椭圆机构的制作方法

专利名称：椭圆机构的制作方法
技术领域：
本发明描述的设备总体来说涉及训练设备(exercise equipment),
更具体地涉及能用于为使用者提供椭圆踏步训练的训练设备。
背景技术：
现有许多不同类型的训练设备，能通过提供大体椭圆踏步运动来 锻炼使用者的下肢。这些椭圆踏步设备比其他类型的训练设备更具优 势。例如，椭圆踏步运动通常会减少在使用踏板时可能产生的对使用 者膝盖的冲击。此外，椭圆踏步设备有助于产生比某些其他类型的训 练器材更自然的足部运动。椭圆踏步设备的实例包括专利号为 3,316,898、 5,242,343、 5,383,829、 5,499,956、 5,685,804、 5,759,136、 5，762，588、 5,779,599、 5,792,026、 5,899,833、 6，099,439、 6,176,814、 6,217,486和6,846,272的美国专利以及公开号为20050164837的美国专 利申请。
然而，已知的椭圆踏步训练设备具有各种缺点。举例来说，大多 数椭圆机器使用至少一个曲柄，该曲柄围绕固定到机器框架上的轴旋 转，如以上示出的文件中描述的各种设备示例性说明的那样。结果， 要么椭圆机器无法精确符合自然步行或跑步的足部运动，要么要用精 密机构来补偿固定轴曲柄结构的限制。

发明内容
因此本发明所述的机构的一个目的在于提供椭圆踏步训练设备， 该椭圆踏步训练设备具有能更逼近地模拟自然足部运动的踏板。


图1是椭圆踏步设备机构的左手侧部分的侧视图，示出了所述机 构的第一实施例；
图2提供了图1所示的机构的放大且局部剖视的后侧透视图3A、 3B、 3C和3D是示意图，示出了图1所示的机构的操作； 图4是左侧透视图，示出了所描述的机构的第二实施例；并且 图5A、 5B、 5C和5D是示意图，示出了图4所示机构的操作。
具体实施例方式
图1是椭圆踏步设备10的实例，其提供了用于描述产生椭圆足部 运动的摇杆机构的第一和优选实施例的说明环境，该机构总体标记为 12。在这种情况下，椭圆踏步设备10包括框架14，该框架14具有前 竖直支撑构件16和后竖直支撑构件17。在设备10的这个特定实施例 中， 一对踏板18和20固定到一对踏杆22和24上并由这对踏杆22和 24支撑，这对踏杆22和24又枢转连接到一对臂柄摇杆构件26和28。 这里，臂柄摇杆26和28也连接到竖直支撑构件16上的标记为30的 枢轴点，从而为踏杆22和24的前端提供支撑并允许踏杆22和24的 前端的大体水平的、往复的运动。但应理解，也可利用其他方法来支 撑踏杆22和24的前端以便允许基本上水平的运动，这些方法包括使 用与安装到框架14上的导轨(tmck)相接合的滚子。图1所示结构的 优点是一对臂柄32和34可在枢轴点30连接到摇杆26和28，从而使 臂柄32和34与踏板18和20 —起运动。
如图1所示并且更详细地如图2中的透视图所示，机构12的实施 例包括一对摇式连杆36和38，这对摇式连杆36和38在它们的上端处 通过一组轴承安装件(标识为42和44)可旋转地连接到上部轴40上。 在此实施例中，上部轴40被安装到竖直支撑结构或构件17上，使得 摇式连杆36和38的下端可至少进行受限的弧形运动。在优选实施例 .中，轴40例如通过一组轴承安装到构件17上使得轴40也能旋转。同 样在机构12中包括一对摇式连杆轴46和48，摇式连杆轴46和48通 过另一组轴承安装件(标记为50和52)固定到摇式连杆36和38的下 端。轴承安装件50和52允许摇式连杆轴在摇式连杆的下端上旋转。 每个摇式连杆轴46和48都连接到它上以便分别旋转外曲柄臂54和 56。外曲柄54和56的端部因而在套节(hub) 58和60处枢转地连接 到踏板连杆22和24上，从而作为踏杆22和24到正旋转的摇式连杆 轴46和48的连接组件。同样被连接成相对于摇式连杆轴46和48旋 转的是一对内曲柄臂62和64。在此实施例中，内曲柄62和64的端部 经由一对套节70和72连接到一对摇杆构件66和68的一端上。摇杆 构件66和68然后通过总体表示为74的一对轴承连接到框架14上， 这对轴承又通过总体表示为76的一对安装板固定到框架14上。
图3A-3D示出了摇杆机构12的操作。这些图以示意性的形式示出 了机构12的左手侧部分的基本元件。首先，内曲柄62与摇杆66的旋 转的组合会导致摇式连杆36绕上轴40旋转，从而使位于摇式连杆36 下端上的摇式连杆轴46产生受限的弧形运动。当内曲柄62位于360 度位置时，如图3A所示，摇式连杆36基本上竖直；当内曲柄62位于 270度位置时，如图3B所示，摇式连杆36将被旋转到接近于它的最 后端位置；当内曲柄62位于180度位置时，如图3C所示，摇式连杆 36再次基本上竖直；而当内曲柄62位于卯度位置时，如图3D所示， 摇式连杆36将被旋转到接近于其最前位置。这个动作将使套节58处 的踏杆22的后端在实质上为水平的方向上作往复运动。同时，如图 3A-3D所示，与套节58相连的外曲柄臂58的旋转将使踏杆22的后端 基本上在竖直方向上往复运动。这些运动的组合的结果是，在摇式连 杆轴46旋转时，踏杆22在套节58处的后端将沿着实质上为椭圆形的 路径移动，且因此踏板18也将沿着虚线77表示的实质上为椭圆形的 路径移动。应理解，图3A-D所示的各个元件的尺寸可被改变以调整踏 板22经过的椭圆的形状以及水平和竖直的范围。另外，内曲柄62与 踏板曲柄54之间的角度关系在优选实施例中为1S0度，但也可以被改
变以进一步修改脚踏板18的路径。
图1和图2还示出了设备10所利用的阻力机构78的优选实施例。 在该实施例中，阻力机构78优选包括飞轮发电机组件。然而，也能使 用其他类型的阻力装置，诸如交流发电机、涡流制动器或各种机械和 液压装置。并且，在优选实施例中，阻力机构78通过皮带80与摇式 连杆轴46和48相连，其中皮带80用于将安装在飞轮发电机组件78 的轴上的滑轮82连接到被固定以便在上轴40上旋转的另一个滑轮84。 然后，轴40通过一对皮带86和88连接，以与摇式连杆轴46和48 — 起旋转，这对皮带86和88用于将一对滑轮90和92与一对滑轮94和
96相连，滑轮90和92被安装成与上轴40 —起旋转，滑轮94和96 被安装成与摇式连杆轴46和48 —起旋转。在一些情况下，可能希望 提供能维持皮带86与滑轮90和94之间的接合的辅助设备。例如，可 将一对导轮97和98可旋转地连接到张紧托架100上，该张紧托架100 又固定到摇式连杆36上。类似的，为了帮助维持皮带88与滑轮92和 96之间的接合，可将另一对导轮102和104可旋转地连接到张紧托架 106上，该张紧托架106被固定到摇式连杆38上。这样，在这个实施 例中，阻力装置78产生的阻力可被传递到踏板18和20。还应注意到， 在这个实施例中，皮带86和88与轴40 —起用于有效地连接左踏板18， 以与右踏板22 —起操作。
图4示出了椭圆踏步设备200的另一个实例，该椭圆踏步设备包 括用于产生椭圆足部运动的摇杆机构的第二实施例，其总体标记为 202。为了简化说明，设备200的与设备10的元件大体对应的那些元 件使用相同的附图标记来表示。设备200在许多方面与图1和2中的 设备10不同。首先，踏板18和20被显示为固定到一对U形踏板支撑 构件204和206上，这对U形踏板支撑构件204和206被配置成允许 构件204和206分别沿着一对踏杆208和210纵向移动。包括滚子组 件的各种机械方法可用于将踏板18和22支撑在踏杆208和210上， 同时还允许它们沿着踏杆18和22移动。 一对行程连杆212和214枢 转地连接在踏板支撑构件204和206与外曲柄臂54和56之间。类似 的， 一对连杆218和220枢转地连接在踏板支撑构件204和206与摇 杆构件26和28之间。踏杆208和210的一端在枢轴点222和224处 枢转地连接到内曲柄臂62和64上，并且优选地在总体标记为226和 228的另一端处固定到接受器230内。为了允许踏杆208和210进行受 限角度的转动，接受器230自身可以如所示通过枢轴232枢转地固定 到框架14上。结果是，接受器230将允许踏杆208和210绕枢轴点232 进行转动。在此实施例中，踏杆208和210也能造成以下的效果，即 在内曲柄臂62和64在轴46和48上旋转时，摇式连杆36和38能进 行角位移。如设备10那样，诸如飞轮发电机组件78的阻力装置可利 用由皮带80、 86和8S以及滑轮84、 90、 92、 94和96代表的机械装 置连接到轴46和48上。这种情况下，由234表示的枢转安装到一对
支撑构件236和238上的一对导轮可起到皮带张紧器的作用。
图5A-5D使用摇杆机构202的左手侧部分的基本元件以示意性的 形式示出了摇杆机构202的操作。这里，内曲柄62的旋转将导致踏杆 208在枢轴点222处的端部绕轴46旋转。同时，用户足部在踏板18 上的运动传递到行程连杆214和外曲柄18，该运动将使轴46旋转。踏 板18沿着踏杆208的移动和踏杆208在枢轴点222处的端部的基本上 竖直往复运动的组合将致使位于摇式连杆36下端上的轴46进行受限 的弧形运动。当内曲柄62处于90度的位置时，如图5A所示，摇式连 杆36旋转到接近于它的最前方的位置；当内曲柄62处于360度的位 置时，如图5B所示，摇式连杆36将被旋转到基本上竖直的位置；当 内曲柄62处于180度的位置时，如图3C所示，摇式连杆36将再次旋 转到接近于它的最前方的位置；而当内曲柄62处于180度的位置时， 如图3D所示，摇式连杆36将再次基本上竖直。这将导致在摇式连杆 轴46旋转时，踏杆在枢轴点222处的后端将沿着基本上为椭圆形的路 径移动，结果踏板18也将沿着实质上为椭圆形的路径移动。应理解， 图5A-D所示的各个元件的尺寸可被改变以调整踏板22经过的椭圆形 轨迹的形状以及水平和竖直的范围。此外，与设备10—样，内曲柄62 与踏板曲柄54之间的角度关系被显示为180度，但也可以被改变以进 一步改进脚踏板18的路径。
应理解，以上对设备10和200的描写和叙述代表了用于利用该类 型的摇式连杆36和38产生椭圆形足部运动的机构的两个不同方法的 优选实施例。例如，可使用其他组件将摇式连杆型构件连接到脚踏板 或脚踏板组件上，例如使用旋转凸轮装置来代替曲柄臂54、 56、 62和 64。作为另一个实例，优选实施例具有位于设备后部的椭圆产生部分， 如各个附图所示。然而，将这部分机构放到设备前部的情况也可以合 乎要求。此外，应理解诸如"摇式连杆"、"踏杆"、"曲柄臂"和"行 程连杆"等某些术语已经被用于便于理解所描述实施例的构造和操作， 并且不倾向于将所描述的部件限制成任何特定的机械元件或机构。
权利要求
1.一种用于提供椭圆足部运动的训练设备，包括框架，包括在第一端的基本上竖直的支撑结构；第一和第二摇式连杆，每个摇式连杆均在第一端枢转地连接到所述竖直的支撑结构的上部；第一和第二旋转构件，该第一和第二旋转构件分别可旋转地固定到所述第一和第二摇式连杆的第二端；第一和第二踏板组件，每个踏板组件均包括踏板和踏杆；和第一和第二连接组件，用于将所述第一和第二踏板组件的第一端分别连接到所述第一和第二旋转构件，使得所述旋转构件的旋转与所述摇式连杆的所述第二端的弧形移动的组合导致所述踏板进行大体椭圆的移动。
2. 如权利要求1所述的设备，其中每个所述连接组件包括第一 曲柄，该第一曲柄被固定以与所述旋转构件一起旋转，并被连接到所 述踏杆，以有效提供所述踏板的所述椭圆移动的竖直分量。
3. 如权利要求2所述的设备，其中所述第一曲柄还有效地提供 所述踏板的所述椭圆移动的水平分量。
4. 如权利要求3所述的设备，其中所述第一曲柄枢转地连接到 所述踏杆的第一端，使得所述第一端和所述踏板进行大体椭圆移动。
5. 如权利要求2所述的设备，其中每个所述连接组件包括第二 曲柄，该第二曲柄被固定以与所述旋转构件和所述踏板一起旋转，以 有效地使所述摇式连杆的所述第二端进行所述弧形移动。
6. 如权利要求5所述的设备，其中每个所述连接组件包括摇杆 构件，该摇杆构件枢转地连接到所述框架，并连接到所述第二曲柄， 从而有效地使所述摇式连杆的所述第二端进行所述弧形移动。
7. 如权利要求5所述的设备，其中在每个所述踏板组件中，所 述踏板被安装成允许沿着所述踏杆移动，并且每个所述连接组件包括 行程连杆，该行程连杆枢转地连接到所述踏板且枢转地连接到所述第 二曲柄，以有效地使所述踏板在所述旋转构件旋转时沿所述踏杆移动。
8. 如权利要求2所述的设备，其中所述第一和第二旋转构件中的每个包括轴，所述第一曲柄固定到所述轴，其中所述轴分别可旋转 地固定到所述第一和第二摇式连杆。
9. 如权利要求1所述的设备，包括可操作地连接到所述旋转构件的阻力机构。
10. 如权利要求9所述的设备，包括安装到所述竖直的支撑结构 的上部的上轴，且其中所述第一和第二摇式连杆的所述第一端的所述 连接包括将所述第一端枢转地安装到所述上轴。
11. 如权利要求IO所述的设备，包括分别将所述第一和第二旋转 构件可操作地连接到所述上轴的第一和第二挠性构件，且其中所述上 轴可操作地连接到所述阻力机构。
12. 如权利要求ll所述的设备，其中每个所述第一和第二旋转构 件包括下轴和安装成与所述下轴一起旋转的下滑轮，且还包括安装成 与所述上轴一起旋转的一对上滑轮，每个上滑轮都与一个所述下滑轮 相关联，且其中所述第一和第二挠性构件与所述上滑轮和下滑轮接合。
13. 如权利要求12所述的设备，包括将所述上轴连接到所述阻力 机构的第三挠性构件。
14. 如权利要求1所述的设备，其中所述框架包括位于所述框架 的第二端的摇杆支撑构件并包括第一和第二摇杆，该第一和第二摇杆 枢转地固定到所述摇杆支撑构件并分别枢转地固定到所述第一和第二踏板组件的第二端。
15. —种用于具有框架和踏板的训练设备的椭圆移动产生机构， 包括摇式连杆，其上端适于枢转地连接到框架的上部； 第一轴，其旋转连接到所述摇式连杆的下端；第一曲柄臂，其第一端被固定以与所述第一轴一起旋转，且第二端适于固定到踏板；和第二曲柄臂，其第一端被固定以与所述第一轴一起旋转，且第二 端适于固定到支撑踏板的踏杆或框架。
16. 如权利要求15所述的机构，其中所述第二曲柄臂在所述第一 轴上被定向成与所述第一曲柄臂成180度角。
17. 如权利要求15所述的机构，其中第二轴适于安装在框架的所 述上部上，并且所述摇式连杆的所述上端旋转地固定到所述第二轴。
18. 如权利要求17所述的机构，包括被固定成与所述第一轴一起 旋转的第一滑轮、被固定成与所述第二轴一起旋转的第二滑轮和传动 装置，该传动装置可操作地连接到所述第二轴并适于连接到阻力装置。
19. 一种用于在训练装置中产生椭圆足部运动的方法，包括以下 步骤将脚踏板连接到框架，以便于脚踏板进行大体水平的运动；提供摇式连杆，该摇式连杆包括位于上端的枢轴连接点，和可旋 转地连接到下端的一对曲柄臂；将所述枢轴连接点枢转地连接到所述框架的上部，以允许所述下 端进行大体水平的弧形移动；将所述脚踏板连接到一个所述曲柄臂；将另 一个曲柄臂连接到框架或踏杆；首先大体沿第一水平方向移动所述踏板，使所述曲柄臂旋转，从 而使所述摇式连杆的所述下端沿第一大体水平的弧形方向移动，且也 使所述脚踏板沿第一竖直方向移动，其次大体沿第二水平方向移动所 述踏板，使所述曲柄臂继续旋转，从而使所述摇式连杆的所述下端沿 第二大体水平的弧形方向移动，且也使所述脚踏板沿第二竖直方向移 动，其中所述第一和第二移动步骤导致所述脚踏板进行大体椭圆的移 动。
20.如权利要求19所述的方法，其包括将所述曲柄臂连接到阻力装置。
全文摘要
本发明描述了一种用于提供椭圆足部运动的训练设备，其利用一对悬挂在设备框架上部的摇式连杆，这种悬挂至少允许连杆下部进行受限的弧形移动。脚踏板组件连接到位于连杆下部的旋转轴或构件上，从而使脚踏板能响应于踏板上的用户脚步运动而沿着大体椭圆的路径移动。
文档编号A63B21/22GK101347668SQ200810088540
公开日2009年1月21日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年3月28日
发明者E·怀特, J·M·罗古斯, Z·鲁 申请人:布伦斯维克公司