可编程通用锻炼装置的制作方法

专利名称：可编程通用锻炼装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及锻炼装置，具体涉及允许在锻炼进行期间实时改变运动 路径的锻炼装置。
背景技术：
公知有各种锻炼装置。具体对于其中人们使用两腿进行锻炼的锻炼 装置来说，这种装置通常以运动路径的形状进行分类圆形运动路径为 "自行车"式装置；上下路径限定为"蹬踏"式装置；前后运动限定为 "滑雪"式装置等。
己提出的各种装置可以由使用者进行改变以提供多于一种的运动类 型。这些装置在不使用时通常需要对装置进行机械调节，因而不能在锻 炼期间在不中断锻炼时间的情况下改变运动类型。
因此有必要提供这样一种锻炼装置，其在不中断锻炼时间的情况下 可实时地改变运动路径，以及/或者其可提供超出由传统的锻炼装置提供 的附加操作模式。

发明内容
本发明涉及一种锻炼装置，该锻炼装置允许在锻炼期间实时改变运 动路径。
根据本发明的教导，提供了一种锻炼装置，该锻炼装置包括(a) 第一脚部支撑表面；(b)第二脚部支撑表面；(c)致动系统，该致动系 统与第一和第二脚部支撑表面相关联，并被构造成使所述第一和第二脚 部支撑表面均在至少25X15厘米的范围内沿限定在至少二维空间中的任 意路径移位，以及(d)控制系统，该控制系统与所述致动系统相关联， 并构造成用于控制所述致动系统，从而为所述第一和第二脚部支撑表面中的每一个产生锻炼路径。
根据本发明的另外的特征，所述致动系统被构造成使所述第一和第 二脚部支撑表面均在至少70厘米X 40厘米的范围内沿限定在至少二维空 间中的任意路径移位。
根据本发明的另外的特征，所述致动系统还被构造成控制所述第一 和第二脚部支撑表面绕至少一个轴线的旋转状态。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成主动地使所述第 一和第二脚部支撑表面沿所述任意路径移位从而使使用者的腿部运动。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成将所述第一和第 二脚部支撑表面的允许运动限定于所述任意路径，从而使所述第一和第 二脚部支撑表面通过使用者的腿部运动而沿所述任意路径运动。
根据本发明的另外的特征，所述致动系统还被构造成在所述控制系 统的控制下产生阻力，从而为沿着所述任意路径的运动提供给定的阻力
分布曲线(profile )。
根据本发明的另外的特征，所述致动系统被构造成使所述第一和第 二脚部支撑表面均沿在三维空间中限定的任意路径移位。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成在不中断的锻炼 进行期间改变所述任意路径。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统与视听娱乐系统相关联， 并且该控制系统构造成与所述视听娱乐系统呈现的情景同步地改变所述 任意路径。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成在至少两个任意 路径之间进行切换，所述至少两个任意路径被选择成用于模拟从以下运 动构成的组中选择的运动骑自行车运动；蹬踏运动；步行运动；跑步 运动；以及滑雪运动。
根据本发明的另外的特征，所述任意路径通过与所述视听娱乐系统 呈现的情景同步地产生的运动模拟效果而改变。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成在至少两个任意 路径之间进行切换，所述至少两个运动路径被选择成用于模拟从以下运动构成的组中选择的运动骑自行车运动；蹬踏运动；步行运动；跑步 运动；以及滑雪运动。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成以至少一种模式 操作所述致动系统，在该模式中，所述第一和第二脚部支撑表面以同等 但相反的运动移位。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成以至少一种模式 操作所述致动系统，在该模式中所述第一和第二脚部支撑表面以平行运 动同步地移位。
根据本发明的另外的特征，所述控制系统被构造成以至少一种模式 操作所述致动系统，在该模式中，所述第一和第二脚部支撑表面非同步 地移位。
根据本发明的另外的特征，所述致动系统包括多个线性致动器。 根据本发明的另外的特征，所述致动系统包括多个电控致动器。 根据本发明的另外的特征，所述致动系统包括多个液压致动器。 根据本发明的另外的特征，所述第一和第二脚部支撑表面均实施为
传送带的部件，并且其中所述致动系统包括用于驱动各所述传送带的驱
动机构。


以下参考附图仅通过实施例来描述本发明，附图中
图1至图4是本发明的锻炼装置的第一实施例的示意图，示出了多 个不同运动路径；
图5是本发明的锻炼装置的第二实施例的示意图6是本发明的锻炼装置的第三实施例的示意图7至图9示意性示出了用于实施本发明的致动系统的三个另外的 选择例；以及
图IOA和图10B示意性示出了用于实施本发明的致动系统的又一选 择例，其基于用于每个脚部的可竖直移位的传送带。
具体实施方式
本发明是一种锻炼装置。
参照附图并结合说明可以更好地理解根据本发明的锻炼装置的原理 和操作。
以下参照附图，图1至图4表示根据本发明的教导构造和操作的整 体用标记10表示的锻炼装置的第一实施例。
一般而言，锻炼装置10包
括第一脚部支撑表面12、第二脚部支撑表面14以及致动系统16，该致 动系统16构造成使第一和第二脚部支撑表面中的每一个在至少25厘米 X15厘米的范围内沿限定在至少二维空间中的任意路径移动。致动系统 16由控制系统18控制从而为每个脚部支撑表面12和14产生锻炼路径。
为了简化说明，在下图中仅示出一个脚部支撑表面12和一半致动系 统16。同样，下图中将省略控制系统18及其任选的相关部件(以下将予 以描述)。应理解，至少至此描述的主要部件明确地包含在各实施例中。
本发明的装置优选提供多种锻炼模式，这些锻炼模式可包括对应于 传统锻炼装置的标准锻炼模式、本发明的装置所特有的附加锻炼模式和/ 或由使用者独立编程或与娱乐系统等交互而产生的锻炼模式，以下将进 行描述。脚部支撑表面为了产生每种类型的运动所需的移动范围取决于 所需运动的几何参数。例如，椭圆机通常需要大约40cmX大约15cm; 室内健身车通常需要大约35cmX大约35cm;以及蹬踏机通常需要大约 28cmX大约17cm。为了提供所有这些和更多的锻炼模式，并且允许针对 使用者的各种尺寸修改参数，致动系统16最优选构造成使第一和第二脚 部支撑表面均在至少70厘米X 40厘米的范围内沿限定在至少二维空间中 的任意路径移位。在该运动范围内，致动系统优选构造成使得该系统能 够大致沿由控制系统18限定的任意连续的路径运动。在某些优选实施例 中，致动系统16具有附加的线性位移自由度，从而使得该系统沿三维空 间中限定的运动路径。附加或可选地，致动系统16还可构造成控制各脚 部支撑表面绕至少一个轴线的旋转状态，任选为绕两个或三个旋转轴线 的旋转状态。
本发明的锻炼装置可以构造成以被动模式或主动模式操作，被动模式即为其中运动主要沿与使用者施加力的方向相同的方向(使用者主动， 而装置被动/反作用)，主动模式即为其中该装置使使用者的肢体运动并且 使用者主要沿与运动方向相反的方向施加阻力(装置主动，而使用者被 动/反作用)。在某些实施例中，该装置可以在主动模式与被动模式之间切 换。在其它情况下，单一运动路径既可以具有主动部分也可以具有被动 部分，储如骑自行车运动的向上回行运动，其中腿部的重量趋于与运动 相反。
在主动操作模式下，控制系统18构造成使各脚部支撑表面沿任意路 径主动移位，从而使使用者的腿部移位。
在被动操作模式下，控制系统18构造成将脚部支撑表面的允许运动 限定于任意路径，从而使第一和第二脚部支撑表面通过使用者的腿部运 动而沿任意路径运动。优选的是，致动系统16还构造成在控制系统18 的控制下产生阻力，从而向沿任意路径的运动提供给定的阻力分布曲线。
可实现用于实施被动系统的多种选择。根据一个非限制性实施例， 沿一个方向的致动器可"从属于"沿另一方向的致动器或编码器，使得 例如竖直位移伴随有强制的水平分量从而确保脚部支撑沿指定的路径运 动。通过限定滑动限位开关的范围可达到相同的效果，其中致动器对试 图运动到围绕指定运动路径限定的轨迹外部的力产生高抵抗力。这些细 节和其它可能的实施例对本领域技术人员是清楚的。
应理解，本发明与多数传统的锻炼装置的明显不同在于本发明使用 了致动系统，该致动系统本质上能够沿着限定在二维或更多维空间中的
运动范围内的大致任意路径。这种性能允许控制系统18在不中断的锻炼
进行期间改变任意路径。换言之，该锻炼装置可以在正在进行锻炼期间
在不同的运动路径之间切换，这些运动路径例如对应于室内健身车运 动(图1);蹬踏运动(图2);步行运动；跑步运动；或滑雪运动(图3)。 同样，该锻炼装置可以在这些运动路径之间连续切换或者可以实施其它 非标准的运动路径(图4)。因而，利用根据本发明的教导构造的单个锻 炼装置可以在不中断的情况下实施在多个不同类型的锻炼装置中的每个 上需要给定时间量的单元训练时间。除了提供不同类型的锻炼运动外，本发明优选允许调节各类型运动 的各种参数。例如，仅通过电子控制就可以使锻炼即时地适于使用者的 步长，而不需要对锻炼装置进行任何的机械调节。因而，相同的锻炼装 置可以由职业的篮球运动员和儿童交替地使用，而无需进行机械调节。
另外应注意，使用者的脚部不需要在整个运动循环期间都与脚部支 撑表面保持连续接触。从而，例如在步行式运动中，使用者脚部的回行 运动可以经过空中而在运动的前端处再一次接触脚部支撑表面。
本发明的另一可选特征在于控制系统18可与视听娱乐系统20相关
联。根据该选择，控制系统18优选构造成与视听娱乐系统呈现的情景同
步地变更任意路径。例如，在视频情景中，当视频显示为已到达需要攀 爬的楼梯时则最初的步行运动可以代之以蹬踏运动。可选地，运动路径 可通过与视听娱乐系统呈现的情景同步产生的运动模拟效果而改变。根 据该选择，当娱乐系统描绘地震时，蹬踏运动可改为摇动运动。另外或 可选地，该装置的其它操作参数也可以改变，这些参数包括但不局限于 抵抗运动的阻力或运动的速度。例如，当视频内容描述爬山时则阻力可 以增加，而当视频描述骑车下山时则速度可以增加。
用于实施本发明的另一选择例采用与通讯网络进行连接，并允许参 与在线竞技游戏。这里，该装置还优选采用以上在视听娱乐系统的操作 情况下描述的部分或全部特征。
本发明的两个脚部支撑表面可以以同等但相反的运动移位。这种运 行模式适于包括例如骑自行车、蹬踏、椭圆滑雪等的传统运动的锻炼范 围。
在另一操作模式中，脚部支撑表面以平行运动同步地移位。这可对 应于跳跃运动，或者可模拟划船运动等。
根据另一个操作模式，第一和第二脚部支撑表面可以不同步地移位。 在某种程度上在行走模拟中的确如此，在行走模拟中脚部的回行路径与 承载负载的脚部的路径不对称。在其他模拟中，这种不对称可能更明显。
可选地，至此所描述的系统还可增设有类似的致动器元件和手部支 撑表面，以提供同步的手部运动。这可以以非限制性实施例方式用于提供标准的椭圆锻炼机的功能。
应注意，本发明可以通过能够产生所需运动的基本上任何类型的致 动器或这些类型的致动器的组合来实施。实施例包括但不局限于线性致 动器的组合(图1至图4)、位于连接臂上的旋转致动器(图5)以及例 如图6所示的线性致动器与旋转致动器的组合。可选的是，诸如图5中 的实施例可有利地利用驱动带装置来实施，以控制各连接处的旋转，如
在机器人技术的领域中已公知的那样。图7至图9中示出的额外的非限
制性实施例分别包括位于线性致动器上方的平行动作杠杆机构、位于线 性致动器上方的剪刀式升降机构以及位于剪刀式升降机构上方的线性致动器。
图IOA和图IOB示意性地示出了另一选择例。在此，每个脚部设置 有实施为小传送带的一部分的支撑表面，该小传送带通常略为水平布置 但可选地承受固定或可变的倾斜调节或其它调节。各传送带通常设置有 用于对其双向驱动的马达装置。各脚部支撑传送器安装成使得可以被竖 直地移位，例如沿线性路径移位(图10A)或经由具有恒定或可变半径 的臂的旋转系统移位(图10B)或通过弓形运动移位。沿传送带的线性 平移以及传送器自身的上下运动的组合提供了用于限定二维空间中脚部 运动路径所需的自由度。对于被动运动模式(其中使用者产生运动)，脚 部支撑设置成允许使用者移动脚部支撑以产生具有任意期望阻力的竖直 运动，并且传送机根据竖直运动而被致动以产生沿略垂直(略水平)方 向的运动，而引导脚部沿期望的运动路径运动并修正传送带的整体竖直 运动中的任何水平分量。对于主动操作，竖直运动和水平传送运动均由 动力驱动。可选的是，如果两个传送机构均并排定位在相同的高度处并 沿相同的方向驱动，则该装置可构造成使得该装置也提供传统的踏车功 能。
在上述的所有情形中，致动器自身可被电控(例如使用伺服电机、 步进电机、线性电机)，液压致动器或气动致动器可由驱动带驱动，该驱 动带自身由任何合适类型的致动器驱动，所有这些都根据各实施例的结 构需要。应理解，上述的说明仅旨在用于举例，并且在如所附权利要求限定 的本发明的范围内可具有多种其它实施方式。
权利要求
1. 一种锻炼装置，该锻炼装置包括(a)第一脚部支撑表面；(b)第二脚部支撑表面；(c)致动系统，该致动系统与所述第一和第二脚部支撑表面相关联，并被构造成使所述第一和第二脚部支撑表面均在至少25厘米×15厘米的范围内沿限定在至少二维空间中的任意路径移位，(d)控制系统，该控制系统与所述致动系统相关联，并构造成用于控制所述致动系统，从而为所述第一和第二脚部支撑表面中的每一个产生锻炼路径。
2. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统被构造成 使所述第一和第二脚部支撑表面均在至少70厘米X 40厘米的范围内沿限 定在至少二维空间中的任意路径移位。
3. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统还被构造 成控制所述第一和第二脚部支撑表面绕至少一个轴线的旋转状态。
4. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造成 主动地使所述第一和第二脚部支撑表面沿所述任意路径移位从而使使用 者的腿部运动。
5. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造成 将所述第一和第二脚部支撑表面的允许运动限定于所述任意路径，从而 使所述第一和第二脚部支撑表面通过使用者的腿部运动而沿所述任意路 径运动。
6. 根据权利要求5所述的锻炼装置，其中，所述致动系统还被构造 成在所述控制系统的控制下产生阻力，从而为沿着所述任意路径的运动 提供给定的阻力分布曲线。
7. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统被构造成 使所述第一和第二脚部支撑表面均沿在三维空间中限定的任意路径移 位。
8. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造成 在无中断的锻炼进行期间改变所述任意路径。
9. 根据权利要求8所述的锻炼装置，其中，所述控制系统与视听娱 乐系统相关联，并且该控制系统被构造成与所述视听娱乐系统呈现的情 景同步地改变所述任意路径。
10. 根据权利要求9述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造成在至少两个任意路径之间进行切换，所述至少两个任意路径被选择成用于模拟从以下运动构成的组中选择的运动骑自行车运动；蹬踏运动； 步行运动；跑步运动；以及滑雪运动。
11. 根据权利要求9所述的锻炼装置，其中，所述任意路径通过与 所述视听娱乐系统呈现的情景同步地产生的运动模拟效果而改变。
12. 根据权利要求8所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造 成在至少两个任意路径之间进行切换，所述至少两个运动路径被选择成 用于模拟从以下运动构成的组中选择的运动骑自行车运动；蹬踏运动； 步行运动；跑步运动；以及滑雪运动。
13. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造 成以至少一种模式操作所述致动系统，在该模式中，所述第一和第二脚 部支撑表面以同等但相反的运动移位。
14. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造 成以至少一种模式操作所述致动系统，在该模式中，所述第一和第二脚 部支撑表面以平行的运动同步地移位。
15. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述控制系统被构造 成以至少一种模式操作所述致动系统，在该模式中，所述第一和第二脚 部支撑表面非同步地移位。
16. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统包括多 个线性致动器。
17. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统包括多 个电控致动器。
18. 根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述致动系统包括多个液压致动器。
19.根据权利要求1所述的锻炼装置，其中，所述第一和第二脚部 支撑表面均实施为传送带的部件，并且其中所述致动系统包括用于驱动 各所述传送带的驱动机构。
全文摘要
一种锻炼装置，该锻炼装置设置有第一和第二脚部支撑表面，各脚部支撑表面均通过致动系统而在至少25厘米×15厘米的范围内沿限定在至少二维空间中的任意路径移位。控制系统被构造成控制所述致动系统，从而为第一和第二脚部支撑表面中的每一个产生锻炼路径。锻炼运动可以是主动的也可以是被动的，并且可以在非中断的锻炼时间期间动态地改变。
文档编号A63B24/00GK101437583SQ200780014728
公开日2009年5月20日 申请日期2007年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者约拉姆·多霍内 申请人:Lpt科技有限公司