式的步骤212b。
图11的切换电路使系统能够判断第二电机32是正在根据送往第一电机30的命令运转还是在根据送往第二电机32的命令运转，反之亦然。在修复故障系统时当电线不适当地连接到错误的电机上时也可以将命令切换。由于设置软件或控制电路时的内部错误也可能执行命令切换。在保持第一和第二电机30和32的同步方面，切换电路是一种有用的工具。通过修正第一和第二计数器126和128的分配方式，能够将暂时送到错误电机的命令再次分配，从而消除在第一和第二电机30和32之间产生偏差量的可能的原因。而且，纠正第一和第二计数器的分配方式使控制模块100能够正确地运行。
锻炼器械10还可以由各种不同的机构组成，它们以各种方式帮助锻炼器械10的运行。例如，采用一循环带安全机构来防止循环带不慎和意外的移动可能是有用的，例如当使用者踏上循环带而并不想移动循环带时。
现在参考图12，图12示出用在锻炼器械10中的循环带安全机构260的框图。循环带安全机构260包括循环带运动调节器230和运动检测器240。循环带运动调节器230可以包括硬件，例如处理器和存贮器，专用集成电路，和/或任何其他合适的硬件配置。可选择地，循环带运动调节器230还可以包括软件，例如计算机可执行的指令、相关的数据结构、程序模块、和/或其他的过程、程序、对象、组件、数据结构等等。这些软件执行特定的工作或实施特定的抽象数据类型。循环带运动调节器230为用于调节循环带运动的装置的一个例子。
如图12所示，图12还示出了升降电机30(可采用一个或多个升降电机)、循环带15，循环带运动调节器230包括处理器112和安全模块232。安全模块232连接于处理器112。处理器112执行逻辑命令以防止循环带15的意外移动。安全模块232根据循环带15的接合情况向使用者发出提示消息。正如本领域的技术人员所能理解的，安全模块232可以只与处理器112相连且独立于处理器工作。可选择地，安全模块232可以与pra驱动系统250(包括，例如，使循环带所围绕被拖动的滚轴转动的跑步机电机)，以及锻炼器械10的控制面板130。在该优选实施例中，循环带运动调节器230包括处理器112和安全模块232。安全模块232与处理器112相连。
处理器112执行逻辑命令以防止循环带15意外移动。例如，未开启锻炼器械时循环带就可能意外移动。这种情况可能会发生的情况有，例如，当使用者踩踏在跑步机循环带上而未开启跑步机，比如当使用者(i)从房间一头走向另一头并踏在了跑步机的循环带上，或者(ii)试图在跑步机上步行(例如，散步、步行、或跑步)而未向控制面板内适当地输入。如果电机没有固有的刹车力且电机“空转”，使得循环带能够移动，则循环带就可能会移动。循环带的意外移动也可能在锻炼器械开启但并未用跑步机电机驱动循环带的情况下发生。
这样的意外移动是由独立于驱动系统250的力导致的循环带移动的一些例子。循环带运动调节器230是用于当循环带意外移动时调解循环带运动的装置的一个例子。
运动检测器240构造成用于检测循环带15的运动。运动检测器240可通过直接检测循环带15的运动，从而检测循环带15的运动。可选择地，运动检测器240通过检测驱动系统250的运动(例如通过检测跑步机电机的运动)来检测循环带的运动。由于驱动系统(例如，包括跑步机电机)250与循环带15相连，当独立于驱动系统的力使循环带移动时，例如使用者踩上跑步机循环带时，驱动系统250也会移动。
一旦检测到循环带15的运动，运动检测器240就向处理器112发出一信号，指示出循环带15的移动。之后，处理器112判断循环带15的移动是否为预期的。当处理器112从使用者输入装置134接收到开动驱动系统250的输入，导致循环带15移动时，就将循环带的移动视为预期内的。
为了判断循环带15的移动是否为预期内的，处理器112监测是否存在来自控制面板130的输入数据。当没有来自控制面板130的输入命令指示循环带15移动时，处理器112就假定循环带15的任何移动都是意外的，如上所述。如以上所提到的，这样的意外移动是由独立于驱动系统250的力导致循环带移动的一些例子。
处理器监测驱动系统250是否启动，即驱动系统250是否正在使循环带15移动。当驱动系统250未启动，但检测到循环带移动时，处理器112假定循环带15的移动是由独立于驱动系统250的力引起的，例如当驱动系统未开启时由使用者踩踏循环带而在其上产生的力。可选地，独立于驱动系统的力可能是由使用者与循环带15不慎接触而产生的。这些也是循环带意外移动的例子。
如果处理器112判断出循环带的运动为预期的，即，是驱动系统250被启动导致的，允许驱动系统正常工作的装置(未示出)将允许驱动系统250正常工作。允许驱动系统正常工作的装置可以包括在驱动系统的移动为预期的情况下允许系统正常运行的任何软件或硬件配置。
如果判断出该运动为意外的，则运动调节器230发出命令以开动驱动系统250，从而开始移动循环带15。为了开动驱动系统250，采用用于开动循环带15的装置。用于开动循环带15的装置可以包括任何能够开启驱动系统的硬件或软件配置。
在运动调节器230根据循环带的移动开动驱动系统250的情况下，安全模块232向使用者发出提示信息。提示信息可告知使用者，循环带15正由驱动系统250移动，且/或可告知使用者，需要输入合适的输入指令以使循环带移动。安全模块232可与处理器112相连且独立于处理器运行。可选地，安全模块232可作为集成电路或软件集成在处理器112中。
在本发明的一个实施例中，当根据意外移动由运动调节器230开启驱动系统250时，驱动系统250在预设时间内以预定的低速移动循环带。在预设的时间后，处理器112就能够与驱动系统250脱离。
在一个实施例中，循环带安全机构260等待一预设的时间用于脱开驱动系统，之后开始监测循环带15的运动。脱开驱动系统的预设时间，在没有独立于移动循环带的驱动系统的力时，使循环带15停止运动。但是，在一个实施例中，当这种独立的力在脱开时间之后由于循环带15的不断意外运动还施加在循环带上时，循环带安全机构260将驱动系统250再开动一段预定的时间。在另一个实施例中，循环带安全机构260，允许使用者通过对控制面板130适当输入，能够取代脱开动作。
当运动调节器230开动驱动系统250时，安全模块232向控制面板130的输出装置132发出提示消息。该提示消息可以是听觉提示、视觉提示、或两者的结合。例如，该消息提示可以指示使用者启动循环带15。因此，在使用者想要开始锻炼而未对控制面板130的输入装置134正确输入的情况下，循环带安全机构260将以预定的低速接合循环带15，并敦促使用者在输入装置134中进行适当的输入以开动循环带15。而且，在并非由开始使用锻炼器械的意图导致的力引起循环带移动的情况下，以预定的低速移动循环带15将防止循环带15发生不希望的和意外的空转运动，这种空转可能导致对使用者的伤害。
例如，运动检测器240可以是磁性感应器。但是，本领域的技术人员应该理解，运动检测器240可以包括各种不同的运动检测机构，包括但并不限于机械的、电的、和/或光学感应器。
在不背离本发明的精神或基本特征的前提下，本发明可以以其他的具体形式实施。所述实施例在任何方面都应视为仅仅是说明性的而非限制性的。因此本发明的范围是由所附权利要求指出的，而非由上述说明所指出。在权利要求的等同物的意义和范围内的所有变化都包括在其范围之内。
权利要求
1.一种用在锻炼器械中的改进的升降装置，该锻炼器械具有支撑基座和活动部件，其中，在锻炼器械工作期间活动部件能够相对于支撑基座由使用者有选择地升降或降低，且其中，每个支撑基座和活动部件都具有相对的第一和第二侧面，改进的升降装置包括连接在支撑基座和活动部件之间的第一升降电机；连接在支撑基座和活动部件之间的第二升降电机；以及用于使第一和第二升降电机同步的同步装置。
2.根据权利要求1的改进的升降装置，其特征在于，用于使第一和第二升降电机同步的同步装置包括设置在第一和第二升降电机与支撑基座之间的机械联动装置，该装置用于对第一和第二升降电机之间的偏差进行补偿。
3.根据权利要求2的改进的升降装置，其特征在于，机械联动装置包括与支撑基座的第一和第二侧面刚性连接的横支撑件；具有第一端、中心和第二端的摆动杆，其中，摆动杆以可转动的方式连接到横支撑件，并且其中，第一升降电机连接到摆动杆的第一端，且第二升降电机连接到摆动杆的第二端，使摆动杆补偿第一和第二升降电机之间的偏差。
4.根据权利要求2的改进的升降装置，其特征在于，机械联动装置包括与支撑基座的第一和第二侧面刚性连接的横支撑件；具有第一端、中心和第二端的摆动杆，其中，摆动杆以可转动的方式连接到横支撑件，并且其中，第一升降电机连接到摆动杆的第一端，第二升降电机连接到摆动杆的第二端，从而使摆动杆补偿(i)第一电机的位移与(ii)第二电机的位移之间的偏差。
5.根据权利要求2的改进的升降装置，其特征在于，机械联动装置包括与支撑基座的第一和第二侧面刚性连接并在其间延伸的横支撑件，该横支撑件具有第一端、中心和第二端；具有第一端、中心和第二端的摆动杆，其中，摆动杆在其中心处以可转动的方式连接到横支撑件的中心，并且其中，第一升降电机连接到摆动杆的第一端，第二升降电机连接到摆动杆的第二端，从而使摆动杆补偿第一和第二升降电机运行中的较小的偏差。
6.根据权利要求1的改进的升降装置，其特征在于，第一和第二升降电机以可转动的方式与活动元件连接。
7.根据权利要求1的改进的升降装置，其特征在于，还包括公差调节器。
8.根据权利要求7的改进的升降装置，其中，公差调节器包括第一和第二接触开关，其中，在第一和第二升降电机运行中的偏差超过给定转动参数的情况下，摆动杆的一端将触发第一或第二接触开关中的一个。
9.根据权利要求7的改进的升降装置，其特征在于，当触发第一或第二接触开关其中之一时，公差调节器与第一和第二升降电机断开连接。
10.根据权利要求1的改进的升降装置，其特征在于，用于使第一和第二升降电机同步的同步装置包括控制模块，用于监测第一和第二升降电机并将第一和第二升降电机保持在相对于彼此的预定参数范围内。
11.根据权利要求1的改进的升降装置，其特征在于，第一和第二升降电机包括丝杠型升降电机。
12.根据权利要求11的改进的升降装置，其特征在于，用于使第一和第二升降电机同步的同步装置还包括控制模块，用于监测第一和第二升降电机的转动并将第一和第二升降电机保持在相对于彼此的预定旋转参数范围内。
13.根据权利要求12的改进的升降装置，其中，控制模块包括与第一升降电机相联系的第一感应器和第一计数器，其中，第一感应器检测第一升降电机的转动，每次第一升降电机在第一转动方向上转过预定旋转角时就增加第一计数器计数，且每次第一升降电机在第二转动方向上转过预定旋转角时就减小第一计数器计数；与第二升降电机相联系的第二感应器和第二计数器，其中，第二感应器检测第二升降电机的转动，每次第二升降电机在第一转动方向上转过预定旋转角时就增加第二计数器计数，且每次第二升降电机在第二转动方向上转过预定旋转角时就减小第二计数器计数；以及与第一和第二计数器相连且与第一和第二升降电机相连的逻辑装置，用于自动控制第一和第二升降电机的运行，从而使得第一和第二计数器之间的差值不超出预定值。
14.根据权利要求12的改进的升降装置，其中，控制模块包括与第一升降电机相联系的第一感应器和第一计数器，其中，第一感应器检测第一升降电机的转动，每次第一升降电机在第一转动方向上转过预定旋转角时就增加第一计数器计数，且每次第一升降电机在第二转动方向上转过预定旋转角时就减小第一计数器计数；与第二升降电机相联系的第二感应器和第二计数器，其中，第二感应器检测第二升降电机的转动，每次第二升降电机在第一转动方向上转过预定旋转角时就增加第二计数器计数，且每次第二升降电机在第二转动方向上转过预定旋转角时就减小第二计数器计数；以及与第一和第二计数器相连且与第一和第二升降电机相连的控制电路，用于自动控制第一和第二升降电机的运行，从而使得第一和第二计数器之间的差值不超出预定值。
15.根据权利要求13的改进的升降装置，其特征在于，还包括连接在第一和第二升降电机的丝杠交换齿轮上的一个或多个位置上的磁性标记，其中，各个位置代表预定的旋转角，且其中，根据电机的转动方向，第一和第二感应器检测该一个或多个磁性标记和第一和第二计数器的增量或减量。
16.根据权利要求15的改进的升降装置，其特征在于，预定的旋转角包括180度角。
17.根据权利要求16的改进的升降装置，其特征在于，当第一和第二计数器之间的偏差超过两个增量时，控制模块脱开与第一和第二升降电机的连接。
18.根据权利要求12的改进的升降装置，其中，用于控制第一和第二升降电机运行的逻辑装置还包括用于切换第一和第二计数器的分配的切换电路；其中，当识别出第二电机在执行送给第一电机的命令时，逻辑装置就切换第一和第二计数器的分配。
19.一种用在锻炼器械中的改进的升降装置，该锻炼器械具有支撑基座和活动部件，其中，在锻炼器械工作期间活动部件能够相对于支撑基座由使用者有选择地升降或降低，且其中，支撑基座和活动部件中的每一个都具有相对的第一和第二侧面，改进的升降装置包括连接在支撑基座和活动部件之间的第一升降电机；连接在支撑基座和活动部件之间的第二升降电机；以及构造成用于使第一和第二升降电机同步的同步机构。
20.根据权利要求19的改进的升降装置，其特征在于，同步机构包括设置在第一和第二升降电机与支撑基座之间的机械联动装置，该机械联动装置用于补偿第一和第二升降电机之间的偏差。
21.根据权利要求19的改进的升降装置，其特征在于，同步机构包括控制模块，用于监测第一和第二升降电机并将第一和第二升降电机保持在相对与彼此的预定参数之内。
22.一种用在锻炼器械中的改进的升降装置，该锻炼器械具有支撑基座和活动部件，其中，在锻炼器械工作期间使用者能够有选择地相对于支撑基座升降和降低活动部件，且其中，支撑基座和活动部件中的每一个都具有相对的第一和第二侧面，改进的升降装置包括靠近第一侧面连接在支撑基座和活动部件之间的第一升降电机；靠近第二侧面连接在支撑基座和活动部件之间的第二升降电机；以及设置在第一和第二升降电机与支撑基座之间的机械联动装置，机械联动装置补偿第一和第二升降电机之间的偏差；以及控制模块，用于监测第一和第二升降电机并将第一和第二升降电机保持在相对于彼此的预定参数之内。
23.一种用在锻炼器械中的改进的循环带安全机构，该锻炼器械具有支撑框架、安装在支撑框架上的第一和第二滚轴以及安装在第一和第二滚轴上的循环带，其中，驱动系统有选择地移动在第一和第二滚轴上的循环带，改进的安全机构包括用于检测循环带的运动的运动检测器；以及当循环带的运动出现意外时用于调节循环带运动的调节装置。
24.根据权利要求23的改进的循环带安全机构，其特征在于，当循环带的运动出现意外时，用于调节循环带运动的调节装置开动驱动系统。
25.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，当独立于驱动系统的力导致循环带的运动时，构造成用于调节循环带运动的调节装置开动驱动系统。
26.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置包括逻辑电路，逻辑电路构造成用于判断循环带的运动是否是由驱动系统引起的。
27.根据权利要求26的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置还包括开动装置，用于在运动是由独立于驱动系统的力引起的情况下开动驱动系统。
28.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置还包括正常运行装置，用于在运动最初是由驱动系统所引起的情况下允许驱动系统正常运行。
29.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，独立于驱动系统的力包括使用者在循环带上步行而又未开动驱动系统所导致的力。
30.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置在预设的间隔将驱动系统开动。
31.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置以预定的低速开动驱动系统。
32.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置包括循环带运动调节器，其构造成根据循环带的意外移动，在预设的间隔将驱动系统接合。
33.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，运动检测器包括用于检测循环带的意外运动的光学感应器。
34.根据权利要求24的改进的循环带安全机构，其特征在于，还包括安全电路，其中，安全电路识别用于调节循环带运动的调节装置的运行，且其中，在开动驱动系统时安全电路产生提示消息。
35.根据权利要求34的改进的循环带安全机构，其特征在于，提示消息包括声音消息。
36.根据权利要求35的改进的循环带安全机构，其特征在于，提示消息包括视觉消息。
37.根据权利要求36的改进的循环带安全机构，其特征在于，在使用者输入过载断开的信息一段预设时间间隔之后，用于调节循环带运动的调节装置有选择地脱离与驱动系统的连接。
38.根据权利要求37的改进的循环带安全机构，其特征在于，在驱动系统脱离连接一段预设的时间间隔后，在检测到循环带运动时，用于调节循环带运动的调节装置有选择地重新接合驱动系统。
39.一种用在锻炼器械中的改进的循环带安全机构，该锻炼器械具有支撑框架、安装在支撑框架上的第一和第二滚轴以及安装在第一和第二滚轴上的循环带，其中，循环带随着下述力之一而运动(i)驱动系统施加的力，或(ii)独立于驱动系统的力，改进的安全机构包括用于检测循环带运动的运动检测器；以及用于调节循环带运动的调节装置，当循环带的运动是由独立于驱动系统的力引起时，该装置开动驱动系统。
40.根据权利要求39的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置包括逻辑电路，该逻辑电路用于判断循环带的运动是否是由驱动系统引起的。
41.根据权利要求40的改进的循环带安全机构，其特征在于，用于调节循环带运动的调节装置还包括开动装置，用于在运动是由独立于驱动系统的力引起的情况下开动驱动系统。
42.根据权利要求39的改进的循环带安全机构，其特征在于，独立于驱动系统的力包括使用者在循环带上步行而又未开动驱动系统所导致的力。
43.一种用在锻炼器械中的改进的循环带安全机构，该锻炼器械具有支撑框架、安装在支撑框架上的第一和第二滚轴以及安装在第一和第二滚轴上的循环带，其中，循环带随着下述力之一移动(i)驱动系统施加的力，或(ii)独立于驱动系统的力，改进的安全机构包括运动检测器，其中检测循环带的运动；以及循环带运动调节器。
44.根据权利要求43的改进的循环带安全机构，其特征在于，循环带运动调节器构造成当由独立于驱动系统的力导致循环带运动时，该循环带运动调节器通过开动驱动系统来调节循环带的运动。
全文摘要
本发明公开了一种用于锻炼器械的改进的升降装置，该锻炼器械具有支撑基座和活动部件。在对锻炼器械的操作过程中使用者可以有选择地相对于支撑基座抬高和降低活动部件。该改进的升降装置包括(i)第一升降电机；(ii)第二升降电机；以及(iii)用于将第一和第二升降电机同步的同步机构。还公开了一种循环带安全机构，用于控制循环带的意外移动。
文档编号A63B22/02GK1635924SQ02810950
公开日2005年7月6日 申请日期2002年6月26日 优先权日2001年9月28日
发明者帕特里克·哈尔德, 杰拉尔德·内尔松 申请人:艾肯Ip有限公司