CN101360643B - 蹬踏板的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其适合于站立位置的使用者的蹬踏板的方法和装置。在一实施例中，该装置包括驱动轴(2)，驱动轴(2)绕其轴线的旋转与右侧(10)和左侧(60)两个踏板的旋转相联接。踏板经由多个曲柄(3，53，11，61)、连杆(7，57)和枢轴(6，8，14，56，58，64)相互组装在一起，以便：对于轴的恒定旋转速度，踏板可沿圆形路径自由地行进，踏板的速度以相等的时间间隔但不同相复现，在下止点中心最小，在上止点中心最大，且当踏板同时处于低于轨迹中心高度的一共同高度时，踏板的速度相等。处于站立位置的使用者的重心的竖直振荡与普通的踏板组件相比得以减小。

Description

蹬踏板的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种尤其适合于使用者的站立位置的蹬踏板方法。本发明还涉及一种用于实施该方法的蹬踏板装置或踏板组件。

该装置使使用者能够在类似步行或跑步的自然运动娱乐时蹬踏板。更具体而言，本发明涉及靠使用者的脚所施加的压力驱动的轮式车辆领域，或者静态运动训练装置领域。在本文件的其余部分中，措词“脚踏车”将用来指靠使用者的脚所施加的压力驱动的任何轮式车辆，或者任何静态运动训练装置。

背景技术

在站立位置，在低或中等蹬踏板速率(每分钟30-60转)下，使用者能够在踏板组件上产生比坐姿位置更大的驱动力矩。另外，对人类来说，为进行运动，站立位置比坐姿位置更加自然；事实上，站立位置可避免诸如背痛或颈痛等问题。最后，适合于使用者的持久性站立位置的踏板组件使得能够生产尤其良好适合于人类使用、不带车座、重量轻且具有非常紧凑的尺寸的脚踏车。

然而，该脚踏车不能仅包括任何类型的踏板组件。标准的踏板组件包括：安装在轴承上的驱动轴；垂直于驱动轴刚性固定在驱动轴上的左曲柄和右曲柄。每一曲柄的自由端都包括踏板，踏板绕垂直于曲柄且平行于驱动轴的轴线转动。踏板轴线的运动是以驱动轴为中心的圆，且两个曲柄之间的角度具有180度的固定值。该踏板组件不适合于使用者的持久性站立位置：对于这种踏板组件，使用者在站立位置时蹬踏板的效率(即传递给踏板组件的驱动动力与使用者的肌肉消耗的动力之比)远小于坐姿位置。在下文中，将踏板的最低位置称为踏板的下止点中心，将踏板的最高位置称为上止点中心。

从圆形旋转运动是导致站立使用者使用标准踏板组件时效率很低的原理开始，发明人主要建议了两种类型的解决方案：

-站立使用者的脚按照往复活塞运动蹬踏板的装置，如在名称为“脚踏泵滑板车”的US20020163159A1和名称为“步进式自行车”的WO 0230732A1文件中所揭示，及

-站立使用者的脚按照竖直压扁的圆(圆的形状然后近似为椭圆，其长轴水平)蹬踏板的装置，如名称为“用于锻炼、娱乐和运输的具有可伸缩的可运动踏板的步进式脚踏车”的US20030030245A1中所揭示。

本发明的目的是提出一种适合于使用者的持久性站立位置的蹬踏板方法或装置，并使使用者能够进行流畅和自然和运动，该运动类似于步行或跑步。

发明内容

本目标通过一种蹬踏板方法得以实现：利用两个踏板使驱动轴旋转，这两个踏板沿其各自的闭合曲线轨迹工作并相互之间具有时间延迟，所述闭合曲线轨迹在踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，该蹬踏板方法的特征在于，利用传动机构将踏板的运动传递到轴，传动机构为每一踏板都限定了比在底部部分的平均速度更高的在顶部部分的平均速度，以使踏板等高平面低于闭合轨迹的中间高度。

沿垂直于一水平轴的竖直轴限定每一踏板的高度。应理解，在本文件的其余部分通篇中，竖直轴不一定平行于重力：

-如果(例如)每一踏板的定向(即，使用者的脚沿其停留在踏板上的平面的定向)由使用者的重量限定，该竖直轴就可平行于重力，

-如果(例如)每一踏板的定向由使用者施加的力限定，该竖直轴就可平行于该力，及

-如果(例如)踏板的定向相对于机架保持固定，该竖直轴就可垂直于该机架所停留的地面，而不论地面相对于重力的倾角如何。

该闭合的曲线轨迹可具有近似相等的水平尺寸和竖直尺寸。

在驱动轴绕其轴线以恒定速度旋转时，踏板的速度可为周期性，其周期近似等于踏板之间的时间延迟的两倍。

在驱动轴绕其轴线以恒定速度旋转时，每一踏板的速度可在顶部部分处于其最大值，且在底部部分处于其最小值，且每一踏板的最大速度与最小速度之比可大体介于2与3之间。

在驱动轴绕其轴线以恒定速度旋转时，每一踏板的速度在其轨迹的最高位置近似处于速度最大值，且在其轨迹的最低位置近似处于速度最小值。

当踏板处于等高平面内时，踏板的速度可近似相等。

根据本发明的方法也可包括由使用者在踏板上处于站立位置的使用。

与根据现有技术的方法相比，根据本发明的方法有可能减小处于站立位置在踏板上蹬踏板的使用者的重心的振荡幅度，且因此有可能增大使用者在该位置蹬踏板的效率。

根据本发明的再一特征，提出一种实施根据本发明的方法的蹬踏板装置，其包括：

-联接装置，其用于将驱动轴绕其轴线的旋转联接到右踏板和左踏板的时移(time-shifted)运动，以及

-导向装置，其用于将每一踏板的运动限制到闭合的曲线轨迹，曲线轨迹在所述踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，

其特征在于，联接装置和导向装置形成传动机构的一部分，该传动机构为每一踏板都限定了比在底部部分的平均速度更高的在顶部部分的平均速度，使得踏板的等高平面低于闭合轨迹的中间高度。

当踏板位于等高平面内时，传动机构可适合大体上使踏板的速度相等。

根据符合本发明的第一类装置实施例，驱动轴可穿过机架，且传动机构针对每一踏板可包括：

-导向曲柄，其关节式连接到机架上且不与驱动轴形成一体，及

-踏板枢轴，其将踏板连接到导向曲柄上。

根据符合本发明的第二类装置实施例，传动机构针对每一踏板可包括：

-驱动曲柄，其与驱动轴形成一体，

-传动枢轴，其将踏板连接到驱动曲柄，以及

-用于改变距离的装置，其在驱动轴旋转期间改变该传动枢轴的轴线与驱动轴的轴线之间的距离。

根据该第二类的第一实施例，驱动轴可穿过机架，且传动机构针对每一踏板还可包括：

-导向曲柄，其关节式连接到机架上且不与驱动轴形成一体，

-踏板枢轴，其将踏板连接到导向曲柄上，及

-连杆，其承载踏板枢轴和传动枢轴。

对于该第一实施例：

-踏板可与连杆形成一体，

-每一导向曲柄可通过与驱动轴近似同轴的机架枢轴而关节式连接到机架上。对于每一踏板，踏板枢轴的轴线与传动枢轴的轴线之间的距离可近似地等于机架枢轴的轴线与踏板枢轴的轴线之间的距离的一半。

根据该第二类的第二实施例，驱动轴可穿过机架，且传动机构针对每一踏板还可包括：

-两个导向曲柄，每一导向曲柄都通过机架枢轴而关节式连接到机架上且不与驱动轴形成一体，

-两个踏板枢轴，每一踏板枢轴都将踏板连接到两个导向曲柄的其中一个上，及

-连杆，其承载传动枢轴并与踏板形成一体。

对于该第二实施例，根据本发明的蹬踏板装置还可包括用于稳定导向曲柄的装置，导向曲柄较佳地为平行四边形或可变形的四边形。

对于该第一或第二实施例：

-对于每一踏板，传动枢轴的轴线与驱动轴的轴线之间的最小距离可近似地等于机架枢轴的轴线与由导向曲柄其中之一连接的踏板枢轴的轴线之间的距离的一半，及

-对于每一踏板，传动枢轴的轴线与驱动轴的轴线之间的最大距离可近似地等于机架枢轴的轴线与由导向曲柄其中之一连接的踏板枢轴的轴线之间的距离的1.5倍。

对于根据本发明的该第二类装置实施例，用于改变距离的装置针对每一踏板可包括：

-沿驱动曲柄的凹槽，及

-滚子，其通过在凹槽中滚动而自由运动，且连接到传动枢轴上。

对于每一踏板，凹槽可大体上宽于滚子的直径，以使滚子通过在某个时刻仅在凹槽的一个表面上滚动而在凹槽的长度上运动。

仍对于该第二类实施例，用于改变距离的装置可包括用于改变驱动曲柄的有效长度的装置(例如滑块)。

根据符合本发明的第三类装置实施例，传动机构可包括：

-副轴，其具有大体上平行于驱动轴的轴线，

-用于联接的装置，其将驱动轴绕其轴线的旋转联接到副轴的轴线绕驱动轴的轴线的旋转上，且联接到副轴绕其轴线的旋转上，

且对于每一踏板，包括：

-副曲柄，其与副轴形成一体，及

-踏板枢轴，其将踏板连接到副曲柄。

对于该第三类实施例：

-联接装置可布置成使副轴的轴线绕驱动轴的轴线自由旋转，其角速度近似等于副轴绕其轴线旋转的角速度的两倍，以及

-副曲柄可为副轴的轴线绕驱动轴的轴线旋转的半径的近似4倍。

根据符合本发明的第四类装置实施例，传动机构针对每一踏板可包括：

-第一曲柄，其与驱动轴形成一体，

-第二曲柄，其通过副枢轴连接到第一曲柄上，及

-踏板枢轴，其将踏板连接到第二曲柄上。

对于该第四类实施例，且对于每一踏板：

-驱动轴与第一和第二曲柄可联接成使第二曲柄绕副枢轴的轴线自由旋转，其角速度近似等于副枢轴的轴线绕驱动轴的轴线旋转的角速度的两倍，及

-第一曲柄可近似地为第二曲柄长度的4倍。

根据本发明的蹬踏板装置还可包括传递驱动动力的装置，其用于将来自驱动轴的驱动动力传递到消耗该动力的装置。

根据本发明的蹬踏板装置可整合到车辆或静态运动训练装置中。

附图说明

在查看实施方案的详细说明和随附图式后，本发明的其他优点和特性将变得一目了然，这些实施方案不具有任何限制性，且随附图式中：

-图1图解说明根据本发明的装置的右踏板和左踏板的速度如何随时间变化，该装置还包括驱动轴，且在特定情况下该轴绕其轴线旋转的角速度是恒定的，

-图2是根据本发明的装置的第一类实施例的示意性侧视图，

-图3是根据本发明的装置的第二类实施例的示意性侧视图，

-图4是根据本发明的装置的第三类实施例的示意性侧视图，

-图5是根据本发明的装置的第四类实施例的示意性侧视图，

-图6是根据本发明的装置的第一实施例的总图，

-图7，8，9和10图解说明根据本发明的装置的该第一实施例的四个连续状态的示意性侧视图，

-图11，12，13和14图解说明根据本发明的装置的第二实施例的四个连续状态的示意性侧视图，

-图15图解说明根据本发明的装置的该第二实施例的侧视图，及

-图16图解说明根据本发明的装置的右踏板和左踏板的高度如何随时间变化，该装置还包括驱动轴，且在特定情况下该轴绕其轴线旋转的角速度是恒定的。

具体实施方式

在观察处于站立位置的使用者在标准的踏板组件上蹬踏板时，注意到其重心发生显著的竖直振荡，重心的竖直位置不再靠固定点(例如车座)维持大体上固定。因此，使用者会浪费能量，该能量在踏板到达下止点中心时会耗散掉。因此，蹬踏板效率很低。如果使用者试图减小其重心的振荡幅度，他必须传递一静止力，尤其是在其四头肌处，且该力不产生驱动动力。因此，蹬踏板效率也很低。

对图式的说明将能够详细解释站立在根据本发明的装置上的使用者的重心的振荡与在标准踏板组件上的该同一使用者的振荡相比如何得以减小，这使根据本发明的踏板组件的该使用者能够具有类似于步行或跑步的流畅、自然的运动，以及与根据现有技术的蹬踏板装置相比具有良好的蹬踏板效率。

一种根据本发明的蹬踏板装置大体上包括：

-联接装置，其用于将驱动轴绕其轴线的旋转联接到右踏板和左踏板的时变运动，及

-导向装置，其用于将每一踏板的运动限制到闭合的曲线轨迹，该曲线轨迹在踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，

且其中，联接装置和导向装置形成传动机构的一部分，该传动机构为每一踏板都限定了比在底部部分的平均速度更高的在顶部部分的平均速度，使得踏板的等高平面低于闭合轨迹的中间高度。

首先参考图1和16来说明在驱动轴绕其轴线旋转的角速度恒定的特定情况下，根据本发明的装置的右踏板和左踏板的速度v和高度h如何随时间t变化。对于图1中所示的实例，纵坐标轴上的速度单位是厘米/秒，横坐标轴上的时间单位是秒，且驱动轴以每秒钟1转的恒定速度旋转。对于图16中所示的实例，纵坐标轴上的高度单位是厘米，横坐标轴上的时间单位是秒，且驱动轴以每秒钟1转的恒定速度旋转。踏板和驱动轴经布置以使驱动轴利用两个踏板旋转，使两个踏板沿各自的闭合曲线轨迹运行且它们之间具有时间延迟

该闭合曲线轨迹在踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，踏板的运动经由一传动机构传递到该轴，传动机构为每一踏板都限定了比在底部部分的平均速度更高的在顶部部分的平均速度，以使踏板的等高平面低于闭合轨迹的中间高度。对于驱动轴绕其轴线的恒定旋转速度，踏板的速度变化是周期性的，右踏板的速度45和左踏板的速度46具有近似等于时间延迟43的两倍的周期T44。在图16中，已将踏板的等高平面的高度设定为高度零点(h＝0)。应注意，在本图中，每一踏板的最高位置与每一踏板的最低位置相比更加远离等高平面；换言之，踏板的等高平面位于踏板的轨迹的中间高度以下。

图1和16对应于如下较佳情况：每一踏板的速度在其轨迹的最高位置移动经过最大值47且在其轨迹的最低位置移动经过最小值48，以及一个踏板的速度的最大值47和另一踏板的速度的最小值48出现在同一时刻：换言之，当一踏板到达其上止点中心时，另一踏板到达其下止点中心。在周期44内，踏板在两个均等时刻49、50同时处于等高位置，均等时刻49、50对应于踏板下降然后上升的时刻。应注意，在图1中，速度最大值47与最小值48之比大约为3。多个实施例使获得实施本方法的蹬踏板装置成为可能。

将参考图2-5描述根据本发明的装置的四类实施例的左侧(因此驱动轴线的旋转方向是逆时针)的示意性侧视图。这些实施例包括右踏板、左踏板和绕其轴线9自由旋转的驱动轴。在这些图示中，显示水平轴线X和竖直轴线Y(以任意的长度单位分刻度)，以及右踏板的5个连续位置D₀，D₁，D₂，D₃和D₄及左踏板的5个连续位置G₀，G₁，G₂，G₃和G₄。具有同一下标的位置是同时出现的。对于驱动轴绕其轴线9的恒定旋转速度，连续下标的位置暂时间隔1/16的踏板运动周期。

图2中所示的第一类的每一实施例都包括右导向曲柄11和左导向曲柄61。驱动轴穿过一机架。导向曲柄彼此不成一个整体且与驱动轴不成一个整体，且例如靠枢轴关节式连接到机架上，该枢轴的轴线平行于驱动轴的轴线。每一实施例还包括右踏板枢轴8和左踏板枢轴58，其分别将相应的右踏板或左踏板连接到相应的右导向曲柄或左导向曲柄。在此类中，踏板沿曲线12的圆运动。导向曲柄和驱动轴可例如靠一组非圆形齿轮或者靠一组链子和非圆形链轮联接。

图3中显示的第二类的每一实施例都包括具有可变有效长度的右驱动曲柄3和左驱动曲柄53，右驱动曲柄3和左驱动曲柄53与驱动轴形成一体且它们之间形成180度的角度。每一实施例还包括右传动枢轴6或左传动枢轴56，其分别将相应的右踏板或左踏板连接到相应的右驱动曲柄或左驱动曲柄。对于此类，踏板不一定沿曲线40的圆运动。

图4中显示的第三类的每一实施例都包括：副轴，其具有大体上平行于驱动轴的轴线15；联接装置，其用于将驱动轴绕其轴线9的旋转联接到副轴的轴线15绕驱动轴的轴线9的旋转，且联接到副轴绕其轴线15的旋转。每一实施例都还包括右副曲柄16和左副曲柄17，右副曲柄16和左副曲柄17与副轴形成一体且它们之间形成180度的角度，以及相应的右踏板枢轴8或左踏板枢轴58，其分别将相应的右踏板或左踏板连接到相应的右副曲柄或左副曲柄。如果：

-联接装置布置成副轴的轴线15绕驱动轴的轴线9自由旋转，其角速度大体上等于副轴绕其轴线15旋转的角速度的两倍，及

-右副曲柄16和左副曲柄17近似地为副轴的轴线15绕驱动轴的轴线9旋转半径的4倍，

此类实施例就实施一种根据本发明的方法。对于此类，踏板不一定沿曲线41的圆运动。

图5中显示的第四类的每一实施例都包括第一右曲柄18和左曲柄19，其与驱动轴形成一体且其间形成180度的角度。每一实施例都还包括相应的右第二曲柄22或左第二曲柄23，右第二曲柄22或左第二曲柄23靠相应的右副枢轴24或左副枢轴25连接到相应的第一右曲柄或左曲柄，以及将相应的右踏板或左踏板连接到相应的右第二曲柄或左第二曲柄的相应的右踏板枢轴8或左踏板枢轴58。如果：

-驱动轴与第一曲柄18，19和第二曲柄22，23联接成使相应的右第二曲柄22或左第二曲柄23绕相应的右副枢轴24或左副枢轴25的轴线自由旋转，其角速度近似等于相应的右副枢轴24或左副枢轴25绕驱动轴的轴线9旋转的角速度的两倍，且

-相应的右第一曲柄18或左第一曲柄19大体上为相应的右第二曲柄22或左第二曲柄23的4倍，

此类实施例就实施一种根据本发明的方法。对于此类，踏板不一定沿曲线42的圆运动。

现在将参考图6，7，8，9和10来描述一种根据本发明的蹬踏板装置(或踏板组件)的第一实施例。此第一实施例既属于前面所述的第一类实施例，也属于前面所述的第二类实施例。图6图解说明一种根据本发明的蹬踏板装置的该第一实施例的总图。图7，8，9和10图解说明该同一装置在旋转中的四个连续状态的示意性侧视图。在此第一实施例中，蹬踏板装置包括驱动轴2，其大体上垂直于由水平轴线1和竖直轴线51形成的平面。图1中未显示这些轴线。这是将竖直轴线限定为大体上平行于重力的情况。竖直轴线作为高度衡量的基础，其限定任何物体(例如踏板)的高度。驱动轴穿过机架且绕其轴线相对于机架自由旋转。驱动轴2与一物件(例如伞齿轮或光滑圆环)形成一体，该物件在这些图式中未显示，其位于机架的内侧或外侧，且能够将驱动轴2的旋转产生的驱动动力经由链、带或轴传递到消耗该动力的任何装置(例如后轮)或静态运动训练装置的能量耗散系统。驱动轴在由轴线1和51形成的平面的右侧与右驱动曲柄3形成一体，且在该平面的左侧与左驱动曲柄53形成一体。这两个驱动曲柄都大体上垂直于驱动轴，且其间形成大体上等于180度的角度。因此，驱动轴的旋转与驱动曲柄的旋转形成一体。将相应的右驱动曲柄3或左驱动曲柄53经由其轴线大体上平行于驱动轴的相应的右传动枢轴6或左传动枢轴56连接到相应的右连杆7或左连杆57。相应的右传动枢轴或左传动枢轴与大体上垂直于驱动轴的相应的右连杆或左连杆形成一体。相应的右连杆或左连杆与相应的右踏板枢轴8或左踏板枢轴58的轴线形成一体，右踏板枢轴8或左踏板枢轴58本身与相应的右踏板10或左踏板60形成一体。踏板枢轴的轴线大体上平行于驱动轴。相应的右导向曲柄11或左导向曲柄61绕相应的右机架枢轴14或左机架枢轴64(这里与驱动轴2同轴)并绕相应的右踏板枢轴8或左踏板枢轴58的轴线自由旋转。因此，每一导向曲柄经由驱动轴关节式连接到机架，驱动轴作为机架枢轴的轴杆。此第一实施例还包括相应的右装置4，5和左装置54，55，其用于改变相应的右传动枢轴6或左传动枢轴56与驱动轴2的轴线之间的距离。这些改变距离的装置包括相应的右纵向凹槽4或左纵向凹槽54，相应的右滚子5或左滚子55在右纵向凹槽4或左纵向凹槽54中滚动。该纵向凹槽稍微地宽于滚子的直径，以使滚子交替在停靠在纵向凹槽的两个表面的每一者上而不会刮擦另一表面。滚子具有其表面可为凸形或凹形的衬垫，在这种情况下，纵向凹槽的两个表面具有与滚子的形状互补的形状，使得纵向凹槽的两个表面的其中一个与滚子之间的接触表面始终是凸形或凹形曲线，且因此滚子不能脱离纵向凹槽。相应的右滚子5或左滚子55绕相应的右传动枢轴6或左传动枢轴56的轴线旋转。滚子和传动枢轴的轴线可经由球形接头(未显示)连接，该球形接头使它们即使在传动枢轴的轴线不完全垂直于驱动曲柄的情况下也能够彼此相对旋转。

驱动曲柄的作用是将驱动力传递到驱动轴。导向曲柄的作用是引导踏板做圆形运动，且因此承受驱动力矩之外的所有力。连杆的作用是联接驱动曲柄和导向曲柄，且将驱动力传递到驱动曲柄。纵向凹槽的作用是改变传动枢轴的轴与驱动轴的轴之间的距离。

较佳地：

-对于每一踏板，踏板枢轴8或58的轴线与传动枢轴6或56的轴线之间的距离近似地等于机架枢轴4或64的轴线与踏板枢轴8或58的轴线之间的距离的一半，

-对于每一踏板，传动枢轴6或56的轴线与驱动轴2的轴线之间的最小距离近似地等于机架枢轴4或64的轴线与踏板枢轴8或58的轴线之间的距离的一半，且

-对于每一踏板，传动枢轴6或56的轴线与驱动轴2的轴线之间的最大距离近似地等于机架枢轴4或64的轴线与踏板枢轴8或58的轴线之间的距离的1.5倍。

图7、然后图8、然后图9且最后10按顺序显示当驱动轴2在每一图式之间顺时针转动1/4转时踏板组件的四个连续状态。因此，有且仅有两个径向对置的位置，在这两个径向对置的位置右驱动曲柄和左驱动曲柄与导向曲柄对齐。图7显示这些位置的其中一个。由于在该图中枢轴、曲柄和凹槽均对齐，所以很难区分所有这些元件。

踏板圆形运动的优点在于，其适合于产生良好的机械动力且从机械的角度来看很简单。在驱动轴旋转期间，右踏板和左踏板沿作为曲线12的同一圆(仅仅在图7，8，9和10中显示)运动。将相应的右踏板枢轴8或左踏板枢轴58的轴线连接到圆心(位于驱动轴2上)的直线平行于相应的右导向曲柄11或左导向曲柄61。右踏板枢轴在圆12上的一位置对应于左踏板枢轴在圆12上的单个位置。在踏板运动期间，右导向曲柄和左导向曲柄之间的角度变化，并当踏板大体上处于同一高度时移动经过最小值α，如图9所示。踏板处于相等高度的平面位于踏板的圆形轨迹的中心以下。在数量级上，最小角度较佳地等于120°。角度α越小，根据本发明的蹬踏板装置与标准的踏板组件的差异越大。仍从数量级的观点来看，从图7可见，当驱动曲柄与水平轴线1对齐时，水平轴线1与左踏板60之间的距离近似地等于

，其中r是圆12的半径。当驱动轴如图9所示旋转1/4转时，水平轴线1与左踏板60之间的距离等于r。这便能够估计一条腿伸直的使用者在根据本发明的蹬踏板装置的此第一实施例上处于持久站立位置时其重心的振荡幅度约为 $\frac{3}{2}r-r=\frac{r}{2}$ 。在标准踏板组件情况下，类似的推理能够将振荡幅度估计为等于r。因此，根据本发明的踏板装置的此第一实施例能够将处于站立位置的使用者的重心的振荡幅度与标准的踏板组件相比减小1/2。因此，使用者的腿的运动类似于步行或跑步。当然，在步行时，与步行者的重心相比，与地面接触的脚的运动速度小于另一只脚。角度α且因此重心的振荡幅度与标准踏板组件相比的除数取决于连杆、曲柄、踏板的长度，且还取决于枢轴的布置位置。从图7移动到图8，再到图9且最后到图10，人们会注意到：

-驱动轴2在每一图式之间顺时针转动1/4转，

-右踏板10具有在每一图式之间递减的角速度，在这些四个图式中，右踏板从顶部向底部移动，及

-左踏板60具有在每一图式之间递增的角速度，在这些四个图式中，左踏板从底部向顶部移动。

因此，处于高于第二踏板的位置的第一踏板具有比该第二踏板较大的速度。处于最大高度位置的踏板的速度最大，这会限制上止点中心的影响，并意味着在该位置该踏板相对于驱动轴的杠杆臂也处于其最大值。处于最小高度位置的踏板的速度处于最小值，这会限制在下止点中心与使用者的重心沿竖直轴线51的运动相关的动能耗散，且意味着在该位置该踏板相对于驱动轴的杠杆臂也处于其最小值。

驱动轴2相对于机架自由地旋转。因此，无论机架在由水平轴线1和竖直轴线51形成的平面内的方位如何，都是使用者的重量维持每一踏板的定向，无论其在其圆形轨迹上的位置如何。

人们能够想像对该第一实施例进行变化。因此，能够通过使连杆与踏板不形成一体来对其进行修改。于是，可以靠合适的装置(较佳地，与相应的右导向曲柄或左导向曲柄以及机架的一个零件形成可变形的四边形的两个关节式连接的杆)使相应的右连杆或左连杆的定向相对于机架或者相应的右踏板或左踏板的定向保持固定。

现在将参考图11，12，13，14和15来描述一种根据本发明的装置的第二实施例。图11，12，13和14图解说明该装置在旋转中的四个连续状态的示意性侧视图。图15图解说明一种根据本发明的装置的该第二实施例的侧视图。此第二实施例既属于前面所述的第一类实施例，也属于前面所述的第二类实施例。在该第二实施例中，装置包括驱动轴2、机架、右驱动曲柄3和左驱动曲柄53、右纵向凹槽4和左纵向凹槽54、右滚子5和左滚子55以及与前面所述的实施例相同的右传动枢轴6和左传动枢轴56。第一轴线21限定水平线，且第二轴线71限定竖直线。对于该实施例，将水平线限定为平行于踏板的方向，踏板的定向(即使用者的脚沿其停留在踏板上的平面的定向)相对于机架保持固定，于是竖直线不一定与重力平行。相应的右传动枢轴6或左传动枢轴56的轴线与大体上垂直于驱动轴的相应的右连杆27或左连杆77形成一体。连杆27和77可采用三角形的形状，该三角形的底边定向朝下。相应的右连杆或左连杆与相应的右踏板30或左踏板80形成一体，且相应的右踏板30或左踏板80绕相应的第一右踏板枢轴28或左踏板枢轴78的轴线以及绕相应的第二右踏板枢轴29或左踏板枢轴79自由地旋转。踏板枢轴28，29，78，79的轴线大体上平行于驱动轴。相应的第一右导向曲柄31或左导向曲柄81绕相应的第一右机架枢轴33或左机架枢轴34自由地旋转，且与相应的第一右踏板枢轴28或左踏板枢轴78的轴线形成一体。相应的第二右导向曲柄32或左导向曲柄82绕相应的第二右机架枢轴35或左机架枢轴36自由地旋转，且与相应的第二右踏板枢轴29或左踏板枢轴79的轴线形成一体。无论机架相对于使用者的重量的方向的定向如何，踏板都靠导向曲柄相对于机架的定向保持固定。

驱动曲柄、导向曲柄、连杆和纵向凹槽的作用与前面所述的第一实施例相同。

图11、然后图12、然后图13且最后14按顺序显示当驱动轴2在每一图式之间顺时针转动1/4转时该装置的四个连续状态。因此，有且仅有两个径向对置的位置，在这两个径向对置的位置右驱动曲柄和左驱动曲柄与导向曲柄平行。图11显示这些位置的其中一个。

机架枢轴33，34，35和36沿水平轴线21与驱动轴大体对齐。沿竖直轴线71为每一踏板限定一高度。在驱动轴旋转期间，右踏板和左踏板大体上沿例如同一曲线12的圆运动。右传动枢轴在圆12上的一位置对应于左传动枢轴在圆12上的单个位置。将左传动枢轴连接到圆12的中心的线段与将右传动枢轴连接到圆12的中心的线段之间的角度在踏板运动期间变化，且当踏板大体上处于同一高度时移动经过最小值：在图13中图解说明了这种情况。与第一实施例中相同，该角度变化使在根据本发明的踏板装置的此第二实施例上处于站立位置的使用者的重心的振荡幅度与标准的踏板组件相比得以减小。因此，使用者的腿的运动类似于步行或跑步。

从图11移动到图12，再到图13且最后到图14，人们会注意到：

-驱动轴2在每一图式之间顺时针转动1/4转，

-右踏板30具有在每一图式之间递减的角速度，在这些四个图式中，右踏板从顶部向底部移动，及

-左踏板80具有在每一图式之间递增的角速度，在这些四个图式中，左踏板从底部向顶部移动。

处于高于第二踏板的位置的第一踏板具有比该第二踏板较大的速度。处于最大高度位置的踏板的速度最大，这会限制上止点中心的影响，并意味着在该位置该踏板的杠杆臂相比于驱动轴也处于最大值。处于最小高度位置的踏板的速度处于其最小值，这会限制在下止点中心与使用者的重心移动相关的动能耗散，且意味着在该位置该踏板相对于驱动轴的杠杆臂本身也处于其最小值。

对于第二实施例，由两个右导向曲柄31和32、两个右机架枢轴33和35、两个右踏板枢轴28和29以及右踏板30构成的可变形平行四边形具有不稳定的位置，如同任何可变形的平行四边形，这对应于右机架枢轴和右踏板枢轴对齐的情况。这同样适用于左侧。与示意性图式11，12，13和14相比，图15更加详细，其中还显示了用于稳定导向曲柄的装置。

用于稳定导向曲柄的装置包括第一和第二右稳定连杆65和67，第一和第二右稳定枢轴72和74，右连接连杆62，第一和第二左稳定连杆66和68，第一和第二左稳定枢轴73和75，以及左连接连杆63。

相应的第一右稳定连杆65或第一左稳定连杆66与相应的第一右踏板枢轴28或第一左踏板枢轴78形成一体，且与其轴线大体上平行于驱动轴2的第一右稳定枢轴72或第一左稳定枢轴73形成一体。相应的第二右稳定连杆67或左稳定连杆68与相应的第二右踏板枢轴29或左踏板枢轴79形成一体，且与其轴线大体上平行于驱动轴2的相应的第二右稳定枢轴74和第二左稳定枢轴75形成一体。相应的右连接连杆或左连接连杆绕相应的第一和第二右稳定枢轴72和74或第一和第二左稳定枢轴73和75旋转。因此，稳定装置形成两个稳定所有导向曲柄的可变形的平行四边形。

当然，本发明不限于刚才描述的实例，且可对这些实例进行为数众多的调整，此不超过本发明的范围。具体而言，可在改变根据本发明的踏板组件的传动枢轴和驱动轴的轴线之间的距离方面设想为数众多的变化。在前面的描述中，所给出的驱动曲柄的实例包括滑块或传动枢轴在其内部滑动的纵向凹槽。也可设想以下情形：每一驱动曲柄由两个物件组成，一个物件在另一个内部滑动，以使这些驱动曲柄的有效长度变化，从而使传动枢轴的轴线与驱动轴的轴线之间的距离变化。最后，在前面所述的实例中，当一个踏板到达其上止点中心时，另一个踏板同时到达其下止点中心。在其他实施例中，一踏板的上止点中心可大体上对应于另一踏板的下止点中心，允许有几度的小误差，这具有使使用者易于移动经过这些止点中心的效果。

Claims (28)

1.一种蹬踏板的方法，其利用两个踏板(10，30，60，80)使驱动轴(2)旋转，所述两个踏板(10，30，60，80)沿各自的闭合曲线轨迹(12，40，41，42)运行且其间具有时间延迟(43)，所述闭合曲线轨迹(12，40，41，42)在所述踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，所述方法的特征在于，将所述踏板的运动利用传动机构传递到所述轴，所述传动机构为每一踏板都限定了比在所述底部部分的平均速度更高的在所述顶部部分的平均速度，以使所述踏板的等高平面低于所述闭合曲线轨迹的中间高度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述闭合曲线轨迹(12，40，41，42)具有相等的水平尺寸和竖直尺寸。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述驱动轴(2)绕其轴线(9)恒定速度的旋转，所述踏板的速度(45，46)是周期性的且具有等于所述时间延迟(43)的两倍的周期(44)。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述驱动轴(2)绕其轴线(9)恒定速度的旋转，每一踏板的速度(45，46)都在所述顶部部分最大且在所述底部部分最小，且其中，每一踏板的所述最大速度与所述最小速度之比介于2和3之间。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所述驱动轴(2)绕其轴线(9)恒定速度的旋转，每一踏板的速度在其轨迹的最高位置最大且在其轨迹的最低位置最小。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述踏板的速度(45，46)在其处于所述等高平面内时相等。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其还包括由使用者在所述踏板上处于站立位置的使用。

8.一种实施根据权利要求1至7中任一项所述方法的蹬踏板装置，包括：

-联接装置，其用于将驱动轴(2)绕其轴线(9)的旋转联接到右踏板(10，30)和左踏板(60，80)的时移运动，以及

-导向装置，其用于将每一踏板的所述运动限制到闭合曲线轨迹(12，40，41，42)，所述闭合曲线轨迹(12，40，41，42)在所述踏板处于相等高度的平面的任一侧上具有顶部部分和底部部分，

其特征在于，所述联接装置和所述导向装置形成传动机构的一部分，所述传动机构为每一踏板都限定了比在所述底部部分的平均速度更高的在所述顶部部分的平均速度，以使所述等高平面低于所述闭合轨迹的中间高度。

9.如权利要求8所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述传动机构适合当所述踏板(10，30，60，80)处于所述等高平面时使其速度(45，46)相等。

10.如权利要求8所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述驱动轴(2)穿过机架，且其中，所述传动机构针对每一踏板(10，60)都包括：

-导向曲柄(11，61)，其关节式连接到所述机架上且不与所述驱动轴形成一体，及

-踏板枢轴(8，58)，其将所述踏板连接到所述导向曲柄上。

11.如权利要求8所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述传动机构对每一踏板都包括：

-驱动曲柄(3，53)，其与所述驱动轴(2)形成一体，

-传动枢轴(6，56)，其将所述踏板连接到所述驱动曲柄；以及

-用于改变距离的装置(4，5，54，55)，其用于在所述轴的旋转期间改变所述传动枢轴(6，56)的轴线与所述驱动轴(2)的轴线之间的距离。

12.如权利要求11所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述驱动轴穿过机架，且其中，所述传动机构对每一踏板还包括：

-导向曲柄(11，61)，其关节式连接到所述机架上且不与所述驱动轴形成一体，以及

-踏板枢轴(8，58)，其将所述踏板(10，60)连接到所述导向曲柄上，以及

-连杆(7，57)，其承载所述踏板枢轴(8，58)和所述传动枢轴(6，56)。

13.如权利要求12所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述踏板(10，60)与所述连杆(7，57)形成一体。

14.如权利要求12所述的蹬踏板装置，其特征在于，每一导向曲柄(11，61)均通过与所述驱动轴(2)同轴的机架枢轴(14，64)而关节式连接到所述机架上。

15.如权利要求14所述的蹬踏板装置，其特征在于，对于每一踏板(10，60)，所述踏板枢轴(8，58)的轴线与所述传动枢轴(6，56)的轴线之间的距离等于所述机架枢轴(14，64)的轴线与所述踏板枢轴(8，58)的轴线之间的距离的一半。

16.如权利要求11所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述驱动轴(2)穿过机架，且其中，所述传动机构对每一踏板(30，80)还包括：

-两个导向曲柄(31，32，81，82)，其分别通过所述机架枢轴(33，34，35，36)而关节式连接到所述机架上且与所述驱动轴分离，以及

-两个踏板枢轴(28，29，78，79)，其分别将所述踏板(30，80)连接到所述两个导向曲柄其中之一上，及

-连杆(27，77)，其承载所述传动枢轴(6，56)并与所述踏板形成一体。

17.如权利要求16所述的蹬踏板装置，其特征在于，其还包括用于稳定所述导向曲柄(31，32，81，82)的装置(65，66，67，68，62，63，72，73，74，75)。

18.如权利要求14至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，对于每一踏板(10，30，60，80)，所述传动枢轴(6，56)的轴线与所述驱动轴(2)的轴线之间的最小距离等于所述机架枢轴(14，64，33，34，35，36)的轴线与由所述导向曲柄(11，61，31，32，81，82)其中之一所连接的所述踏板枢轴(8，58，28，29，78，79)的轴线之间的距离的一半。

19.如权利要求14至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，对于每一踏板(10，30，60，80)，所述传动枢轴(6，56)的轴线与所述驱动轴(2)的轴线之间的最大距离等于所述机架枢轴(14，64，33，34，35，36)的轴线与由所述导向曲柄(11，61，31，32，81，82)其中之一所连接的所述踏板枢轴(8，58，28，29，78，79)的轴线之间的距离的1.5倍。

20.如权利要求11至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述用于改变距离的装置对每一踏板都包括：

-沿所述驱动曲柄(3，53)的凹槽(4，54)，以及

-滚子(5，55)，其通过在所述凹槽中滚动而自由运动，且连接到所述传动枢轴(6，56)上。

21.如权利要求20所述的蹬踏板装置，其特征在于，对于每一踏板，所述凹槽的宽度均大于所述滚子的直径。

22.如权利要求11至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述用于改变距离的装置包括用于改变所述驱动曲柄的有效长度的装置。

23.如权利要求8或9所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述传动机构包括：

-副轴，其具有平行于所述驱动轴的轴线(15)，

-用于联接的装置，其用于将所述驱动轴绕其轴线的旋转联接到所述副轴的所述轴线(15)绕所述驱动轴的轴线(9)的旋转上并联接到所述副轴绕其轴线(15)的旋转上，

且其中，所述传动机构对每一踏板还包括：

-副曲柄(16，17)，其与所述副轴形成一体，以及

-踏板枢轴(8，58)，其将所述踏板连接到所述副曲柄。

24.如权利要求23所述的蹬踏板装置，其特征在于：

-所述联接装置布置成使所述副轴的所述轴线(15)绕所述驱动轴的所述轴线(9)自由旋转，其角速度等于所述副轴绕其轴线(15)旋转的角速度的两倍，以及

-副曲柄(16，17)为所述副轴的所述轴线(15)绕所述驱动轴的所述轴线(9)的旋转半径的4倍。

25.如权利要求8或9所述的蹬踏板装置，其特征在于，所述传动机构对每一踏板都包括：

-第一曲柄(18，19)，其与所述驱动轴形成一体，

-第二曲柄(22，23)，其通过副枢轴(24，25)连接到所述第一曲柄上，以及

-踏板枢轴(8，58)，其将所述踏板连接到所述第二曲柄上。

26.如权利要求25所述的蹬踏板装置，其特征在于，对于每一踏板：

-所述驱动轴(2)与所述第一曲柄(18，19)和所述第二曲柄(22，23)联接成使所述第二曲柄(22，23)绕所述副枢轴(24，25)的轴线自由旋转，其角速度等于所述副枢轴(24，25)的所述轴线绕所述驱动轴的所述轴线(9)旋转的角速度的两倍，以及

-所述第一曲柄(18，19)的长度为所述第二曲柄(22，23)长度的4倍。

27.如权利要求8至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，其还包括传递装置，将来自所述驱动轴的驱动动力传递到消耗所述动力的装置上。

28.如权利要求8至17中任一项所述的蹬踏板装置，其特征在于，其与车辆或静态运动训练装置形成一体。

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