CN102188790B - 可调整踏板轨迹的椭圆运动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，它包含各具有前、后两端的左、右两支撑杆，各支撑杆的前端枢接在一曲柄外端而可绕圆旋转，后端枢接在一摆臂底端而可前后摆荡，使得两端之间所支撑的踏板会沿一大致呈椭圆形的轨迹循环运动；其特征在于，各摆臂的顶端悬吊在一侧架上，各侧架具有一第一杆体及一第二杆体，第一杆体具有顶、底两端，其中的底端枢接在机台的主架体底部，第二杆体具有前、后两端，其中的后端枢接在第一杆体的顶端，而前端则连接在一驱动装置上，可被驱动而前后移动，使得摆臂顶端对应地前后移动而改变踏板轨迹。

Description

可调整踏板轨迹的椭圆运动机

技术领域

本发明与运动健身器材有关，特别是指一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机(Elliptical)。

背景技术

公开号为101327366的中国早期专利公开案揭示了一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其结构主要包含设置在机台前端的一曲柄机构、设置在后端的左、右二悬臂、耦接曲柄机构左、右二曲柄与前述二悬臂的左、右二支撑杆，以及分别受前述二支撑杆支撑并被导引在类似椭圆形轨迹上运动的左、右二踏板，主要特征在于前述二悬臂是分别悬吊在左、右二架体上，各架体具有刚性连接的一纵杆段及一横杆段，前述纵杆段的底端依一对应左右轴向的轴线枢接在固定骨架的底部后端，前述横杆段则由纵杆段顶端往前延伸，前端连接在骨架前端的一驱动装置上，可被驱动而沿椭圆运动机的仪表杆升高或降低，使得悬吊在横杆段后端部位的悬臂顶端相对于骨架产生对应的前后位移，因而让悬臂底端的摆荡轨迹及踏板的运动轨迹的斜度跟着改变。

相比于更早之前的摆臂式椭圆运动机(例如中国第200510115518.0号专利)，前述椭圆运动机利用构成“第二类杠杆”(抗力点介于支点与施力点之间，施力臂大于抗力臂)的前述架体，使得驱动装置可采用功率较小的马达，以降低成本、节省电能、便利设计。然而，在获得“省力”优点的同时，却也不免伴随“费时”的缺点，即，因为架体的横杆段前端(即驱动装置施力点)与纵杆段底端(即架体支点)之间的直线距离，明显大于横杆段后端(即承吊悬臂的抗力点)与纵杆段底端(前述支点)之间的直线距离，所以抗力点的位移速率会明显小于施力点的位移速率(注：二者角速度相等，但因半径不同，故移动距离有别)，换言之，若要使悬臂顶端位移一个单位距离，前述驱动装置可能必须驱动横杆段前端位移两个单位距离，因此，使用者在调整踏板轨迹斜度时，会觉得反应时间较久。另一方面，对应于踏板轨迹可在预设的最大及最小斜度之间调整，机台前端需要较长的空间供架体前端位移，形成设计上的限制。

再者，前述椭圆运动机是利用变动架体角度来调整踏板轨迹，当轨迹呈现最大及最小斜度时，架体的横杆段角度也有明显差距(例如由大致水平变成俯角二十度)。其中，横杆段的后端顶面被设计成可供使用者上下踏板时扶持的部位，而随着横杆段前端的大幅升降，顶面的斜度也会产生明显变动，这样会让使用者捉扶该部位的姿势及手感并不是每次都相同，较不理想。

此外，前述左、右二架体的横杆段前端相互连接并螺合在驱动装置的一纵向螺杆上，前述螺杆底端枢接在骨架上，顶端为未受支持的自由端，当螺杆被马达驱动而正转或反转时，横杆段前端便沿螺杆轴向升高或降低，同时螺杆轴向也会以底端为轴稍微偏转(牵就横杆段前端必须以前述支点为圆心)。在此结构中，左、右二架体的前端重量完全施加在螺杆上，使得螺杆的螺合部位及底端枢接部位承受较大压力，多少会影响驱动的效能及顺畅性，也较容易造成结构坏损或劣化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其调整速度相对较快，能在较短时间内回应使用者的调整需求。

本发明的另一目的在于提供一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其由于调整功能所需的构件位移空间相对较短，因此设计上较灵活。

本发明的又一目的在于提供一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其具有可供使用者上下踏板时扶持的部位，且扶持部位的角度不会因踏板轨迹的调整而有明显改变。

本发明的再一目的在于提供一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其在调整踏板轨迹时的驱动动作较为顺畅，而且构件寿命较长。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于它包含有：一主架体；左、右两侧架，各所述侧架包含一第一杆体及一第二杆体；各所述第一杆体具有一顶端及一底端，所述底端枢接在所述主架体底部；各所述第二杆体具有一前端及一后端，所述后端枢接在对应的所述第一杆体的顶端；一驱动装置，连接在所述第二杆体的前端及所述主架体之间，能固定所述第二杆体相对于所述主架体的位置；所述驱动装置包含一能被控制正、反转的马达，当所述马达正转时，所述驱动装置会驱动所述第二杆体的前端往前位移，当所述马达反转时，所述驱动装置会驱动所述第二杆体的前端往后位移；左、右两摆臂，各具有相对的一悬吊端及一摆荡端，所述悬吊端枢接在对应的所述侧架上；当所述第二杆体的前端受所述驱动装置驱动而前后位移时，所述摆臂的悬吊端会对应地沿一往复轨迹在一前端点及一后端点之间位移；一曲柄机构，设置在所述主架体上，具有左、右两曲柄；左、右两支撑杆，各具有一前端及一后端，所述两支撑杆的前端分别枢接在所述两曲柄上，所述两支撑杆的前端之后的一预定部位分别枢接在所述两摆臂的摆荡端；左、右两踏板，分别与所述两支撑杆的前端之后的一支撑部连接，被导引在一封闭轨迹上运动。

所述主架体设置有一托撑部，所述第二杆体的前端以能前后滑移的方式搭置在所述托撑部上。

所述托撑部为概沿前后方向延伸的长条板状；所述第二杆体的前端设置有至少一滚轮组，各滚轮组包含分别位于所述托撑部板面顶侧及底侧的上、下两滚轮。

所述驱动装置还包含一偏转架及一螺杆，所述偏转架枢设置在所述主架体上，所述马达及所述螺杆设置在所述偏转架上，其中，所述螺杆概沿前后方向延伸并与所述第二杆体螺合，能被所述马达驱动而正转或反转。

所述驱动装置还包含一齿排及一齿轮，所述齿排设置在所述第二杆体及所述主架体二者其中之一上，概沿前后方向延伸，所述齿轮枢设置在所述第二杆体及所述主架体二者其中之一上，与所述齿排啮合，并能被所述马达驱动而正转或反转。

所述二侧架的第二杆体前端相互连接。

所述摆臂的悬吊端枢接在所述第二杆体的后端或近后端部位。

所述摆臂的悬吊端枢接在所述第一杆体的顶端或近顶端部位。

所述摆臂的悬吊端枢接在所述第一、第二杆体相互枢接的部位。

所述支撑杆的后端枢接在所述摆臂的摆荡端，所述支撑部介于所述支撑杆的前端及后端之间。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明无论摆臂的悬吊端是枢接在侧架的第二杆体上，还是第一杆体上，在调整踏板轨迹时，枢接部位的移动速率都会大致等于第二杆体前端的移动速率，因此，在相同的马达转速及相关条件下，本发明的调整动作较为快速。2、在同样的摆臂悬吊端移动范围之下，本发明的侧架前端所需的移动空间长度较短，有利于机构安排、体积减缩、外观设计等。3、若将左、右两第二杆体的顶面设置成可供使用者上下踏板时捉扶的部位，则由于第二杆体的角度不会因为调整踏板轨迹而有明显变化，因此使用者能以固定姿势及手感捉扶该部位。4、本发明因为第二杆体的前端还可以以前后滑动的方式搭置在主架体的托撑部上，所以能分散驱动装置所承受的压力，因此驱动动作较为稳定顺畅，相关构件亦较不易磨耗、损坏。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的立体图；

图2是本发明一较佳实施例的侧视图(取除机台前端的壳体)；

图3主要显示本发明一较佳实施例当中的主架体、侧架及驱动装置的结构关系；

图4是对应图2当中的I-I剖线的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明一较佳实施例的椭圆运动机主要包含放置在地面上的一主架体10、对称地设置在主架体10宽度两侧的左、右两侧架20、分别悬吊在两侧架20后端的左、右两摆臂30、设置在主架体10前端的一曲柄机构40、耦接曲柄机构40左、右两曲柄42与两摆臂30的左、右两支撑杆50、以及分别受两支撑杆50支撑的左、右两踏板60。

如图3所示，主架体10具有一平置在地面上的底座11，底座11的后半部形成开口朝后的U字形，底座11的前半部顶侧固定连接一框架12(注：平时被图1中的壳体15包覆)，框架12顶侧又固定连接一往上延伸的仪表杆13(如图1所示)，仪表杆13顶端用来装设椭圆运动机的操控台(console)(图中省略未示)。

两侧架20对称地设在主架体10左、右两侧，各包含概沿上下方向延伸的一第一杆体21及概沿前后方向延伸的一第二杆体22，第一杆体21具有相对的一顶端及一底端，而第二杆体22具有相对的一前端及一后端，其中，两第一杆体21分别竖立在主架体10后端的左、右两侧，底端沿一对应左右轴向的轴线(以下称第一轴线)A1枢接在底座11的U字形开口两旁；各侧架20的第二杆体22后端与对应的第一杆体21顶端相互枢接，在本实施例中，第二杆体22的后端焊固一枢接辅助件23，枢接辅助件23具有左右相对的两夹板(未标号)，第一杆体21的顶端利用一对应左右轴向的枢轴(未标号)枢接在枢接辅助件23的左、右两夹板之间，使第一、第二杆体21、22之间的夹角能够改变。

各第二杆体22的前半段逐渐往内侧偏靠，最后，左、右两第二杆体22的前端在机台的宽度中央通过一连接组件24刚性连接，使得左、右两侧架20的第二杆体22能同步动作，同时，两第一杆体21也会以第一轴线A1为轴同步偏转，而且，左、右两侧的第一、第二杆体21、22之间的枢轴会保持在同一轴线(第二轴线)A2上。

如图4所示，在本实施例中，主架体10的框架12上设置有用于托撑两第二杆体22前端的托撑部，托撑部由对称的左、右两导轨14构成，各导轨14为大致沿前后方向延伸的长条板状，其前端稍低、后端稍高，而且板面略显拱弧。对应地，连接组件24的底侧设置有对称的左、右两滚轮组，各滚轮组包含分别位于导轨14板面顶侧及底侧的上、下两滚轮25，两滚轮25的轮轴均对应于左右轴向，能沿着导轨14板面滚动，因此，第二杆体22的前端可以沿一预定轨迹前后滑移的方式搭置在主架体10的托撑部上。

同时，第二杆体22的前端与主架体10之间设置有一驱动装置70(如图2所示)，其可定位第二杆体22的前端相对于主架体10的位置，并可驱动第二杆体22的前端沿预定轨迹前进或后退。在本实施例中，驱动装置70主要包含一偏转座71、一伺服马达72、一减速齿轮箱73及一螺杆74，偏转座71利用一对应左右轴向的枢轴(未标号)枢接在框架12上，马达72、齿轮箱73及螺杆74均装配在偏转座71上，其中，马达72的转轴连接在齿轮箱73的入力轴上，而螺杆74的其中一端连接在齿轮箱73的出力轴上，马达72的转轴旋转运动经齿轮箱73降低转速、增强扭力后传递至螺杆74，使螺杆74在偏转座71上依自身轴线原地旋转。螺杆74是由偏转座71往后延伸，后端为未受支持的自由端，杆身大致平行地介于左、右两导轨14之间。连接组件24在左、右两滚轮组之间设置有一贯穿前、后两侧的螺孔26，螺孔26受螺杆74螺合贯穿。

驱动装置70的伺服马达72与前述操控台(图中未示)内的控制单元电连接，可受控制而使马达转轴正转或反转预定圈数，也就是让螺杆74按照预定旋向转动预定圈数，使得与螺杆74螺合的两第二杆体22前端沿着预定轨迹前进或后退到预定距离。通过对驱动装置70的控制，第二杆体22的前端只能沿图2中所示的第一往复轨迹R1在一前止点P1及一后止点P2之间移动。当驱动装置70驱动第二杆体22的前端前进或后退时，第二杆体22的后端会牵动第一杆体21的顶端以其底端的第一轴线A1为轴前后偏转，而第二杆体22本身则近似水平移动，相对于地面的角度大致不变。当驱动装置70停止运转时，基于前述螺合关系，第二杆体22的前端会定位在当时位置，让枢接在其后端的第一杆体21顶端也无法偏转，进而使得左、右两侧架20维持稳固。

在本发明的另一实施例中(无图)，左、右两侧架的第二杆体前端没有连接在一起，对应地，驱动装置具有左、右两组上述偏转座、马达、齿轮箱、螺杆机构，并分别与左右相隔的两第二杆体前端螺合连接，再通过电子控制使左、右两马达同步运转，以维持左、右两侧架同步动作及定位。

当然，除了上述机构外，本发明中的驱动装置还可采用其他形式的机构带动第二杆体前后位移，例如：第二杆体前端设置有前后延伸的齿排(rack)，而主架体上设置有与齿排啮合的齿轮(pinion)，或相反设置，驱动齿轮旋转即可使第二杆体相对于主架体前后位移；或者，将一可前后偏摆的偏摆杆顶端或底端枢接在第二杆体前端，再驱动偏摆杆进行偏摆，也可带动第二杆体前后位移。

如图1、图2所示，各摆臂30具有相对在上的一悬吊端(即顶端)及相对在下的一摆荡端(即底端)，并且将其悬吊端利用一对应左右轴向的枢轴(未标号)枢接在对应侧架20的枢接辅助件23的左、右两夹板之间，使其摆荡端可沿一弧形轨迹(图中未示)前后摆荡。左、右两摆臂30悬吊端的枢轴位于同一轴线(以下称第三轴线)A3上(如图3所示)，并且随着左、右两侧架20的同步位移而一起前进或后退，即，悬吊端可相对于主架体10沿一第二往复轨迹(概呈以第一杆体21底端为圆心的弧形，图中未示)在一前端点及一后端点之间移动。摆臂30虽然是悬吊在第一、第二杆体21、22枢轴附近，但本发明中的摆臂悬吊端也可以与枢轴同轴，或者是悬吊在第二杆体上的接近后端或后半部、第一杆体上的接近顶端或上半部等侧架上的任何适当位置。

曲柄机构40具有可自转地枢设在框架12上的一曲柄轴41，以及分别固接在曲柄轴41左、右两端的两曲柄42，两曲柄42的外端以曲柄轴41为圆心维持180度相对。

除了曲柄机构40，框架12上还设置有一通过皮带传动系统与曲柄机构40连接的飞轮及阻力装置(均未标号)，阻力装置为一磁阻系统，可经由操控台以电子方式加以控制，使曲柄机构40转动时必须克服预定阻力。本发明中的皮带传动系统、飞轮、阻力装置等，均为本领域中公知惯用的技术，且与本发明的重点无关，在此不作特别说明。另外，曲柄机构40、皮带传动系统、飞轮及阻力装置等均被壳体15所包覆，而左、右两曲柄42的外侧面分别覆接一可随其旋转的转盘16，仅曲柄42外端露出在外，这也是公知结构。

各支撑杆50具有相对的一前端及一后端，前端利用类似万向接头(universaljoint)的结构枢接在对应侧边的曲柄42外端，后端利用一对应左右轴向的枢轴(未标号)枢接在对应侧边的摆臂30摆荡端，由此，支撑杆50的前、后二端被分别导引在一圆形轨迹及前述弧形轨迹上运动。支撑杆前端也可直接利用一对应于左右轴向的枢轴与曲柄外端枢接。采用万向接头的目的在于吸收构件的制造或组装公差，这也是公知技术。

各踏板60连接在对应侧边的支撑杆50的前、后两端之间的一支撑部51，被导引在一封闭轨迹C上运动(如图2所示)。在本实施例中，踏板60将其前端(脚趾端)利用一对应左右轴向的枢轴(未标号)枢接在支撑杆50的支撑部51上方，同时，椭圆运动机的左、右两侧各设有一扶手杆80及一连杆90，各扶手杆80概呈纵向延伸，并将中间部位沿一对应左右轴向的轴线(未标示)枢接在框架12侧边，使其顶、底二端可前后偏摆，其中的顶端形成可供使用者扶握的运动握把。各连杆90概呈前后延伸，前端利用一对应左右轴向的枢轴与扶手杆80底端枢接，后端则与踏板60侧边固接。由此，在运动过程中，踏板60与扶手杆80会相互带动，而且踏板60相对于支撑杆50的角度会循环变化，此为公知技术。对本发明而言，扶手杆及连杆并不是绝对必要(即可能省略手部运动)，而踏板也可直接固定在支撑杆的支撑部上，这也是公知技术。此外，前述支撑杆可能以其中间部位与摆臂的摆荡端枢接，并以其后端作为支撑部直接或间接支撑踏板，同样可导引踏板在一封闭轨迹上运动。

本发明的椭圆运动机供使用者进行腿部(及手部)运动的原理及使用方法，基本上和类似形式的现有椭圆运动机(例如前述公开号为101327366的中国早期专利公开案)并没有差别，因此在本案中不作赘述。

当使用者基于个人需求，或是机台自动依据预设程序，而要调整踏板60的封闭轨迹C长轴向斜度时，驱动装置70会受到控制而以前述机制驱动左、右两第二杆体21的前端前进或后退到预定距离，使左、右两侧架20同步运动，让左、右两摆臂30的悬吊端所在位置(即第三轴线A3)沿第二往复轨迹前后移动到对应距离，而当悬吊端往前移动时，摆臂30摆荡端的弧形轨迹以及踏板60的封轨迹C的斜度会逐渐变小；反之，当悬吊端往后移动时，弧形轨迹及封闭轨迹C的斜度(仰角)会逐渐变大，因此可调整腿部运动的形态及难度。

相较于同类椭圆运动机，本发明的功效及优点如下：

一、无论摆臂的悬吊端是枢接在侧架的第二杆体(任何可能位置)上，还是第一杆体(顶端或近顶端部位)上，在调整踏板轨迹时，枢接部位的移动速率都会大致等于第二杆体前端的移动速率，也就是说，驱动装置驱动第二杆体的前后移动量会直接反应为摆臂悬吊端的前后移动量，因此，在相同的马达转速及相关条件下，本发明的调整动作较为快速。

二、在同样的摆臂悬吊端移动范围(对应于踏板轨迹的调整范围)之下，本发明的侧架前端所需的移动空间长度较短，有利于机构安排、体积减缩、外观设计等。

三、若将左、右两第二杆体的顶面设置成可供使用者上下踏板时捉扶的部位，则由于第二杆体的角度不会因为调整踏板轨迹而有明显变化，因此使用者能以固定姿势及手感捉扶该部位。

四、因为第二杆体的前端还可以以前后滑动的方式搭置在主架体的托撑部上，所以能分散驱动装置所承受的压力，例如，螺杆74与连接组件24螺合的部分不用完全承担左、右侧架20的前端重量，所以驱动动作较为稳定顺畅，相关构件也较不易磨耗、损坏。

Claims (10)

1.一种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于它包含有：

一主架体；

左、右两侧架，各所述侧架包含一第一杆体及一第二杆体；各所述第一杆体具有一顶端及一底端，所述底端枢接在所述主架体底部；各所述第二杆体具有一前端及一后端，所述后端枢接在对应的所述第一杆体的顶端；

一驱动装置，连接在所述第二杆体的前端及所述主架体之间，能固定所述第二杆体相对于所述主架体的位置；所述驱动装置包含一能被控制正、反转的马达，当所述马达正转时，所述驱动装置会驱动所述第二杆体的前端沿一第一往复轨迹往前位移，当所述马达反转时，所述驱动装置会驱动所述第二杆体的前端沿所述第一往复轨迹往后位移；所述第一往复轨迹概沿前后方向延伸；

左、右两摆臂，各具有相对的一悬吊端及一摆荡端，所述悬吊端枢接在对应的所述侧架上；当所述第二杆体的前端受所述驱动装置驱动而沿所述第一往复轨迹前后位移时，所述摆臂的悬吊端会对应地沿一第二往复轨迹在一前端点及一后端点之间位移；

一曲柄机构，设置在所述主架体上，具有左、右两曲柄；

左、右两支撑杆，各具有一前端及一后端，所述两支撑杆的前端分别枢接在所述两曲柄上，所述两支撑杆的前端之后的一预定部位分别枢接在所述两摆臂的摆荡端；

左、右两踏板，分别与所述两支撑杆的前端之后的一支撑部连接，被导引在一封闭轨迹上运动。

2.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述主架体设置有一托撑部，所述第二杆体的前端以能前后滑移的方式搭置在所述托撑部上。

3.如权利要求2所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述托撑部为概沿前后方向延伸的长条板状；所述第二杆体的前端设置有至少一滚轮组，各滚轮组包含分别位于所述托撑部板面顶侧及底侧的上、下两滚轮。

4.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述驱动装置还包含一偏转架及一螺杆，所述偏转架枢设置在所述主架体上，所述马达及所述螺杆设置在所述偏转架上，其中，所述螺杆概沿前后方向延伸并与所述第二杆体螺合，能被所述马达驱动而正转或反转。

5.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述驱动装置还包含一齿排及一齿轮，所述齿排设置在所述第二杆体及所述主架体二者其中之一上，概沿前后方向延伸，所述齿轮枢设置在所述第二杆体及所述主架体二者其中之一上，与所述齿排啮合，并能被所述马达驱动而正转或反转。

6.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述两侧架的第二杆体前端相互连接。

7.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述摆臂的悬吊端枢接在所述第二杆体的后端或近后端部位。

8.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述摆臂的悬吊端枢接在所述第一杆体的顶端或近顶端部位。

9.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述摆臂的悬吊端枢接在所述第一、第二杆体相互枢接的部位。

10.如权利要求1所述的可调整踏板轨迹的椭圆运动机，其特征在于：所述支撑杆的后端枢接在所述摆臂的摆荡端，所述支撑部介于所述支撑杆的前端及后端之间。

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