专利名称：自由重物的自保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及运动器械领域，更具体地说，涉及自由重物的自保护(self-spotting)装置。
背景技术：
尽管拥有各种各样的运动和锻炼肌肉的器械与活动，然而，自由重物举重一直成为许多运动员选择的锻炼方法。在举重过程中，举自由重物时运动不受约束，非常接近于在许多娱乐和体育活动中人体力量的使用。当与使用杠杆、凸轮和阻力元件(例如弹簧、液压缸或气缸)的机器比较时，在自由重物举重中使用的重物的选择的重复性高。另外，自由重物提供的一致的阻力是不受机械零件和其他零件磨损的影响。
限制自由重物使用的一个缺点是，需要一个或多个监护者，特别是在要达到使用者的力量和耐力极限的力量训练情况下更是如此。当使用者连续地重复举重，直至他或她不能再举起重物为止时，这些训练情况是最有效的。由于使用者可能不能安全地将重物举升到支撑装置上，因此如果没有监护者，则会出现安全问题。甚至当有监护者时，他们也可能没有意识到不安全的状况；或者，他们不能很快地反应来防止伤害发生。
其他人公开的自保护的机器旨在消除一个或多个监护者的需求。例如，美国专利4949959号公开了一种使用一个电机驱动的轭铁组件的杠铃辅助装置。该轭铁组件提供了围绕着滑轮并从壳体的每一端向下延伸的绳索，用以将杠铃支撑在举重长凳之上。美国专利5048826号公开了一种使用铰盘组件来收回和放松支撑杠铃的绳索的装置。美国专利5310394号公开了一种举重者用的、使用气动活塞和缸的监护系统。该气缸通过杠杆臂、链条驱动装置、滑轮和绳索来帮助提升杠铃。
上述的装置中没有一种装置可以独立地支撑杠铃的二个末端，也没有公开与提升哑铃，一种普遍的自由重物一起使用的监护设备的问题。这些对比文件中也没有一种说明在脱离重物支撑之前，保证使用者能控制重物的可靠的方法。
美国专利4998721号公布了一种举重运动员训练装置，该装置利用二个电机驱动的组件，其通过固定在该组件每一端的绳索支撑杠铃。虽然，二个电机可以从每一侧独立地帮助支撑杠铃，但没有说明在脱离支撑之前，可保证使用者控制重物的可靠方法。
申请人提出的，并且在这里引入供参考的美国专利申请09/201434号公布了一种杠铃安全保护装置。该装置利用二个与相应的链条组件接合的旋转棘爪离合器，而该链条组件则与杠铃的支撑绳索连接。利用二个旋转离合器，可使支撑绳索独立运动，因而也使杠铃的末端独立运动。旋转棘爪离合器使用与离合器和J形凹槽接合的螺线管，该螺线管要求在离合器脱离之前，消除由自由重物引起的重量偏移。当离合器接合时，自由重物由驱动装置支撑、升高或降低。当离合器脱离时，绳索可使自由重物作独立的和全范围的运动。
专利申请09/201434号所述的装置在朝着形成一种将支撑自由重物的绳索与重物支撑组件接合或脱离的、重敏(weight-responsive)元件方面迈出了一大步。该装置也可使哑铃自保护，并使自由重物的末端互相独立地运动。
尽管专利申请09/201434号中所述的装置作了一些改进，但使用包括螺线管的旋转棘爪离合器的使用需要转动的电力转换装置，例如滑环。这些转换装置使器械的成本和维修费用增加。链条和平衡重的重量使每一次自由重物伸缩时必需克服的惯性大大增加。
发明内容
因此，本发明的第一个目的是要提供一种简单、结实和成本低的自由重物自保护的装置。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置提供了可以提升、降低和静止地支撑自由重物的全部重量的重物支撑组件。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置在使用者松开自由重物时，能立即将重物转移至支撑组件上。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置使用一个在与支撑组件脱离之前，要求使用者基本上支撑自由重物的全部重量的对重量敏感的元件。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置提供了二个支撑组件，用于从二个末端支撑杠铃，以及单独和独立地支撑二个哑铃。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，在该装置中，支撑绳索与支撑组件的脱离，可使支撑绳索独立地运动。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置给支撑绳索的间隔距离提供调整，以便能使用不同形式的自由重物。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置提供了不需使用使用者的手就可动力升高自由重物。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护位置，该装置包括与支撑组件接合的小惯性的零件。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置消除了对转动电接头的需求。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，在该装置的每一侧都提供了绳索组件，当绳索断裂时，每一绳索组件都可提供备用支撑。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置可以提供临界重量的转移元件的备用设备。
本发明的另一目的是要提供一种自由重物的自保护装置，该装置具有“故障安全”的电气特征，可以在该装置或电气元件没电时，提供对自由重物的支撑。
本发明的自由重物保护装置包括固定在一个支撑架上的二个重物支撑组件。二个绳索组件中的每一个组件通过受一个线性导轨的约束作往复直线运动的一个重敏接合块体在自由重物与相应的支撑组件之间提供连接。
当重敏接合块体与相应的支撑组件接合时，该重物支撑组件静止地支撑着该自由重物。为了使重敏接合块体解脱和脱离相应的重物支撑组件，使用者必需基本上支撑自由重物的重量。
在优选实施例中，该重物支撑组件为垂直地支撑在该支撑架中的连续的链条环。重敏接合块体包括一个接合件，例如一个棘爪，该接合件在重物支撑方向上，与相应的链条链节锁紧接合。另外，在优选实施例中，该棘爪持续受到弹簧压力作用偏移而进入接合，并受到由放置在自由重物组件上的压敏开关供能的螺线管作用偏移而脱离接合。使用者举高或基本上支撑该自由重物的重量，可使该棘爪与相应的链条链节脱离，并使接合螺线管的偏移力克服弹簧方向的偏移力，而使接合块体的棘爪与相应的链条环脱离。
一旦该块体与链条环脱离，则响应使用者升高和降低该自由重物，该块体沿着直线导轨往复运动。当二个块体都脱离时，二根绳索自由和独立的垂直运动可达到真正的“自由重物”锻炼。
当螺线管断电时，如使用者松开在自由重物上的压力敏感型开关时，弹簧偏移力立即使块体的棘爪与相应的链条环的链节接合。接合是可靠的，与电力无关。
在优选实施例中，链条环在垂直方向由下部的驱动链轮和上部的空转链轮支撑。当接合块体与链条环接合时，制动电机通过一个减速器驱动链条环，提供自由重物升降所需的动力。位于支撑架上的一个方向开关通过位于支撑架上的一个控制器，使该电机的相应的正向或反向绕组通电。设有一个脚踏开关来控制制动电机的上升方向。当断电时，制动电机通过相应的驱动链轮、链条环、块体和绳索组件提供对自由重物的静态支撑。
在优选实施例中，每个绳索组件由支撑架上部的至少一个滑轮支撑在自由重物和接合块体之间。该接合块体起一个平衡重的作用，保持在绳索组件上的最小拉力，并且当螺线管通电时，帮助棘爪脱离。接合块体的平衡重力在与自由重物的锁紧接合偏移力相反的方向上偏移块体。
优选实施例中，对于将自由重物连接到相应块体上的每一个绳索组件都设置有二根平行放置的绳索。每一个绳索组件的二根绳索的尺寸，可以承受该装置的全部设计负荷。每一个绳索组件的二根绳索中的一根绳索比另一根绳索稍微长些。从而，在正常工作时，只有一根绳索承受自由重物负荷。如果受拉力的绳索断裂，则绳索组件中的第二根绳索将提供自由重物的完全支撑。
优选实施例还提供了枢转支撑吊杆，在吊杆的每一端有滑轮，用于支撑相应的绳索组件。支撑吊杆的外端调整至所希望的间隔距离，以便杠铃和哑铃使用。
优选实施例的安全特征包括用于每一个支撑组件的上链条环，链条环包括二个驱动和空转链轮，二个接合棘爪，在每个接合块体上的接合弹簧和螺线管，以及在自由重物组件(例如杠铃)上的二个串联压敏开关。这样，二个零件中任何一个零件损坏，或装置断电都不会使自由重物失去支撑。
另一个实施例是利用每一个重物支撑组件所用的垂直固定在支撑架上的棘轮杆。搭载在垂直导轨上的接合块体包括棘爪或闭锁板，它们与该棘轮杆的齿接合。绳索组件将自由重物的每一个末端与接合块体连接，并由在支撑架的上端部分上的绳索滑轮支撑。在又一实施例中，线性导轨和支撑组件为整体元件，它们引导并接合接合块体。
结合下面的说明，所附的权利要求书和附图，将可以更好地理解本发明的这些和其他一些特征，方面和优点。其中图1为自由重物自保护装置的一个实施例的右前象限等角投影图，示出了包括一个框架和二个枢转支撑吊杆，右和左绳索组件的支撑架，右和左绳索组件由在支撑吊杆每一端的滑轮支撑并固定在杠铃上，且与相应的重敏接合块体连接，该块体与由定位器驱动的相应的重物支撑链条环接合；图2为右接合块体的右前象限等角投影图，该接合块体与右重物支撑组件接合，该组件由安装在齿轮减速器轴上的底部驱动链轮驱动和支撑的二个连续的链条环组成；图3为该装置的下塔台部分的右后象限等角投影图，示出了支撑架的下托架、定位器的制动电机和减速器，以及右侧接合块体与链条环；图4为右侧接合块体的左后象限等角投影图，示出了二个接合棘爪，所示出的一个棘爪与一个右链条环中一个链节接合；图5为在支撑链条组件的上端部分的空转链轮和轴处向上看的、右后方象限等角投影图；图6为右侧接合块体的后视图，示出了右绳索组件的二根绳索的连接；图7为杠铃的右前象限等角投影图，示出了右和左压敏开关，绳索连接组件及右和左绳索组件；图8为杠铃的左绳索连接组件的等角投影图，示出了杠铃的机械和电气连接；图9为支撑自由重物哑铃的左侧哑铃框架的右前象限等角投影图，示出了左侧绳索组件的机械和电气连接；图10为图1所示装置的电气控制的电气原理图，它包括杠铃压敏开关、定位器开关、脚踏开关、接合块体螺线管组和电机绕组继电器；图10A为图10的电气控制的哑铃电气连接的电气原理图；图11A为本发明的另一个实施例的顶视图和部分横截面，示出了搭载在垂直导轨上并与垂直的棘轮杆接合的重敏接合块体；图11B为图11A所示的实施例的侧视图，为了表示清楚起见，其中一个闭锁板支撑托架局部剖开，并且压缩弹簧用横截面表示。
具体实施例方式
下面是一个杠铃定位装置的优选实施例的说明，该装置给使用者提供了无约束的“自由重物”，但提供动力定位和“无人管的”安全锁紧特征。
图1为杠铃保护装置的实施例101的右前象限等角投影图。该装置包括一个具有框架103，塔台外壳137和枢转重物支撑吊杆105A和105B的支撑架102。由吊杆105A的滑轮109A和111A支撑的绳索组件107A和107B及吊杆105B的滑轮109B和111B与自由重物组件(例如杠铃115)的杠铃末端113A和113B固定。可松开的附件，例如绳索连接组件117A和117B(图7表示最清楚)，将相应的绳索组件的末端部分119A和119B与杠铃末端113A和113B连接。
相对的绳索组件末端部分121A和121B(图6中清楚地表示了121B)，通过链条接合块体125A和125B与相应的重物支撑组件，例如链条组件123A和123B，连接。接合块体125A和125B由线性导轨127A和127B在垂直方向往复运动，而在横向受到约束，并与相应的链条组件接合，以支撑杠铃115。当接合块体125A和125B与相应的链条组件123A和123B脱离时，接合块体125A和125B允许杠铃115进行独立的自由重物运动。该装置左侧的零件，例如链条组件123A，接合块体125A和导轨127A，的功用，与右侧零件，例如链条组件123B，接合块体125B和导轨127B相同。
定位器129包括一个电机/减速器131，和驱动并支撑链条组件123A和123B的下部的驱动链轮(图3表示最清楚)。当接合块体125A和125B与相应的链条组件123A和123B接合时，定位器129使接合块体125A和125B处在所希望的垂直位置。
接合块体125A和125B的位置由通过绳索组件107A和107B进行的连接，而确定杠铃115的位置。
当起动时，由绳索136连接到图10所示的控制器电路的脚踏开关135，使定位器129通电，以升高杠铃115。安装在塔台外壳前板141(如部分剖开所示)上的上/下瞬时位置开关139沿着使杠铃115升高和降低的方向使定位器129通电。
图2为右前象限等角投影图，示出右侧链条组件123B的下部，定位器129和链条接合块体125B。相应的左侧零件(链条组件123A和左侧链条接合块体125A)与右侧零件相同，其功用也相同。制动电机145通过直角减速器149，使右侧驱动轴147B上的右侧下部链轮133B1和133B2转动。链轮133B1和133B2用键与轴147B连接，将该链轮锁紧在轴147B上，与轴147B一起转动。
右侧的链条组件123B包括二个由上部链轮和下部链轮支撑的连续的链条环123B1和123B2。上端的空转链轮(图5中的185B1)和下部链轮133B1在垂直方向支撑链条环123B1。根据驱动链轮133B1的回转方向链轮133B1可在任何一个方向上驱动链条环123B1。同样，上端空转链轮(图5中的185B2)和下部链轮133B2在垂直方向支撑着链条环123B2，且当由制动电机145通过减速器149转动时，驱动链轮133B2使链条环123B2定位。
链条接合块体125B的棘爪151B1和151B2将块体125B与链条环123B1和123B2接合并锁紧。这样，定位器129通过下部驱动链轮133B1和133B2的转动，使块体125B处在所希望的垂直位置上。线性导向杆153B1和153B2(图3表示得最清楚)与块体125B的壳体126B中的线性导轨从动件的孔154B1和154B2滑动配合，并将块体125B约束为垂直直线运动。线性导轨可保证接合块体125B的棘爪151B1和151B2保持相对于相应的链条环的接合位置。块体125B的垂直运动通过绳索组件107B和滑轮109B与111B，使图1所示的杠铃115的末端113B处在所希望的位置上。
在所示位置上被压缩的压缩弹簧155B1将接合力施加在棘爪151B1上，以使该棘爪在接合方向(围绕着枢轴156的反时针方向)上偏转，并使棘爪151B1的尖端接合于链条环123B1的链节157B(用虚线表示)中。杠铃115的重量通过绳索组件107的拉力产生一个作用在接合块体125B上的向上力；并且，通过进一步试图使棘爪151B1在接合方向的转动，形成一个补充的或锁紧的接合力。由于被背板160支撑的支撑通道159防止链条链节157B1向前(离开棘爪151B1)运动，因此，随着杠铃115上的向下力增加，棘爪151B1更牢固地与链节157B接合。
当棘爪151B1被完全推压在支撑通道159上，或与一个机械挡块(图4中的178)接触时，棘爪151B1的反时针方向或锁紧方向的接合转动停止。在优选实施例中，上述支撑通道159由压缩强度高的塑料材料，例如超高密度分子量的聚乙烯或聚酰胺制成；以支撑相应的链条环并提供低摩擦的承载表面。在优选实施例中，块体125B由钢制成，而棘爪151B1和151B2由高强度的工具钢制成。
使螺线管161B1通电可形成一个脱离力，并在脱离方向(顺时针方向)使棘爪151B1围绕着枢轴156偏转。虽然，这个脱离力比弹簧155B1提供的接合力大，但它仍比克服由杠铃115的重量通过绳索组件107的作用产生的锁紧接合力所需要的力小。
在一个优选实施例中，棘爪151B1与链条环123B1的链节157B脱离需要克服作用在块体125B上的杠铃115的大部分重量。在最优选的实施例中，棘爪151B1与链条环123B1的链节157B脱离需要克服杠铃115的全部重量。杠铃115重量的克服是通过在垂直方向克服重力举高杠铃115而实现的，从而消除绳索组件107B的拉力。
这样，接合块体125B作用为重敏接合组件。当使用者支撑自由重物组件的全部向下的力，或相当大的一部分向下力时，该块体允许自由重物组件与链条环脱离。而当自由重物的全部向下力转移至该块体上时，该块体可以完全与链条环接合。
螺线管161B1的收缩力，弹簧155B1的力，或棘爪151B1的尺寸与枢轴的位置的选择提供了选择使用者举高杠铃以使接合块体128B与链条环123B1脱离所需要的反力的一种装置。这些参数的选择也需要接合块体作一些向下的运动(需要使用者完全支撑自由重物，块体平衡重力较小)，以便使块体125B的平衡重作用减小，使棘爪151B1完全与链节157B脱离，并缩回至脱离位置。
图3为盖板取下后的塔台外壳137的下端部分的右后方象限内的等角投影图。固定在框架103上的下部托架163，支撑着减速器149和制动电机145。紧固件(没有示出)将减速器149固定在下部托架163上。如上所述，减速器149的轴147A和147B支撑着下端驱动链轮133A1、133A2、133B1和133B2，并使这些链轮转动。在优选实施例中，轴147A和147B为通过直角齿轮减速器149延伸的同一根轴的二个端部。
导向杆153B1和153B2提供对接合块体125B的横向支撑，并允许块体作垂直运动。导向杆底部紧固件(没有示出)使导向杆153B1和153B2的底部与下部托架163固定。当与块体125B的棘爪151B1和151B2接合时，链条环123B1和123B2提供块体125B的垂直支撑，并使该块体垂直定位。在优选实施例中，导向杆153B1和153B2为圆形或矩形横截面的钢管。在其他实施例中，可以采用一种或多种结构形状，例如I字形或T字形。
当接合块体125B接近与杠铃115的上端极限位置相适应的机械挡块169时，固定在支架167上的上端限位开关165B使电机145停止转动。如果限位开关165B失灵，则机械挡块169可防止块体125B超程。为了图中表示清楚起见，左侧的链条组件123A，块体125A和导向杆151A1和151A2没有示出，但它们的功用是相同的。同样，为了清楚起见，在这个图中也省略了块体125B上的弹簧155B1和155B2。
图4为接合块体125B的右后象限等角投影图，示出了可以围绕枢轴156转动的棘爪151B1和151B2。当螺线管161B1和161B2通电，沿着箭头171所示的脱离方向使棘爪偏移时，这二个螺线管可提供“牵拉”脱离力。弹簧155B1和155B2形成一个恒定的“推压”接合力，使棘爪在箭头172所示的接合方向上偏移。
螺线管173B与螺线管161B1和161B2一起断电。当棘爪151B2与链条环123B2接合时，螺线管173B的弹簧175B使螺线管173B的锁紧销177向着棘爪151B2偏移，与棘爪151B2上的孔179接合，并锁紧在该孔中。当接合时，锁紧销177可防止棘爪151B2在箭头171所示的方向转动，并可防止与链条环123B2脱离。在调整链条环123B2的位置过程中，不论绳索107B1和107B2上的拉力如何，锁紧销与棘爪151B2的接合，可以保证棘爪151B2可靠地与链条环123B2接合。如果在绳索上没有自由重物，例如，若将杠铃115从绳索附件117A和117B上取下；则这个装置还可以防止块体125B(它起平衡重的作用，可以保持绳索组件107B的最小拉力)脱离和落下。
给螺线管173B通电(在优选实施例中，与螺线管161B1和161B2一起通电)，可克服弹簧175B的接合偏移力，并使锁紧销177从棘爪151B2上的孔179脱离，从而可使棘爪151B2脱离。
图5为支撑上部空转链轮组件183A和183B的顶部托架187的右后象限等角投影图。上部链轮185B1和185B2与链条组件123B的相应的链条环123B1和123B2的顶部接合，并支撑该顶部。上部链轮185B1和185B2通过空转的轴189B和空转轴的U形螺钉支撑部191B1和191B2支撑在顶部托架187上。支撑191B1和191B2通过调节螺钉和弹簧(没有示出)而支撑在顶部托架187上，以对链条的拉力进行调节。
当接合块体125B接近塔台外壳137的顶部部分时，限位开关193B可以切换图10所示的电机控制器电路。机械挡块195B提供可靠的阻挡作用，以防止块体125B损坏，并防止块体125B与上部链条组件123B和链轮组件183B脱离。链条的上部链轮组件183A的功能和工作，与链轮组件183B相同。为了图面清楚起见，省略了链条环123A和相应的绳索组件。
紧固件(没有示出)将导向杆153A1、153A2、153B1和153B2与顶部托架187固定。枢轴套筒188A和188B将相应的支撑吊杆105A和105B与顶部托架187枢转连接。
图6为块体125B的正视图，示出了绳索组件末端部分121B的绳索107B1和107B2的固定方法。夹紧块体197B1和197B2将相应的绳索环199B1和199B2的末端与相应的绳索夹紧在一起。绳索107B1作得比绳索107B2略长一些，使来自杠铃115的重量作用在绳索组件107B上的拉力将夹紧块体197B2压在块体125B的座199B2上。由于绳索107B1的长度较长，因此，夹紧块体197B1不与座199B1接触；但由于空隙201B1的存在，保持松弛的拉伸状态。如果在拉力作用下绳索107B2损坏，则绳索组件107B的绳索107B1中所产生的拉力，将使夹紧块体197B1压在座199B1上，提供对绳索107B1进一步运动的约束力。
由于绳索107B1和107B2的尺寸定为完全可满足该装置所要求的全部设计断裂强度，又由于在正常工作条件下，只有一根绳索受拉力作用，因此，二根绳索的设计提供了一种安全的措施。如果受拉力作用的绳索断裂，则先前不受拉力作用的绳索将提供备用措施。然而，一根绳索断裂会使图10中一个绳索组件中的控制电流中断，使接合块体与链条环锁紧，并阻止器械的正常使用。在优选实施例中，为了达到高的强度，绳索107B1和107B2为在飞机上使用的那种等级的钢制绳索。
如图10的原理图所示，绳索107B1和107B2为块体123A和123B螺线管的动作提供电气连接。挠性导线207B1和207B2将绳索107B1和107B2的环圈199B1和199B2与终端块205连接。可以是钎焊接头或夹紧接头的电气接头203B1和203B2，在绳索环圈199B1和199B2与导线207B1和207B2之间提供了可靠地电连接。座199B1和199B2电气上是彼此绝缘的，例如通过其中一个座或二个座用电气绝缘材料制成而实现。块体121A和绳索组件末端部分121A的结构和工作情况相同。
图7为本发明的杠铃115的右前象限等角投影图，该杠铃包括将相应的绳索组件107A和107B与杆部分211连接的绳索连接组件117B和117B。杠铃末端113A和113B提供了尺寸可以固定虚线所示的标准的自由重物215A和215B的杆端部。
图8为绳索连接组件117A的等角投影图，示出了通过套筒219和221固定在杆211上的杆连接凸缘217a。绳索固定配件233A包括一个有槽的套筒225，套筒上有二个绳索环圆盘部分227和对准槽229。绳索107A1和107A2载套筒225上的相应的圆盘部分中围绕槽卷绕，并用绳索夹(没有示出)夹紧绳索。在优选实施例中，有槽的套筒225由电气绝缘材料(例如高强度塑料)制成。当通过套筒225和杆固定凸缘217A上的孔237插入时，由金属制成并位于上述每一个圆盘部分227中的环圈套筒223具有足够的强度，以用于将力从相应的绳索传递至销钉235上。槽229和套筒对准导引部238可使环圈套筒233与孔237迅速对准，以便插入销钉235。销钉235的弹簧卡爪236将销钉235保持在套筒225中，直至使用者将它拉出为止。
利用粘接剂或机械紧固件安装在杆211上的致动器，如触感传感器或压敏开关239A提供了使杠铃115锁紧在图1所示的相应的链条组件中的快速反应能力。绳索107A1和107A2通过二个导体绳索接头241，插头243A和安装在杆211上的插座245A，提供了与接合块体螺线管的电连接。绳索接头241的导体可钎焊或夹紧到相应的绳索环圈(没有示出)上。图7中的绳索连接组件107B和压敏开关239B的工作和功用是相同的。
在使用压敏开关作为螺线管的致动器的实施例中，为了起动该开关，使用者必需将压力施加在优选地安装在杆211的上部的开关上。在其他的实施例中，用一个触摸式传感器代替该压力开关。使用者的手的直接接触即可起动触感传感器。在另一些实施例中，可以使用一个接近式传感器。
图9为可以单个或成对使用的，代替杠铃115的哑铃组件247A的等角投影图。哑铃框架249包括杠铃槽251，用于插入和保持一个标准的自由重物式哑铃253。在优选实施例中，槽251向下倾斜，或者为J字形，用以保持哑铃253的杆255。这样，为了从框架249中取出该杆，必需克服重力举高哑铃253。弹簧265使辅助框架259压在杆255上，该辅助框架259则利用在顶部框架杆263上的孔中的滑动销钉261支撑在框架249上。利用焊接或紧固件固定在框架249上的固定凸缘266使绳索固定配件233A与哑铃组件247A机械固定，如同图8中所示的杠铃的情况一样。
辅助框架259包括一个压敏开关267A。该开关与在杠铃115上使用的开关相同，并且与先前所述的杠铃115的连接相同，通过插座269，插头243A和接头241，与绳索107A1和107A2连接。第二个哑铃(没有示出)，可用同样的方法，与绳索连接配件233B连接。
图10为杠铃保护装置的电气控制的一个实施例的原理图。额定电压为24伏的直流电源271将电能送至相应的正极和负极终端。相应的绳索组件107A和107B的插头243A和243B与杠铃115的插座245A和245B连接。当杠铃115的压敏开关239A的触点239SA、和压敏开关239B的触点239SB都闭合时，接合块体125A的螺线管线圈161SA，和接合块体125B的螺线管线圈161SB通电。
图中的螺线管线圈161SB代表块体125B的并联的螺线管161B1、161B2和173B的所有三个线圈。同样，图中的螺线管线圈161SA代表块体125A的并联的螺线管161A1、161A2和173A的所有三个线圈。使用者右手和左手抓住并挤压图7所示杠铃115的上部可使相应的压敏开关的触点闭合，而使螺线管通电。任何一个压敏开关的打开(当使用者任何一只手从杠铃上部松开时，会出现这种情况)将使螺线管断电，从而使接合块体与链条组件接合。
图10A表示当该装置使用哑铃时的压敏开关的触点连接。如图9所示，相应的绳索组件107A和107B的插头243A和243B与哑铃的插座269A和269B连接。在这种情况下，哑铃的任何一个压敏开关的松开，都会使块体125A和125B的螺线管断电。在其他一些实施例中，任何一个哑铃开关的打开，只是使支撑该哑铃的块体的螺线管断电。这个功能可以利用例如一个模式选择开关进行选择。当选择“哑铃”模式时，该模式选择开关只让相应的压敏开关与相应的块体螺线管串联。
当通电时，“上”继电器273和“下”继电器275将电能送至制动电机145的相应的正向和反向绕组中。继电器275的常闭触点275P，和继电器273的常闭触点273P可防止电机的二个绕组同时通电。只要图3所示的上部限位开关165A或165B不会由于相应的块体接近机械挡块而打开，则定位器开关139的“上”触点139S1接通，可使“上”继电器273通电。同样，只要图5中所示的下部限位开关193A或193B不打开，则定位器开关139的“下”触点139S2接通，可使“下”继电器275通电。
在优选实施例中，不论相应的接合块体位置如何，脚踏开关135(图1)的脚踏开关触点235S闭合使“上”电机绕组继电器273通电。
图11A和11B分别为自保护装置的另一个实施例的顶视图和侧视图。该实施例采用了一个固定的棘轮杆303A代替先前实施例的每一个链条重物支撑组件。如图11B所示，棘轮杆303A和线性导轨305A垂直地固定在一个支撑架上。线性导轨305A在横向限制重敏接合块体307A，并使块体307A可作垂直运动，如箭头308所示。如同先前的实施例一样，绳索107A1和107A2将自由重物组件与块体307A连接，并可用一个或多个滑轮支撑在支撑架上。
闭锁板支撑支架313和枢轴315将棘爪或闭锁板309支撑在块体307A上。螺线管319的衔铁317使闭锁板309围绕着枢轴315转动。销钉321将衔铁317与闭锁板309的杠杆板323连接，使该杠杆板可枢转。闭锁板309，按照箭头310所示的方向，从图中所示的与齿311啮合的位置，枢转至虚线所示的解脱位置。
在优选实施例中，可以选择闭锁板的长度，枢轴至齿的距离和齿底表面311A的斜度，使得当闭锁板309按照箭头310的方向向解脱位置枢转时，在向上方向受到自由重物的重量和绳索107A1与107A2的偏置力作用的块体307A不向上运动。在最优选的实施例中，为了使闭锁板309按箭头310方向运动，块体307A必需向下运动(克服自由重物的偏移力)。
压缩弹簧327将闭锁板309推移至锁住位置。当通电时，螺线管319将闭锁板309偏移至解脱位置320。在优选实施例中，通电螺线管的偏移力比弹簧327作用在闭锁板309上的偏移力大。然而，螺线管319的使闭锁板运动至解脱位置的偏移力，不足以克服闭锁板309的末端在齿表面311A上的摩擦力和为了让闭锁板309在箭头310方向上转动而使块体307A向下运动所需的闭锁板移动二者的结合。因此，为了使块体307A向下运动，并使闭锁板309在箭头310的方向上转动，并完全与棘轮303脱离；闭锁板309与齿311A脱离要求消除自由重物对绳索107A1和107A2的偏移力。
当螺线管319断电时，压缩弹簧327将闭锁板309转动至锁住位置。图中没有表示相应的右侧的棘轮303B、接合块体307B和导轨305B，但它们的结构和工作与左侧的零件相同。
在优选实施例中，如同在图7和图9所示的实施例和图10所示的电气原理图那样，螺线管319是通过在自由重物组件上的压敏开关通电的。由于取消了链条环组件，定位器和相应的控制装置，图11A和图11B所示的固定棘轮的实施例可降低先前实施例的装置的成本。为了使接合块体与棘轮解脱，并使自由重物组件向下运动；该固定棘轮的实施例要求使用者支撑大部分，或者在最优选的实施例中，支撑自由重物组件的全部重量。当使用者松开在自由重物上的压敏开关时，这个实施例还可以立即锁住接合块体，以便完全支撑自由重物组件。
另一个实施例将线性导轨与重物支撑组件结合成一个整体零件。例如，通过改造块体307A，以使它成为棘轮杆303A的线性从动件，则图11B所示的线性棘轮303A可以起到线性导轨和重物支撑组件二者的作用。
其他的实施例只包括一个重敏接合块体和重物支撑组件。一个或多个绳索组件将自由重物组件和接合块体连接起来。另一些实施例利用在自由重物组件上的一个对触摸敏感的致动器来代替压敏开关。还有一些实施例利用一个微处理器来进行该装置的控制和逻辑运算，以及其他定时和技术上已知的与训练有关的功能。
因此，读者可看到，自由重物的自保护装置是一种自由重物锻炼机器，该机器可提供使用者控制以及自动支撑杠铃和哑铃。该装置另外还有下列优点·在支撑绳索与链条环脱离之前，该装置要求使用者举起自由重物的相当大的重量；·一旦自由重物与链条环脱离，使用者可以独立地使用自由重物，使重物的一端相对于另一端作无约束的垂直运动；·使用者的任何一只手放松握持，立即就会使接合块体接合，并锁住自由重物的支撑绳索，以减少重物的落下或造成伤害的危险；·绳索和枢转吊杆的独立工作允许使用杠铃或哑铃；·动力升高装置在没有监护者的举重训练中提供“负”重量；·双绳索组件可防止在绳索断裂时重物落下；以及·不需要滑动的电气触点，因而可降低成本并提高可靠性。
虽然，以上的说明包含许多具体的特点，但这些特点不应看作是对本发明范围的限制，而只是对本发明的优点实施例的说明。例如，可以使用气动或液压致动器和控制装置。因此，本发明的范围应由所附的书及其合法的等价物确定，而不是由所给出的例子确定。
权利要求
1.一种与自由重物组件一起使用的自保护装置，该装置包括支撑架；固定在支撑架上的第一线性重物支撑组件和第二线性重物支撑组件；第一绳索组件，其包括与该自由重物组件可固定的第一末端，和与第一重物支撑组件可接合的第二末端，该接合是通过沿着第一重物支撑组件线性移动的第一重敏接合组件实现的；当第一重敏接合组件与第一重物支撑组件接合时，第一重物支撑组件克服重力支撑自由重物组件；第二绳索组件，其包括可固定在该自由重物组件上的第一末端，和与第二重物支撑组件可接合的第二末端，该接合是通过沿第二重物支撑组件直线移动的第二重敏接合组件来实现的，当第二重敏接合组件与第二重物支撑组件接合时，第二重物支撑组件克服重力支撑自由重物组件；从而，基本上克服重力提供自由重物组件的提升支撑可使所述第一重敏接合组件与所述第一重物支撑组件脱离以及所述第二重敏接合组件与所述第二重物支撑组件脱离二者中的至少一个实现，从而可使所述第一绳索组件的所述第一末端以及所述第二绳索组件的所述第一末端之一与所述第一绳索组件和所述第二绳索组件的另一端的运动无关地向下运动。
2.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，第一重敏接合组件包括第一棘爪，该棘爪由锁紧力与第一重物支撑组件锁紧接合；由自由重物组件的重量形成的锁紧力的相当大一部分通过第一绳索组件传递至该第一重敏接合组件上。
3.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，第一重物支撑组件包括在垂直方向上由第一上部链轮和第一下部链轮支撑的第一链条环，该第一链条环与第一重敏接合组件接合。
4.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，第一重物支撑组件包括一个与第一重敏接合组件接合的线性棘轮。
5.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，它包括一个固定在支撑架上的第一线性导轨，而第一重敏接合组件包括与第一线性导轨接合的线性导轨从动件。
6.如权利要求1所述的自保护装置，包括在第一末端和第二末端之间支撑第一绳索组件的第一滑轮，第一滑轮固定在支撑架上并位于第一重敏接合组件的最上端位置之上。
7.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，第一绳索组件包括第一承载绳索，该承载绳索在第一重敏接合组件上的接合件控制器，和可与第一自由重物组件上的第一致动器连接的第一绳索组件的电气接头之间建立电气连接。
8.如权利要求2所述的自保护装置，其特征在于，第一重物支撑组件包括第一链条部分，并且，当第一链条部分的第一链节被第一重敏接合组件的底板接合支撑时，自由重物组件的重量使第一棘爪与第一链条部分的第一链节锁紧接合。
9.如权利要求2所述的自保护装置，其特征在于，第一重敏接合组件包括第一螺线管和第一弹簧；当通电时，第一螺线管使第一棘爪偏离，与第一重物支撑组件脱离；第一弹簧则使第一棘爪偏移，与第一重物支撑组件接合。
10.如权利要求3所述的自保护装置，包括一个固定在支撑架上的回转定位器，和固定在回转定位器轴上的第一下部链轮，从而，当回转定位器工作时，该回转定位器使自由重物组件升高和降低，并且，第一重敏接合组件与第一链条环接合。
11.如权利要求3所述的自保护装置，其特征在于，该第一重物支撑组件包括在垂直方向上由第二上部链轮和第二下部链轮支撑的第二链条环。
12.如权利要求4所述的自保护装置，其特征在于，第一重敏接合组件包括闭锁件螺线管和闭锁件弹簧，该螺线管使闭锁件偏移而与线性棘轮脱离；而闭锁件弹簧则使闭锁件偏移而与线性棘轮接合。
13.如权利要求1所述的自保护装置，其特征在于，第一绳索组件包括平行放置的第一绳索和第二绳索，第一绳索组件与第一重敏接合组件可操纵地连接，使得由第一绳索组件传递给第一重敏接合组件的自由重物组件的大部分重量由第一绳索承受。
14.如权利要求6所述的自保护装置，其特征在于，所述第一滑轮固定在支撑架的框架上的第一支撑吊杆上，该第一支撑吊杆由枢轴固定在框架上，因此，第一支撑吊杆可在水平平面内转动。
15.如权利要求7所述的自保护装置，其特征在于，第一致动器为压敏开关。
16.如权利要求7所述的自保护装置，其特征在于，第一致动器为触感传感器。
17.如权利要求9所述的自保护装置，其特征在于，第一螺线管对在自由重物组件上的第一致动器和第二致动器作出响应，由此，所述第一致动器或所述的第二致动器中任何一个释放时，会使第一螺线管断电，从而使第一棘爪与第一重物支撑组件接合。
18.一种与自由重物组件一起使用的自保护装置，该装置包括支撑架；固定在支撑架上的第一重物支撑组件；第一绳索组件；该组件包括可解脱地与自由重物组件固定的第一末端，和与第一重物支撑组件固定的第二末端，该固定是由与第一重物支撑组件接合并沿固定在支撑架上的第一线性导轨线性移动的第一重敏接合组件实现的；当第一重敏组件与第一重物支撑组件接合时，第一绳索组件和第一重物支撑组件克服重力在垂直方向支撑该自由重物组件；由此，对自由重物组件的大部分重量进行举高支撑会使第一重敏接合组件与第一重物支撑组件脱离，从而使该自由重物组件不受第一重物支撑组件的约束，向下运动。
19.如权利要求18所述的自保护装置，其特征在于，第一重物支撑组件包括第一链条环，第一重敏接合组件包括棘爪；当第一重敏接合组件被自由重物组件的重量在锁紧接合方向偏移时，该棘爪与第一链条环的一个链节锁紧接合；并且，为了使棘爪完全与第一链条环的链节脱离，需要一个足够大的提升力，以便使第一重敏接合组件在与锁紧接合方向相反的方向上运动。
20.如权利要求18所述的自保护装置，其特征在于，第一重物支撑组件包括第一线性棘轮，而第一重敏接合组件包括棘爪；当第一重敏接合组件被自由重物组件的重量在锁紧接合方向上偏移时，该棘爪与第一线性棘轮的一个齿锁紧接合；并且，为了使该棘爪与第一线性棘轮的齿完全脱离，需要一个足够大的提升力，使第一重敏接合组件在与锁紧接合方向相反的方向上运动。
21.如权利要求19所述的自保护装置，包括棘爪螺线管；当通电时，该螺线管对棘爪施加脱离偏移力；另外，第一绳索组件的第一绳索与自由重物组件上的一个螺线管致动器电连接。
22.如权利要求19所述的自保护装置，其特征在于，第一绳索组件包括平行放置的第一绳索和第二绳索，并且，所述第一绳索和所述第二绳索，与第一重敏接合组件连接，使得被第一绳索组件传递至第一重敏接合组件上的自由重物组件的大部分重量由第一绳索承受。
23.如权利要求20所述的自保护装置，包括棘爪螺线管；当通电时，该螺线管对棘爪施加脱离偏移力；另外，第一绳索组件的第一绳索与自由重物组件上的一个螺线管致动器电连接。
24.如权利要求20所述的自保护装置，其特征在于，第一绳索组件包括平行放置的第一绳索和第二绳索，并且，所述第一绳索和所述第二绳索，与第一重敏接合组件连接，使得被第一绳索组件传递至第一重敏接合组件上的自由重物组件的大部分重量由第一绳索承受。
25.如权利要求18所述的自保护装置，其特征在于，第一重敏接合组件包括第一接合元件，并且第一绳索组件包括导体；该导体可使重敏接合组件上的接合元件与自由重物组件上的接合元件致动器连接；由此，使用者起动该接合元件致动器与举高支撑该自由重物组件的大部分重量二者结合起来可使第一重敏接合组件与第一重物支撑组件脱离，使该自由重物组件不受重物支撑组件约束，向下运动。
26.如权利要求25所述的自保护装置，其特征在于，该接合元件为一个与螺线管连接的棘爪，而接合元件致动器为安装在自由重物组件上的一个螺线管致动器。
27.一种与自由重物组件一起使用的自保护装置，该装置包括支撑架；第一绳索组件，该组件包括平行放置的第一绳索和第二绳索；该第一绳索组件包括与自由重物组件可固定的第一末端，和与支撑架可操纵地固定的第二末端；使第一绳索承受被第一绳索组件从自由重物组件传递至支撑架上的力的大部分。
28.如权利要求27所述的自保护装置，包括绳索连接组件，该组件在固定在第二绳索上的负载转移件与装置上的负载转移件接收件之间包括一个间隙，由此，当第一绳索断裂时，第一绳索上的大部分力转移至第二绳索上。
29.如权利要求28所述的自保护装置，其特征在于，该间隙是由比第一绳索长度长的第二绳索长度而提供的。
30.如权利要求27所述的自保护装置，包括第二绳索组件，该组件包括平行放置的第三绳索和第四绳索，第二绳索组件包括与自由重物组件可固定的第一末端，和与支撑架可操纵地固定的第二末端，使第三根绳索承受由第二绳索组件从自由重物组件传递至支撑架上的力的大部分。
31.一种用于自由重物自保护装置的重敏接合组件，该组件包括主体；固定在该主体上的接合件，该接合件与固定在自保护装置上的线性重物支撑组件接合；与主体固定的线性导轨从动件，当线性导轨从动件与固定在自保护装置上的线性导轨接合时，限定了锁紧接合方向和相反的方向；接合偏移件，其固定在主体上，并与接合件可操纵地连接，对接合件施加连续的偏移力，使接合件与重物支撑组件接合；脱离偏移件，其与主体固定，并与接合件可操纵地连接，当使用者起动脱离偏移件时，它使接合件偏移，脱离接合；其特征在于，该接合件具有预定的形状，并安装在主体的预定位置上；从而，为了使该脱离偏移件能够使重敏接合组件与重物支撑组件脱离，必须减小在锁紧接合方向上施加在该重敏接合组件上的偏移力。
全文摘要
一种自由重物的自保护装置(101)具有二个绳索组件(107A、107B),每一个绳索组件的一个末端与一个自由重物组件(115)固定,而其相对的末端通过相应的重敏接合块体(125A、125B)与相应的线性重物支撑组件(123A、123B)固定。导向杆(127A、127B)可使该接合块体作垂直运动,并保持相对于支撑组件的接合方向。该接合块体与相应的支撑组件接合,以静止地支撑该自由重物组件。为了使接合块体与相应的支撑组件脱离,以便使自由重物组件自由运动,需要升高该自由重物组件的大部分重量并施加脱离偏移力。该装置提供了杠铃(115)和哑铃(247A)自保护。
文档编号A63B21/072GK1384762SQ00813883
公开日2002年12月11日 申请日期2000年8月25日 优先权日1999年8月28日
发明者迈克尔·D·斯莱温斯基, 米凯尔·L·E·奥尔森 申请人:普罗斯波特公司