CN111840885B - 无绳跑步机 - Google Patents

Abstract

公开了一种无绳跑步机，其包括框架、带体系统和沉入式筒座。筒座包括构造成向用户提供触觉反馈的多个交错的辊。框架适于在带体系统和筒座降入框架中时接收带体系统和筒座，并且框架适于在带体系统降入框架中时将带体系统的带体置入张紧状态。集成飞轮发电机系统提供跑步机的平稳操作并生成电力来为附加系统供电。

Description

无绳跑步机

本申请是申请日为2015年10月21日、申请号为201580069967.8、名称为“无绳跑步机”的发明申请的分案申请。

交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119要求2014年10月23日提交的美国专利申请No.62/067,930的优先权权益，其整体内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及健身器材，比如跑步机。

背景技术

常规无绳跑步机体积大并且难以组装。此外，体重轻的用户可能难以起动和停止常规无绳跑步机的带体。

发明内容

为了总结本公开的目的，本文描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应该明白的是，根据本文公开的发明的任何特定实施例，不一定都可以实现所有这些优点。因此，本文公开的发明可被实施或执行成实现或最佳化如本文中教导或启示的一个优点或一组优点，而并非必须实现其它的优点。

本文描述的实施例包括具有平稳起动和停止特征的自行式跑步机。例如，集成飞轮发电机和齿轮系统和构造成检测跑步机板面的偏转量的传感器可以有能力不管用户的重量如何都提供跑步机带体的平稳起始操作。在多个实施例中，跑步机还可以包括可变冲击吸收系统，其可以包括传感器和吸收部件，以在用户在跑步机上行走或跑步时测量并维持跑步机板面的偏转量。

在一个实施例中，无绳跑步机包括：框架，其包括第一侧部表面、与第一侧部表面相对的第二侧部表面和底部表面，所述第一侧部表面和第二侧部表面总体上正交于底部表面，使得第一侧部表面、第二表面和底部表面限定出总体上沿跑步机的长度方向延伸的U形通道，所述框架进一步包括位于侧部表面中的多个开口；带体系统，其包括：构造成在前轴上滚动的前辊和构造成在后轴上滚动的后辊，所述前轴和后轴分别从所述前辊和后辊横向地延伸，使得所述前轴和后轴支承并允许前辊和后辊在框架中旋转；和围绕所述前辊和后辊设置的带体；和筒座，其包括纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸的第一辊和邻近第一辊并横向地与第一辊间隔开的第二辊，其中第二辊的纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸，并且其中第一辊的纵向轴线与第二辊的纵向轴线彼此错位达预定距离，所述筒座进一步包括第一共线辊和第二共线辊，其中第一和第二共线辊沿着框架的宽度延伸，并且第一和第二共线辊中的每个邻近第一和第二辊，使得第一共线辊与第二共线辊相比位于第一辊和第二辊的相对侧，所述筒座进一步包括至少一个连接构件，所述至少一个连接构件安装至所述第一辊和第二辊以及第一共线辊和第二共线辊中的每个，使得第一凸片和第二凸片从所安装的辊的每侧横向地延伸，所述筒座构造成使得带体系统的环形带体在筒座上方旋转并被筒座支承；其中所述框架适于在带体系统和筒座降入框架中时接收带体系统和筒座，并且其中所述框架适于在带体系统降入框架中时将带体系统的带体置入张紧状态。在一些实施例中，所述框架的侧部表面中的开口中的至少一个具有致动形状，所述致动形状在致动路径中延伸穿过所述框架的侧部表面，使得带体系统的带体在带体系统降入框架系统的侧部表面中的开口中时被置入张力状态。

在另一实施例中，无绳跑步机包括：框架，其包括第一侧部表面、与第一侧部表面相对的第二侧部表面和底部表面，所述第一侧部表面和第二侧部表面总体上正交于底部表面，使得第一侧部表面、第二表面和底部表面限定出总体上沿跑步机的长度方向延伸的U形通道，所述框架进一步包括位于侧部表面中的多个开口；带体系统，其包括：构造成在前轴上滚动的前辊和构造成在后轴上滚动的后辊，所述前轴和后轴分别从所述前辊和后辊横向地延伸，使得所述前轴和后轴支承并允许前辊和后辊在框架中旋转；和围绕所述前辊和后辊设置的带体；筒座，其包括纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸的第一辊和邻近第一辊并横向地与第一辊间隔开的第二辊，其中第二辊的纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸，并且其中第一辊的纵向轴线与第二辊的纵向轴线彼此错位达预定距离，所述筒座进一步包括第一共线辊和第二共线辊，其中第一和第二共线辊沿着框架的宽度延伸，并且第一和第二共线辊中的每个邻近第一和第二辊，使得第一共线辊与第二共线辊相比位于第一辊和第二辊的相对侧，所述筒座进一步包括至少一个连接构件，所述至少一个连接构件安装至所述第一辊和第二辊以及第一共线辊和第二共线辊中的每个，使得第一凸片和第二凸片从所安装的辊的每侧横向地延伸，所述筒座构造成使得带体系统的环形带体在筒座上方旋转并被筒座支承；和飞轮发电机系统，其可旋转地连接至前辊，使得前辊的旋转使飞轮发电机系统的传动组件旋转，以生成电力并控制前辊的初始旋转阻力；其中所述框架适于在带体系统和筒座降入框架中时接收带体系统和筒座，并且其中所述框架适于在带体系统降入框架中时将带体系统的带体置入张紧状态。

在又一实施例中，无绳跑步机包括：框架，其包括第一侧部表面、与第一侧部表面相对的第二侧部表面和底部表面，所述第一侧部表面和第二侧部表面总体上正交于底部表面，使得第一侧部表面、第二表面和底部表面限定出总体上沿跑步机的长度方向延伸的U形通道，所述框架进一步包括位于侧部表面中的多个开口；带体系统，其包括：构造成在前轴上滚动的前辊和构造成在后轴上滚动的后辊，所述前轴和后轴分别从所述前辊和后辊横向地延伸，使得所述前轴和后轴支承并允许前辊和后辊在框架中旋转；和围绕所述前辊和后辊设置的带体；筒座，其包括纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸的第一辊和邻近第一辊并横向地与第一辊间隔开的第二辊，其中第二辊的纵向轴线沿着所述框架的宽度延伸，并且其中第一辊的纵向轴线与第二辊的纵向轴线彼此错位达预定距离，所述筒座进一步包括第一共线辊和第二共线辊，其中第一和第二共线辊沿着框架的宽度延伸，并且第一和第二共线辊中的每个邻近第一和第二辊，使得第一共线辊与第二共线辊相比位于第一辊和第二辊的相对侧，所述筒座进一步包括至少一个连接构件，所述至少一个连接构件安装至所述第一辊和第二辊以及第一共线辊和第二共线辊中的每个，使得第一凸片和第二凸片从所安装的辊的每侧横向地延伸，所述筒座构造成使得带体系统的环形带体在筒座上方旋转并被筒座支承；和飞轮发电机系统，其可旋转地连接至前辊，使得前辊的旋转使配置有前辊的发电机旋转，以生成电力并控制前辊的初始旋转阻力；其中所述框架适于在带体系统和筒座降入框架中时接收带体系统和筒座，并且其中所述框架适于在带体系统降入框架中时将带体系统的带体置入张紧状态。

在一些实施例中，跑步机进一步包括：用于跑步机的可变冲击吸收系统，所述可变冲击系统包括：至少一个冲击吸收构件，其安装至跑步机的行走表面；至少一个传感器，其安装至跑步机的行走表面，所述至少一个传感器构造成测量跑步机的行走表面的偏转量；和控制系统，其连接至所述至少一个冲击吸收构件和所述至少一个传感器，使得冲击吸收量能够因跑步机的行走表面的偏转量而得到调节。

在一些实施例中，跑步机进一步包括：自动停止系统，所述自动停止系统包括至少一个传感器和控制系统，其中控制系统构造成在用户的预定百分比的体重已从预期使用位置偏移预定距离时减慢或停止跑步机带体。

在一些实施例中，跑步机进一步包括：视觉反馈系统，所述视觉反馈系统包括用于向用户显示视觉反馈的多个灯、至少一个传感器和控制系统，其中控制系统构造成接收来自所述至少一个传感器指示跑步机带体上的压力的量或持续时间的至少一个信号，确定压力的量或持续时间是否落入预定的所需或非所需范围内，并触发多个灯中的至少一个以照明和指示检测到的压力或持续时间是否处于所需或非所需范围内。

在一些实施例中，所述框架呈楔形，使得前部与后部相比处于较高高度。在一些实施例中，跑步机进一步包括：升降致动器和多个弹簧，其中弹簧和升降致动器构造成提供提升力，以将跑步机提升到所需倾斜度。在一些实施例中，所述弹簧是气压弹簧。

在一些实施例中，跑步机进一步包括：多个步伐检测传感器，其连接至所述框架，以测量用户的步伐在跑步机的带体系统上的位置，其中随着跑步机带体旋转，用户的重量从带体的前部过渡到带体的后部，并且其中如果多个步伐检测传感器中的一个或多个检测到步伐不是起源于带体的前部，则控制系统减慢并停止跑步机带体以防止用户受伤。

在另一实施例中，用于跑步机的可变冲击吸收系统包括：至少一个冲击吸收构件，其安装至跑步机的行走表面；至少一个传感器，其安装至跑步机的行走表面，所述至少一个传感器构造成测量跑步机的行走表面的偏转量；和控制系统，其连接至所述至少一个冲击吸收构件和所述至少一个传感器，使得冲击吸收量能够因跑步机的行走表面的偏转量而得到调节。

在又一实施例中，跑步机包括：框架，所述框架包括第一侧部表面、第二侧部表面和至少部分地在第一侧部表面和第二侧部表面之间延伸的底部表面，其中第一侧部表面和第二侧部表面和底部表面限定出U形通道，其中第一侧部表面包括第一开口，所述第一开口从第一侧部表面的上边缘朝底部表面延伸，并且其中第二侧部表面包括第二开口，所述第二开口从第二表面的上边缘朝底部表面延伸；和轴，所述轴至少从第一开口延伸到第二开口，其中第一和侧部表面适于在所述轴降入第一和第二开口中时接收并固定所述轴。

在另一实施例中，跑步机包括：框架；联接至所述框架的筒座，所述筒座包括：第一辊，其中第一辊的纵向轴线沿着框架的宽度延伸；第二辊，其邻近第一辊并横向地与第一辊间隔开，其中第二辊的纵向轴线沿着框架的宽度延伸，其中第一辊的纵向轴线与第二辊的纵向轴线彼此错位达预定距离。在一些实施例中，所述预定距离为第一辊的直径的一半。在一些实施例中，所述预定距离为第一辊的直径的四分之一。

在又一实施例中，一种控制跑步机带体旋转的方法包括：确定跑步机用户的重量；基于跑步机用户的重量和一个或多个跑步机设置来确定可用扭矩；基于跑步机用户的重量确定所需扭矩，其中所需扭矩对应于用于响应于用户的移动开启跑步机带体的移动的扭矩量；以及基于可用扭矩和所需扭矩设置飞轮发电机的齿轮比。在一些实施例中，确定跑步机用户的重量包括在用户踩踏到跑步机板面上之后确定跑步机板面的偏转量。在一些实施例中，所述一个或多个跑步机设置包括跑步机板面的倾斜度。在一些实施例中，确定可用扭矩进一步基于与一个或多个跑步机部件相关联的摩擦力。

附图说明

贯穿附图，附图标记可重复使用来指示参考元件之间的对应性。附图提供来说明本文所描述的发明的实施例，而不是限制其范围。

图1A和1B示出了根据一个实施例的具有至少一部分以下讨论的特征的无绳跑步机。

图2示出了图1中示出的跑步机的框架部件的一个实施例。

图3示出了根据一个实施例的用于无绳跑步机的带体张紧辊、冲击吸收部件和飞轮发电机组件。

图4示出了根据一个实施例的安装在图2中示出的框架部件中的图3中示出的跑步机部件。

图5示出了安装在跑步机框架部件中的跑步机辊和冲击吸收部件的另一实施例。

图6示出了根据一个实施例的包括带体的图5所示的跑步机。

图7示出了根据一个实施例的用于跑步机的具有交错辊的筒座。

图8示出了构成图7中示出的筒座组件的一部分的一个交错辊组件。

图9示出了构成图7中示出的筒座组件的一部分的一个共线辊组件。

图10示出了根据一个实施例的用于跑步机的飞轮发电机。

图11示出了根据一个实施例的用于图1中示出的跑步机的前辊和飞轮发电机。

图12是框图，示出了执行一些操作元件以控制无绳跑步机的系统。

图13是流程图，示出了用于控制跑步机的飞轮发电机和变速器系统的一个过程的示例。

图14示出了根据另一实施例的具有至少一部分以下讨论的特征的无绳跑步机。

图15示出了根据一个实施例的带体张紧辊、冲击吸收部件和安装在图14中示出的用于无绳跑步机的框架组件中的飞轮发电机组件。

图16示出了图15中示出的跑步机的侧视图。

图17示出了用于图14中示出的跑步机的带体张紧辊和筒座组件。

图18示出了用于图14中示出的跑步机的筒座组件和冲击吸收构件的放大侧视图。

图19示出了包含本文公开的特征的跑步机的另一实施例。

图20示出了可以与本文公开的跑步机的各种部件一起使用的框架部件的另一实施例。

图21示出了包括传感器和冲击吸收部件的图20的框架部件。

图22示出了用于本文公开的任一跑步机的涡流发电机和辅助升降系统。

图23示出了用于本文公开的任一跑步机的机械制动系统。

具体实施方式

下面将参考附图描述多个实施例。这些实施例仅以示例方式示出和描述，并不旨在进行限制。

应指出的是，示例可以被描述为过程，其示出为流程图、操作程序图、有限状态图、结构图或框图。尽管流程图可以按顺次过程描述操作，但是许多操作也可并列或同时进行，并且过程可以重复。另外，可以重新安排操作顺序。一个过程在其操作完成时终止。过程可以对应于方法、功能、步骤、子例程、子程序等。当过程对应于软件功能时，其终止对应于功能恢复至调用功能或主功能。

实施例可以在硬件、软件、固件或其任意组合中实施。本领域的技术人员将理解的是，可以使用多种不同技术和技艺中任一种来表示信息和信号。例如，可能贯穿以上描述被引用的数据、指令、命令、信息、信号、位元、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子、或它们的任意组合来表示。

在以下描述中，给出具体细节来提供对示例的充分理解。然而，本领域的技术人员应该明白的是，这些示例可以在没有这些具体细节的情况下实施。例如，电气部件/装置可以在框图中示出，以便不以不必要的细节模糊示例。在其它情况下，这些部件、其它结构和技术可以被详细示出，以进一步说明示例。

综述

以下讨论的一些实施例的无绳跑步机包括齿轮传动飞轮和发电机系统，以改善跑步机带体的起动和停止动作。跑步机包括带体，其越过连接至飞轮和发电机系统的前辊和后辊，并且带体的移动和速度响应于用户增加或降低他或她在带体上的步伐的速度而发生变化。跑步机进一步适于响应于因用户的步伐造成的跑步机带体的旋转(从而飞轮和发电机系统的旋转)而生成电能。根据一些实施例的跑步机包括“沉入式”框架设计，其中跑步机的各种部件可以适于经由缝状开口联接至框架。框架可以构造为单个金属或复合构件。沉入式框架设计改善跑步机的组装、维护和操作性能的便利性。在一些实施例中，跑步机包括适于支承跑步机带体的筒座。筒座包括沿跑步机的长度延伸的辊通道。辊通道发生交错，使得每个辊的中心不与相邻辊的中心对齐，从而形成筒座的交错辊段。例如，相邻组的辊的纵向轴线可以错位达预定距离。在一些实施例中，一个交错辊段被共线辊的通道侧夹，使得共线辊的一个通道位于交错辊段的一侧，而共线辊的第二通道位于交错辊段的相对侧。共线辊不与多个交错辊的中心对齐，使得当用户踩踏到共线辊上时，用户将体验到“颠簸”感觉。踩踏到共线辊上向用户提供即时反馈(即他的脚已偏离带体的目标区域)，并帮助引导用户的步伐回到筒座的交错辊段。

在一些实施例中，跑步机包括可变冲击吸收系统(VIAS)，其适于在使用期间测量跑步机板面或筒座的偏转量。可变冲击吸收系统适于与飞轮发电机系统交互和通信，以最大限度地降低板面偏转以及最大限度地提高向发电机系统的能量转移。

在一些实施例中，跑步机包含自动停止特征，用以在用户踏离跑步机时减慢或停止跑步机带体的旋转。在一些实施例中，如果用户太靠近跑步机的前部或后部(如被包含在VIAS系统中的传感器检测到的)，则自动停止特征可以减慢或停止跑步机带体。在一些实施例中，附加传感器和/或VIAS系统所使用的传感器可以检测用户是否踩踏到跑步机板面的前部或后部。如果检测到用户的步伐处于非所需、非预期或不安全的位置，则跑步机可被减慢或停止，以防止用户受伤。

跑步机的一些实施例包含视觉反馈系统。视觉反馈系统理想地向用户指示每只脚的冲击(例如，作用力、压力、震动等)是否大于或小于所需量。此外，在一些实施例中，视觉反馈系统还可以向用户指示左右步伐是否共线或不共线，从而允许用户学习采取更有效或恰当的步伐，其在物理治疗和/或患者康复期间可以是有帮助的。

跑步机的一些实施例包含多方面的速度控制方法，其使用涡流制动、电阻制动和摩擦制动中的一个或多个，来将跑步机带体的速度控制在用户定义的所需速度内。每一种速度控制方法可以单独地使用或以组合方式使用，以获得所需的跑步机带体速度。如以下描述的由位于跑步机中的各个传感器确定的比如用户的重量、所需速度、跑步机倾斜位置和/或飞轮的旋转速度等因素可以用于确定使用哪个或哪些速度控制方法来获得所需的速度设置并改善跑步机的安全性能。

跑步机的另一些实施例可以包括楔形框架设计。楔形框架允许后部与前部相比处于较低高度，而不损害跑步机的性能，如以下更详细地讨论的。

跑步机的附加实施例包含附加的升降辅助系统，用以协助升降电动机实现跑步机倾斜位置。

图1A和B中示出了一种跑步机，其具有以上讨论的一部分或全部实施例，包括“沉入式”和“卡合式”框架设计，其中重力是用于保持部件的主要作用力。框架是单件的金属或复合材料，其具有多个狭缝和开口，它们与筒座的横向地延伸的部分相应。筒座以及跑步机带体提供半柔性表面，用户能在其上行走或跑步。类似地，跑步机的前辊和后辊也滑入位于框架的前部和后部处的狭缝中。重力和用户的重量将筒座固定在框架中。

根据图1A和图1B的局部分解图中示出的实施例的自供电跑步机100包括板面组件102和显示组件150。板面组件102包括带体110，其围绕两个辊即前辊组件120和后辊组件140旋转。前辊组件120和后辊组件140由框架104支承，所述框架104设计成使得辊组件可以沉入或置入框架104中，以方便组装。带体110由筒座支承，所述筒座由框架104支承。筒座支承用户的重量，如以下更详细地论述的。板面组件102提供用于跑步或行走的稳定表面。侧轨比如侧轨106可以附接至框架104的任一侧，以对框架104提供附加的支承，并隐藏和保护其它跑步机部件，比如将在下面更详细地描述的缓冲系统。在一些实施例中，跑步机100还可以包括倾斜调节组件，所述倾斜调节组件可以包括杠杆112，所述杠杆112在一端处可旋转地连接至框架104。杠杆112的相反端可以包括轮子114，使得杠杆112的有轮端能轻松地朝向跑步机100的框架104滚动，以倾斜跑步机100的前端，使得跑步机100的前端比起跑步机100的后端处于较高高度。还可以包括附加的支承件，来为跑步机100提供附加的支承以及使跑步机100平放在一表面上。

如图所示，跑步机100不包括栏杆或臂架。然而，在另一些实施例中，可以为例如具有平衡问题的用户提供栏杆和/或臂架。

如图1A和1B中所示，跑步机100还包括显示组件150。显示组件150可以包括基座152，其从跑步机100的前端向上延伸。基座152可以用于支承用于跑步机的用户控制器和/或显示控制台，其包括视频屏幕、LED灯显示器或其它显示装置，以向用户显示信息。这种信息可以包括带体速度、跑步机倾斜度、用户在带体上的侧向位置、用户的脚对跑步机的冲击力等。此外，在一些实施例中，显示装置可以由跑步机带体110的旋转运动生成或由电池生成的电能来供电。能量捕获和生成可以由与前辊或后辊的旋转相连的集成飞轮和发电机系统来实现，如下面将更详细地描述的。

在一个实施例中，前辊组件120和后辊组件140被构造成使得带体110的操作对于所有用户而言是平稳的和受控的。例如，为了开始跑步机100的操作，用户开始在带体110上行走。常规的无绳跑步机将需要大量的力来克服辊组件等的阻力和摩擦，以开启带体110的操作。这种常规无绳跑步机因此使用起来不舒服且难度高。在所示实施例中，跑步机100被构造成使得前辊组件120和/或后辊组件140允许用户使用减小的力来开启带体110的操作。优选地，重达例如100磅的用户能与重达例如250磅的用户一样轻松地开启带体110的移动。因此，在一优选实施例中，如以下描述的传动或变速系统可以构造成确定用户的重量并调节变速器内的初始齿轮位置，以允许跑步机对于体重较轻的用户以及较重的用户的平稳初始操作。此外，可以使用多方位速度控制系统来控制跑步机的速度，以改善安全操作，如下面以更详细的细节描述的。

在一些实施例中，包括所示实施例在内，跑步机100包括冲击吸收系统，如下面将更详细地描述的。冲击吸收系统在用户于跑步机100上行走或跑步时提供减震。在一些实施例中，冲击吸收系统包括连接至控制系统的多个传感器，以测量在行走或跑步期间因用户的重量或对带体的冲击造成的跑步机板面的偏转量。在一些实施例中，可以基于冲击吸收系统所测量的板面偏转量来调节变速和变速器。

如以上提及的并如以下更详细地讨论的，跑步机100还可以包括能量捕获机构，其能捕获跑步机带体110的旋转能量，并使用例如发电机将旋转能量转换成电能。在一些实施例中，冲击吸收系统可以与能量捕获机构协同工作，以在使用期间维持恒定量的板面偏转量，以通过降低因板面偏转造成的能量损失量来增加能量捕获和向电能转换的效率。

跑步机100的另一实施例在图14中示出。类似于以上相对于图1描述的跑步机100，图14中示出的跑步机100包括板面组件102和显示组件150。板面组件102包括可移动的跑步机带体110，其能响应于用户在带体110上的踩踏力而围绕前后辊旋转。在一些实施例中，显示组件150可以包括一对臂构件160，其延伸于带体110的任一侧，以在跑步机使用期间为用户的手提供稳定的表面。

如以上相对于图1A和1B讨论的实施例中那样，图14中示出的跑步机在一些实施例中可以还包括冲击吸收系统，如下面将更详细地描述的。此外，在一些实施例中，图14中示出的跑步机100可以包括能量捕获机构，其能捕获跑步机带体110的旋转能量，并使用例如发电机将旋转能量转换成电能。

跑步机2100的又一实施例在图19中示出。类似于以上相对于图1A和1B和图14描述的跑步机100，跑步机2100包括板面组件2102和显示组件2150。板面组件2102包括可移动的跑步机带体(未示出)，其能响应于用户在带体上的踩踏力而围绕前后辊旋转。在一些实施例中，显示组件2150可以包括一对臂构件2160，其延伸于带体的任一侧，以在跑步机使用期间为用户的手提供稳定的表面。

在一些实施例中，跑步机2150可以包括楔形框架设计，如下面将更详细地描述的，以降低抬升高度，使得跑步机的后部处于比跑步机的前部更低的高度。此外，跑步机2100可以包括能量捕获机构，以将用户在跑步机上的行走或跑步所产生的旋转能量转变成电能。在一些实施例中，跑步机2100可以包括下列特征中的一个或多个：冲击吸收系统、自动停止特征、沉入式组件或以下参考图1A和1B和图14中示出的跑步机讨论的其它特征的任意组合。

框架

在一些实施例中，如图2中所示，跑步机100可以构造在易于组装的框架比如框架104上。在一个实施例中，框架104呈U形，且侧部表面沿跑步机的长度伸展。侧部表面形成通道，其中可供跑步机100的各种部件比如前辊组件120和后辊组件140等插入。此外，框架104包括多个切口或开口，其构造成接收筒座组件，比如以下讨论的筒座组件。由于重力，使用最低限度的固定装置比如机械紧固件等来将跑步机100的部件固定至框架104。

通道的底部由底部表面208形成。可以在底部表面208中形成多个开口220、222、224、226、228、228和230，以降低框架104的重量。U形通道的侧面由左框架侧面205和右框架侧面209形成。左框架侧面205和右框架侧面209各自形成倒转的通道，以向框架104提供附加的刚性。左水平凸缘204和左竖直凸缘202与左框架侧面205一起形成倒转的U形通道。类似地，右水平凸缘212和右竖直凸缘214与右框架侧面209一起形成倒转的U形通道。可以在水平凸缘和框架侧面中形成多个开口，使得这些开口允许跑步机部件，比如图3中示出的跑步机运动组件部件300，从竖直位置在框架104上方穿过水平凸缘204、212沉入并被框架侧面205、209支承。在一些实施例中，位于左侧面205并贯穿左水平凸缘204的开口与位于右侧面209并贯穿右水平凸缘212的对称开口配对。

在框架104的前部，在左框架侧面205中示出了U形开口246。虽然仅在图2中部分地示出，但在右框架侧面209中也形成对称的U形开口。U形开口246由左框架侧面205中的弯曲表面248形成。开口246构造成允许以下更详细地讨论的集成飞轮发电机组件与图1中示出的前辊组件120之间的连接。在左水平凸缘204和左侧面205中形成有缝状开口242。缝状开口242优选宽到足以允许前辊轴安装在缝状开口242内。优选地，缝状开口242倾斜成使得缝状开口242的最靠近框架104的底部表面208的端部比形成在左水平凸缘204中的缝状开口242的端部更靠近框架204的后部。在一些实施例中，缝状开口242向后朝框架204的后部倾斜，角度大致与左侧面205所限定出的轴线成30度。在另一些实施例中，缝状开口242可以向前或向后以15度到60度的角度倾斜。在右水平凸缘212和右侧面209中形成有对称的缝状开口250。缝状开口250具有与缝状开口242相似的宽度和取向，以允许前辊轴穿过开口250。理想的是，前辊轴由缝状开口242、150的端部支承，使得前辊能在框架104内自由地旋转，而不会接触框架侧面205、209或底部表面208中的任一个，如图4中所示。

继续参考图2，在左框架侧面205和右框架侧面209中分别形成有弯曲开口232和258。弯曲开口232可以在左水平凸缘204形成有矩形开口，其开向左侧面205中由曲线234形成的窄弯曲开口中。曲线234使弯曲开口232变窄为宽到足以牢固地安装后辊轴的开口。弯曲开口232允许后辊在框架104上方从竖直位置沉入框架104中的张紧位置。随着后辊轴沉入弯曲开口232、258中，后辊轴被曲线234迫使进入开口232、258的后方位置。开口232、248以及处于框架104的前端处的相应缝状开口242、250的尺寸和放置，允许跑步机带体通过前辊和后辊(跑步机带体围绕其旋转)的准确放置而得到张紧。理想的是，一旦前后辊组件和跑步机带体已经沉入就位在开口232、258、242和250之内后，如图4中所示，就不再需要对跑步机带体的外加张紧。

图2还示出了可以在左水平凸缘204和左侧面205中形成多个矩形开口236、238、240。在右水平凸缘212和右侧面209中可以形成相似的对称开口252、254、256。在一些实施例中，开口236、238、240、252、254、256构造成接受支承板条，其支承并构造跑步机100的筒座板面，如以下更详细地讨论的。

框架104还可以包括多个开口260，其形成在左右侧面205、209中，以将比如过孔系统冲击吸收部件等其它跑步机部件固定至框架104。

一部分跑步机运动组件和可变冲击吸收系统部件在图3中示出，其中移除了框架104以更清楚地示出这些部件。部件在图4中显示为安装在框架104中。

前辊304具有从其中穿过的前辊轴306。类似地，后辊344具有从其中穿过的后辊轴346。如以上讨论的，前辊轴306优选从前辊304的每个端部向外伸出，使得前辊轴306能安装在框架104中的缝状开口242、250内(图4)。类似地，后辊轴346优选从后辊344的每个端部向外伸出，使得后辊轴346能安装在框架104中的弯曲开口232、258内(图4)。前辊304和后辊344优选构造成使得跑步机带体能围绕前辊304和后辊344安装。理想的是，当跑步机带体围绕前辊304和后辊344安装并且辊和带体如图6中所示沉入框架104中时，跑步机带体被恰当地张紧，而无需附加地张紧跑步机带体。

继续参考图3，还示出了用于冲击吸收、板面偏转和跑步机运动控制的附加跑步机部件。集成飞轮发电机302包括变速系统，其补偿用户的所测重量，以设置前辊组件120的初始变速比，使得跑步机带体具有初始阻力，其允许带体对于不同重量的用户均平稳地且轻松地旋转。飞轮发电机的附加细节在下方讨论。

在一些实施例中，框架可以具有楔形或倾斜形状，比如图20中示出的框架2104。在该构造中，跑步机的尾端或后端与跑步机的首端或前端相比处于较低高度。这允许直径与图2、3所示框架中所使用的相同的前辊和其它前驱动部件能够用于图20中示出的框架。框架2104可以包括以上相对于框架104讨论的所有缝状开口、切口和特征，以允许如上所述那样轻松地沉入跑步机部件。楔形框架2104的附加优点包括降低用户踩踏到跑步机带体上的抬升高度。这允许跑步机更容易地被那些可能有困难上踏到跑步机板面上的用户使用。此外，跑步机的较低后部高度降低了与地面的距离，以潜在地减少用户在操作期间从跑步机的后部跌落情况下受伤的风险。

楔形框架2104的附加优点是微小的斜坡对开启跑步机带体运动所提供的帮助。由于用户将从跑步机上的第一步开始在微小的斜坡上行走，所以用户将更容易利用在带体上的初始步伐来开启跑步机带体的运动。

楔形框架2104允许使用直径与以上论述的相同的前辊120，使得跑步机的性能不会受到影响。在一些实施例中，可以使用较小直径的后辊，而不影响跑步机的感觉和性能。

在一些构造中，可以使用线性致动器或升降电动机来将跑步机的前部提升到所需倾斜度。然而，线性致动器或升降电动机会消耗大量的功率，并且是本文公开的自行式跑步机的最大功率消耗器。当跑步机未操作时，即，当用户未在跑步机上行走或跑步以产生电力时，升降电动机将需要来自电池的功率以将跑步机移动至所需倾斜度。为了实现所需的跑步机升降度，升降电动机有必要强力到足以克服用户的重量以及跑步机框架和部件的重量。为了降低功率消耗，自行式跑步机的一些实施例包括如图22和23中所示的升降辅助系统。升降辅助系统可包括一对气压弹簧2810，其能提供杠杆辅助，并通过降低升降电动机所需的做功量来降低升降电动机所消耗的功率量。在普通的倾斜操作中，升降电动机能升降大约10或20磅。然而，在一些实施例中，升降电动机能升降30、40、50、60、70、80或100磅。在一些实施例中，升降电动机能升降高达150磅。在一些实施例中，气压弹簧2810能升降10、20、30、40、50、60、70、80、90或100磅。在一些实施例中，气压弹簧2810中的每个能升降高达150磅。气压弹簧2810可以连接至支承结构的静止部分，并且连接至跑步机的前部处的跑步机板面的两侧的框架。当用户期望改变升降度时，气压弹簧2810提供附加的作用力来升降跑步机框架，从而降低升降电动机的功率消耗。在一些实施例中，升降电动机提供专用的控制器来实现所需的倾斜度，即，升降电动机控制气压弹簧2810所提供的所需升降度。

可变冲击吸收系统

可变冲击吸收系统的一个实施例包括一个或多个可调节减振器(液压缸或气缸或任何其它类型的减振系统)、一个或多个红外传感器和控制系统。红外传感器理想地测量对于每个用户的跑步机板面的偏转量，并且基于该偏转量，控制系统调节硬度，使得跑步机板面的偏转量与90磅或350磅或任何其它重量的用户相匹配。

跑步机运动组件300还包括可用于可变冲击吸收的部件。术语“可变冲击吸收”是具有其普通含义的广义术语。在一些实施例中，可变冲击吸收或可变冲击吸收系统是指这样的部件，其能测量筒座或板面因用户的重量或用户的脚部在跑步机上跑步或行走时的冲击力而造成的偏转量，并调节吸收量以降低或控制板面偏转量，提供所需的缓冲或感觉，并且/或者计算用户的重量或冲击力以用于其它跑步机功能，比如计算所燃烧的卡路里等等。可变冲击吸收系统包括多个冲击吸收构件、致动器和连接至控制系统的传感器，其测量用户在跑步机上行走或跑步时的跑步机板面的偏转量。此外，可变冲击吸收系统能经由控制系统与包括以下讨论的集成飞轮发电机的能量生成系统通信，以建立跑步机的变速器的初始齿轮比，使得不同重量的用户都能以同等的力开始和停止跑步机带体的运动，使得带体的所得初始运动是平稳的和受控的。

如图3所示，可以为跑步机100使用六个冲击吸收构件310、318、322、326、332、340，在跑步机带体110的每侧各三个冲击吸收构件，且它们沿着跑步机带体110的长度均匀分布。每个冲击吸收构件可以包括一对弹簧构件308、316、320、324、330、338。弹簧构件308、316、320、324、330、338可以由弹性体聚合物形成，并且可以使用包括螺丝、钉子、角钉等的任何类型的机械紧固件附接至支座构件309、317、321、325、331、339。在另一些实施例中，弹簧构件可以是液压减振器、压缩空气减振器或任何其它类型的减振器。在一些实施例中，弹簧构件308、316、320、324、330、338可以包括一组或多组减振器(例如，gbr减振器或其它类型的减振器)。减振器的特征可以在于力对行程比值。减振器组中的一个可以安装得低于筒座的安装高度。一组减振器优选在用户处于跑步机上时总是被接合。当更大的力施加至跑步机的跑步或行走表面时，安装得较低的那组减振器将接合。当力被施加时，第二(较低)组的减振器接合，从而改变减振效果。

此外，可以为跑步机100使用一对可变冲击吸收构件314、328。可变冲击吸收构件314可以位于跑步机带体110的右侧，而另一可变冲击吸收构件328可以位于跑步机带体110的左侧。可变冲击吸收构件314、328可以是气动缸，以对因行走或跑步时用户步伐的作用力对跑步机产生的冲击提供可调节的吸收作用。可变冲击吸收构件314、328中的每个可以配置在冲击支承构件312、342下方。冲击支承构件312、342可以是矩形支承构件，其在每个端部由冲击吸收构件支承。如图3所示，可变冲击吸收构件314、328理想地在冲击支承构件312、342下方居中。可变冲击吸收系统还可以包括附加的致动器334、336，以提供附加的冲击吸收。

图4示出了已被安装在框架104中时处于它们的相对位置的上述跑步机部件300。如以上讨论的，前辊304在框架104的前部插入缝状开口242、250中。后辊344的轴安装在框架104中的开口232、258内。六个冲击吸收构件310、318、322、326、332、340理想地均匀分布在框架104的两侧，处于框架104所形成的通道外。理想地，六个冲击吸收构件310、318、322、326、332、340中的每个与开口236、238、240、252、254、256之一对齐。优选地，开口236、238、240、252、254、256构造成使得筒座支承构件702、704、706(图7)安装在开口236、238、240、252、254、256内，并且筒座支承构件702、704、706的每个端部由六个冲击吸收构件310、318、322、326、332、340之一支承。在一些实施例中，如图5中所示，侧部支承构件105a、105b可以连接至框架104，使得可变冲击吸收系统部件受到围绕和保护。前辊、后辊、框架104和侧部支承构件105a、105b围绕着可变冲击吸收系统部件状态下的完全组装好的跑步机板面在图6中示出。图16示出了包括有可以配置成如上所述以提供可变冲击吸收的减振器308、316、320的无绳跑步机100的另一实施例的侧视图。

筒座

跑步机可以包括由可以沉入框架104中的交错和非交错的辊构成的筒座组件。筒座组件(例如，代替标准的跑步机板面)可理想地在组装期间沉入框架104中，从而缩短组装时间。图7中示出的筒座组件包含交错模式的轮(有时被称为迷你轮)或辊，它们组装有轴承。如图7中所示，筒座组件700包括六个交错的辊组714、716、718、720、722和724。交错的辊组714、716、718、720、722和724可以各自是相同的，并且包括置于共用凹槽或通道中的多个辊。一组交错辊的单个通道的一个示例在图8中示出。多个图8中示出的辊的凹槽可以错位且并排配置在跑步机100的中心部分或板面上，以形成跑步机100的主跑步或行走表面，如图7中所示。交错的轮或辊组714、716、718、720、722和724位于筒座的中心部分上，并且优选延伸筒座组件700的整个宽度的大致18”。交错轮模式允许用户在使用跑步机时在脚下具有恒定的表面接触。

在一个实施例中，如图7中所示，筒座组件700进一步包括第一共线辊通道710和第二共线辊通道712，它们位于交错辊组714、716、718、720、722和724的外侧或侧方。共线辊的单个通道的一个示例在图9中示出。两个外侧通道的共线辊710、712为用户提供颠簸或振动感觉体验，以引导用户将他们的步伐居中于筒座组件700的交错轮部上。如图6中所示，传统的跑步机带体围绕筒座组件700的外侧运行，以提供跑步或行走表面。在一些实施例中，构成交错辊组714、716、718、720、722和724的交错轮或辊中的每个具有1”到1.5”之间的直径。

筒座组件700能向用户提供反馈，以引导用户将跑步或行走步伐居中于筒座组件700的中心交错轮部上。例如，当用户在跑步机100上行走或跑步时，用户将理想地把每个步伐置于筒座组件700的交错轮组714、716、718、720、722和724上。由于交错设计，用户将不会感觉到表面的任何颠簸或粗糙。如果用户步伐太靠右或左，则用户将会把他或她的脚置于共线辊通道710、712上。辊通道710、712的共线设计将会对用户产生颠簸感觉。这将使用户知晓行走或跑步步伐未居中在跑步机带体110或筒座组件700上，从而用户将理想地相应地改变他或她的步伐。筒座组件700的另一实施例的更近视图在图18中示出。如图所示，交错辊714、716、718、720构造成使得每个辊的中心与相邻辊错位。如以上讨论的，这为用户提供平稳表面。此外，共线辊710和712构造成使得它们侧夹交错辊组，使得共线辊710、712在跑步机板面的外侧边缘处沿纵向延伸。如图所示，共线辊组710、712可以由一个辊或者由两个或更多个辊(其构造成使得它们的中心对齐)形成(见辊712)。在所示实施例中，共线辊710、712配置成使得共线辊710、712的中心不与相邻交错辊的中心对齐，如图18中所示。

图7中示出的筒座组件700所提供的附加益处是降低的能量损失。具有交错辊组714、716、718、720、722和724的模式的筒座组件700在带体100于使用期间围绕筒座组件700旋转时提供与跑步机带体110的恒定接触。除了用户对跑步机的平稳且舒适的感觉之外，跑步机带体110与筒座组件700之间的恒定接触还允许更有效地将能量传输至以下讨论的能量生成系统，因为能量损失降低了。

如图7中进一步示出和以上相对于图5和6讨论的，筒座组件700还包括多个横向地延伸的支承构件702、704、706。支承构件中的每个通过任何类型的机械紧固件连接至辊组710、712、714、716、718、720、722、724的通道。支承构件702、704、706横向地延伸超过共线辊通道710、712中的每个的边缘，使得支承构件702、704、706中的每个的端部可以插入框架104的开口236、238、240、252、254、256中(图5)。为了说明，图7中示出的筒座组件700可沉入框架104中，图5和6中示出，并且由于筒座组件700的重力和重量，只需最低限度或者无需固定装置来将之保持在一起。筒座的横向延伸的凸片滑入位于框架的每侧的凸片接收器中，从而制止筒座前后运动。如以上讨论的，支承构件702、704、706的端部中的每个座置在六个冲击吸收构件310、318、322、326、332、340之一上，使得筒座组件700因用户在行走或跑步期间的脚部冲击力而产生的移动被吸收构件310、318、322、326、332、340减弱。

在用户驱动式跑步机的另一实施例中，如图15中所示，筒座组件700(其包括在两侧被一组共线辊侧夹的多组交错辊)可以构造成与前辊组件120和后辊组件140一起移动。所有三个部件(筒座组件700、前辊组件120和后辊组件140)均可以如以上论述那样沉入框架部件104中，以方便组装。此外，当用户使用跑步机时，筒座组件700以及前、后辊组件120、140一起左右移动。在另一些实施例中，如图4-7中所示，筒座组件700可以是独立的，而前辊组件120固定就位。允许筒座组件700、前辊组件120和后辊组件140一起移动会提供附加的优点，即通过改善跑步机带体110对筒座组件700、前辊组件120和后辊组件140的追踪而提高跑步机的安全性。

用户驱动式跑步机的另一实施例在图19中示出。类似于图1-7中示出且在以上讨论的跑步机，跑步机2100包括筒座组件2700，其包括多组交错的辊。在图19中示出的实施例中，辊组交错成使得第一和第三列的辊的纵向轴线(从后方观察跑步机时从跑步机的左侧测量)对齐，并且第二和第四列的辊的纵向轴线也对齐，但是第一和第三列的纵向轴线与第二和第四列的纵向轴线是交错或错位的。这种组装方式在制造和组装方面提供优点，同时保持以上指出的用户反馈优点。在一些实施例中，筒座组件2700为用户提供呈脚部治疗形式的附加益处。当用户在筒座组件上方经过的带体上跨步时，辊和跑步机带体的运动产生微小的振动，其传递通过用户的脚部，从而刺激用户脚底的神经。这种振动模拟脚下更加自然的感觉，其更类似于用户在草地、砂砾等上行走时的感觉。这种振动或感觉采取行动以传统跑步机不能实现的方式刺激用户的大脑，因为传统跑步机由于带体经过实心板面而提供更加静态的体验。这种意识可以减少无聊并增加用户的由脚部感觉到的感觉意识，这可以为治疗用户提供附加的益处。

集成飞轮发电机

不同于具有电动机来旋转跑步机的带体的电动跑步机，无绳跑步机的带体是在用户的步态的作用力下发生移动。需要更多的作用力才能开始移动无绳跑步机的带体(与维持它运动相比)。飞轮发电机补偿这些不同的作用力需求，方法是初始降低阻力，然后一旦在跑步机的带体处于运动中时增加阻力。这为用户提供一种平稳、受控的体验，类似于使用电动跑步机所体验到的。

飞轮发电机(FG)包括齿轮系统(变速器)，其能控制用于控制跑步机的带体的速度的阻力量。初始时，飞轮发电机测量用户的重量，并基于用户的重量确定适当的齿轮比(即，啮合哪个齿轮)。用户的重量可通过多种技术中任一种来确定，包括通过使用磅秤、电阻、活塞、“可变冲击吸收系统”(如以下描述的)或任何其它重量测量技术。

飞轮发电机的初始齿轮选择确保用户能够通过在带体上行走来平稳地开启带体移动，而不管用户的重量如何。如果没有这种动态的齿轮选择，则较重的人员可能感觉到很少的阻力，并且带体可能移动过快并伤害用户。类似地，如果没有这种动态的齿轮选择，则较轻的人员可能感觉到过多的阻力，并且用户开启带体旋转可能有困难或不舒服。

集成飞轮发电机是一种在无需电力的情况下为跑步机供电的机构。集成飞轮发电机以及以上讨论的可变冲击吸收系统包含传感器(优选为红外传感器)来测量用户的重量(例如，通过测量可变冲击吸收系统的位移或筒座的偏转量)，选择可变冲击吸收系统的适当“硬度”并基于测得的重量来分配飞轮的适当齿轮比，使得通过用户开始并维持跑步机带体旋转所需的努力不管用户的重量如何都是相似的。对于个体而言，跑步机提供相同的感觉和舒适感，并且以相同的方式工作，而不管他或她的重量如何。例如，跑步机将对于90磅的人员与对于350磅的人员一样响应地起动和停止。

集成飞轮发电机包括用于从跑步机的旋转运动生成电力的发电机和用于存储所转变的能量的飞轮。在一个实施例中，集成飞轮发电机优选经由齿轮系统可旋转地连接至前辊304。如图10中所示，集成飞轮发电机800包括围绕转子804的磁性壳体802。转子齿轮806附接至转子804，使得转子齿轮806因用户在跑步机带体110上行走或跑步所引起的前辊304旋转而旋转。图11示出了前辊304，其通过齿轮系统可旋转地连接至飞轮发电机800，所述齿轮系统在一个实施例中包括84齿齿轮，其被包括在前辊驱动器中。

在一些实施例中，集成飞轮发电机进一步包括3档齿轮箱。3档齿轮箱的齿轮比在一个实施例中可以是1:1、1.25:1、1.375:1。在一个实施例中，主从动齿轮806可以是38齿齿轮。当跑步机变速器处于第一档时，整体的固定齿轮比大致为2.2:1。当跑步机变速器处于第二档时，整体固定齿轮比大致为2.75:1，并且当跑步机变速器处于第三档时，整体固定齿轮比大致为3.0:1。在一些实施例中，可以通过发电机和飞轮效应生成足够的电力，使得可以不再需要单独的变速器来增加rpm以及改变发电机的旋转速度。

一般而言，飞轮发电机的外径越大，发电机能生成电力的效率越高。然而在具有楔形框架的一些实施例中，比如图19和20中示出的实施例，可以使用直径减小的后辊，后辊直径的减小不会明显影响跑步机的性能和感觉。对于自行式跑步机而言，为了实现平稳的性能和操作，需要大直径的、重的前辊。此外，需要重的前辊来旋转飞轮发电机，以使能量生成的效率最大化。因此，旋转的前辊和飞轮发电机是用于协助跑步机的感觉和操作的旋转质量。在一些实施例中，具有楔形框架的跑步机的性能和感觉可类似于前后辊直径相同的跑步机的感觉。在一些实施例中，飞轮是具有7英寸外径(OD)的5磅飞轮，其与具有7.75英寸外径的22磅前辊和具有4:1到6:1的齿轮比的变速器联合使用。在另一些实施例中，飞轮的外径可为6-8英寸，并且可重达3-7磅。在另一些实施例中，前辊可重达20-25磅，且外径为6-9英寸，并且变速器可具有3:1到9:1的齿轮比。

在一些实施例中，集成飞轮发电机理想地基于可用扭矩与所需扭矩之间的差异来提供可变飞轮效应。可用扭矩可以定义为跑步机所产生的扭矩的可变量，取决于跑步机的倾斜度设置和用户的重量，减去摩擦。所需扭矩可以定义为旋转跑步机带体并开始跑步机的操作所需的能量。为了对于所有用户、倾斜度设置、速度设置和重量实现平稳的一致的操作感觉，飞轮效应可以有所不同，取决于所选择的齿轮比。发电机的减速可以通过电子方式控制，以减慢跑步机速度。此外，在一些实施例中，发电机可以生成足够的电力来为跑步机(包括显示单元，比如图14中示出的显示单元162)供电。

在一些实施例中，包括图14-17中示出的实施例，发电机可以集成在前辊组件120内。发电机集成在前辊组件120内可以提供改善组装便利性的附加益处，并且可以消除对单独的传动和齿轮箱组件的需求。

此外，前辊组件120的前辊可以构造为预定的重量和构造，以自身用作飞轮。通过允许前辊用作飞轮，可以简化设计，因为消除了对单独的飞轮的需要，同时仍然实现了所需的飞轮效应。

可变飞轮效应的控制是自动的。以上讨论的可变冲击吸收系统内的传感器测量板面偏转量，其转化为跑步机上的重量或冲击。控制系统(其理想地包括处理器、工作内存和含有处理器可执行指令或模块的内存)可从计算的重量来确定用以操作跑步机带体的所需扭矩和可用扭矩的量。在获得所需重量之后，控制系统可为跑步机选择适当的齿轮比。

集成飞轮发电机可与可变冲击吸收系统一起工作，来提供平稳且一致的跑步机操作，而没有因跑步机板面过硬或过软造成的能量损失，如由跑步机板面偏转所确定的。可变冲击吸收系统的红外传感器可通过测量跑步机板面的位移来测量用户的重量。基于所测偏转量、跑步机的倾斜度设置、带体旋转速度和算出的摩擦力，控制系统选择可变冲击吸收系统的适当“硬度”和飞轮的适当齿轮比，使得开启和维持带体旋转所需的努力不管用户的重量如何都是一致的。在一些实施例中，能量存储单元(例如，电池、电容器等)可以设置于本文描述的跑步机中的任一个，以存储飞轮发电机所生成的电能。

为了维持所需速度的恒定速率，自行式跑步机的一些实施例包含多方面的速度控制方法。在一些实施例中，跑步机的速度控制可包括涡流制动。涡流系统(比如图22中示出的系统2800，类似常规的摩擦制动)是这样一种装置，其用于通过将其动能作为热量驱散来减慢或停止移动物体。然而，不同于电子机械制动，其中用于停止移动物体的阻力是由被按压在一起的两个表面之间的摩擦提供的，涡流制动中的阻力是处于相对运动的磁体与附近的导电物体之间的电磁力，其是由于通过电磁感应在导体中诱发的涡流产生的。

移动经过静止磁体的导电表面将具有通过磁场在其中诱发的被称为涡流的圆形电流。循环电流将产生它们自身的磁场，其相反于磁体的磁场。因此，移动的导体将会遇到来自磁体的与其运动相反、正比于其速率的阻力。涡流的电能因导体的电阻而作为热量被驱散。

涡流制动的另一优点是，由于制动不是通过摩擦力工作，所以不存在制动瓦表面磨损从而像摩擦制动那样需要更换的问题。涡流制动的一个缺点是，由于制动力正比于速率，所以当移动物体静止时，制动没有保持力，如摩擦制动中的静摩擦所提供的那样。涡流制动可用于在电源关闭或控制系统接收到另一指示而要停止跑步机(比如检测到用户处于主跑步表面外的区域中等等)时快速地停止跑步机带体的旋转。然而，当跑步机静止时，可以使用以下描述的其它速度控制方法，比如电阻制动和摩擦制动。

飞轮的材料选择与涡流制动系统的效率有很强的关系。例如，由比如铜、铝或钢等更导电的材料制成以高速进行旋转且输入电压高的飞轮能改善涡流制动的性能。然而，在低速时，飞轮发电机生成很少的电能，涡流制动系统可能不足以控制跑步机带体的速度。

在涡流制动不足以控制跑步机的速度的情况下，可以使用其它类型的控制。在一些实施例中，使用与发电机的输出端共线的高功率电阻的电阻制动可用于控制跑步机速度。电阻“抵抗”发电机的能量流，导致发电机的减慢效果，其进而减慢跑步机的速度。为了增加发电机的速度，去除或降低电阻。

在电阻和涡流制动均不足以减慢跑步机的情况下，或者在需要跑步机速度控制的其它时候，比如响应于自动停止指令，可以使用摩擦制动，来协同涡流制动和电阻制动中的一个或多个，或者代替其它控制方法中的一个或多个。可以通过将液压压力经由制动衬块施加至硬钢盘，来施加机械摩擦力，以减慢或停止前辊或飞轮的旋转，如图23中所示。响应于接收自控制系统的指令，摩擦制动器2820作用于轮2830，以减慢或停止跑步机。可以使用任何类型的摩擦或机械制动器，包括山地自行车盘式制动器等。制动衬块2820可以由任何材料制成，比如陶瓷、浸泡物、双金属或其组合。

飞轮发电机系统概况

图12示出了一个示例的控制系统900，其构造成以用户操作跑步机所生成的电力来操作无绳跑步机。所示实施例并非旨在进行限制，而是说明一些实施例中的某些部件。系统900可以包括用于其它功能的多种其它部件，其未示出，以便阐明所示部件。

系统900可以包括飞轮发电机910、多个可变冲击吸收系统(VIAS)传感器911和电子显示器930。电子显示器930的某些实施例可以是任何平板显示技术，例如LED、LCD、等离子或投影屏幕。电子显示器930可以联接至处理器920，用于接收信息，以视觉显示给用户。这种信息可以包括但并不局限于：存储在内存位置中的文件的视觉图示、安装在处理器920上的软件应用、用户界面和网络可访问的内容对象。

系统900可以包括可以采用一个或一组传感器911，比如红外传感器。系统900可进一步包括处理器920，其与传感器911和飞轮发电机910通信。工作内存935、电子显示器930和程序内存940也与处理器920通信。

在一些实施例中，处理器920被专门设计用于跑步机操作。如所示，处理器920与程序内存940和工作内存935处于数据通信状态。在一些实施例中，工作内存935可以被包含在处理器920中，例如缓冲内存。工作内存935也可以是独立于处理器920并联接至处理器920的部件，例如一个或多个RAM或DRAM部件。换言之，尽管图12示出了两个内存部件，其包括内存部件940(包括数个模块)和单独的内存935(包括工作内存)，本领域的技术人员将意识到采用不同内存架构的若干实施例。例如，一种设计可以采用ROM或静态RAM内存，来存储执行内存940中含有的模块的处理器指令。处理器指令然后可以加载到RAM中，以促进处理器的执行。例如，工作内存935可以是RAM内存，指令在处理器920进行执行之前加载到工作内存935中。

在所示实施例中，程序内存940包括板面偏转测量模块945、重量计算模块950、扭矩计算模块955、操作系统965和用户界面模块970。这些模块可以包括配置处理器920以进行各种处理和装置管理任务的指令。程序内存940可以是任何适当的计算机可读存储介质，例如非临时性存储介质。工作内存935可以被处理器920使用来存储内存940的模块中含有的处理器指令的工作组。替代地，工作内存935也可以被处理器920使用来存储跑步机系统900的操作期间生成的动态数据。

如以上提及的，处理器920可以由存储在内存940中的数个模块来配置。换言之，处理器920可执行存储在内存940中的模块中的指令。板面偏转模块945可以包括这样的指令，其配置处理器920以从VIAS传感器911获得板面偏转测量值。因此，处理器920以及板面偏转模块945、VIAS传感器911和工作内存935代表一种用于获得板面偏转数据的技术。

仍然参考图12，内存940也可以包含重量计算模块950。重量计算模块950可以包括这样的指令，其配置处理器920以基于测量到的板面偏转量来计算重量。因此，处理器920以及重量计算模块950和工作内存935代表一种用于计算跑步机用户的重量的手段。

内存140也可以包含扭矩计算模块955。扭矩计算模块955可以包括这样的指令，其配置处理器920以从由测量到的板面偏转量确定的重量计算值来计算跑步机的可用扭矩和所需扭矩。例如，处理器920可以被扭矩计算模块955指示，以计算可用扭矩和所需扭矩，并将计算出的扭矩存储在工作内存935或存储装置925中。因此，处理器920以及重量计算模块950、扭矩计算模块955和工作内存935代表一种用于计算和存储扭矩计算值的手段。

内存940也可以包含用户界面模块970。图12中示出的用户界面模块970可以包括这样的指令，其配置处理器920以提供一组显示对象和软控件，其允许用户与装置互动。用户界面模块970也允许应用与系统的其余部分互动。操作系统模块965也可以驻留在内存940中，并随处理器920操作以管理系统900的内存和处理资源。例如，操作系统965可以包括装置驱动器，用以管理硬件资源，例如电子显示器930或传感器911。在一些实施例中，包含在板面偏转模块945、重量计算模块950和扭矩计算模块955中的指令可以不直接与这些硬件资源互动，而是通过位于操作系统965中的标准子例程或API互动。操作系统965内的指令然后可以直接与这些硬件部件互动。

处理器920可以向存储模块925写入数据。存储模块925可以包括基于磁盘的存储装置或若干其它类型的存储介质之一，包括内存磁盘、USB驱动器、闪存驱动器、远程连接存储介质、虚拟磁盘驱动器或类似物。

尽管图12将包括独立部件的装置示出为包括处理器、传感器、电子显示器和内存，但是本领域的技术人员将意识到这些独立的部件可以以多种方法进行组合以实现特定的设计目的。例如，在一替代实施例中，内存部件可以与处理器部件组合，以节省成本和改善性能。

此外，尽管图12示出了两个内存部件，其包括内存部件940(包括数个模块)和单独的内存935(包括工作内存)，本领域的技术人员将意识到采用不同内存架构的若干实施例。例如，一种设计可以采用ROM或静态RAM内存，来存储执行内存940中含有的模块的处理器指令。替代地，可以在系统启动时从集成于系统100中或经由外部装置端口连接的磁盘存储装置读取处理器指令。处理器指令然后可以加载到RAM中，以促进处理器的执行。例如，工作内存935可以是RAM内存，指令在处理器920进行执行之前加载到工作内存935中。

齿轮比控制程序

本发明的实施例涉及用于自动确定操作无绳跑步机的齿轮比的过程。示例可以被描述为过程，其示出为流程图、操作程序图、有限状态图、结构图或框图。尽管流程图可以按顺次过程描述操作，但是许多操作也可并列或同时进行，并且过程可以重复。另外，可以重新安排操作顺序。一个过程在其操作完成时终止。过程可以对应于方法、功能、步骤、子例程、子程序等。当过程对应于软件功能时，其终止对应于功能恢复至调用功能或主功能。

图13示出了过程500的实施例的一个示例，其用以配置无绳跑步机以对于具有不同重量的用户具有平稳且一致的操作。特别地，图13中示出的过程优选允许不同重量的用户平稳地开启并维持跑步机带体的旋转。在一些示例中，过程500可以在以下部件上运行：处理器，例如处理器920(图12)；和图12中示出的其它部件，其存储在内存940中或包含在其它硬件或软件中。

如图13中所示的过程确定用户的重量(其可以通过直接称量用户、通过测量跑步机的板面偏转量或通过其它手段来确定)，并使用所确定的重量来确定可用于旋转跑步机带体的扭矩和旋转跑步机带体所需的扭矩。过程500始于开始框体502，并过渡至框体504，其中处理器例如处理器920得到指示以测量因用户的重量造成的板面偏转量，并基于板面偏转量，确定用户的重量。过程500然后过渡框体506，其中处理器得到指示以基于跑步机的设置(比如倾斜量以及用户的重量和在跑步机上的移动速度)确定可用扭矩。如以上指出的，可用扭矩是因用户的重量和跑步机设置而可用的扭矩的可变量，所述跑步机设置比如为跑步机板面的倾斜度设置减去比如跑步机带体、前辊和后辊和飞轮/齿轮系统等跑步机部件的预定摩擦力。一旦确定了可用扭矩，则过程500过渡至框体508。在框体508中，处理器得到指示以确定所需扭矩，其是开启带体旋转所需的扭矩量。在确定所需扭矩之后，过程500过渡至框体510，其中处理器得到指示以基于计算出的可用和所需扭矩，为飞轮发电机系统确定适当的齿轮比，以基于用户的重量实现跑步机的平稳操作。一旦确定了适当的齿轮比，则过程500过渡至框体512，其中处理器得到指示以为飞轮发电机系统设置适当的齿轮比，以便实现跑步机的平稳且有效的操作。过程500然后过渡至框体514并结束。

在一些实施例中，为飞轮发电机系统设置适当的齿轮可以进一步包括确定使用什么制动或速度控制方法(比如以上论述的电阻制动、涡流制动和/或摩擦制动)的步骤。

自动停止

在一些实施例中，以上讨论的跑步机可包括自动停止特征，其能在预定百分比的用户体重已从预期使用位置偏移预定距离时减慢或停止跑步机带体。自动停止特征与比如红外(IR)传感器或压力传感器(或其它传感器)等至少一个传感器和比如以上讨论的可变冲击吸收系统等控制系统一起工作。自动停止优选为跑步机带体提供自动安全机制，其不取决于任何用户动作，比如安全绳上夹持。

例如，当用户在跑步机上行走或跑步时，通常，用户的重量均匀地分配在跑步机带体的中心线的左右紧邻区域之间，其对应于用户左右脚的预期路径。如果例如至少75％的用户重量已偏移至跑步机的极右或极左边缘(如传感器所确定的)，则控制系统将采取行动以停止跑步机带体。类似地，如果多于预定百分比的用户重量相对于预期使用位置被分配得太靠前或太靠后，则控制系统将采取行动以停止跑步机带体。预定百分比的用户重量或预定重量偏移百分比可被选择(例如，被用户)，以控制跑步机在使用期间对用户重量偏移的变化敏感度。在一些实施例中，预定百分比为5％、10％、25％、50％、75％或90％。

在一些实施例中，跑步机可以包括传感器控制紧急停止系统(SCESS)。SCESS使用这样的传感器，其可以也可以不与作为以上讨论的VIAS系统的一部分使用的传感器相同，以检测用户的脚相对于跑步表面在板面位于何处。跑步机板面可分成前部117和后部119，如图1A上示出的线111所指示的。正常操作期间，当用户在跑步机上行走或跑步时，用户以一只脚踏在前部117中，而另一只脚抬离后部119。然后随着用户的跨步，用户的重量连续地在前部117与后部119之间交替。例如，如果用户以其右脚踏入前部117中，则预期的是重量将随着跑步机带体滚动而转移至后部119。如果传感器(比如作为图12中示出的VIAS系统的一部分示出的传感器911，或图21中示出的传感器2911)检测到用户的下一步伐是未处于预期区域中(即，在一些实施例中在前部117中)或处于非所需或不安全区域中的步伐，则信号发送至控制系统以停止跑步机带体。继续参考以上示例，如果用户的下一步伐及他们的左脚未处于前部117中，则控制信号可发送至控制系统以停止跑步机带体。当用户跌倒或位于跑步机带体上的非预期位置时，这能防止用户因带体未能停止旋转而被抛出跑步机的后部。虽然在图21中只在跑步机的一侧示出了局部组的传感器2911，但是也可以在跑步机板面的另一侧设置附加的传感器2911，以提供用户在跑步机上的位置的附加指示。

视觉反馈系统

在一些实施例中，实时的视觉反馈系统设置于上述跑步机或任何其它的健身器械。视觉反馈系统能基于位于跑步机板面或筒座上或下方的传感器(比如压力或时间传感器)，示出例如用户的左腿与右腿之间的冲击或持续时间差异。

视觉反馈系统能作为一系列从红色到黄色到绿色到黄色到红色的灯显示这些值(例如，来自每只脚在板面上的压力、脚与板面之间的接触时间、对板面的右和左冲击的时机、这类值的变化等)。可以为每条腿或臂提供一系列独立的灯。为了指示用户有跛行，例如，与测量用户的右侧的传感器相对应的灯可以在第一红色区域中点亮，以指示右腿具有非常短的持续时间或非常轻的压力的步伐。与测量用户的左侧的传感器相对应的灯可以在第二红色区域中点亮，以指示左腿具有非常长的持续时间或非常重的压力的步伐。理想地，用户的步伐将落在绿色区域中，以指示左右腿之间轻且均匀的冲击和持续时间。

该反馈系统将提供信息，以协助用户改善平衡。然而，反馈系统并不局限于用于跑步机，而是可以用于任何健身器械，以指示强度差距。反馈系统还可以用于物理治疗或用于从手术或受伤恢复中的人的康复。

益处和优点

具有以上讨论的特征中的一个或多个的跑步机相对于常规的无绳跑步机具有若干优点。最为显着地，包括以上讨论的集成飞轮发电机系统的跑步机与常规无绳跑步机相比，将具有更平稳的起动和停止操作，且初始起动阻力降低。此外，跑步机还将生成电力，其可以用于为控制台供电，照亮视觉反馈系统，或用于其它目的。

如以上论述的跑步机还将易于组装，原因是以上讨论的“沉入式”框架设计。包括在跑步机跑步或行走表面上居中的交错辊模式的筒座设计理想地为用户提供平稳且一致的表面。带体与辊之间的恒定接触减少能量损失，并改善对发电机的能量转移。

增加的安全性和用户特征理想地由自动停止和视觉反馈系统提供，其可以特别有利于在康复环境中使用。

关于术语的说明

已经结合附图描述了实施例。然而，应该明白的是，附图不是按比例绘制的。距离、角度等仅仅是例示性的，并不一定与所示装置的实际尺寸和布局保持准确的关系。另外，前述实施例以一定的细节程度得到描述，以允许本领域的技术人员制作和使用本文描述的装置、系统等。各种各样的变型是可行的。可改变、增加、去除或重新布置部件、元件和/或步骤。虽然明确地描述了某些实施例，但是基于该公开内容，其它实施例也将对于本领域技术人员变得显而易见。

除非另有具体说明，或者在所使用的上下文中另有理解，本文所使用的条件语言，比如“可”、“能”、“可能”、“可以”、“例如”等，通常旨在传达某些实施例包括而其它实施例不包括某些特征、元件和/或状态。因此，这种条件语言通常并非旨在暗示特征、元件和/或状态以任何方式为一个或多个实施例所需，或者一个或多个实施例必然包括用于确定(具有或不具有作者输入或提示)这些特征、元件和/或状态是否被包括在任何特定实施例中或在任何特定实施例中被执行的逻辑。

根据实施例，本文描述的方法中的任一个的某些动作、事件或功能可按不同顺序执行、可被增加、合并或完全略去(例如，并非全部描述的动作或事件是实施方法所必需的)。另外，在某些实施例中，动作或事件可同时执行，例如，通过多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器内核，而不是顺次地执行。

虽然以上详细描述已经示出、描述和指出了适用于多个实施例的新颖特征，但应该明白的是，在所示装置或算法的形式和细节上可做出各种省略、替代和变化，而不背离本公开的精神。如将意识到的，本文所描述的发明的某些实施例可在不提供本文中给出的所有特征和益处的形式内实施，因为一些特征可独立于其它特征而使用或实施。本文公开的某些发明的范围由所附权利要求书而不是由前面的描述示出。属于权利要求的等同方案的含义和范围内的所有变化被包含在它们的范围内。

Claims (18)

1.一种无绳跑步机，包括：

板面组件，其包括框架、带体系统、倾斜度调节系统和发电机系统；和

显示组件，其将电子显示装置支撑在所述板面组件上方以便向用户显示信息；

所述带体系统包括：前辊，其构造成围绕从所述前辊横向地延伸到所述框架中的前轴滚动；后辊，其构造成围绕从所述后辊横向地延伸到所述框架中的后轴滚动；带体，其围绕所述前辊和后辊放置；和多个支撑辊，其在直径上小于所述前辊并且定位在前辊和后辊之间以支撑所述带体；

所述倾斜度调节系统包括升降电动机，所述升降电动机构造成导致所述框架的前端相对于水平表面改变高度；

所述发电机系统包括飞轮发电机，所述飞轮发电机联接到所述前辊或后辊中的至少一个并且构造成因所述前辊或后辊中的至少一个相对于所述框架旋转而发电，其中所述飞轮发电机构造成生成电力以供所述电子显示装置和所述升降电动机使用；

其中所述板面组件进一步包括用以检测用户的重量的重量传感器，

其中所述发电机系统使用所述重量传感器来检测用户的重量，并且至少部分地基于检测到的用户的重量来调节所述带体系统与所述飞轮发电机之间的齿轮比，并且

其中，所述发电机系统构造成：

基于检测到的重量以及一个或更多个跑步机设置来确定可用扭矩；

基于检测到的重量来确定所需扭矩，其中所需扭矩对应于用于开启所述带体的移动的扭矩量；并且

基于所述可用扭矩和所述所需扭矩来设定所述齿轮比。

2.如权利要求1所述的无绳跑步机，其中，所述飞轮发电机通过变速器联接到所述前辊或后辊中的至少一个，所述变速器允许所述带体系统与所述飞轮发电机之间的齿轮比得以改变。

3.如权利要求1所述的无绳跑步机，其中，所述一个或更多个跑步机设置包括倾斜度设置。

4.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述倾斜度调节系统进一步包括：

杠杆，其具有第一端和第二端，所述杠杆在所述第一端处可旋转地联接到所述框架，并且所述杠杆包括处于所述第二端处的一个或更多个轮子；以及

升降辅助系统，其功能上定位在所述框架与所述杠杆之间，所述升降辅助系统构造成沿将趋于增加所述框架的前端的高度的方向对所述杠杆施加力，以降低所述升降电动机用以增加所述框架的前端的高度所需的电力量。

5.如权利要求4所述的无绳跑步机，其中，所述升降辅助系统包括一个或更多个弹簧。

6.如权利要求5所述的无绳跑步机，其中，所述一个或更多个弹簧中的每个能够举起高达150磅。

7.如权利要求4所述的无绳跑步机，其中，所述升降辅助系统包括一个或更多个气压弹簧。

8.如权利要求4所述的无绳跑步机，其中，所述升降辅助系统包括一对气压弹簧，其中一个气压弹簧定位邻近所述框架的左侧，并且另一个气压弹簧定位邻近所述框架的右侧。

9.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述倾斜度调节系统包括线性致动器，所述线性致动器包括所述升降电动机。

10.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述倾斜度调节系统包括倾斜度传感器，并且所述电子显示装置构造成显示由所述倾斜度传感器检测到的倾斜度的当前水平。

11.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，进一步包括：电池，其构造成存储由所述飞轮发电机生成的电力，以便为所述电子显示装置或所述升降电动机中的至少一个提供电力。

12.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述电子显示装置包括LED灯显示器。

13.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述电子显示装置包括视频屏幕。

14.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述显示组件包括基座，所述基座将所述电子显示装置支撑在所述板面组件上方。

15.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述框架适于在所述前辊或后辊中的一者或两者下降到所述框架中时将所述带体系统的带体置于张紧状态。

16.如权利要求15所述的无绳跑步机，其中，所述框架包括适于接收所述前轴或后轴的一个或更多个弯曲狭缝，以在所述前辊或后辊中的一者或两者下降到所述框架中时将所述带体系统的带体置于张紧状态。

17.如权利要求1-3中任一项所述的无绳跑步机，其中，所述多个支撑辊是辊筒座的一部分。

18.如权利要求17所述的无绳跑步机，其中，所述辊筒座包括多列辊，所述多列辊定位成彼此横向相邻，并且定位成使得在所述带体由所述多列辊支撑时，所述带体将形成大致平坦的行走或跑步表面。

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