专利名称：能够进行适应性弯曲轨道运动的锻炼装置的制作方法大多数锻炼装置提供固定的预定锻炼运动路径。 一些锻炼装置现在提供用户定义的锻炼运动路径。然而，这些锻炼装置采用悬臂的结构元件，增加了结构刚度要求，并且增加了锻炼装置的整体重量。其他锻炼装置提供的运动路径在感觉方面不理想。发明内容本发明的锻炼装置包括框架；第一弯曲轨道，其具有可枢转地由所述框架支撑的第一部分；第二弯曲轨道，其具有可枢转地由所述框架支撑的第一部分；轨道驱动器，其连接到所述第一弯曲轨道的第二部分和所述第二弯曲轨道的第二部分，所述驱动器被构造成升高和降低所述第一弯曲轨道和第二弯曲轨道，或者提供竖直方向相反的运动；第一脚垫，其沿着所述第一弯曲轨道被可动地支撑；以及第二脚垫，其沿着所述第二弯曲轨道被可动地支撑，其中，所述第二脚垫的向前和向后运动分别与所述第一脚垫的向后和向前运动同步，并且所述第一脚垫和第二脚垫被构造成响应于由人对所述第一脚垫和第二脚垫施加的力而在多个不同的可获得路径之间变换。 图1是根据一种示例实施方式的锻炼装置的透视图。 图2是图1所示锻炼装置的另一透视图。 图3是图1所示锻炼装置的截面图。
图4是图1所示锻炼装置的后视图。

图1示出了根据一种示例实施方式的锻炼装置20。如下面进行描述的，锻炼装置20给锻炼的人给提供多种用户可选择的运动路径。用户能够通过简单地对锻炼装置的脚连接部施加不同的力在不同的可获得路径之间变换。锻炼装置20通过相对少(如果有)的悬臂结构元件提供这种运动自由度。因此，可以减小锻炼装置20的结构刚度和整体重量。此外，锻炼装置20提供用户可选择的运动路径，改善了用户的感受。 锻炼装置20包括框架22、轨道26R和26L(统称为轨道26)、轨道驱动器28、竖直可变阻力源30 (见图2)、脚垫32R和32L(统称为脚垫32)、摆臂33R和33L(统称为摆臂33)、脚垫同步器34、水平可变阻力源38以及控制面板42。框架22包括一个或者多个相互紧固、粘接、焊接或者一体形成的结构，以形成构造成支撑锻炼装置20的其他部件的基部、基底或者主支撑体。框架22的部分还用于辅助稳定锻炼装置20，并且提供当安装或者拆卸锻炼装置20时人们可以接合或者握持的结构。 如图1所示，框架22包括基部44、前立柱46和后立柱48。基部44包括沿着锻炼装置20的底部延伸的一个或者多个结构，用于将锻炼装置20支撑在支撑面、地面、基底等上。基部44包括向外延伸的脚部、支座或者伸出部50，其进一步助于稳定锻炼装置20。在其他实施方式中，基部44可具有其他构造。 前立柱46包括提供在锻炼装置20的前部或者前端52处从基部44向上延伸的柱子、支柱、撑杆或者类似物的一个或者多个结构。立柱46支撑控制面板42。立柱46还支撑轨道26和摆臂33，使其可枢转。在其他实施方式中，立柱46可以具有其他构造。在另一些实施方式中，可以省略立柱46。 后立柱48包括提供在锻炼装置20的前部或者前端52从基部44向上延伸的柱子、支柱、撑杆或者类似物的一个或者多个结构。后立柱48悬挂轨道26的一部分。后立柱48还支撑轨道驱动器28和竖直可变阻力源30。 为了描述本发明，术语"连接"是指两个构件直接或者间接相互连接。这种连接可以通过两个构件或者两个构件和任何其他中间构件相互一体形成为整体来实现，或者通过两个构件或两个构件和任何其他中间构相互连接来实现。这种连接的性质可以是永久的，或者可以是可拆卸的或者可释放的。术语"可操作地连接"是指两个构件直接或者间接连接，使得运动可以从一个构件直接或者通过中间构件传递到另一个构件。
轨道26包括一个或者多个能够引导脚垫32运动或者往复运动的结构。每个轨道26具有可枢转地连接到框架22的前立柱上的第一端54和通过轨道驱动器28和框架的后立柱48提升和支撑的升高的第二端55。由于每个轨道26在一端可枢转地支撑并且在第二端被提升和支撑，锻炼的人的重量或者轨道26的重量很少(如果有)以悬臂的方式向外延伸。因此，锻炼装置20的框架22、轨道26和其他部件可以由刚性更弱或者强度更弱的构件或者材料形成，从而减轻重量和成本。 在所示的示例中，轨道26R和26L沿弯曲路径延伸，并且引导脚连接组件30沿着沿平行轴居中的弯曲路径往复运动。由于轨道26是弯曲的或者弓形，在脚垫32来回往复运动时，轨道26平滑地引导脚垫32以弯曲或者弓形路径运动。已经发现，这种弓形路径提供锻炼的人更平滑或者更舒适的感受。具体而言，轨道的弯曲减小或者消除了沿着弯曲轨道的长度的"死点"。如果发生死点，则这种死点会形成这样一些区域，其中需要额外的力或者努力来开始脚连接组件30的运动。 由于轨道26是弯曲的，也提高了稳定性。具体而言，当轨道26处于静止时，脚垫32由于重力自然地沿着轨道26运动到空间的最低点。轨道26没有运动的情况下，脚垫30基本上保持在最低点。因此，当人们安装和拆卸锻炼装置20时，脚垫32更可能保持就位。
根据一种实施方式，轨道26R和26L具有相同的曲率半径，在大约30英寸到大约48英寸之间，标称为大约32英寸。在其他实施方式中，每个轨道26的部分彼此间可以具有不同的曲率半径。例如，在一种实施方式中，每个轨道26的前部可以与后部相比变平缓，以具有更大的曲率半径。在另一种实施方式中，每个轨道26的后部与前部相比可以变平缓，以具有更大的曲率半径。在再一种实施方式中，每个轨道26的前部和后部相比于该轨道26的中部具有更小的曲率半径，其中在轨道26的端部的更小的曲率半径提供用户行程端部的指示。换句话说，当脚垫32接近轨道26的端部时，由于轨道26减小的曲率半径，阻力自然增加。 在所示的具体示例中，每个轨道26包括细长构件，该细长构件具有平滑上表面56和一对侧面通道57。表面56提供与脚垫32之间的平滑的低摩擦界面。在一种实施方式中，表面56可以涂覆有低摩擦材料，例如聚四氟乙烯。 侧面通道57包括沟槽，沟槽用于可滑动地接收从脚垫32伸出的突起，以便引导脚 垫32沿着轨道26运动。在所示的示例中，侧面通道57是C形，以便捕获和保持脚垫32的 突起。由于每个轨道26基本上是对称的，轨道26可以被挤压成型，减小成本和复杂性。在 其他实施方式中，轨道26可以具有其他构造。 轨道驱动器28包括构造成交替地提升和降低轨道26的端部56的驱动机构。轨 道驱动器28位于锻炼装置20的后端58处，并且通过框架22的后立柱48提升和支撑。如 图2所示，轨道驱动器28包括支撑柱60、带引导件62、滑轮64、带66、滑轮组68、中间滑轮 70、带72、杠杆臂74和飞轮76。支撑柱60从框架22的部分52延伸，并且支撑带引导件 62。带引导件62包括滑轮或者辊，带66部分缠绕在其上，并且被弓|导。
滑轮64由框架22的部分52可旋转地支撑。带66包括柔性细长构件，该构件具 有连接或者固定到轨道26R上的第一端258和固定地安装到或者固定到轨道26L上的第二 相对端260。带66至少部分缠绕引导件62并且缠绕滑轮64的下端。因此，带66悬挂轨道 26的端部74，使得轨道26以定相关系运动，彼此相位差180度。换句话说，当轨道26中的 一个上升时，轨道26中的另 一个下降。 滑轮组68、滑轮70、带72、杠杆臂74和飞轮76用于在轨道26运动期间产生动量 或者惯量，以减小或者消除死点或死区，在死点或死区的情况下，会减慢轨道26的运动，例 如当轨道26运行在其行程的上端或者下端时。滑轮组68固定地连接到或者固定到滑轮64 上，以与滑轮64 —起旋转。滑轮组68相比于滑轮64具有减小的外径。滑轮70由框架22 的部分52可旋转地支撑。带72包括缠绕滑轮64和70的连续带。滑轮64、70和带72用 作减速器。 杠杆臂74包括细长构件，该构件具有偏心地并且可旋转地连接到滑轮70上的第 一端260和偏心地并且可旋转地连接到飞轮76上的第二端262。飞轮76可旋转地由框架 22的部分52支撑。杠杆臂74以及端部260和262与飞轮76相连的位置被构造成使得当 轨道26上下运动时，其运动传递到飞轮76，以便沿着单个方向连续旋转飞轮76。飞轮76 的这种连续旋转形成惯量或者动量，来减小或者消除死区或者失速区的发生，在死区或者 失速区的情况下，轨道26的运动会在其行程端部减慢或者停止。 竖直阻力源30包括对于轨道26的端部74的升高和降低而言，阻力可控制的和可 调节的源。在所示的示例中，竖直阻力源30包括涡流制动系统。具体而言，竖直阻力源30 包括磁体79(示意性示出)，其与飞轮76相对地定位，其中飞轮76由铁的或者铁磁的材料 形成。 磁体79包括磁体构件，其被构造和定位成使得对飞轮76施加磁场。在所示的示 例中，磁体79基本上与飞轮76的表面相对地延伸。由磁体79对飞轮76施加的磁场形成 涡流，其自身形成反作用的磁场，阻止飞轮76的相对旋转。通过阻止飞轮76的相对旋转， 也阻止了滑轮64的旋转。因此阻止了轨道26的竖直上下运动。 由磁体79施加的阻力可由锻炼的人调节和选择。在一种实施方式中，磁体79包括 电磁体，其中通过磁体79传送的电流可以变化，以调节磁场和由源30提供的阻力的大小。 在一种实施方式中，传送到磁体79的电流响应于由与控制面板42关联的控制器产生的电 路和控制信号而变化，该控制器会对来自锻炼的人的输入或者存储在存储器中的锻炼程序做出响应，该存储器与控制面板42的控制器关联、连接或者通信。 在另一种实施方式中，可以通过物理地调节飞轮76和磁体79之间的间距或者间隙来调节由磁体79施加的阻力。例如，在一种实施方式中，源30可以包括电磁螺线管、音圈或者其他用于使得飞轮76和磁体79相对于彼此移动以调节间隙的其他机械致动器。在又一种实施方式中，飞轮76可以包括与固定铁构件或者铁磁构件相对地定位的磁体。
脚垫32包括可滑动地连接到轨道26上的结构，用于沿着轨道26往复运动。脚垫32提供了表面，人的脚可以靠在该表面上，并且施加力。如图3所示，每个脚垫32包括脚部平台80、侧壁82和辊84。平台80提供表面，人可以将其脚的底部放置在该表面上。在所示的示例中，每个平台包括侧保持器86，其有助于将人的脚保持在平台80上。在其他实施方式中，每个脚垫32还提供其他结构，用于辅助将人的脚保持在脚垫32上，并且辅助人将力施加到脚垫32上。例如，在其他实施方式中，每个平台80可以还包括踏脚套或踏脚杯。
侧壁82从平台80向外延伸，并且支撑辊84。辊84从侧壁82获取能量，并且捕获在轨道26的侧面通道57中。辊84提供低摩擦界面，用于当脚垫32沿着轨道26往复运动时沿着轨道26保持脚垫32。在其他实施方式中，可以采用其他低摩擦界面。例如，在其他实施方式中，轨道26可以设有一个或者多个辊，其中脚垫32包括接收这些辊的沟槽。在另一种实施方式中，可以采用具有低摩擦表面的滑杆，例如该表面具有聚四氟乙烯。
摆臂33包括连接到脚部轨道26上的细长结构或者结构组件，以便随着轨道26的运动而摆动、枢转或者以其他方式运动。摆臂33便于使人的上体和臂部的锻炼与下体和腿部的锻炼同步。摆臂还将运动传递到脚垫同步器34，长脚垫同步器34用于使得脚垫32R的向前和向后运动与脚垫32L的向后和向前运动同步。在其他实施方式中，提供其他装置用于使得脚垫32的运动同步，摆臂33可以省略或者可以不与脚垫32连接，以固定的位置安装到框架22上。 在所示的示例中，每个摆臂33包括主臂90和中间连杆92。每个主臂90具有第一端部94，其可枢转地连接到相关联的中间连杆92上；第二中间部分96，其可枢转地连接到框架22的立柱46上；以及第三端部98，其提供握柄100。握柄IOO被构造成在锻炼期间由人握持。在所示的示例中，握柄100包括柱，包裹物，带，环或者由软的、可压縮的、高摩擦的橡胶类泡沫或者聚合物材料形成的其他表面区域。在其他实施方式中，握柄100可以省略或者可以与摆臂33的其他部分基本上不能区分。 中间连杆92包括细长连杆，其具有可枢转地连接到摆臂33之一的部分94上的第一端部102和可枢转地连接到脚垫32之一上的第二端部104。中间连杆92在脚垫32和摆臂33的主臂90之间传递运动。在其他实施方式中，每个摆臂33可以具有其他构造。例如，每个摆臂33可以包括额外的连杆。 脚垫同步器34包括构造成使得脚垫32的运动彼此之间同步的机构。具体而言，脚垫同步器34被构造成使得脚垫32R的向前和向后运动与脚垫32L的向后和向前运动同步。脚垫同步器34包括摇臂IIO和同步器连杆112L和112R。摇臂IIO包括可枢转地连接到框架22的立柱46上的结构，用于围绕与摆臂33的主臂90枢转所围绕的轴线基本上垂直的轴线枢转运动。 同步器连杆112L包括具有可枢转地连接到摆臂33L的主臂90上的第一端116和在摇臂110的枢转轴线的第一侧上可枢转地连接到摇臂110上的第二端118的连杆。同步器连杆112R包括具有可枢转地连接到摆臂33R的主臂90上的第一端120和在摇臂110的枢转轴线的第二侧上可枢转地连接到摇臂110上的第二端122的连杆。由于这种构造，当脚垫32L向前运动时，脚垫32R必须向后运动，反之亦然。由于这种构造，脚垫同步器34利用已经由摆臂33提供的结构部件或者连杆，减小了脚垫同步器34的部件数量和复杂性。在其他实施方式中，可以采用其他机构来使得脚垫32的运动同步。例如，可以采用不与摆臂33连接的其他机构来同步脚垫32的运动。 水平阻力源38包括对于脚垫32的向前和向后运动而言，阻力可控制的和可调节的源。在所示的示例中，水平阻力源38包括涡流制动系统。具体而言，水平阻力源38包括磁体130(示意性示出)，其与铁磁构件或者铁构件132相对地定位。 磁体130包括磁体构件，其被构造和定位成使得对构件132施加磁场。在所示的示例中，磁体130基本上与构件132的表面相对地延伸。由磁体130对构件132施加的磁场形成涡流，其自身形成反作用的磁场，阻止构件132的相对旋转。通过阻止构件132的相对旋转，也阻止了摆臂33的枢转运动和脚垫32的水平运动。 在所示的示例中，构件132连接到摇臂110并由摇臂110支撑，以响应于摇臂110的摇动而旋转。磁体130固定地由立柱46支撑，与构件132相对。在其他实施方式中，磁体130可以连接到摇臂110上并且由摇臂110承载，以便响应于摇臂110的摇动而旋转，而构件132以固定的方式由立柱46支撑，与磁体130相对。由于水平阻力源38利用脚垫同步器34和摇臂33的已经存在的部件，减小了部件数量、阻力源38所占据的体积或空间以及复杂性。在其他实施方式中，水平阻力源38可以具有其他构造。在其他实施方式中，水平阻力源38可以替代地不利用同步器34和/或者摆臂33的部件。 在所示的示例中，由磁体130施加的阻力可由锻炼的人调节和选择。在一种实施方式中，磁体130包括电磁体，其中通过磁体130传送的电流可以变化，以调节磁场和由源38提供的阻力的大小。在一种实施方式中，传送到磁体130的电流响应于由与控制面板42关联的控制器产生的电路和控制信号而变化，该控制器会对来自锻炼的人的输入或者存储在存储器中的锻炼程序做出响应，该存储器与控制面板42的控制器关联、连接或者通信。
在另一种实施方式中，可以通过物理地调节构件132和磁体130之间的间距或者间隙来调节由磁体130施加的阻力。例如，在一种实施方式中，源38可以包括电磁螺线管、音圈或者其他用于使得构件132和磁体130中的一个相对于彼此移动以调节间隙的其他机械致动器。 控制面板42包括面板，通过该面板锻炼的人可以观察锻炼装置20的电流设置，并且可以调节锻炼装置20的电流设置。控制面板42还可以提供锻炼的人关于其锻炼规程例如持续时间、燃烧的卡路里等的反馈，或者可以提供锻炼的人关于即将进行的锻炼规程或者进行测试的指示或者结果。在所示的示例中，控制面板42包括显示器154、输入156和控制器158。显示器154包括用于对锻炼的人显示信息的显示器。显示器154可包括液晶显示器，光发射二极管阵列或者用于提供视觉信息的其他装置。 输入156包括锻炼的人可输入选择或指令的一个或者多个机构。输入156可包括触摸板、触摸屏、拨动开关、一个或者多个按钮、鼠标垫、滚轮、滑杆或者各种其他输入装置。控制器158包括一个或者多个处理单元，其连接到显示器184、输入156、竖直阻力源28和水平阻力源38。控制器158也可以连接到一个或者多个传感器上(没有示出)。基于从其阻力源28和38和一个或者多个传感器接收的信息，控制器158可以产生指向显示器154 的控制信号，提供锻炼的人关于其锻炼规程或者锻炼装置20的电流设置的反馈。
在该应用中，术语"处理单元"是指现已开发的或者将来开发的处理单元，其执行 包含在存储器中的指令序列。对指令序列的执行导致处理单元执行一些步骤，例如产生控 制信号。指令可以加载在随机存储器(RAM)中，用于通过处理器单元从只读存储器(R0M)、 大容量存储器或者其他持久存储器执行。在其他实施方式中，硬接线电路可以用来替代软 件指令或者与软件指令结合，来执行所描述的功能。例如，控制器158可以体现为一个或者 多个特定用途集成电路(ASIC)的一部分。除非特别指明，控制器不限于任何硬件电路和软 件的具体结合，也不限于用于由处理单元执行的指令的任何特定的源。基于从输入156接 收的输入，控制器158可以产生控制信号，用于调节由阻力源28或者阻力源38施加的阻 力。这种改变或者调节或者可以响应于所存储的程序或者与控制器158的存储器关联或由 控制器通过有线或无限连接接收的锻炼规程来执行。在另一些实施方式中，显示面板42可 以省略。 总的来说，锻炼装置20给锻炼的人提供多种用户可选择的用于脚垫32的运动路 径。脚垫32的特定运动路径可以简单地通过用户用其脚对脚垫32施加不同的力或者不同 方向力来调节。这种运动路径的变化可以由锻炼的人在锻炼规程或者测试期间"动态"进 行，而锻炼的人不需要从握柄98上拿开手。锻炼装置自动适应人的动作或者动作变化。锻 炼装置提供这种运动自由度，具有很少(如果有)悬臂构件。例如，支撑脚垫32的轨道在 相对两端受支撑，以具有很少(如果有)悬臂部分。同时，轨道26是弓形的或者弯曲的，当 脚垫32沿着各种运动路径运动时提供人更舒适、平滑和宜人的感受。因此，锻炼装置20提 供更结实和可靠的感觉，可以由刚性更弱的材料形成，并且整体重量可以更轻。
尽管已经针对示例实施方式描述了本发明，但是，本领域技术人员了解可以在形 式和细节上对本发明进行变化，而不背离所要求保护的本发明的精神和范围。例如，尽管所 描述的不同的示例实施方式包括提供一个或者多个优点的一个或者多个特征，应当设想， 所描述的特征可以在所描述的示例实施方式中或者其他替代实施方式中相互替换或者相 互结合。由于本发明的技术相对复杂，不是技术上的所有变化是可预知的。针对示例实施
方式进行描述和由权利要求书限定的本发明显然旨在尽可能宽。例如，除非特别指明，限定 有单个具体元件的权利要求也包含多个这种具体元件。


能够进行适应性弯曲轨道运动的锻炼装置。该锻炼装置使得脚垫沿着弯曲轨道往复运动，所述弯曲轨道具有被可枢转地支撑的第一端和相对于彼此交替升高和降低的第二端。