CN107921307A

CN107921307A - 使用磁流变流体离合器装置的力量训练设备

Info

Publication number: CN107921307A
Application number: CN201680049269.6A
Authority: CN
Inventors: 帕斯卡尔·拉罗斯; 马克·登宁格; 吉弗尔·朱利奥; 吉恩-塞巴斯蒂安·普兰特
Original assignee: Essoone Dick Hyperdynamic
Current assignee: Essoone Dick Hyperdynamic; Exonetik Inc
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-04-17
Also published as: US20180214730A1; EP3341089A4; EP3341089B1; EP3341089A1; CA2991929A1; WO2017031585A1

Abstract

一种利用力量训练设备在力量训练辅助用户的系统，包括扭矩源。一个或多个磁流变(MR)流体离合器装置具有耦接至扭矩源的输入部，以接收来自扭矩源的扭矩，MR流体离合器装置可控制为经由其输出部传递可变量的扭矩。调制接口将至少一个MR流体离合器装置的输出部耦接至训练设备的力传递装置。一个或多个传感器提供指示用户的训练动作的信息。训练处理器包括：训练量计算器模块，用于接收指示训练动作的信息并且用于表征训练动作；训练辅助控制器模块，用于从训练动作的表征确定力辅助的水平；以及辅助生成器模块，在以所述水平对训练设备的力传递装置施加力辅助以辅助用户进行训练动作时，辅助生成器模块用于控制至少一个MR流体离合器装置。还提供了一种利用MR流体离合器装置辅助用户进行力量训练的方法。

Description

使用磁流变流体离合器装置的力量训练设备

相关申请的交叉引证

本申请要求保护于2015年8月24日提交的美国临时专利申请第62/208,963号及于2016年5月10日提交的美国临时专利申请第62/334,039号的优先权，通过引证将两者内容结合在此。

技术领域

本申请整体涉及用户强化肌肉力量和/或改善其健康的锻炼中使用的诸如体操器材、举重器材或机器、肌肉锻炼器材、机能训练器材等的力量训练设备。

背景技术

力量训练设备已经存在若干年。在其最简单的表现形式中，力量训练设备采用单一自由度(DOF)健身器材的形式。力量训练设备可以具有不同的名称，诸如，体操器材、举重器材、肌肉锻炼器材、机能训练器材等，统称为力量训练设备。在更为复杂的应用中，力量设备可以整合多个DOF。出于训练身体各部位之目的而构建训练设备，从而增强力量、某些肌肉的抗性、心肌血管系统的性能、或认知能力的训练，仅列出了少数。

个人在家庭中并且在体育馆中广泛使用力量训练设备，以获得力量和/或有氧练习。其还用于损伤或局部损伤身体部位的康复。就负重器材而言，力量训练现在已经发展至通常包括一个或多个练习设备的使用，为了更易于使用和更安全。例如，美国专利第3,858,807号公开了提供与由人类关节和肌肉生长的相兼容的非线性力调制的凸轮。此外，近年来，已经开发了许多类型的练习设备，诸如，固定自行车、划船设备、跑台、越野滑雪教练、ab设备、以及健身中心等。例如，健身中心特别流行用于锻炼肌肉。尽管现有练习及设备可以有助于使身体生长，然而，不清晰的是，在体能方面，尤其当结合训练的心理方面时，却不一定是最佳的。无数个常规力量训练设备使用重力效应提供线性力调制或个人致力于强化其身体力量的力。同样，弹簧设备能够与重力效应相比较，在于其力调制是线性的或单向的。甚至具有改变重量运动比的滑轮和凸轮的设备也不可以提供最佳的训练条件。

健身操的简单并且已熟知的形式是卷曲，这种运动涉及近似160度的运动范围内的旋转。在卷曲开始时，运动近似水平、平直向前；近似在中途，这种练习的运动是竖直、平直向上；并且在练习结束时，运动近似再次水平，但是，是在相反方向上的运动。在这个练习的整个运动过程中，力调制在直向下方向上一般是竖直的。尽管力调制保持恒定，然而，由于运动从开始位置发展至中间点，所以练习人员可能感觉运动变得沉重，并且之后运动变得轻便。在卷曲的正常结束位置，无任何力调制。在该点，可以几乎不确定地保持该位置，且上臂的弯曲肌肉部位根本不需要任何力量。在卷曲过程中，因为通过仅在力调制发生竖直运动的无限小的点处提供直接的力调制，重量的力矩臂随着运动的进展而恒定地变化，所以才发生此情形。对常规力量训练设备的最新研究表明，在许多情况下，仅在有限的运动范围内提供直接的力调制，并且在许多常规设备中，任意点处不需要直接的力调制，并且直接的力调制不根据时间而改变。

如果由涉及人类肌肉产生的正常力量与由诸如卷曲等练习提供的明显变化的力调制相匹配，则感觉运动是平稳的，即，运动范围内的任意点处的力调制比任意其他点处的力调制看似更重。然而，事实上，因为由肌肉产生的力量并不与力调制的变化相匹配，所以某些点处的力调制感觉比其他点处的力调制更重；遭遇所谓的卡点(sticking point)，即，感觉重量更重的点。与此同时，存在力调制的运动几乎无或无力调制的点。应注意，除刚刚描述的运动的机械原理之外，肌肉的力还根据弯曲角度而变化。作为实施例，半弯曲比完全伸展时的肌肉更强壮。还应注意，肌肉的力还可以取决于运动的方向及力的施加方向。肌肉处于同心(肌肉收缩)运动与离心(肌肉伸展)运动时不具有相同的力量。例如，可通过至少四种方式训练臂，即，通过在一个方向上施加的力进行收缩和伸展，并且还通过在相反方向上施加的力进行收缩和伸展。还能够几乎以无限数目的组合训练肌肉的力(即，可以添加旋转运动)，因此，一件器材对给定运动的训练进行优化具有挑战性。此种改善方式是添加力调制供应装置，诸如，涡流致动器、摩擦制动器、电磁制动器、或交流发电机等。在肌肉的同心运动过程中，该力调制设备可以提供制动力，而致动器则可以不与所有点处的肌肉力完美地匹配。这些调制方法通常是依赖于时间的。考虑到优化训练可以根据时间、根据身体位置以及力方向而改变负荷，所以存在改善的空间。此外，许多人可以在同一件器材上进行训练的事实增加了达到最佳个人训练的复杂性。对于单个DOF如果复杂性高，则当添加多个DOF进行训练时，则甚至更复杂。

当考虑到将致动器整合到多DOF训练设备中时，尤其需要新类型的致动器。在该设备中，为了确保平稳的运动，致动器应具有比人身体更高的带宽。高带宽将使得系统对用户更为适合。具有低带宽的系统将不能足够快速地适应用户运动的变化，因此，由于变化是波动的，所以用户可以感知与他/她连接的机械设备的存在。例如，如果对用户施加的力施加成比例的阻力的设备尝试在厚的介质中建立运动幻想并且系统具有低带宽，所以阻力将不能足够快速地适应并且在用户感受到的所施加的力中产生延迟。致动器的带宽越高，训练设备与身体的交互越直接并且自然。带宽越高，系统的致动越适合并且感受越自然。未来，虚拟现实训练将需要具有致动系统的多DOF设备，即，比人类肌肉具有更高的带宽。出于此目的，虚拟训练设备中必须使用新类型的致动器。

发明内容

本公开的目的是提供一种采用磁流变(MR)流体致动器、以改变身体部位及肌肉上的力的新型力量训练设备及力量训练方法。

本公开的另一目的是提供这样一种力量训练设备，即，设备中的力调制的方向连续自动、同时、并且根据涉及的身体部位的运动方向而改变。

本公开的又一目的是提供这样一种力量训练设备，即，能够主动对身体施加运动，以产生类似等动力的训练、离心训练、动态可变的力调制训练、动态力量训练、或动态可变的动力学力训练，仅列出了少数训练。

本公开的又一目的是提供一种包括与锻炼效能有关的信息的显示器的锻炼装置。

因此，根据本公开的第一实施方式，提供一种利用力量训练设备辅助用户进行力量训练的系统，包括：至少一个扭矩源；至少一个磁流变(MR)流体离合器装置，具有耦接至该至少一个扭矩源的输入部，以接收来自至少一个扭矩源的扭矩，MR流体离合器装置可控制为经由其输出部传递可变量的扭矩；调制接口，将至少一个MR流体离合器装置的输出部耦接至训练设备的力传递装置；至少一个传感器，用于提供指示用户的训练动作的信息；以及训练处理器单元，至少包括：训练量计算器模块，用于接收指示训练动作的信息并且用于表征该训练动作；训练辅助控制器模块，用于从训练动作的表征来确定力辅助的水平；以及辅助生成器模块，在以所述水平对训练设备的力传递装置施加力辅助以辅助用户进行训练动作时，辅助生成器模块用于控制至少一个MR流体离合器装置。

进一步地，根据第一实施方式，训练量计算器通过测量力传递装置的速度、力传递装置的行进距离、以及力传递装置的张力中的至少一项而表征训练动作。

仍进一步地，根据第一实施方式，训练辅助控制器在训练动作的全跨度内记录训练动作的表征，并且限定关于训练动作的全跨度的辅助曲线，其中，根据辅助曲线而确定力辅助的水平。

仍进一步地，根据第一实施方式，辅助曲线包括：在训练动作的全跨度内，将训练动作转换成等动力的训练动作。

仍进一步地，根据第一实施方式，辅助曲线包括：随着训练动作的全跨度的重复次数的增加，增加或减少辅助的水平。

仍进一步地，根据第一实施方式，调制接口具有与齿条啮合的齿轮，齿条被配置为连接至力传递装置的至少一个线缆的端部。

仍进一步地，根据第一实施方式，调制接口具有绞盘，力传递装置的线缆缠绕在绞盘上。

仍进一步地，根据第一实施方式，调制接口具有滑轮，该滑轮连接至力传递装置的线缆的端部。

仍进一步地，根据第一实施方式，调制接口连接至跑台(treadmill，跑步机)的锻炼表面，该锻炼表面是力传递装置。

仍进一步地，根据第一实施方式，通过调制接口将至少一个MR流体离合器装置耦接至力传递装置，因此，至少一个MR流体离合器装置传递扭矩，以减少训练动作对用户的力。

仍进一步地，根据第一实施方式，辅助生成器模块维持至少一个MR流体离合器装置处于滑移模式，以在无来自至少一个MR流体离合器装置的辅助的情况下使得力传递装置将力传递至用户。

仍进一步地，根据第一实施方式，训练量计算器模块从指示训练动作的信息中检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值，并且辅助生成器模块控制至少一个MR流体离合器装置来减少被传递给用户的力。

仍进一步地，根据第一实施方式，多个MR流体离合器装置各自与相应的调制接口相关联，并且进一步包括单个扭矩源中，多个MR流体离合器装置中每个的输入均共同连接至单个扭矩源中。

仍进一步地，根据第一实施方式，多个MR流体离合器装置中的两个耦接至共同的力传递装置，这两个MR流体离合器装置在训练动作的运动的相对的方向上施加力辅助。

仍进一步地，根据第一实施方式，训练处理器单元进一步包括向训练辅助控制器模块提供虚拟现实辅助指示的虚拟现实训练环境模块，训练辅助控制器模块根据虚拟现实辅助指示确定力辅助的水平。

根据本公开的第二实施方式，提供一种力量训练装置，包括：上述所述系统；至少一个用户界面，被适配成在训练动作过程中手动地操纵；力传递装置，至少将至少一个用户界面连接至调制接口，以在至少一个用户界面与调制接口之间传递力。

进一步地，根据第二实施方式，力传递装置包括含至少一个线缆的线缆传递装置。

仍进一步地，根据第二实施方式，至少一个用户界面处于线缆传递装置的第一端，系统进一步包括位于线缆传递装置的第二端处的负荷，调制接口位于线缆传递装置的第一端与第二端之间。

仍进一步地，根据第二实施方式，力传递装置包括跑台的锻炼表面。

根据本公开的第三实施方式，提供一种辅助用户进行力量训练的方法，包括：获得指示用户在力量训练设备的力传递装置上的训练动作的信息；从信息中表征训练动作；从表征中确定辅助用户进行训练动作所需的力辅助的水平；控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至训练设备的力传递装置，以对训练设备的力传递装置施加力辅助，从而辅助用户进行训练动作。

进一步地，根据第三实施方式，获得指示训练动作的信息包括：获得力传递装置的速度、力传递装置的行进距离、以及力传递装置的张力中的至少一项。

仍进一步地，根据第三实施方式，获得指示训练动作的信息包括：测定信息。

仍进一步地，根据第三实施方式，表征训练动作的步骤包括：检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值，并且进一步地，其中，控制至少一个MR流体离合器装置的步骤包括：减少传递给用户的力。

仍进一步地，根据第三实施方式，方法可以包括：在训练动作的全跨度内记录训练动作的表征；限定关于训练动作的全跨度的辅助曲线，并且其中，确定力辅助的水平的步骤包括：根据辅助曲线确定力辅助的水平。

仍进一步地，根据第三实施方式，限定辅助曲线的步骤包括：在训练动作的全跨度内，将训练动作转换成等动力训练动作。

仍进一步地，根据第三实施方式，限定辅助曲线的步骤包括：随着全跨度的重复次数的增加，增加或减少辅助的水平。

仍进一步地，根据第三实施方式，该方法以重复方式在训练动作的相对的方向上执行，并且其中，控制至少一个MR流体离合器装置从而将力传递至训练设备的力传递装置的步骤包括：控制两个所述MR流体离合器装置在相对的方向上重复地施加力辅助。

仍进一步地，根据第三实施方式，进一步包括：接收虚拟现实辅助指示，并且其中，确定力辅助的水平的步骤包括：根据虚拟现实辅助指示来确定力辅助的水平。

根据本公开的第四实施方式，提供一种举重器材，包括：力传递装置；握持件，位于力传递装置的用户端处；至少一个扭矩源；至少一个磁流变(MR)流体离合器装置，具有耦接到至少一个扭矩源的输入部，以接收来自至少一个扭矩源的扭矩，MR流体离合器装置可控制为经由其输出部传递可变量的扭矩；调制接口，将至少一个MR流体离合器装置的输出部耦接至力传递装置；以及用户界面，被配置为使用户控制可变量的扭矩。

仍进一步地，根据第四实施方式，调制接口具有与齿条啮合的齿轮，齿条被配置为连接至力传递装置的至少一个线缆的端部。

仍进一步地，根据第四实施方式，调制接口具有绞盘，力传递装置的线缆缠绕在绞盘上。

仍进一步地，根据第四实施方式，调制接口具有滑轮，该滑轮连接至力传递装置的线缆的端部。

通过下列力量训练设备提供根据本公开的这些目标及其他目标、特征、以及优点，包括：框架或架构；用户致动装置，连接至框架或架构，以使用户在训练过程中接合或移动；以及MR流体致动装置或MR流体致动器，操作地连接至用户致动装置，以对其运动施加可控制的调制。MR流体调制装置可以包括：MR流体，具有可控粘性；外壳，连接至装置框架或架构或定位在远处并且包含MR流体；以及可旋转轴，从外壳向外延伸并且操作地连接在MR流体与用户致动装置之间。

诸如根据程序控制进行操作的微处理器等控制装置可以操作地连接至MR流体力调制装置，以致使基于所选择的力调制程序对MR流体施加预定的场强度。相应地，用户致动装置的移动所需的致动可容易地提供并且在练习执行过程中也可以改变。

力量训练设备可以进一步包括显示器，并且可以操作地连接至控制装置。控制装置还可以包括用于允许输入程序的装置。此外，传感器可以与MR流体力调制装置相关联并且可以连接至控制装置，以在锻炼过程中生成并且在显示器上显示用户的锻炼水平(worklevel)。

因此，根据本公开，提供一种先进力量训练设备，包括与其连接的至少一个MR致动器装置，所述磁流变致动器与控制装置电通信，以响应控制器的输入而调制施加在某些身体部位的负荷。

附图说明

图1是与身体具有一个接触点的力量训练器材的概念示意图；

图2A是根据本公开的具有在单个调制度内执行手动训练的、具有MR流体离合器装置的磁流变(MR)致动器的概念示意图；

图2B是根据本公开的具有额外外力源的在单个调制度内执行手动训练的、具有MR流体离合器装置的MR致动器的概念示意图；

图3是使用图2B中的致动器的训练装置的示意图；

图4是示出根据本公开的使用两个调制度进行手动致动的MR流体离合器装置的力调制的概念示意图；

图5是说明一些不同的训练方法的图表；

图6A是单个DOF滚动式腹肌训练设备的示意图；

图6B是用于腹肌训练的单个DOF训练设备的示意图；

图7是使用经由绞盘进行MR流体致动的系统的示意图；

图8是使用有多个输入/输出的MR流体致动的手动致动训练设备的立体图；

图9是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DOF力量训练设备的示意图；

图10是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DOF力量训练外骨骼的示意图；

图11是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DOF可穿戴式力量训练设备的示意图；

图12是由本公开的各种实施方式使用的通用MR流体离合器装置的示意图；

图13A是根据本公开的使用MR流体离合器装置的线缆驱动训练设备中的动力分配布置的示意图；

图13B是根据本公开的使用MR流体离合器装置的调制外力源的线缆驱动训练设备中的动力分配布置的示意图；

图14是使用具有用于端执行器的对抗性移置的一对MR流体离合器装置的共同动力源的线缆驱动训练设备的示意图；

图15是使用具有用于在两个旋转自由度上端执行器位移的MR流体离合器装置的共同动力源的线缆驱动系统的示意图；

图16是使用具有用于端执行器的对抗性移置的一对MR流体离合器装置的共同动力源的流体驱动训练设备的示意图；

图17是根据本公开的使用齿条和小齿轮在单个调制度内对手动训练进行调制的MR流体力的概念示意图；

图17A是用于保持线缆中的张力的张力机构的示意图；

图17B是用于保持线缆中的张力的具有旋转至平移转换的另一张力机构的示意图；

图17C是旋转至旋转布置的用于保持线缆中张力的另一张力机构的示意图；

图18是单个自由度与单个致动度的用于动力跑台的MR流体力调制的概念示意图。

图19是图18中的跑台使用的具有单个致动度的MR流体离合器装置的示意图；

图20是用于动力跑台的MR流体力调制的概念示意图，其中对于单个马达旋转方向具有可逆旋转能力；

图21是图20的跑台中使用的MR流体离合器装置的示意图；

图22是提供多个自由度的用于跑台的MR流体力调制的概念示意图；

图23是封闭类型的MR流体离合器装置的示意图；

图24是具有一个致动度的线缆MR流体致动器的示意图；

图25是具有两个致动度的线缆MR流体致动器的示意图；以及

图26是用于控制训练设备的控制器的示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了本公开的一般性构思。在构思中，可以在身体接触点或握持件10上产生高至3个平移DOF与3个旋转DOF效果(effort)(力、扭矩)。在与人体的接触点处可以产生这种效果，即，需要训练力的地方。与身体的许多接触点是可能的，因此，设想了具有很多DOF的力训练设备。通过MR致动器(未示出)可以产生一个或一个以上的DOF力，以训练身体部位。

参考图2A，示出了本公开的一般性构思。在施加给用户的力F_I的上下文中，在锻炼过程中，以磁流变(MR)流体离合器装置21为特征的MR致动器20用于通过从动力或扭矩源22传递力F_MR而向施加给用户的力F_I提供某种调制，以相对于输入力增强或减少移动握持件10所需的力，即，单个调制度。动力源22可以包括可能的布置之中的电动机和减速齿轮箱，包括不同类型的致动(例如，液压、气动、电机等)。动力源22与MR流体离合器装置21的组合构成了MR致动器20。可以由传感器23指示握持件10的位置，诸如，位置编码器23等。为此，锻炼力可能获益于MR流体离合器的表征，诸如，减少或增加自输入部至输出部的力或压力的能力、关于高动态响应的低输出惯性、由此高带宽等。在图2A的实施方式中，示出了位于MR致动器20的输出部与握持件10之间的线缆24与线轴25，但是，可以使用其他机械力传递装置。线缆24是力量训练设备的力传递装置的一部分，而线轴25是调制接口的一部分，MR致动器20的致动通过线轴25耦接至力传递装置。MR致动器技术以比人体肌肉的带宽更高的带宽及更佳的力-重量比进行操作，因此，希望将诸如MR致动器20的MR致动器与线缆、手动致动的液压和/或气动传递装置进行组合。在诸如健身系统与虚拟训练设备等各种应用中，可以使用一般性构思。在其最简单的形式中，使用MR致动器20作为举重器材。握持件10采用由用户处理的任何适当接口，由于附接至线缆端部(例如，把手、奥林匹克杆、曲柄、三头肌下压机、三头肌绳、镫柄等)，所以也被称为线缆附接件。动力源22有足够的动力来产生经由MR流体离合器装置21传递的扭矩，以使得等同举重器材的重量范围相等(例如，0lb-220lb)。MR致动器20可以具有表示等同重量的刻度的表盘(例如，分压计)。因此，用户可以将表盘调制至或将分压计值设置成所需的重量。因此，MR致动器20对线缆24产生与所需重量相等的力。与常规举重器材的1:1重量负荷比不同(即，器材具有与负荷等同的重量)，这种布置的优点在于MR致动器20具有低重量负荷比(即，称重与产生的负荷之比)。因此，由于此产生的诸如轻便性等优点，使用MR致动器20的举重器材比常规举重器材轻许多。

参考图2B，示出了图2A中表示施加给用户的力F_I抵抗(work against)另一力源F₀的系统的变形。在抵抗力F₀所需的施加给用户的力F_I的上下文中，以MR流体离合器装置21为特征的MR致动器20，可以用于通过传递来自动力源22的力F_MR而向施加给用户的力F_I提供某种调制，以增强或减少训练动作过程中(例如，牵引/推送冲程和相对的释放冲程)相对于输入力移动握持件10所需的力，即，单个调制度。在该实施例中，通过使用绞盘滑轮25(调制接口)将MR力传递至线缆24，但是，可以使用其他机械传递装置。

参考图3，训练设备30的一个实施例是整合了图2B中的系统的划船机。用户通过提升重物31进行训练。使用重物31的竖直移动来训练用户的双腿。在F₀保持恒定的同时，MR致动器20对训练力F_I进行调制。当MR致动器20不提供任何力时，F₀＝F_I。然而，用户的双腿在所有的挠曲角度处并非具有相同的力。因此，可以改变F_MR，以根据双腿的位置调制训练力F_I，从而与用户双腿的最大力进行更好地匹配并且由此增加训练的益处。F_MR还能够随着时间而改变，以调制肌肉的疲惫感。在正常操作中，训练设备30可以在训练动作的跨度内通过对扶手10施加等动力移动而计算肌肉的最大力。一旦获知在所有点处的测量值，则能够将测量值输入以最佳点训练肌肉的训练程序中。示出的训练设备30在同心移动中通常可以训练肌肉(腿顶部上的肌肉接触的地方)。通过公开的布置，训练设备30还能够通过迫使双腿弯曲而对相同的肌肉进行离心训练。因此，训练设备30能够既支持离心训练并且又支持同心训练、根据时间并且根据用户适配训练。当转变点处(即，MR流体离合器装置21处的力需要反向的地方)所需的带宽低于组合的马达与传递装置带宽时，能够在训练设备30中设置单个MR致动器20。通过马达22的旋转方向反向或通过具有多个MR流体离合器装置21可以完成训练扶手上的力方向的反向，以助于在两个方向上进行训练动作。

参考图4，示出了本公开的一般性构思，例如，使用一对MR流体离合器装置21在相对的方向上产生力F_MR，以将来自马达M的致动传递至施加给用户的力F_I并且传递至输出力F_O。因此，生成具有两个对抗的MR流体离合器装置21的MR致动器(与MR致动器20的一个马达/一个MR流体离合器装置不同)。具有两个对抗的MR流体离合器装置21的该MR致动器可以用于提供比由单个MR流体离合器装置21产生的带宽更高的带宽。旋转至旋转转换器或旋转至线性转换器可以用于将MR流体离合器装置21对接至施加给用户的力F_I以及输出力F_O。一般性的构思中可能无力F_O。在这种条件下，F_I等于F_MR。

参考图5，示出了不同类型的训练曲线。图5论证了以与等压方式不同的等动力方式进行训练。在负荷不根据关节处的弯曲角度而改变的等压训练中，在肌肉的最弱角度水平处施加了最大的有效力。因此，当肌肉位于最强点时，其有效力不是最佳的。相反地，在等动力训练中，设置了移动的速度并且与提供的力无关。因此，通过肌肉提供的力在所有点处被最大化。等动力训练需要各位置受控的致动器，而与力无关。等动力训练技术的改进整合了肌肉行进的速度变化以及随着时间的变化。该训练技术的另一改进是引进了根据人体反应的调制。该训练技术的另一改进是增加了与身体的交互作用。该训练的另一改进是将交互作用与虚拟世界集成。由于创造了新的训练设备，所以训练技术将继续随着时间而发展。由于训练技术的发展，训练中涉及的以及建立与人体的交互作用的致动器需要增加带宽。

参考图6A，示出了集成有MR致动器20的训练设备60并且通常将训练设备60称为ab轮(ab(abdominal muscle)是用于腹部肌肉的常见表达)，训练设备60可以为用户提供快速的益处。ab轮训练是危险的。如果进行练习的人的身体不能充分控制轮的延伸移动，则进行练习的人，他/她的腹部或面部可能会迅速着地。训练设备60中的MR致动器20根据其他参数(即，速度、行进距离(travel)、反作用力，仅列出一些)可以建立由程序限定的受控扭矩M_MR。然后，经由扶手将扭矩M_MR传递到用户的双手，从而防止轮以不可控方式移动。

参考图6B，示出了集成有MR致动器(未示出)的被称为ab滚轮的另一训练设备65。位于ab训练设备65的基部66中的MR致动器将建立受控扭矩M_MR并且调制身体所需的扭矩或力，以完成锻炼。如图6A或通过使用与机构连接的线缆24，通过以枢转点处的扭矩进行工作的MR致动器可以建立扭矩M_MR。为了使得用户能够完成训练并且改善他/她的身体的力量，可以对力或扭矩进行调制。随着用户的力量的增加。M_MR能够减少至不对用户产生任何效应或甚至增加完成练习所需的负荷及力。

图7示出了线缆健身器材或训练设备中用于对训练力进行调制的旋转至线性转换器70的实施方式。系统70具有连接至绞盘25的MR流体离合器装置21，以经由通过常规方式缠绕在绞盘25上的线缆72将力从动力源(例如，马达)选择性地传递给用户。施加给用户的力F_I，例如，牵引作用力，产生移置负荷(即，重物)的输出力F_O。为此，线缆72与绞盘25之间的摩擦力使得绞盘25随着线缆72的轴向移动而旋转。MR流体离合器装置21可以经由绞盘25选择性地传递旋转力F_MR，以辅助移置负荷。例如，当使用手动致动系统70作为健身器材或训练设备的一部分时，除由施加给用户的力F_I产生的待测量的其他可能参数之外，可以监测扶手的移置速度。如果检测到超出给定水平的减速度，则可以将此解释为用户的力低于所需的力。因此，在受控滑移中，可以致动MR流体离合器装置21，以提供足够量级的力F_MR，从而互补性地减少有效力，并且由此优化训练。上述实施例是可以将MR流体调制集成到健身器材中的其他实施例中的一个。而且，作为绞盘25的替代方式，也可以使用滑轮、齿条与小齿轮、链条与链轮齿、液压装置、气动装置等。

参考图8，整体以80示出了用于多个输入/输出部的手动致动系统。使用一个动力源(马达81)的手动致动系统80具有安装至输出轴82的多个MR流体离合器装置21，以接收来自马达81的致动。例如，如图1A中所述，示出了具有啮合至齿条84的小齿轮83的各个MR流体离合器装置21，且每个齿条84均是手动致动系统的一部分。图8是使用一个单个动力输出部至多个手动操作系统的共享调制的例图，并且可以使用其他结构对MR流体离合器装置21进行调制，无论其是否是绞盘、滑轮、齿条与小齿轮、链条与链链轮齿、液压装置、气动装置等。该构造尤其也适合于寻求关于手动致动系统的多个调制度的设备。

参考图9，示出了本公开的另一一般性构思。在握持件10(即，扶手和/或踏板)上的施加给用户的力F_I的上下文中，MR流体离合器装置(未示出)可以用于通过传递来自动力源(未示出)的力F_MR而向施加给用户的力F_I提供某种调制，以增强或减少相对于输入力移动握持件10所需的力，即，一个以上调制度。在该实施例中，线缆24附接至握持件10，以提供多个致动度，由此允许多个DOF。多个握持件10能够安装在相同装置中，从而提供单独训练多个身体部位的能力。在诸如健身系统、虚拟训练设备等各种应用中，可以使用一般性构思。在该实施例中，由于用户的双手与虚拟游戏中的对手接触，所以可以使用例证作为增加移动用户双手所需的力的拳击训练设备90。

参考图10，示出了本公开的另一一般性构思。在施加给用户的力F_I的上下文中，MR流体离合器装置可以通过传递来自动力源的力F_MR而向施加给用户的力提供某种调制，以增强或减少相对于输入力移动某些身体点所需的力，即，一个以上调制度。在诸如健身系统、虚拟训练设备等各种应用中，可以使用该一般性构思。在该实施例中，当用户的身体进行康复训练时，康复外骨骼100可以增加或减少移动用户的不同身体部位所需的力。如图10所示，能够将MR致动器20定位在枢转点处或远程定位。如果远程定位，通过使用线缆或液压管道112能够传递力。

参考图11，示出了本公开的另一一般性构思。在该实施例中，由于用户的身体经受虚拟训练设备中的负荷，所以可穿戴式设备110增加或减少移动用户的不同身体部位所需的力。MR致动器可以定位在可穿戴式设备110上或远程定位在致动箱111中。MR致动器能够以与图8中所示的布置相似的方式共享同一动力源。使用线缆或液压管112将F_MR传递至可穿戴式设备110，以达到力施加点或关节处。使用活塞或液压肌肉113能够对身体部位施加力，仅列出了一些。可以使用其他机构将F_MR传递至身体部位。

参考图12，示出了被构造成基于已接收的输入电流提供机械输出力的一般磁流变(MR)流体离合器装置120。图12中的MR流体离合器装置120是之前描述的训练设备中使用的MR流体离合器装置21的示意性表示。MR致动器20中使用的MR流体离合器装置21可以具有诸如冗余电磁体、MR流体膨胀系统等额外部件与特征。

MR流体离合器装置120具有主动构件122，主动构件122具有在轴向方向上突出鼓状物123的圆盘122A，该组件也被称为输入转子。MR流体离合器装置120还具有从动构件124，从动构件124具有突出与鼓状物123相互缠绕的鼓状物125的圆盘124A，以限定填充有MR流体126的环形室。从动构件124与鼓状物125的组件也被称为输出转子。由壳体127界定环形室，该壳体被集成到从动构件124中，因此，如下所述，由于在扭矩传递过程中与鼓状物123可以协作，所以与鼓状物123相对的壳体127的一些表面被称为剪切面。主动构件122可以是与动力输入机械连通的输入轴，并且从动构件124可以与动力输出部(即，力输出部、扭矩输出部)机械连通。MR流体126是由设置在载流流体中的可磁化颗粒构成的智能流体类型，通常为油类型。当经过磁场时，流体可以增加其表观的粘度，潜在地，增加至变为粘塑性固体的点。由相对剪切面之间包括的MR流体的操作剪切应力与操作剪切速率之比限定表观粘度，即，位于驱动侧上的鼓状物123的剪切面与鼓状物125的剪切面以及环形室中壳体127的剪切面。磁场强度主要影响MR流体的屈服剪切应力。当处于其激活(“开启”)状态时，经由控制器的使用，通过改变由被集成到壳体127中的电磁体128产生的磁场强度可以控制流体的屈服剪切应力，即，输入电流。相应地，利用电磁体128能够控制MR流体传递力的能力，由此用作构件122与124之间的离合器。电磁体128被构造成改变磁场的强度，因此，构件122与124之间的摩擦力足够低，以允许主动构件122与从动构件124一起自由旋转，即，以受控滑移方式自由旋转，反之亦然。图12中示出的MR流体离合器装置120属于“正常关闭”类型，但是，也可以使用“正常开启”或“局部正常开启”类型的布置。当电磁体128中不存在任何电流时，“正常开启”或“局部正常开启”类型的MR流体离合器装置120使用一个或多个永久性磁体在MR流体中生成磁场。例如，PCT专利申请号PCT/CA2016050464中对此进行了描述，其通过引证结合在此。

以动力源所需的速度驱动主动构件122，如旋转齿轮电动机，并且输出转子连接至受控制的机械设备。通过MR流体离合器装置10传递的扭矩与穿过MR流体的磁场的强度有关。通过线圈128调制磁场强度。

参考图13A，整体以130示出了根据本公开的线缆驱动系统。线缆驱动系统130具有经由通过动力源131驱动的共同动力轴132，而从接收从动力源131输入的扭矩的n个MR流体离合器装置120。例如，尽管可以使用诸如液压马达等其他类型的动力源，然而，动力源131可以是电马达，列出了多个其他实施例中的一个。

MR流体离合器装置120各自配备有输出轮133，线缆134安装在输出轮133上。输出轮133连接至MR流体离合器装置120的从动构件124(图12)，以与其一起旋转。表述“输出轮”用作等同零件的包含性表达形式，诸如，滑轮、绞盘、链环、链轮齿等。同样，表述“线缆”用作诸如锚索、绳索、传动带(belt)、链等等同零件的包含性表达形式。线缆类型的选择基于输出轮的类型。线缆134具有附接至输出轮133的端部，第一端135附接至输出部件，且围绕输出轮133缠绕线缆的长度。例如，通过从动构件124(图12)驱动的输出轮133的旋转可以将额外的线缆长度缠绕在输出轮133上，从而导致线缆134的自由端处发生牵引作用力。例如，当MR流体离合器装置120处于滑移条件时，即，当自由端135上的牵引作用力超过由从动构件124产生的力时，自由端135上的牵引作用力可替代地导致从输出轮133解绕线缆134。对于单个致动度，线缆驱动系统130具有n个输出部。使用持续滑移的MR流体离合器装置120作为线缆驱动系统130中的张紧器允许将来自单个动力源131的扭矩分布在多个输出部之间，以驱动可能的多个DOF。尽管MR流体离合器装置120仅能够在动力源进行驱动的方向上产生扭矩，然而，因为线缆不能传递压缩负荷的固有能力，所以在线缆驱动系统中，这不是问题。

参考图13B，示出了输出轮133允许通过MR流体离合器装置120对另一力源进行调制的线缆驱动系统。在输出轮133是绞盘的该实施例中，外部力源(即，无重量)能够附接至自由端136。在这种条件下，自由端135处的有效训练力将是自由端136处的输入力与通过MR离合器120产生的MR力之和。还应注意，MR力能够为负号或正号，从而减少或增加与自由端136处的力有关的自由端135处的有效训练力。因此，图13B的实施方式与图7的实施方式相似，但是，具有用于单个致动度的多个输出部。

图14中的140示出了图13A或图13B中的线缆驱动系统的一种具体实施方式。由于线缆驱动训练设备140与图13中的线缆驱动系统130具有共同的部件，所以类似部件将具有类似的参考标号。线缆驱动系统140具有一对MR流体离合器装置，以120A示出了其中一个并且以120B示出了另一个，如图13中关于系统130的情况，装置120A与120B连接至共同的动力源(未示出)。MR流体离合器装置120A与120B经由线缆134连接至训练时使用的共同末端执行器141。共同末端执行器141被示出为通过枢轴143安装至基部142的枢转臂。相应地，末端执行器141以一个旋转自由度(DOF)移动。尽管通过共同的动力源进行驱动，然而，MR流体离合器装置120A与120B对末端执行器141提供对抗的牵引作用力，以进行往复训练。此外，尽管末端执行器141被示出为以一个旋转DOF移动，然而，末端执行器141通过平移关节可以连接至基部142，因此，系统140可以提供平移的DOF。还考虑到提供单个MR流体离合器装置120以及由此连接至末端执行器141的单个线缆134，且通过诸如弹簧、重力等偏置构件提供对抗力(未示出)。这也适用于下面提供的给定实施方式。

在典型的对抗式线缆驱动训练系统中，通常每个自由度(DOF)使用一个致动器。因此，每个致动器必须被设计成满足最大负荷，以获得其驱动时的自由度。在提出的实施方式中，由于线缆不能传递压缩负荷的能力，所以通过两个致动器致动DOF。因此，通过两个对抗的MR致动器致动各个DOF，并且由于其相反的效应，此时一般仅一个被激活。例如，如果需要在顺时针方向上产生负荷，则启动顺时针MR致动器(CWA)并且不启动逆时针MR致动器(CCWA)，并且如果需要在另一方向上产生负荷，则反之亦然。

相反，当将动力源131(图13)定于图14的训练设备140的中心处时，生成的系统可以产生紧凑并且轻便的设计。而且，因为持续滑移的MR流体离合器装置从末端执行器141断开动力源131的惯性，所以在不影响系统的动态性能的情况下，能够使用诸如与高比率减速齿轮箱耦接的高速电动机的轻便式动力源。进一步地，根据应用能够定制动力源131所需的负荷，从而导致重量进一步减少。例如，当线缆驱动训练设备140利用完全对抗的致动布置时，因为同时仅能够激活每对中的一个，所以动力源131在驱动时不需要产生两个持续滑移的MR流体离合器装置120的负荷能力之和。因此，动力源131能够被设计成使得负荷略微高于一个MR流体离合器装置的负荷能力(即，在大于零的滑移中，为离合器装置的“关闭状态或自由状态”功率)。该原理不仅适用于对抗架构的情况，而且还适用于不需要以其最大负荷同时致动多个输出部的任何应用。这就是训练时并非全部肌肉同时施加力的情况。通常，在一个方向上训练肌肉，然后，在另一个方向上训练，反复进行(即，臂的肌肉不能同时弯曲和伸展)。

当保持滑移并且利用齿轮马达作为动力源131时，因为系统输出不反映齿轮马达131的高输出惯性，所以线缆驱动训练设备140中的MR流体离合器装置120从输出部与马达的动态行为分离，从而产生低输出惯性及高控制质量。由于通过MR流体离合器装置过滤齿轮马达的非线性行为(例如，雄榫接合、齿轮侧隙、摩擦)，所以线缆驱动训练设备140还可以提供增加力的准确性。因为多个输出部之间能够共享由共同齿轮马达131产生的负荷，所以线缆驱动训练设备140还具有低质量和减少数目的部件。在一些应用中，当将多余马达用作备用时，在离合器脱离之后，由于发生故障的齿轮马达能够从输出部断开，所以线缆驱动训练设备140是可靠的。

参考图15，以150示出了使用线缆系统130和140的构思的又一实施方式。由于线缆驱动系统150与图13中的线缆驱动系统130具有共同的部件，所以类似部件将具有类似的参考标号。线缆驱动训练设备150具有四个MR流体离合器装置120。MR流体离合器装置120连接至共同的动力源131。使用伞齿轮154将力分配至n个MR流体离合器装置120。

参考图16，以160示出了通过相似对抗方案进行操作的训练设备。然而，系统160使用流体压力而非线缆致动输出移动。在示出的实施方式中，系统160具有一对MR流体离合器装置120，尽管图中未示出，然而，该对MR流体离合器装置120可以从例如图13或图15中的共同动力源接收动力。然而，为简化起见，图16中未示出动力源极相关联的传递装置。每个MR流体离合器装置120的从动构件124均是通过杆163枢转地连接至缸162的活塞161的臂。系统150可以进一步具有从缸162延伸至另一缸165的挠性管道164。该另一缸165具有活塞166及其枢转地连接至输出部168的杆167，输出部168在枢轴169处枢转地安装至地面。

在操作中，MR流体离合器装置120中的一个的致动致使其相关联的活塞161在相应的缸162中移动。因此，被加压的流体可以通过管道164从缸162行进至另一缸165中。这将导致推送输出部168的活塞156的移动。在一个旋转DOF的该示出性实施方式中，MR流体离合器装置120中的另一个的致动导致输出部168反复移动。

相应地，系统160以与系统130、140、以及159相似的对抗性解决方案进行操作，具有推送作用力(压缩负荷)，而非当使用线缆时的牵引作用力(张力负荷)。系统150可被布置成提供额外的输出自由度，例如，与图15相似的布置。作为图16中的两个MR流体离合器装置120的存在性的替代方式，系统160可以使用诸如弹簧、重力等其他力执行对抗性反作用。

应注意，可以在输入部或输出部处将两个管道插入到同一活塞本体的不同室中，对活塞施加对抗性反作用，杆将力传递至末端执行器。

参考图17，示出了本公开的一般性构思。在施加给用户的力F_I、以克服力F_O的上下文中，可以使用磁流变(MR)流体离合器装置通过传递来自动力源的力F_MR而向施加给用户的力F_I提供某种调制，以相对于输入力增强或减少力F_O，即，单个辅助度。为此，力传递装置可以获益于MR流体离合的表征，诸如，减少或增加自输入部至输出部的力或压力的高能力、对于高动态响应的低输出惯性、对于高动态响应的高带宽等。使用具有这些特征的MR致动器可行，并且执行受控制的力或压力系统及致动系统。MR致动器技术以高于人体肌肉的带宽进行操作并且具有更好的力-重量比，因此，希望将手动致动的线缆、液压、气动传递装置进行组合。在诸如健身系统等各种应用中可以使用该一般性构思。

参考图17A，示出了用于维持以线缆为特征的之前机构的线缆中的张力的张力机构170。如果需要，张力机构170还可以提供线缆的非激活侧上的偏置力。系统170具有连接至绞盘171的MR流体离合器装置21，以通过常规方式经由缠绕在绞盘171上的线缆172将力动力源(例如，马达)选择性地传递至机构。绞盘171还可被共同的滑轮替代，而线缆172可以被一对线缆线段替代，两个线缆部分皆附接至共同的滑轮171。偏置力F_I，例如，来自弹簧(未示出)或其他偏置源的牵引作用力，产生移置负荷的输出部力F_O。如线缆驱动系统140(图14)，在用于移动一个DOF的两个对抗性MR致动器的情况下，MR流体致动器120A可以经由线缆端2链接至MR流体致动器120B(图17A)，以“卷绕”对抗性移动的线缆。MR流体致动器120A的线缆端2还可以使用其间的弹簧链接至MR流体致动器120B的线缆端2，以平衡移动过程中发生的小长度变化。MR流体致动器120A的线缆端2与MR流体致动器120B的线缆端2之间的路线可以是间接的并且由各种设备引导或使用各种联接机构实现。在某些情况下，负荷可以仅是线缆重量。在该情况下，线缆172与绞盘171之间的摩擦力使得绞盘171随着线缆172的轴向移动而旋转。磁流变流体离合器装置21可以经由绞盘171选择性地传递旋转力F_MR，以辅助负荷的移置。在断电时可被致动的一些设备中，或者在MR离合器装置仅提供一个方向上的移动的设备中，这种类型的张力设备可以提供优点。例如，如果使用手动致动的系统170作为健身器材的一部分并且在系统断电时通过外力(即，人类)迫使致动器移动，机构170则可以“卷绕”线缆，以防止线缆的线缆端部1发生松动情形(图17A)。上述实施例是可以将张力机构集成到力量训练设备中、以防止线缆松动的其他实施例中的一个。此外，当仅存在线缆端部1时(图17A)，张力设备(例如，无数个实施例之中的扭簧)可以直接作用于滑轮171上，以防止线缆端部1发生松动。而且，作为绞盘171的替代方式，也可以使用滑轮、齿条与小齿轮、链条与链轮齿、液压装置、气动装置等。

参考图17B，示出了与图17A中描述的170相似的机构170B，且不同之处在于，在限制张力构件173的长度的所需变化的同时提供防止线缆端部1发生松动的往复移动。利用提出的张力设备，线缆端部附接点174可行进一段距离，而线缆端部附接点175行进相似的距离，从而限制张力构件173的长度发生变化。构件170B’在由连接至绞盘或滑轮171的MR离合器装置21(未示出)产生的力下可以发生平移。在机构170B断电时，可以手动致动构件170B’，同时保持线缆172中的张力并且线缆172不变得松动。在某些条件下，张力构件173可以是线缆172自身的弹性。

参考图17C，示出了与图17B中描述的170B相似的机构170C，且不同之处在于，移动不是平移移动，而是构件170C’围绕枢轴176的旋转移动。构件170C’可以在由连接至绞盘或滑轮171的MR离合器装置21(未示出)产生的力下旋转。当张力构件173的长度的变化可以平衡线缆172的长度的变化时，施加在产生构件170C’的移动的构件上的外部力将不致使线缆172发生松动。

参考图18，示出了阻力训练装置180。这种类型的装置包括动力跑台、力量跑台、椭圆机、练习自行车、台阶训练机、楼梯训练机、曲线跑台，仅列出了一些。作为该装置构造列表的实施例，并且为简化起见，将描述与采用动力跑台形式的阻力训练装置180有关的MR流体离合器装置120的功能，其中，用户必须迫使跑台移动。在跑台180中，旋转设备181与和用户接触的部件滚动啮合，即，锻炼表面182(例如，传动带、塑料部件、或多个条带)。由位于锻炼表面182上的用户产生的力可被传递至旋转设备181，从而将位于物理锻炼表面182上的用户的位能转换成旋转的动能。旋转设备181可以被固定至MR流体离合器装置120的主动构件122(图12)。然后，可以将MR流体离合器装置120的从动构件124连接至用于将负荷传递至动力设备185的传动带。动力设备185可以是气动、液压、或电动启动的制动器(例如，电动机/发电机)，诸如，电磁制动器、永久磁体制动器等。此处示出了诸如传动带183等减速机构，但是，制动设备185可以直接连接至从动构件124或可以使用任何其他的减速机构(例如，齿轮箱、液压泵…)连接至从动构件124。在一些应用中，可以向动力设备185添加惯性轮，以在存在用户引入系统的力发生变化的情况下，保持动力设备185处于更恒定的速度。当将MR流体离合器装置120连接在旋转设备181与动力设备185之间时，布置基本上为MR致动器20并且练习力可以获益于MR流体离合的特征，诸如，减少或增加自MR流体离合器装置120的输入至输出的力或压力的高能力、对于高动态响应的低输出部惯性、由此的高带宽等。MR流体离合器装置120用于根据步行者在锻炼表面182上的步态调制通过旋转设备181输出的力。MR致动器技术以比人体肌肉更高的带宽进行操作并且具有更好的力-重量比，因此，希望将诸如MR致动器20等MR致动器与具有低惯性的锻炼表面182进行组合。利用MR流体离合的高带宽响应，MR致动器20可以实时改变练习的阻力，以支持等动力训练或其他类型的训练。MR致动器20还可以将跑台180从用户向锻炼表面182提供高力的力量训练切换至用户向练习训练表面182提供低力的自由运行条件。为了改善MR致动器20的输入的精度及控制力，可以添加传感器(未示出)(例如，扭矩传感器、力传感器、或速度传感器，仅列出了一些)。

参考图19，以190示出了在图18的练习器材180上使用的MR离合器装置的示意图。出于简化缘故，此处表示的MR流体离合器装置190属于“正常打开”类型。然而，可以使用正常管理的MR离合器装置。图19中示出的MR流体离合器装置190与图12中的MR流体离合器装置120相似，且不同之处在于，MR流体离合器装置190具有安装至固定底盘(未示出)的固定零件191。附接至固定零件191及两个非MR流体间隙192(例如，空气间隙)的电磁体128允许输入转子127自由转动。在MR流体离合器装置190上，主动构件122(图12)可以使用传动带(未示出)或连接至扭矩源(例如，马达)的类似传递装置接收输入。

参考图20，示出了与图18中的设备相似的阻力训练设备200，且第二MR离合器装置120’在与第一MR离合器装置120相反的方向上转动。MR流体离合器装置120可以在CW方向上转动，而MR流体离合器装置120’在CCW方向上转动。通过旋转转换器206，利用连接至相同动力设备185的第二传动带183’转变相反的转动方向。可以使用诸如齿轮布置等其他类型的旋转转换器。如图18所示，图20中具有在相反方向上旋转的两个MR离合器装置120的MR流体致动器提供的优点在于其可以比仅使用一个MR流体离合器装置时更快地制动锻炼表面182。该特征可以用于在紧急情况下快速制动锻炼表面182。此外，如果制动设备185是马达，则可以利用高带宽在可替代的方向上驱动锻炼表面182。这种行为可用于实现平衡训练。

参考图21，示出了结合图20中的练习器材200一起使用的MR离合器装置120与120’的组合。出于简化缘故，此处表示的MR离合器装置120与120’为正常开启类型。然而，一个或多个MR离合器装置可以为关闭类型。为了防止旋转，可以将固定部件211安装至器材的底盘(未示出)。固定部件211可以是两个MR流体离合器装置120与120’的一部分。固定部件211可以支持两个电磁体128与128’。如图20中描述的，MR流体离合器装置120可以在CW上转动，而MR流体离合器装置120’可以在CCW上转动。MR流体离合器装置120与120’可以从连接至主动构件122与122’的传动带(未示出)接收动力。只要主动构件122A与122A’在相反方向上转动，则可以通过任何类型的机构向MR流体离合器装置120与120’提供动力。通过控制MR流体离合器装置120与120’的操作可以获得输出轴124在CW和CCW两个方向上的力或移动，两者皆向共同的输出轴124传递力或移动。

参考图22，示出了与图18和图20中的设备相似的阻力训练设备，其中，动力设备185是也至少为另一自由度提供动力的马达，即，倾斜度发生变化。在图22的练习器材中，额外自由度的控制可以模拟外部遭遇的变化地形，因此，增强练习训练器材的真实性。

参考图23，示出了用于替代之前应用中使用的任意MR流体离合器装置的正常关闭类型的MR流体离合器装置220的示意图。在MR流体离合器装置220的正常关闭类型中，至少部分由固定零件191支撑的永久性磁体221建立磁场。例如，PCT专利申请号PCT/CA2016050464中对此进行了描述，其通过引证结合在此。

参考图24，示出了与图2A相似并且由此用于线缆操作的锻炼器材并且仅需要一个致动度的MR流体致动器。动力源22连接至输入构件122，而滑轮171连接至输出轴124。通过使用MR流体26可以实现输入构件124与输出轴124之间的动力传递。在一些操作模式中，用户可以通过线缆172进行牵引并且然后MR流体离合器装置可以制动用户的运动，从而建立阻力。在该操作模式中，马达22可以用作电机并且由此将能量转换成电能。然后，动力可以从输出轴124流至马达22。通过调制MR流体离合器装置中存在的MR流体26的表观粘度可以控制输出轴124与马达22之间的扭矩水平。当系统利用从输出轴124朝向输入构件122流入的能量起作用时，通过输出轴124实现动力至系统的输入并且通过输入构件可以实现动力的输出。

参考图25，示出了与图24相似、但具有至少一个额外致动度的线缆MR流体致动器。MR流体致动器可以具有作用于一个或多个自由度上的多个致动度。多个MR流体离合器装置120与120’可以从共享马达22接收动力。使用MR流体离合器装置120的输入构件122与MR流体离合器装置120’的输入构件122’之间的机械连接可以将动力从MR流体离合器装置120分配至另一MR流体离合器装置120’。图23中示出了齿轮连接，但是，可以使用其他类型的机械连接。在图25的MR流体离合器致动器中，因为输入构件122与122’使用齿轮直接连接至彼此，所以输入构件122与122’在相反方向上旋转，因此，牵引线缆连接在滑轮171的一侧上与滑轮171’的另一侧上。

参考图26，以260示出了利用训练设备的任意一种之前描述的实施方式辅助用户进行力量训练的系统。因此，对于具有耦接至扭矩源22、以接收扭矩的输入的MR流体离合器装置21，系统260包括MR致动器20。系统20确保MR流体离合器装置21被控制，以经由其输出部传递可变量的扭矩。诸如滑轮或绞盘等调制接口将MR流体离合器装置21耦接至训练设备的力传递装置24。系统具有用于提供指示用户的训练动作的信息的传感器23。例如，可以使用任意类型的传感器23测量力传递装置24或训练设备的任意部分的速度、力传递装置行进的距离、和/或力传递装置24或训练设备的任意部分中的张力。训练处理器单元261具有用于获得来自传感器23的信息并且用于根据其确定的力辅助的水平而因此控制MR致动器20的处理器。训练处理器单元261具有从传感器23接收指示训练动作的信息并且用于表征训练动作的训练量计算器模块262。例如，训练量计算器模块262可以计算即时速度、力传递装置24的当前位置、力传递装置24中的张力，视使用的传感器23的类型而定。训练量计算器模块262可以从指示训练动作的信息中检测超过预定阈值的速度和/或减速度，以致使用户传递的力减少。

训练辅助控制器模块263通过训练量计算模块262从训练动作的表征中确定力辅助的水平。上面已经描述了辅助模式或曲线的无数个实施例。例如，训练辅助控制器263可以记录训练动作在训练动作的全循环内的表征。这可以包括实施例之中的总的行进距离、速度变化曲线、力变化曲线。因此，训练辅助控制器模块263可以限定在训练动作的全跨度内的辅助曲线，以根据辅助曲线确定力辅助的水平。通过实施例，辅助曲线可被配置为将整个运动循环内的训练动作转换成等动力训练动作。辅助曲线还可被配置为随着训练动作的重复次数的增加而提高施加在传递装置24上的辅助力的水平，即，随着时间而提高。辅助曲线可以是数据库263A的一部分。通过与虚拟训练环境VR连通的虚拟现实训练环境模块263B也可以生成辅助曲线。训练辅助控制器模块263与虚拟训练环境模块263B之间可以交换信息，虚拟训练环境模块263B还可以与虚拟界面(例如，Oculus Rift^TM或其他个人显示器)链接，以用于辅助控制器模块263确定由MR致动器20提供的适当辅助水平，从而使得力与虚拟世界中发生的事件同步。因此，虚拟现实训练环境模块263B提供表示影响训练动作的虚拟现实表征的数据，即，虚拟现实辅助指示或曲线。然后，训练辅助控制器模块263可以基于虚拟现实辅助指示确定对暴露于表示虚拟环境的力的用户的辅助水平。虚拟世界中发生的虚拟事件与实体世界中发生的实体事件的组合可以使产生用户的良好沉浸感并且增加他/她执行实体动作的意愿。通过实施例，在跑台180的情况下(图18)，虚拟环境VR可以是在山岭地形上绵延的小径。MR流体离合器装置120可以用于仿效地形的条件，例如，山坡、湿滑或干土地，地形条件指虚拟现实辅助指示。在某些情况下，虚拟环境可被同时训练的2个用户之间的远程连接(即，线缆或互联网)取代或可以包括在远程连接中，虚拟环境还可以包括两个用户之间需要往复运动的一些情况。换言之，虚拟环境支持远程参与者之间进行竞争或对峙。因此，虚拟现实辅助指示或曲线是参与虚拟现实会话的一方或双方提供的力的表示。

因此，辅助生成器模块264在对训练设备的力传递装置施加力辅助水平时基于训练辅助控制器模块263做出的判断而控制MR致动器20，以辅助用户进行训练动作。辅助生成器模块264可以保持MR流体离合器装置21处于滑移模式，以在无至少一个MR流体离合器装置21辅助的情况下，使得力传递装置将力传递至用户。

因此，系统260的训练处理器单元261包括执行用于辅助用户进行力量训练的方法的一组非易性机器运行指令，其中，在力量训练设备的力传递装置上获得指示用户的训练动作的信息；从信息中表征训练动作；从表征中确定辅助用户进行训练动作所需的力辅助的水平；至少一个MR流体离合器装置被控制为将力传递至训练设备的力传递装置，以对训练设备的力传递装置施加力辅助，从而辅助用户进行训练动作。

方法还可以包括：获得指示训练动作的信息包括：获得力传递装置的速度、力传递装置的行进距离、以及力传递装置中的张力中的至少一项；测量信息；检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值；减少传递给用户的力；记录在训练动作的全跨度内训练动作的表征，限定关于训练动作的全跨度的辅助曲线，并且根据辅助曲线确定力辅助的水平；在训练动作的全跨度内，将训练动作转换成等动力训练动作；随着全跨度的重复次数的增加，提高辅助的水平；和/或在训练动作的相反方向上重复性地执行方法，并且其中，控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至训练设备的力传递装置的步骤包括：控制两个所述MR流体离合器装置在相对的方向上重复地施加力辅助。

Claims

1.一种利用力量的训练设备在力量训练中辅助用户的系统，包括：

至少一个扭矩源；

至少一个磁流变(MR)流体离合器装置，具有耦接至所述至少一个扭矩源的输入部，以从所述至少一个扭矩源接收扭矩，所述MR流体离合器装置能控制为经由其输出部传递可变的量的扭矩；

调制接口，将所述至少一个MR流体离合器装置的所述输出部耦接至所述训练设备的力传递装置；

至少一个传感器，用于提供指示用户的训练动作的信息；以及

训练处理器单元，至少包括：训练量计算器模块，用于接收指示所述训练动作的所述信息并且用于表征所述训练动作；训练辅助控制器模块，用于从所述训练动作的表征来确定力辅助的水平；以及辅助生成器模块，在对所述训练设备的所述力传递装置施加该水平的力辅助以在所述训练动作中辅助所述用户时，所述辅助生成器模块控制所述至少一个MR流体离合器装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述训练量计算器通过测量所述力传递装置的速度、所述力传递装置的行进距离、以及所述力传递装置上的张力中的至少一项来表征所述训练动作。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述训练辅助控制器在所述训练动作的全跨度内记录所述训练动作的表征，并且限定所述训练动作的所述全跨度的辅助曲线，其中，根据所述辅助曲线来确定所述力辅助的水平。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述辅助曲线包括：在所述训练动作的所述全跨度内将所述训练动作转换成等动力的训练动作。

5.根据权利要求3和4中任一项所述的系统，其中，所述辅助曲线包括：随着所述训练动作的全跨度的重复次数的增加，增加或减少辅助的水平。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述调制接口具有与齿条啮合的齿轮，所述齿条被配置为连接至所述力传递装置的至少一个线缆的端部。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述调制接口具有绞盘，所述力传递装置的线缆缠绕在所述绞盘上。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述调制接口具有滑轮，所述滑轮连接至所述力传递装置的线缆的端部。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述调制接口连接至跑台的锻炼表面，所述锻炼表面是所述力传递装置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述至少一个MR流体离合器装置通过所述调制接口耦接至所述力传递装置，因此，

所述至少一个MR流体离合器装置传递扭矩，以减少所述用户的所述训练动作的力。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述辅助生成器模块维持所述至少一个MR流体离合器装置处于能滑移模式，以在无来自所述至少一个MR流体离合器装置的辅助的情况下，使得所述力传递装置将力传递至所述用户。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述训练量计算器模块从指示所述训练动作的信息中检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值，并且所述辅助生成器模块控制所述至少一个MR流体离合器装置以减少被传递至所述用户的力。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，包括各自与相应的调制接口相关联的多个MR流体离合器装置，并且所述系统进一步包括单个扭矩源，该多个MR流体离合器装置中每个的输入部均共用地连接至该单个扭矩源。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述多个MR流体离合器装置中的两个耦接至共用的力传递装置，这两个MR流体离合器装置在所述训练动作的移动的相对的方向上施加力辅助。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统，其中，所述训练处理器单元进一步包括虚拟现实训练环境模块，所述虚拟现实训练环境模块向所述训练辅助控制器模块提供虚拟现实辅助指示，所述训练辅助控制器模块根据所述虚拟现实辅助指示来确定所述力辅助的水平。

16.一种力量训练装置，包括：

根据权利要求1至15中任一项所述的系统；

至少一个用户界面，适于在训练动作过程中手动地操纵；

力传递装置，至少将所述至少一个用户界面连接至所述调制接口，以在所述至少一个用户界面与所述调制接口之间传递力。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，当从属于权利要求6至8中任一项时，所述力传递装置包括含至少一个线缆的线缆传递装置。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，当从属于权利要求6至8中任一项时，所述至少一个用户界面位于线缆传递装置的第一端处，所述系统进一步包括位于所述线缆传递装置的第二端处的负荷，所述调制接口位于所述线缆传递装置的该第一端与该第二端之间。

19.根据权利要求16所述的系统，其中，当从属于权利要求9时，所述力传递装置包括跑台的锻炼表面。

20.一种在力量训练中辅助用户的方法，包括：

获得指示用户在力量的训练设备的力传递装置上的训练动作的信息；

从所述信息中表征所述训练动作；

从所述表征确定在所述训练动作中辅助所述用户所需的力辅助的水平；

控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至所述训练设备的力传递装置，以对所述训练设备的所述力传递装置施加力辅助，从而在所述训练动作中辅助所述用户。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，获得指示所述训练动作的信息的步骤包括：获得所述力传递装置的速度、所述力传递装置的行进距离、以及所述力传递装置上的张力中的至少一项。

22.根据权利要求20和21中任一项所述的方法，其中，获得指示所述训练动作的信息的步骤包括：测定所述信息。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中，表征所述训练动作的步骤包括：检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值，并且进一步地，其中，控制所述至少一个MR流体离合器装置的步骤包括：减少传递给所述用户的力。

24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，进一步包括：

记录在所述训练动作的全跨度内所述训练动作的表征；

限定所述训练动作的所述全跨度的辅助曲线；并且

其中，确定所述力辅助的水平的步骤包括：根据所述辅助曲线来确定所述力辅助的水平。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，限定所述辅助曲线的步骤包括：在所述训练动作的所述全跨度内，将所述训练动作转换成等动力的训练动作。

26.根据权利要求24和25中任一项所述的方法，其中，限定所述辅助曲线的步骤包括：随着所述全跨度的重复次数的增加，增加或减少辅助的水平。

27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法，其中，所述方法以重复的方式在所述训练动作的相对的方向上执行，并且其中，控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至所述训练设备的力传递装置的步骤包括：控制两个所述MR流体离合器装置在所述相对的方向上重复地施加力辅助。

28.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，进一步包括：接收虚拟现实辅助指示，并且其中，确定所述力辅助的水平的步骤包括：根据所述虚拟现实辅助指示来确定所述力辅助的水平。

29.一种举重器材，包括：

力传递装置；

握持件，位于所述力传递装置的用户端；

至少一个扭矩源；

至少一个磁流变(MR)流体离合器装置，具有耦接至所述至少一个扭矩源的输入部，以接收来自所述至少一个扭矩源的扭矩，所述MR流体离合器装置能控制为经由其输出部传递可变的量的扭矩；

调制接口，将所述至少一个MR流体离合器装置的所述输出部耦接至所述力传递装置；以及

用户界面，配置为使所述用户控制所述可变的量的扭矩。

30.根据权利要求29所述的举重器材，其中，所述调制接口具有与齿条啮合的齿轮，所述齿条被配置为连接至所述力传递装置的至少一个线缆的端部。

31.根据权利要求29所述的举重器材，其中，所述调制接口具有绞盘，所述力传递装置的线缆缠绕在所述绞盘上。

32.根据权利要求29所述的举重器材，其中，所述调制接口具有滑轮，所述滑轮连接至所述力传递装置的线缆的端部。