專利名稱：固定健身器械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及健身設(shè)備，更準(zhǔn)確地說涉及一種固定健身器械用于模擬一系列的跨步運(yùn)動(dòng)，包括滑雪，散步，慢跑、跑步和爬山。
背景技術(shù)：
早就知道經(jīng)常進(jìn)行有氧健身的好處，所以也被廣泛采納。由于寒冷的天氣，時(shí)間的限制和其他各種原因，不可能總是在室外進(jìn)行散步，慢跑或跑步，或者在游泳池內(nèi)游泳。因此已經(jīng)開發(fā)了各種類型的健身設(shè)備來進(jìn)行有氧健身。例如，越野的滑雪健身器械模擬越野滑雪的滑行運(yùn)動(dòng)。這樣的機(jī)器提供了腿部肌肉各種各樣的運(yùn)動(dòng)。許多人用腳踏機(jī)來進(jìn)行散步，慢跑甚至跑步。大多數(shù)腳踏機(jī)的一個(gè)缺點(diǎn)是，在慢跑或跑步時(shí)，身體的髖部、膝蓋、腳踝和其他關(guān)節(jié)會(huì)發(fā)生顯著的震動(dòng)。另一類的健身器械模擬爬樓梯。這樣的器械可以由腳踏桿組成，在它們的前端它們可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在一框架上，在它們的后端有接納腳的墊。使用者用他/她的腳將腳踏桿推向下以便模擬爬樓梯。由彈簧流體減震器和/或其他部件提供腳連桿向下運(yùn)動(dòng)的阻力。
上述的各種器械鍛煉使用者腿部和身體其他部位的各種肌肉。這樣，為了鍛煉所有這些肌肉，需要三種不同的健身裝置。這不僅可能成本上過高，而且許多人也沒有足夠的實(shí)際空間來放置所有的設(shè)備。還有如果一個(gè)使用者只買了一個(gè)上述的健身裝置，使用者可能會(huì)厭倦終日使用單一的設(shè)備，會(huì)希望使用另外類型的設(shè)備。
通過本發(fā)明，可以使用單一的設(shè)備模擬各種健身器械，包括越野滑雪，散步，慢跑，跑步和爬山。還有模擬慢跑和跑步不會(huì)象健身腳踏機(jī)那樣把沖擊傳給使用者身體的各個(gè)關(guān)節(jié)。
通過下面的附圖、討論和描述，本發(fā)明這些和其他的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)很清楚。
本發(fā)明的概要本發(fā)明的健身器械使用一框架，其構(gòu)造適合支承在地板上。該框架確定一在后面的樞軸，第一和第二腳連桿圍繞它成對(duì)地沿著相對(duì)該樞軸的弧形路徑運(yùn)動(dòng)。適合支持使用者腳的腳連桿有與安裝在框架上的導(dǎo)向器嚙合的前端，以便能使腳連桿的前端沿著確定的路徑前后運(yùn)動(dòng)?？梢杂羞x擇地改變?cè)搶?dǎo)向器相對(duì)框架的角度和/或?qū)蚱鞯母叨?，以便改變第一和第二腳連桿的腳支持部分的運(yùn)動(dòng)路徑，從而模擬不同類型的跨步運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明的更加具體的一方面，該導(dǎo)向器包含各軌條用于承受和引導(dǎo)腳連桿的前端。各軌條可相對(duì)于框架升高和降低。例如，可將導(dǎo)向器可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到框架上，導(dǎo)向器傾斜的角度可有選擇地改變。
本發(fā)明還有一更具體的方面，導(dǎo)向器可以是與腳連桿的前端接合的軌道的形式。軌道相對(duì)該框架的高度和/或角度的方向可以有選擇地改變，從而改變使用者鍛煉的跨步運(yùn)動(dòng)的方式。
在本發(fā)明的另一方面，腳連桿前端的導(dǎo)向器可以包括一個(gè)或多個(gè)樞軸或由框架可轉(zhuǎn)動(dòng)地支持的搖臂，使搖臂的下端可轉(zhuǎn)動(dòng)地與腳連桿的前端連接。搖臂的長(zhǎng)度可以伸長(zhǎng)或縮短，從而升高或降低搖臂與腳連桿前端之間的連接點(diǎn)，從而改變使用者鍛煉的跨步運(yùn)動(dòng)的方式。
在本發(fā)明的另一方面，在框架的后面裝設(shè)飛輪，使其圍繞框架的樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。腳連桿的后端可轉(zhuǎn)動(dòng)地銷裝在飛輪上偏離框架框軸的一個(gè)選擇的位置。飛輪不僅作為腳連桿的后端與框架樞軸之間的連接機(jī)構(gòu)，而且也是動(dòng)量的儲(chǔ)存裝置，以便模擬在各種跨步運(yùn)動(dòng)時(shí)身體的動(dòng)量。
按照本發(fā)明進(jìn)一步的方面，可以對(duì)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)施加阻力，以便使跨步運(yùn)動(dòng)理困難或更容易進(jìn)行。這阻力可以與使用者所希望的鍛煉水平相協(xié)調(diào)，如與最佳的卡路里消耗相對(duì)應(yīng)的所希望的心跳速率范圍相協(xié)調(diào)?？梢允褂眯奶俾时O(jiān)測(cè)器或其他傳感器來檢測(cè)所希望的物理參數(shù)以便使健身最優(yōu)化。
在本發(fā)明的還有一方面，腳連桿的后端通過一連接系統(tǒng)與樞軸相連，該系統(tǒng)允許樞軸和腳連桿之間圍繞兩個(gè)軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)軸都與腳連桿的長(zhǎng)度方向垂直(橫向)。這樣，腳連桿的前端就相對(duì)于腳連桿后端在側(cè)向，即腳連桿長(zhǎng)度的橫向，自由運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)。
附圖的簡(jiǎn)要描述通過參考與附圖一起的下面詳細(xì)描述，將會(huì)更容易理解本發(fā)明的上述各個(gè)方面和許多優(yōu)點(diǎn)。附圖有

圖1是從后面向器械的前面看，本發(fā)明的健身器械的透視圖；圖2是圖1器械的頂視圖3是圖1器械的底視圖；圖4是圖1器械的前視圖；圖5是圖1器械的后視圖；圖6是圖1器械的側(cè)面圖；圖7是圖1器械的透視圖，其中在器械的后部上已經(jīng)裝上一外罩，這個(gè)透視圖是從器械的后面向前看；圖8是與圖7相同的圖，但從器械的前面向后看；圖9是與圖8相同的圖，但前、后的罩子都已去掉；圖10是顯示在圖9中器械前部的放大的不完全的透視圖；圖11是顯示在圖9中器械放大的不完全的后透視圖，一個(gè)飛輪已經(jīng)移開；圖12是與圖11相同的圖，但從器械的另一端看，并且靠近的飛輪已移開；圖13是示意顯示的本發(fā)明器械的側(cè)面圖，說明在腳連桿導(dǎo)向器不同的傾斜角度下使用者腳的路徑；圖14是本發(fā)明中使用的系統(tǒng)的示意圖，用于在使用本器械時(shí)改變鍛煉的水平；圖15是本發(fā)明還有一優(yōu)選實(shí)施方案的側(cè)面圖；圖16是本發(fā)明還有一優(yōu)選實(shí)施方案的放大的局部透視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述開始參考圖1-9，本發(fā)明的器械18包括與地面接觸的框架20，插入開始向上伸展然后斜著向前的前柱22。一對(duì)飛輪24a和24b位于框架20的后部，圍繞水平的橫軸26轉(zhuǎn)動(dòng)。飛輪24a和24b可由后罩28復(fù)蓋。腳連桿28a和28b的后端可轉(zhuǎn)動(dòng)地與相應(yīng)的飛輪24a和24b連接，以便當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿著圍繞軸26的圓形路徑運(yùn)動(dòng)。滾輪32a和32b可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在腳連桿30a和30b的前端，騎在導(dǎo)向器36的相應(yīng)管狀導(dǎo)軌34a和34b上。當(dāng)腳連桿的后端圍繞軸26轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，腳連桿30a和30b的前端沿著導(dǎo)軌34a和34b作前后來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得腳連桿所帶的腳踏板或墊27沿著不同的橢圓形路徑運(yùn)動(dòng)，如下面更加全面地描述的那樣。
可操作安裝在柱22上的提升機(jī)構(gòu)38，有選擇地改變導(dǎo)向器36的傾斜角，從而改變本發(fā)明器械使用者的跨步運(yùn)動(dòng)。在傾斜角較低時(shí)該器械提供越野的滑雪運(yùn)動(dòng)，當(dāng)逐漸增大傾斜角時(shí)運(yùn)動(dòng)從散步改變?yōu)榕懿?，再變?yōu)榕郎健Ｇ罢?9基本上包住該提升機(jī)構(gòu)。
此外，如圖11和12中最清楚顯示那樣，本發(fā)明應(yīng)用一種制動(dòng)系統(tǒng)40，用于給飛輪24a和24b的轉(zhuǎn)動(dòng)施加所需的阻力，這樣達(dá)到器械18的使用者所要求用力的水平。下面詳細(xì)描述本發(fā)明上述和其他的各方面。
圖解說明的框架20包括一縱向的中央部件42，它的前后終止在較短的橫向部件44和46上。理想但不是必要的，框架20由矩形的管形部件構(gòu)成，它的重量相對(duì)較輕但提供堅(jiān)固的強(qiáng)度。端帽48放在橫向部件44和46的開口端內(nèi)，以便封閉這些部件的端部。
柱結(jié)構(gòu)22包括基本垂直的下部52和從下部向上和向前傾斜伸展的上部54。理想但不是必要的，柱的下部52和上部54也可由矩形的管狀材料組成。端帽48也放在柱上部54的上端內(nèi)，以便封閉該開口。
連續(xù)的閉合形式的把手桿56安裝在柱上部54的上方，當(dāng)個(gè)人使用本器械時(shí)便于抓握。把手桿包括橫向的上部58，它通過夾具60固定地連接到柱上部54的上端，夾具圍繞把手桿上部與其嚙合，并可通過一對(duì)緊固件62固定到柱上部。把手桿還包括側(cè)面部分62a和62b，每個(gè)包括上部?jī)A斜布置部分，中間基本垂直部分，下部?jī)A斜布置部分68a和68b，它們從中間側(cè)向部分向下伸展并向外張開。把手桿56還包括橫向的下部70，它有被夾具60夾在柱上部54上的中心部分，夾具由一對(duì)緊固件62固定在那里。雖然沒有顯示，把手桿56可以局部或全部由防滑材料或者表面例如帶，發(fā)泡合成橡膠等材料覆蓋。
顯示板74在把手桿56的上部橫向部分58和下部橫向部分70之間的位置處安裝在柱桿上部54上。顯示板包括中央顯示屏76和幾個(gè)較小的屏幕78，以及一鍵盤，該鍵盤包括許多可壓下的“按鈕”80，下面將詳細(xì)討論。
飛輪24a和24b安裝在驅(qū)動(dòng)軸84相對(duì)兩端的外側(cè)，驅(qū)動(dòng)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地橫向穿過后柱86的上端，后柱從框架中央部件42的后部向上伸展。使用軸承裝置88將驅(qū)動(dòng)軸84減摩擦地安裝到后柱86上。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，飛輪24a和24b用鍵固定或其他方法連接到驅(qū)動(dòng)軸84，從而使飛輪與驅(qū)動(dòng)軸一致轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)該理解驅(qū)動(dòng)軸84的中心是與橫軸26的位置相一致的。皮帶驅(qū)動(dòng)滑輪90也安裝在飛輪24a和后柱86的相鄰側(cè)之間的驅(qū)動(dòng)軸84上。
通過任何合適的方法，如焊接或螺栓固定可將后柱86固定連接到框架縱向部件42上。按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，在后柱86的前下部和縱向部件42的上表面的連接處使用角形撐條92對(duì)那里進(jìn)行加固。當(dāng)然也可應(yīng)用其他類型的撐條或加固件。
圖解說明的飛輪24a和24b包括徑向從中心輪轂95向外伸展與圓周形輪圈96相交的輪輻94。飛輪24a和24b可以是其他的結(jié)構(gòu)，例如實(shí)心圓盤的形式也不會(huì)背離本發(fā)明的宗旨和范疇。
后罩28包住飛輪24a和24b，制動(dòng)系統(tǒng)40和腳連桿30a和30b的后部。罩28放在框架后橫向部件46以及一對(duì)輔助的縱向部件97上，輔助縱向部件從橫向部件46向前伸展并與輔助的中間橫向部98的兩外端相交。罩支持部件97和98的上表面與框架部件42和46的上表面相一致。還有，許多連接用的固定夾99安裝在輔助支持部件97和98以及框架部件42和46的上表面上。在固定夾99中形成帶螺紋的開口，以便接納用來連接罩28的緊固件。如圖11和12最清楚顯示的那樣，罩支持部件97和98橫截面的高度小于框架部件42和46橫截面的高度是比較理想的，從而與下面的地板無關(guān)。
圖示的腳連桿30a和30b由細(xì)長(zhǎng)的管狀部件組成，但也可以是其他型式的結(jié)構(gòu)，如實(shí)心棒。腳連桿30a和30b的后端通過緊固件100可轉(zhuǎn)動(dòng)地釘在飛輪24a和24b的外周邊部分，緊固件穿過在腳連桿后端上形成的軸環(huán)102嚙合在飛輪外周邊中形成的孔104中。如圖12中最清楚顯示的那樣，孔104位于飛輪輪輻94和外輪圈96的連接處。飛輪的這個(gè)部位已經(jīng)擴(kuò)大形成輪轂106。腳連桿30a和30b通過在罩的前壁形成的垂直開口108，伸出到罩28的前側(cè)外。
如圖12中所示，在與輪轂106所處的輪輻完全相反的輪輻上形成第二輪轂110，但是其位置比輪轂106更接近軸26。在腳連桿后端的軸環(huán)102可以在輪轂110而不是輪轂106處連接到飛輪上，從而在飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)減少了腳連桿后端運(yùn)動(dòng)所通過的圓周形路徑的直徑，這樣，相應(yīng)縮短了腳踏板27劃圈所產(chǎn)生的橢圓路徑的長(zhǎng)度?？梢岳斫?，軸環(huán)102與輪轂110相連得到腳連桿較短的行程，這樣鍛煉者所跨的步幅比軸環(huán)同飛輪的輪轂106相連時(shí)所跨的步幅要短。
凹形的滾輪32a和32b通過橫軸114可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在腳連桿30a和30b的前端。滾輪凹的曲面與導(dǎo)向器36的導(dǎo)軌34a和34b的直徑相一致。這樣在使用本器械時(shí)滾輪32a和32b使腳連桿的前端可靠地與導(dǎo)向器保持嚙合。接納腳的踏板27裝在腳連桿30的上表面以便接納和支持使用者的腳。圖解說明的踏板27上形成許多橫向的脊，該脊不僅提高腳墊的結(jié)構(gòu)整體性，而且還有在使用者的鞋或腳底與腳踏板之間的防滑功能。雖然沒有顯示，腳踏板可以設(shè)計(jì)成可沿著腳連桿的長(zhǎng)度任意定位，以便適應(yīng)不同高度尤其是不同腿長(zhǎng)的使用者，或者放在接縫之上。
圖解說明的導(dǎo)向器36一般呈U形，并將它的后面自由端可轉(zhuǎn)動(dòng)地釘在框架中央部件42的中間位置。導(dǎo)向器36的自由端可以用任何方便的方法可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到中央框架部件42，包括把橫管118的外端作為軸頸。該導(dǎo)向器包括平行的管狀導(dǎo)軌34a和34b，它們與腳連桿30a和30b對(duì)齊設(shè)置。導(dǎo)軌34a和34b的前端由弧形部分119將它們連接在一起，弧形部分向前越過柱22。
導(dǎo)向器36的前部分由提升機(jī)構(gòu)38支持，如圖9和10最清楚顯示的那樣。提升機(jī)構(gòu)38包括橫杠120，它由基本呈U形垂直活動(dòng)的滑動(dòng)架122的下端支持。滾輪管部分124與橫杠120的兩外端嚙合，并直接在導(dǎo)軌34a和34b的底部之下支承導(dǎo)軌?；瑒?dòng)架122只能沿中心導(dǎo)向器桿126的高度垂直運(yùn)動(dòng)，該中心導(dǎo)向器桿可通過任何合適的方法，如用緊固件128固定到柱下部54的前面上。從橫截面看，導(dǎo)向器桿126基本上呈T形，其中心肋部靠在柱下部52上，其橫向伸展的突邊部分在柱下部的前面隔有一定的空間。一對(duì)呈Z形的固定夾130使滑動(dòng)架122保持與導(dǎo)向器桿126嚙合。固定夾每個(gè)包括第一橫向突邊部固定在滑動(dòng)架背部突邊表面，其中間肋部沿著導(dǎo)向器桿突邊的外側(cè)邊緣伸展，而其第二橫向突邊部放置在柱下部52的前表面和導(dǎo)向器桿突邊之間形成的間隙中。將能理解使用這種結(jié)構(gòu)允許滑動(dòng)器122相對(duì)導(dǎo)向器桿126作垂直運(yùn)動(dòng)，并保持與導(dǎo)向器桿嚙合。
通過電動(dòng)的提升操作機(jī)構(gòu)136使滑動(dòng)架上升或下降。提升操作機(jī)構(gòu)136包括由電動(dòng)馬達(dá)140驅(qū)動(dòng)的可轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿部分138，馬達(dá)可操作地與螺桿部分的上端相連。螺桿部分的頂部可轉(zhuǎn)動(dòng)地與保持管座裝置142嚙合，該裝置釘在固定到柱22前面上的U形支座144，靠近柱下部52和上部54的連接處。橫銷146穿過在支座144突邊上形成的對(duì)齊的兩個(gè)開口和在管座142中形成的對(duì)齊的完全相反的兩孔。管座142允許螺桿138相對(duì)管座轉(zhuǎn)動(dòng)而保持與軸環(huán)垂直嚙合。
螺桿138的下部可螺紋式嚙合下套管147中，下套管的底端固定在橫杠120上。將能理解，馬達(dá)140可以使螺桿138在一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)以便降低滑動(dòng)架，而在相反方向旋轉(zhuǎn)則提升滑動(dòng)架，如所希望的那樣。當(dāng)滑動(dòng)架下降或上升時(shí)就改變了導(dǎo)向器36的傾斜角，依次也就改變了器械18使者者鍛煉的跨步運(yùn)動(dòng)。螺桿部分38嚙合在套管120中，這樣導(dǎo)向器36的傾斜角，通過標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，例如使用圖14的轉(zhuǎn)動(dòng)電位計(jì)147很容易辨別出來。
前罩39基本包住提升機(jī)構(gòu)38。罩39從柱下部52和上部54的側(cè)壁向前伸展包圍滑動(dòng)架122，導(dǎo)向器桿126，提升操作機(jī)構(gòu)136和提升機(jī)構(gòu)的其他部件。只有橫杠120的自由端和相連的滾輪管部分124從罩39的側(cè)壁上形成的垂直縫148中向外突出。裝設(shè)許多緊固件149使罩39可拆卸地連接到柱22的側(cè)壁上。
本發(fā)明包括通過渦流制動(dòng)系統(tǒng)40對(duì)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)可選擇地施加制動(dòng)或阻尼力的系統(tǒng)。制動(dòng)系統(tǒng)40包括較大的驅(qū)動(dòng)滑輪90，如上所述，它通過V型皮帶152驅(qū)動(dòng)較小的從動(dòng)滑輪150。從動(dòng)滑輪150安裝在可轉(zhuǎn)動(dòng)的短粗軸154的自由端上，該軸從樞軸臂156向外伸出，樞軸臂156通過U型支座158可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在后柱86的后側(cè)上，樞軸銷160穿過在支座中形成的對(duì)齊開口以及在樞軸臂156的側(cè)壁中形成的對(duì)齊開口延伸。牽拉彈簧161伸展在臂156自由端的底部和框架部件42的頂部之間，以便在皮帶152上維持足夠的拉力從而避免滑輪90和150與皮帶之間的打滑?；?0和150的相對(duì)尺寸是這樣選擇的，以便達(dá)到速度的級(jí)差約為6到10倍，理想的約8倍。換句話說，從動(dòng)軸154轉(zhuǎn)動(dòng)速度比驅(qū)動(dòng)軸84快6到10倍。
實(shí)心的金屬盤162安裝在短粗軸154上，在從動(dòng)滑輪150的內(nèi)側(cè)，也與從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。較理想的做法是將高導(dǎo)電性的材料，如銅的環(huán)形面板164安裝在鄰近從動(dòng)滑輪150的實(shí)心盤162的面上。一對(duì)磁性裝置168安裝在緊靠與環(huán)形板164相反的實(shí)心盤162的面上。裝置168每個(gè)包括被線圈裝置172包圍的磁棒170形式的中間芯。裝置168通過緊固體176安裝在銜鐵棒上，緊固件穿過在銜鐵棒和磁芯中形成的對(duì)齊的孔。如圖11和12所示，磁性裝置沿著盤162的外周邊部分與環(huán)形板164對(duì)齊定位。磁性裝置的位置可以相對(duì)盤162的鄰近表面進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便使其定位盡可能接近盤，而沒有實(shí)際接觸盤和妨礙盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。磁性裝置的這種定位可以通過調(diào)節(jié)銜鐵棒174相對(duì)支持板178的位置來完成，支持板安裝在樞軸臂156后面的自由端上。在支持板178中形成一對(duì)沒有顯示的水平槽，通過它伸出帶螺紋的緊固件179，然后緊固件與銜鐵棒174的前邊緣中形成的螺紋孔嚙合。
如上所述，驅(qū)動(dòng)滑輪90和從動(dòng)滑輪150直徑尺寸的顯著差別造成盤62的轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對(duì)飛輪24a和24b轉(zhuǎn)動(dòng)速度有較大的階躍式升高。從而使盤62的轉(zhuǎn)速通過渦流制動(dòng)裝置40足夠產(chǎn)生相對(duì)較大的制動(dòng)力矩。
如下面更全面的討論那樣，希望監(jiān)測(cè)飛輪24a和24b的速度，以便測(cè)量本器械使用者運(yùn)動(dòng)走過的距離，也便于控制使用者鍛煉的水平?？梢允褂萌魏螛?biāo)準(zhǔn)的方法測(cè)量飛輪的速度。例如可在盤162，驅(qū)動(dòng)滑輪90或本器械的其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件上裝設(shè)光學(xué)或磁性的閃頻觀測(cè)輪?？梢杂霉鈱W(xué)或磁性的傳感器180(圖14)監(jiān)測(cè)閃頻觀測(cè)輪的轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生與這個(gè)速度有關(guān)的電信號(hào)。
當(dāng)使用本發(fā)明時(shí)，使用者站在腳墊27上同時(shí)為了穩(wěn)定抓住把手桿56。使用者將一個(gè)向下踩踏動(dòng)作施加到腳墊上使飛輪24a和24b圍繞軸26轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果腳連桿的后端圍繞軸26轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)腳連桿的前端騎住導(dǎo)軌34a和34b上、下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)腳連桿和飛輪的連接點(diǎn)從最接近柱22的位置(腳連桿最大的伸長(zhǎng)位置)移到離柱最遠(yuǎn)的位置，即腳連桿最大的退縮位置時(shí)，腳連桿的前端沿著它的導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)。從腳連桿最大退縮位置這一點(diǎn)，飛輪的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)使腳連桿沿著導(dǎo)軌34a向上和向前運(yùn)動(dòng)又回到腳連桿最大的伸長(zhǎng)位置。這兩個(gè)位置顯示在圖13中。圖13也說明了腳墊27中心運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)路徑，這也是使用者腳的運(yùn)動(dòng)路徑。如圖13所示，這運(yùn)動(dòng)路徑基本上成向上和向前傾斜的橢圓形。
圖13顯示腳墊27在三個(gè)不同的導(dǎo)向器36的角度方向，相應(yīng)于提升機(jī)構(gòu)38的不同高度時(shí)運(yùn)動(dòng)的路徑。在圖13顯示的最小角度方向(水平線上約10°)上相應(yīng)的腳墊運(yùn)動(dòng)路徑是181。這大體上與滑動(dòng)或越野滑雪運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)顯示的導(dǎo)向器36在與水平面成較陡的第二角度(約20°)方向，腳踏板116的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)路徑是橢圓形路徑182。這個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑基本上對(duì)應(yīng)散步運(yùn)動(dòng)。圖13還顯示導(dǎo)向器36更陡的第三角度方向，離水平線約30°。在圖13中腳墊27相應(yīng)的橢圓形運(yùn)動(dòng)路徑是183。這個(gè)運(yùn)動(dòng)路徑相當(dāng)于爬山運(yùn)動(dòng)。將能理解，通過調(diào)節(jié)導(dǎo)向器36的角度，用本發(fā)明可以得到不同型式的運(yùn)動(dòng)。這樣可以用本發(fā)明模擬不同形式的體育運(yùn)動(dòng)，從滑雪到散步，到跑步和爬山。至今要進(jìn)行這些不同的運(yùn)動(dòng)，就會(huì)需要不同的健身設(shè)備。
申請(qǐng)人注意到，在上述腳墊也就是使用者腳的每個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)路徑中，有一種共同的關(guān)系。當(dāng)腳連桿的后端從最遠(yuǎn)的位置，例如在圖13中顯示那樣，向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用者腳的腳后跟部開始抬起的速率要比使用者的腳趾部分要快。相應(yīng)地當(dāng)腳連桿的后端從最前位置向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用者腳的腳后跟部分下降的速率要比腳趾部分要快。當(dāng)腳連桿的前端從在導(dǎo)向器36下端的位置運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)向器36上端的位置時(shí)存在著相同的關(guān)系。換句話說，當(dāng)腳連桿的前端從在導(dǎo)向器36的下端最后一點(diǎn)沿著導(dǎo)向器向前和向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用者的腳后跟部分開始抬起的速率要比腳趾部要快。相應(yīng)地當(dāng)腳連桿的前端沿著導(dǎo)向器36的上部最前位置向下和向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用者的腳后跟部分開始下降的速率要比腳趾部分要快。這基本上與使用者在越野滑雪，散步，跑步和爬山或其他跨步運(yùn)動(dòng)時(shí)，其腳后跟和腳趾的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相一致。
在圖14中示意地說明了申請(qǐng)人的系統(tǒng)184，用來控制和協(xié)調(diào)導(dǎo)向器36的傾斜角和施加到飛輪24a和24b轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力，以便獲得所需的鍛煉水平。如圖14中所示，一個(gè)物理的鍛煉參數(shù)，如使用者的心跳速率由傳感器186監(jiān)測(cè)。產(chǎn)生與使用者心跳速率相關(guān)的電信號(hào)，一般是模擬信號(hào)?，F(xiàn)有各種類型心跳速率監(jiān)測(cè)器，包括胸部佩戴的監(jiān)測(cè)器，耳朵監(jiān)測(cè)器和手指監(jiān)測(cè)器。從監(jiān)測(cè)器186的輸出經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換188，控制器190，到中央處理器(CPU)192，較理想地位于顯示板74內(nèi)。除了使用者心跳速率之外，也可應(yīng)用代替它的鍛煉者其他物理參數(shù)，包括呼吸速率、年令、體重、性別等等。
繼續(xù)參考圖14，本發(fā)明的健身控制系統(tǒng)184包括交流電源輸入口194，可與標(biāo)準(zhǔn)電流強(qiáng)度的110伏交流電源相連接。電源入口194連到變壓器196然后連到制動(dòng)系統(tǒng)40和顯示板74。提升機(jī)構(gòu)38使用交流電源，這樣就不與變壓器196相連。
如前討論那樣，提升機(jī)構(gòu)38與傳感系統(tǒng)147結(jié)合以便檢測(cè)提升機(jī)構(gòu)的伸長(zhǎng)和回縮，并因此檢測(cè)導(dǎo)向器36的傾斜角。這個(gè)信息經(jīng)過模數(shù)接口188，控制器190到CPU192。如上討論那樣，飛輪24a和24b的轉(zhuǎn)速由傳感器180監(jiān)測(cè)，其信息通過模數(shù)接口188和控制器190傳送給CPU。這樣在使用本發(fā)明的器械18中，將由傳感器186檢測(cè)的鍛煉者的心跳速率或其他物理參數(shù)，導(dǎo)向器36的傾斜角和飛輪24a和24b的速率傳送CPU。這個(gè)信息，或相關(guān)信息，可以通過顯示屏76顯示給鍛煉者。
還有，通過本發(fā)明，使用控制系統(tǒng)184可以保持所需的鍛煉水平。例如鍛煉者可以通過鍵盤80輸入一定的參數(shù)，如年齡、身高、性別以便在鍛煉時(shí)獲得所需的心跳速率。另一種是，可以由鍛煉者直接輸入所需的心跳速率范圍。鍛煉者可以輸入，也可以不輸入其他參數(shù)，如相應(yīng)于腳連桿每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的所需的飛輪速度和/或?qū)蚱?6的傾斜度。用這個(gè)信息本發(fā)明的控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)40和/或提升機(jī)構(gòu)38以便達(dá)到所需的鍛煉水平。
可以理解能將各種課程或鍛煉方式預(yù)先編程到CPU192中或由使用者設(shè)計(jì)它們，以便反應(yīng)各種不同的參數(shù)，包括所希望的心跳速率范圍，跨步運(yùn)動(dòng)類型等等。控制系統(tǒng)184將控制制動(dòng)系統(tǒng)40以及提升機(jī)構(gòu)38以便與所需的鍛煉方式相適應(yīng)。
在圖15中說本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。圖15中顯示的器械18′與以前圖中顯示的器械18結(jié)構(gòu)上相似。相應(yīng)地器械18′的這些部件，它們與器械18的那些部件相同或相似的就用相同的部件標(biāo)號(hào)表示，但附加上引號(hào)“′”以示區(qū)別。
器械18′包括單個(gè)的飛輪24′可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架20′的后部。一對(duì)曲柄臂200a和200b從驅(qū)動(dòng)軸84′的兩端在完全相反的方向橫向上伸展，并與腳連桿30a′和30b′的后端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。曲柄臂200a和200b與驅(qū)動(dòng)軸84′固定連接。將能理解在腳連桿30a′和30b′前后運(yùn)動(dòng)時(shí)曲柄臂200a和200b支持腳連桿的后端。關(guān)于這方面，曲柄臂的長(zhǎng)度可以修改以便改變腳連桿的“行程”適應(yīng)使用者不同的腿/褲管內(nèi)縫的長(zhǎng)度。
腳連桿30a′和30b′的前端可轉(zhuǎn)動(dòng)地釘在搖臂或擺臂201a和201b下端的樞軸連接點(diǎn)202。擺臂結(jié)構(gòu)最好是管狀，形狀如狗腿，其上端釘在柱22′的軸204，靠近柱的下部52′和上部54′的連接處。每個(gè)擺臂包括管狀的上部206和管狀的下部208。下部208的上端部分可滑動(dòng)式嚙合在相應(yīng)的上部206的下端部分內(nèi)，從而可選擇地改變擺臂的長(zhǎng)度。擺臂的上、下部可通過任何方便的方式保持互相嚙合，如用橫銷210穿過在擺臂上部形成的直徑對(duì)齊的開口和一組在下部形成的直徑對(duì)齊的開口。
雖然沒有顯示，一個(gè)拉伸的彈簧或其他裝置可以放在擺臂上部和下部的里面，以便將上、下部偏置成互相嚙合。另一種方法是，擺臂上、下部的嚙合可由插入到擺臂結(jié)構(gòu)中的線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其他有源裝置“自動(dòng)”調(diào)節(jié)。
擺臂201a和201b支持腳連桿30a′和30b′的前端沿著弧形路徑212運(yùn)動(dòng)，該路徑由擺臂上端圍繞柱22′的樞軸204和這軸204與樞軸點(diǎn)202之間的徑向距離所確定，轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)202確定腳連桿前端和它相應(yīng)擺臂下端的連接點(diǎn)。將能理解，當(dāng)擺臂上部206和下部208之間的相對(duì)嚙合變化時(shí)可以改變路徑212。這就會(huì)改變使用者鍛煉的跨步運(yùn)動(dòng)，與上面討論的通過改變導(dǎo)向器36的傾斜角可以使跨步運(yùn)動(dòng)改變的方式相同。這樣，器械18′就能夠或者具有上述器械18所提供的相同的優(yōu)點(diǎn)。
裝設(shè)帶型制動(dòng)系統(tǒng)220，以便可選擇地對(duì)飛輪24′施加轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。帶型制動(dòng)系統(tǒng)包括制動(dòng)帶222，帶圍繞飛輪24′的外輪圈和小直徑的拉緊滾輪伸展，該滾輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)226的外/自由端上。線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地釘在安裝支座226上，支座連接到框架42′。將能理解，使用者用機(jī)械、電氣或其他方式可選擇地控制線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)飛輪24′施加所需的摩擦負(fù)荷。還有也可用其他已知的方法對(duì)飛輪24′施加所需的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力。例如可以用卡尺制動(dòng)器(未顯示)與飛輪的外輪圈嚙合，或與飛輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤(未顯示)嚙合。
在圖16中顯示本發(fā)明的還有一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。在腳連桿30a′和30b′與飛輪24a和24b之間裝設(shè)多重樞軸連接。軌式樞軸塊230可轉(zhuǎn)動(dòng)地通過帶螺紋的緊固件232和相匹配的螺母234釘在每個(gè)飛輪24a和24b的孔104中。軌式樞軸塊230在與相應(yīng)飛輪平面近似平行的平面上運(yùn)動(dòng)。腳連桿30a′和30b′的后端是中空的用來接納軌式樞軸塊230。塊安裝銷231穿過腳連桿30a′和30b′后端的頂和底上的相對(duì)的孔，并剛好穿過樞軸塊中的孔將樞軸塊230與腳連桿的后端相連接。從腳連桿30a和30b的后端縱向伸展的槽236，用于裝入緊固件232和234。
理想的軌式樞軸塊大體上是矩形，尺寸適合裝入到中空腳連桿的上、下突緣壁之間。但是，腳連桿突緣部分內(nèi)部的寬度要比軌式樞軸塊的寬度要寬，以便允許腳連桿相對(duì)樞軸塊圍繞安裝銷231作角位移，安裝銷的作用就象樞軸點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)提供的腳連桿與飛輪24a和24b和導(dǎo)向器36之間的連接可以補(bǔ)償飛輪24a和24b以及導(dǎo)向器36對(duì)齊中可能出現(xiàn)的不一致，特別是在腳連桿30a和30b的長(zhǎng)度的橫方向?？梢岳斫猓瑢?duì)本工藝熟悉的人可以改變軌式樞軸塊230的厚度和塊安裝銷231的位置，以便設(shè)計(jì)者按照所希望的公差細(xì)調(diào)該結(jié)構(gòu)使其處于良好狀態(tài)，在本發(fā)明其他部件的對(duì)齊中可能會(huì)產(chǎn)生這種情況。
盡管已經(jīng)描述和說明了本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施方案，將能理解這里可以進(jìn)行各種改變而不會(huì)背離本發(fā)明的宗旨和范疇。
權(quán)利要求
1.模擬各種跨步運(yùn)動(dòng)的一種健身器械，包括框架，具有在其上面確定的樞軸；第一和第二腳連桿，每個(gè)腳連桿包括第一端，第二端和兩者之間的腳支承部分；連接系統(tǒng)，與每個(gè)腳連桿的第一端相連，用于將每個(gè)腳連桿的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到柩軸，從而使該第一端沿著相對(duì)該樞軸的弧形路徑運(yùn)動(dòng)，該連接系統(tǒng)包括樞軸機(jī)構(gòu)，用于將第一和第二腳連桿的第一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接到樞軸，并允許腳連桿在該樞軸和各腳連桿的第一端之間的連接處的側(cè)向角位移；和導(dǎo)向器，用于同腳連桿的第二端嚙合，并當(dāng)各腳連桿的第一端沿著弧形運(yùn)動(dòng)路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)引導(dǎo)腳連桿的第二端沿著預(yù)先選擇的往復(fù)路徑運(yùn)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，其中該連接系統(tǒng)包括圍繞框架樞軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在框架上的第一和第二輪，和將第一和第二腳連桿的第一端與第一和第二輪可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的樞軸機(jī)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求2所述的健身器械，其中第一和第二腳連桿的第一端在相對(duì)框架樞軸所選的位置上與飛輪裝置可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
4.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，其中連接系統(tǒng)在離框架樞軸所選定的各距離處連接腳連桿第一端，以便改變腳連桿第一端相對(duì)框架樞軸運(yùn)動(dòng)的弧形運(yùn)動(dòng)路徑。
5.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，其中連接系統(tǒng)包括第一和第二曲柄臂，每個(gè)曲柄臂的一端圍繞該樞軸可以轉(zhuǎn)動(dòng)，而每個(gè)曲柄臂的另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地銷裝在各自第一和第二腳連桿的第一端上。
6.按照權(quán)利要求5所述的健身器械，其中樞軸機(jī)構(gòu)設(shè)在與樞軸相對(duì)的曲柄臂的各端與第一和第二腳連桿的第一端之間，樞軸機(jī)構(gòu)圍繞第一軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接曲柄臂，圍繞第二軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接第一和第二腳連桿的第一端，而樞軸機(jī)構(gòu)的第一和第二軸是基本相互正交的。
7.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，其中樞軸機(jī)構(gòu)有兩個(gè)正交的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
8.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，其中導(dǎo)向器構(gòu)造為當(dāng)腳連桿的第一端圍繞樞軸運(yùn)動(dòng)時(shí)引導(dǎo)腳連桿的第二端沿著往復(fù)路徑運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)使用健身器械時(shí)，在腳連桿的第二端從往復(fù)路徑的最后端的一點(diǎn)沿著路徑向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，與腳連桿相連的使用者的腳后跟部分開始抬起的速率要比腳趾部分快，而在腳連桿的第二端從往復(fù)路徑的前端沿著往復(fù)路徑向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，使用者的腳后跟部分開始下降的速率要比腳趾部分快。
9.按照權(quán)利要求1所述的健身器械，進(jìn)一步包括控制系統(tǒng)用于有選擇地改變導(dǎo)向器相對(duì)框架的高度和/或角度方向，以便改變第一和第二腳連桿的腳支持部分運(yùn)動(dòng)的路徑。
10.按照權(quán)利要求9所述的健身器械，其中導(dǎo)向器是與地板成傾斜關(guān)系放置的，并可以操作控制系統(tǒng)改變導(dǎo)向器相對(duì)地板的傾斜度。
11.按照權(quán)利要求10所述的健身器械，其中導(dǎo)向器相對(duì)框架的縱向伸展，并大體上與第一和第二腳連桿對(duì)齊，其中導(dǎo)向器包括用于將導(dǎo)向器圍繞一樞軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與框架相連的機(jī)構(gòu)，該控制系統(tǒng)包括用于圍繞導(dǎo)向器樞軸改變導(dǎo)向器相對(duì)框架的方向的機(jī)構(gòu)。
12.按照權(quán)利要求9所述的健身器械，其中控制系統(tǒng)包括用于相對(duì)框架提升和降低導(dǎo)向器的機(jī)構(gòu)。
13.按照權(quán)利要求9所述的健身器械，其中導(dǎo)向器包括第一和第二導(dǎo)軌，且控制系統(tǒng)可操作地與該導(dǎo)軌嚙合以便改變導(dǎo)軌相對(duì)框架的方向。
14.按照權(quán)利要求13所述的健身器械，其中該控制系統(tǒng)可操作地與導(dǎo)軌嚙合以便改變導(dǎo)軌相對(duì)框架的角度方向。
15.按照權(quán)利要求9所述的健身器械，其中導(dǎo)向器由框架可轉(zhuǎn)動(dòng)地支持，且控制系統(tǒng)可操作地與導(dǎo)向器嚙合以便相對(duì)框架提升和降低導(dǎo)向器。
16.按照權(quán)利要求15所述的健身器械，其中導(dǎo)向器包括至少一個(gè)由框架可轉(zhuǎn)動(dòng)地支持的搖臂，并可轉(zhuǎn)動(dòng)地與第一和第二腳連桿的第二端連接。
17.按照權(quán)利要求16所述的健身器械，其中控制系統(tǒng)可操作地與搖臂嚙合以便相對(duì)框架提升和降低搖臂。
18.按照權(quán)利要求16所述的健身器械，其中控制系統(tǒng)包括用于改變搖臂的長(zhǎng)度、從而調(diào)節(jié)導(dǎo)向器的高度的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
一種健身器械包括一對(duì)腳接觸的連桿(30a,30b)。被支持的腳連桿的后端圍繞樞軸(26)轉(zhuǎn)動(dòng),而腳連桿的前端沿著導(dǎo)向器(36)作前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這兩個(gè)腳連桿運(yùn)動(dòng)的組合允許使用者的腳沿著橢圓形的運(yùn)動(dòng)路徑運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向器(36)的傾斜度和/或高度可以有選擇地改變,以便改變使用者鍛煉的跨步運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。在導(dǎo)向器較低的傾斜度/高度時(shí),跨步運(yùn)動(dòng)可以類似于越野滑雪。在逐漸提高導(dǎo)向器(36)的傾斜角或高度時(shí)跨步運(yùn)動(dòng)可以模擬散步,慢跑,跑步和爬山。腳連桿與樞軸的連接允許在與轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)正交的方向上移動(dòng),這樣補(bǔ)償裝置在對(duì)齊時(shí)的不一致。
文檔編號(hào)A63B21/015GK1210472SQ97191135
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
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