CN113195062B - 上架和下架锻炼机器 - Google Patents

Abstract

从用户接收指示以上架或下架数字重量。至少部分地基于该指示，发信号通知马达来对耦合到马达的线缆施加或移除张力。致动器连接到线缆，并且被物理地布置成向用户传递力。马达根据锻炼项目选择性地拉紧线缆。

Description

上架和下架锻炼机器

其它申请的交叉引用

本申请要求2018年8月14日提交的题为“RACKING AND UNRACKING EXERCISEMACHINE”的美国临时专利申请第62/718,886号的优先权，该美国临时专利申请出于所有目的通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及锻炼机器的领域，并且具体地涉及上架和下架锻炼机器。

背景技术

在家进行力量训练是方便的，但常常独自进行而没有经过训练的工作人员协助。力量训练包括执行带有大重量的移动，该移动可能危及用户、使用户笨拙、或者使用户难以独自开始。

发明内容

一种锻炼设备包括：阻力单元，包括马达；线缆，耦合到所述马达；致动器，连接到所述线缆。所述马达根据锻炼项目选择性地拉紧线缆。所述致动器被物理地布置成向用户传递力。所述致动器包括控件，所述控件响应于用户指示上架或下架数字重量，发信号通知马达来向所述线缆施加或移除张力。接收下架所述数字重量的指示。至少部分地基于确定所述数字重量的上架正在被处理，覆盖所述数字重量的下架。

一种方法包括：从用户接收上架或下架数字重量的指示；以及至少部分地基于所述指示，发信号通知马达来对耦合到所述马达的线缆施加或移除张力。所述致动器连接到所述线缆，并且被物理地布置成向用户传递力。所述马达根据锻炼项目选择性地拉紧线缆。接收下架所述数字重量的指示，并且至少部分地基于确定所述数字重量的上架正在被处理，覆盖所述数字重量的下架。

附图说明

在以下详细描述和附图中公开了本发明的各种实施例：

图1A是图示了用于数字重量上架和下架的系统的实施例的框图；

图1B是S曲线的图示；

图2图示了致动器的一个实施例；

图3是图示了用于上架和下架数字重量的处理的实施例的流程图；

图4是图示了杆倾斜响应处理的实施例的流程图；

图5是图示了用于上架和下架数字重量的系统的实施例的框图；

图6是图示了用于数字上架和下架的处理的实施例的流程图。

具体实施方式

本发明可以以许多方式来实现，包括作为：处理；装置；系统；物质的组合；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置为执行指令的处理器，所述指令存储在耦合至该处理器的存储器上和/或由耦合至该处理器的存储器提供。在本说明书中，这些实现或者本发明可以采取的任何其他形式可以被称为技术。通常，在本发明的范围内，可以变更所公开处理的步骤的顺序。除非以其他方式陈述，否则被描述为被配置为执行任务的诸如处理器或存储器的组件可以被实现为被暂时配置为在给定时间执行任务的通用组件或被制作为执行任务的特定组件。如本文所使用的，术语“处理器”指代被配置成处理数据（诸如计算机程序指令）的一个或多个设备、电路和/或处理核心。

下面提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述以及图示本发明原理的随附附图。结合这样的实施例描述了本发明，但是本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限定，并且本发明涵盖许多替换、修改和等同物。为了提供对本发明的透彻理解，在以下描述中阐述了许多特定细节。这些细节出于示例的目的而提供，并且本发明可以根据权利要求来实践而没有这些特定细节中的一些或全部。为了清晰起见，没有详细描述与本发明相关的技术领域中已知的技术材料，使得本发明不被不必要地模糊。

上架和下架数字重量被公开。力量训练包括执行移动，所述移动包括：进入笨拙的开始定位、带有大重量移动、在困难的定位中在负载下下架重量、以及当在困难的定位中时上架重量。传统上，“上架”重量意味着将重量物理地放在金属支架上，使得该支架而不是用户来承受负载。传统上，“下架”意味着从金属支架移除重量，使得用户承受负载。如本文所提及，“数字重量”是力量训练器的用户的任何负载，该力量训练器使用电和数字控制器来生成、控制、和/或引导张力/阻力。这样的力量训练器的一个示例是用户的把手/致动器经由线缆耦合到至少部分由过滤器控制的马达。过滤器由数字控制器控制，以动态调节马达上的转矩，从而使用户的身体锻炼更加高效、有效、安全和/或愉快。

在一个实施例中，上架和下架数字重量包括力量训练机器，该力量训练机器设定重量，但直到用户准备就绪为止不施加该重量，该力量训练机器能够快速卸载重量，所以用户可以容易地变换定位并再次尝试，和/或清晰地/顺利地/可预测地添加重量，使得用户可以有效地反应。该机器还可以在重量已进行下架时通信，其提供了可容易地访问的支架激活机构而不对安全性妥协。对于具有负载承受线缆的机器，最小化线缆上的负载的快速方法改进了安全操作。某些锻炼通过在某些方向上（诸如向心或离心）最小化负载来执行。

向心移动是肌肉在负载下收缩，例如使用二头肌发起举起重量。等长移动是肌肉在负载下保持稳定或保持在同一定位，例如一旦二头肌已举起重量，等长移动就将该重量保持在位。离心是肌肉在负载下伸长，例如使用二头肌来抵抗重力，因为重量向下降低返回。

在一个实施例中，该系统使得用户能够指示锻炼设备“上架”重量，其被定义为减少放置在线缆上的负载；以及“下架”重量，其被定义为将该负载增加到更高的、典型地预设的级别。这些概念可以应用于与力量训练相关的所有移动，而不管与用户相关的负载的方向。

上架和下架数字重量以三种方式改进了用户力量训练：（1）用户的安全性；（2）机器的安全性；和（3）功能。就用户安全性和/或机器安全性而言，在锻炼期间，用户可能觉得抵抗线缆上的负载已变得过于费力。在这种情况下，指示机器上架或释放负载可以避免用户受到潜在伤害。在另一个安全场景中，用户或机器可能选择了太重的重量，使得当用户指示机器下架或生成负载时，用户无法管理负载。

就功能而言，通过该系统使得能够实现各种锻炼，这些锻炼是在没有协助的情况下使用受重力约束的标准健身房力量装备——例如身体重量、自由重量、固定跑道、以及基于重力和金属的线缆机器——不可用的。例如，一些锻炼要求用户拉动线缆，以便进入开始锻炼的定位。如果负载过高，则用户可能不能就位，或者可能导致不适或受伤。但是随着负载被释放，用户可以能够利用比当在标准健身房单举时可用的更大的负载进行锻炼。

例如，考虑基于离心的锻炼。一些锻炼评论员建议纯粹离心力量健身，但在标准健身房，重力需要用户的努力。例如，对于肩部推举，健身房的用户可以利用两只手推举哑铃，然后在顶部，释放一只手，同时让另一手臂慢慢降低哑铃。如果哑铃对用户来说太重，则这在向上的路上需要向心努力并使用户更接近于力竭的风险。随着数字重量的上架和下架，用户可以在向心方向上架线缆负载，然后在离心方向上下架负载，而不需要向心努力。更进一步地，如果证明负载在离心方向上过于费力，则用户可以指示马达来上架负载。

指示马达负载的释放和启用可以以各种方式完成。在一个实施例中，把手包括按钮，当按压该按钮时，下架负载，并且当再次按压该按钮时，上架负载。在一个实施例中，当倾斜时，杆上架负载，并且当水平时，杆可能下架负载。在一个实施例中，用户的语音指令可以用于上架和下架负载。在一个实施例中，上架负载的指示不是明确地来源于用户，而是来源于机器或教练。下面描述用户指示上架或下架数字重量的其他技术。

图1A是图示了用于数字重量上架和下架的系统的实施例的框图。在一个实施例中，上架/下架系统（100）包括平板电脑（102）、天线（108）、相机（110）、显示器（112）、触摸屏（114）、触摸屏控制器（116）、音频输入设备（118）、音频输出设备（120）、马达控制器（122）、分流电阻器（124）、螺线管（126）、风扇（128）、杆（130）、光学传感器（132）、电动马达（134）、和把手（200）。马达控制器（122）、杆（130）和把手（200）、以及电动马达（134）分别是示例性的控制器、锻炼组件、和阻力设备。

平板电脑（102）可以进一步包括平板电脑控制器（104）和加速度计（106）。平板电脑控制器（104）向各种其他组件发送控制信号并从各种其他组件接收控制信号，所述各种其他组件诸如天线（108）、相机（110）、显示器（112）、触摸屏控制器（116）、音频输入设备（118）、音频输出设备（120）、和马达控制器（122）。更进一步地，天线（108）、相机（110）、显示器（112）、触摸屏（114）、触摸屏控制器（116）、音频输入设备（118）、音频输出设备（120）、和马达控制器（122）可以集成到平板电脑（102）中，或者可以是外部组件。在一个实施例中，天线（108）连接到马达控制器（122），并且把手（200）和杆（130）中的一个或多个无线连接到马达控制器（122）。

例如，平板电脑控制器（104）可以从马达控制器（122）接收下架事件已经结束的控制信号，并且平板电脑控制器（104）然后可以向音频输出设备（120）发送另一控制信号以操作音频输出设备（120）来生成下架事件结束的音频确认。平板电脑（102）可以诸如通过WiFi、蓝牙或NFC（没有限制）无线通信，或者可以通过诸如USB或以太网（没有限制）的有线连接通信。加速度计（106）可以集成到平板电脑（102）中。加速度计（106）可以向平板电脑控制器（104）发送关于平板电脑（102）的定向的控制信号。

天线（108）可以用来与外部组件通信。天线（108）可以利用WiFi、蓝牙或NFC（没有限制）来通信。

相机（110）可以接收视觉输入并向平板电脑控制器（104）发送这些输入。相机（110）和/或平板电脑控制器（104）可以利用面部识别逻辑来确定特定用户。相机（110）还可以帮助确定可以指示已指示上架的用户状态。例如，相机（110）可以确定杆（130）的倾斜程度超过预设极限。杆倾斜的程度也可以由平板电脑控制器（104）或马达控制器（122）根据从相机（110）接收的信号来确定。在一个实施例中，相机（110）可以确定面部线索和/或指示需要上架的其他用户线索。

有线或无线（108）健康监测器（图1A中未示出）可以向平板电脑控制器（104）发送输入。例如，健康监测器可以包括心率监测器和/或SpO2监测器，该监测器可以用来指示异常的用户状况和/或警报，其可以代表用户指示上架，例如如果他们处于剧痛、心脏骤停和/或停止呼吸的话。检测抓握的有线或无线（108）抓握传感器监测器（图1A中未示出）可以向平板电脑控制器（104）发送输入。例如，如果用户的握力慌乱地增加或因他们失去知觉而松弛，则这些可以用来指示异常的用户状况，其可以代表用户指示上架。

显示器（112）从平板电脑控制器（104）接收控制信号，并被配置为呈现视觉数据。视觉数据可以包括电动马达（134）的状态，关于它是处于上架还是下架状态、接合的重量、电动马达（134）状态改变的通知（没有限制）。

触摸屏（114）和触摸屏控制器（116）可以类似于显示器（112）操作。然而，触摸屏控制器（116）可以基于正在显示的视觉数据使得控制信号能够被发送到平板电脑控制器（104）或马达控制器（122）。例如，触摸屏（114）可以显示“下架 ”。触摸屏控制器（116）可以接收对应于“下架”的触觉输入并且例如经由平板电脑控制器（104）向马达控制器（122）发送控制信号，以指示下架事件。

在一个实施例中，没有显示器（112），并且触摸屏（114）执行以上描述的显示器（112）和触摸屏（114）这两者的功能。

音频输入设备（118）将声音转换成控制信号。逻辑可以对控制信号进行操作，以由上架/下架系统（100）确定动作。例如，音频输入设备（118）可以接收声音，“上架”或“帮助”，并且将该声音解释为用户希望上架数字重量的指示。然后，控制信号可以操作马达控制器（122），以根据上架/下架系统（100）的当前状态执行上架事件。音频输入设备（118）也可以用来帮助指示上架事件。音频输入设备（118）和相关联的逻辑可以确定特定的声音或声音组指示用户正在挣扎，并且将指示上架事件。所述声音可以与其他信号组合来指示上架事件。

音频输出设备（120）可以接收控制信号并响应于启动指示来输出音频。例如，在已指示了下架事件之后但是在电动马达（134）被发信号通知之前，音频输出设备（120）可以接收控制信号以发出“下架已启动”。为了继续示例性场景，在电动马达（134）已经完成装载重量之后，音频输出设备（120）可以接收控制信号以发出“下架完成”。音频输出设备（120）可以发出其他警告、指示或音乐。反馈的非穷举列表可以没有限制地包括“已上架”、“下架已开始”、“下架处理中”（例如随着数字重量的增加，跨越下架渐变的连续声音）、“下架完成”（例如紧密耦合至上面的连续渐变声音）。

马达控制器（122）发送和接收来自平板电脑（102）、分流电阻器（124）、螺线管（126）、风扇（128）、杆（130）、光学传感器（132）、和电动马达（134）的控制信号。马达控制器（122）可以协调这些组件的操作以操作上架/下架系统（100），诸如以进行上架或下架。

分流电阻器（124）可以用来帮助确定电动马达（134）或其他电气组件的操作状态（例如电流）。分流电阻器（124）可以向马达控制器（122）发送关于电流或其他电参数的控制信号。马达控制器（122）可以利用控制信号来变更电气组件的操作，或者生成控制信号来变更平板电脑（102）的操作，诸如在显示器（112）上显示上架/下架系统（100）的当前状态。

螺线管（126）由来自马达控制器（122）的控制信号操作。当用户重新配置机器时——例如上下滑动臂、旋转或枢转臂等——螺线管可以协助机器意识到这种重新配置。

风扇（128）由来自马达控制器（122）的控制信号操作。风扇（128）可以用来经由对流冷却来冷却电气组件（诸如马达）。马达控制器（122）可以经由传感器确定组件是否过热，或者基于电气组件的操作利用预设算法来启动风扇（128）。在一个实施例中，机器可以在过热时上架重量，以防止对机器的损坏和/或开始火灾。

光学传感器（132）可以向马达控制器（122）提供关于上架/下架系统（100）的操作状态的控制信号。马达控制器（122）可以利用光学信号来上架、下架、提供通知等。

电动马达（134）接收来自马达控制器（122）的控制信号，并作为响应来操作。电动马达（134）可以用来通过在重量上提供第一力来上架或下架重量，直到达到给定的设定点，该设定点可由马达控制器（122）确定。电动马达（134）可以操作以不断增加或减少的方式提供第一力，从而以受控的方式添加或移除重量。电动马达（134）可以经由物流曲线操作。电动马达（134）还可以从马达控制器（122）接收确定电动马达（134）的操作特性的周期性信号。

把手（200）可以机械地耦合到阻力组件，诸如数字重量、重量、和/或张力设备。用户可以利用把手（200）来移动阻力组件，从而通过将施加到把手（200）上的力转换成施加到阻力组件上的力来锻炼。把手（200）可以向马达控制器（122）发送关于把手（200）状态的控制信号。

上架/下架存在三个主要方面：（1）上架/下架的指示，（2）上架/下架的执行，和（3）上架/下架的通信。

上架/下架的指示可以包括传递到马达控制器（122）以上架或下架重量的命令。如本文所描述，用户可以明确地发布该命令和/或可以以许多不同的方式进行。可替代地，如本文所描述的，在发生某些状况时，机器可以决定上架，并且可能下架。在第三方式中，远程教练可能指示上架和下架指令。

明确的用户指令上架或下架的方法包括按压物理按钮、倾斜锻炼杆、讲出指令、向相机打手势、和轻敲平板电脑（102）上的按钮。

用户做出该指令的一种方式是通过按压和释放把手（200）上的按钮。在一个实施例中，该按压和释放用作拨动功能。在一个实施例中，第一次按压和释放指示“上架”，第二次按压和释放指示“下架”。在一个实施例中，用户继续按压按钮以指示“已下架”指令，并释放按钮以指示“已上架”。在一个实施例中，物理按钮在脚踏板上，或者嵌入垫子或锻炼长凳。这些物理按钮可以采取操纵杆、压力传感器、把手（200）上的重量控制轮、和/或所连接的外围设备上的控件（例如无线连接的手表）、或把手（200）上的触摸传感器的形式，通过该触摸传感器，马达控制器（122）可以检测意味着“上架”或“下架”的手势。

一些锻炼（例如卧推）可能使用水平定向的杆（130）。为了发布“上架”指示，用户自愿地或非自愿地——例如如果用户正在失去对杆的控制——使杆（130）基本偏离水平地倾斜。杆（130）可以向马达控制器（122）发送关于杆（130）的状态的控制信号。例如，杆（130）可以发送它的定位、抓握组件的相对定位等。杆（130）可以进一步包括按钮、加速度计/陀螺仪、电阻式或电容式触摸传感器、或其他操作设备，其可以用来变更上架/下架系统（100）的状态。例如，杆（130）可以包括上架按钮和下架按钮，以分别指示上架事件和下架事件。杆（130）可以进一步包括视觉或听觉设备，以向用户提供警告和通知。在上架时，无论是明确指令还是指示的，机器都可以通过向用户提供触觉反馈、以及视觉或听觉响应中的一个或多个来通知用户上架事件已经被请求。

在一个实施例中，杆（130）可以机械地耦合至阻力组件，诸如数字重量、重量、和/或张力设备，它们被耦合至电动马达（134）。用户可以利用杆（130）来移动阻力组件，从而通过将施加到把手（200）上的力转换成施加到阻力组件上的力来锻炼。

用户指示上架或下架的另一种方式涉及用户典型地利用手指轻敲平板电脑（102）上的“上架”/“下架”按钮。

鉴于用户在发布上架指令时用户可能承受负载，因此讲出指令的能力是方便的。在该方法下，用户大声说出例如“上架”或“下架”，从而指示机器开始上架或下架。用户所讲出的指令由音频输入设备（118）接收。

除了这些明确的用户指令之外，马达控制器（122）还可能在发生某些事件或状况时作为用户的代理确定上架重量。这些事件可以包括线缆张力的突然增加（本文称为“急动”，线缆张力在一段时间内是静态的），线缆的长度，跟踪用户运动的加速度计和陀螺仪测量的模式，左右线缆长度和抽出速度的模式和不对称，以及线缆开始不寻常的、意外的和突然的方向反转。

在一个实施例中，马达控制器（122）作为用户的代理决定上架由以下事件和状况中的至少一个引起：（1）机器使用相机来观察和检测用户挣扎或用户使用不良形态，特别是可以导致用户受伤的不良形态；（2）机器通过马达检测到超过阈值的突然重量改变，指示用户已放开了把手或组件已损坏；（3）机器检测到用户当前正在配置机器——例如，安置手臂、解锁螺线管等；（4）机器检测到它安装或倚靠不当，这可能得自于地震；（5）由于例如过热或电气组件损坏导致的机器失灵；（6）线缆完全缩回的时间段比锻炼重复的持续时间更长，其中在这该情况下，上架有助于避免马达过热；（7）机器使用测距来检测到诸如杆（130）和/或把手（200）的配件例如处于值得上架的不寻常定位。

在一个实施例中，系统可以作为用户的代理选择“上架”重量，以协助健身的步调和节奏。在该实施例中，用户（无论是团体还是个人）正在参加具有受控的重复目标和快速过渡的有指导的健身，对于所述健身来说，保持步调是重要的。当用户达到重复的目标或达到特定的持续时间时，播放声音并慢慢地为他们上架重量，鼓励他们听从指令或进入用于在他们的健身中的下一次移动的定位。当准备就绪时，用户下架重量。

第三类上架和下架指示涉及远程教练作为用户的代理发布这些指示。在一个实施例中，私人训练员教练与在机器上锻炼的用户远程交互。教练和用户的机器通过网络上的服务器通信。通过这种通信，从服务器行进到用户机器的命令与典型地在机器内行进的命令是相同种类的。在这些典型命令中，有“上架”和“下架”命令。用户的远程教练可以观看用户锻炼，做出用户将从上架重量中受益的专业确定，并且经由移动设备或网站并通过服务器向用户的机器指示来上架重量。当准备就绪时，教练可以发布“下架”指令。

马达控制器（122）通过上架或下架马达负载来发信号通知上架或下架。照此，上架和下架命令可能不立即从马达控制器（122）发送到电动马达（134）。代替地，马达控制器（122）可以随时间的经过使重量渐变，并且在每个时间瞬间向电动马达（134）发送期望的重量。那些消息可以以高的频率（例如15 kHz）发送。

电动马达（134）可能无法确定重量正在适时渐变；电动马达（134）仅在每个离散时间处施加所提供的重量。在该场景下，马达控制器（122）确定上架/下架和重量渐变。遵循特定的功能（对于用户而言可能觉得更自然并增加了安全性），当下架或增加重量以及上架或减少重量这两者时，重量都可能随时间的经过而渐变。在一个实施例中，该函数类似于逻辑曲线和/或S曲线的形状。

图1B是S曲线的图示。S曲线，或渐变，利用数字重量动作的精度在无法为用户准备“稳住自己”消息的事件中有帮助。例如，在没有S曲线的情况下，施加到数字重量的适度的10磅力相当不和谐，并且致动器可能无意中从用户的抓握中释放，这可能不安全。如图1B中所示，S曲线可以沿着时间的水平轴相对于所施加重量的竖直轴绘制。针对起始重量（154）存在起始时间（152），此处示出的是用于下架的最小量。首先轻轻施加重量，直到用户在时间（156）处变得心理上准备好。然后更有力地施加δ渐变率（160），图1B中所示是线性的，但并非限制。当施加的重量接近大的百分比——比如说目标重量（158）的80%——时，进一步的重量施加得更慢，以更慢地达到目标重量。

在一个实施例中，马达控制器（122）以高的频率向电动马达（134）发信号通知确定了要施加的新的重量。重量的渐变可以基于重量级别进一步改变。对于每一级别目标重量，渐变角度和速度可能不同。第一级别可以是20磅或更少。该操作可以是：通知（声音）、1000ms、消息（声音）、以10单位将重量增加到目标重量的15%，其中单位是渐变率，例如：磅/秒；以18单位将重量增加到目标重量的100%、和叮当（声音）。第二目标重量级别可以是20-40磅。该操作可以是：通知（声音）、1000 ms、消息（声音）、以20单位将重量增加到目标重量的10%、以40单位将重量增加到目标重量的40%、以35单位将重量增加到目标重量的70%、以20单位将重量增加到目标重量的100%、和叮当（声音）。第三级别可能是40磅。该操作可以是：通知（声音）、1000 ms、消息（声音）、以20单位将重量增加到目标重量的10%、以30单位将重量增加到目标重量的20%、以50单位将重量增加到目标重量的70%、以30单位将重量增加到目标重量的100%。

反而，马达控制器（122）可以在预设时间量（例如3秒）或其中某种组合内执行每个渐变。例如，它可以在一秒内使重量的前50%渐变，然后以10单位渐变到目标重量的75%，然后以15单位渐变到重量的100%。

可以另外基于特定的用户属性（诸如举起给定重量的体验）和/或物理特性（诸如力量评估或身体平衡）来改变重量的渐变，和/或可以基于特定的身体定位、移动、或关于用户要执行的移动类型来变更重量的渐变。例如，对于卧推相对于横向下拉，S曲线可能不同。

马达控制器（122）可以包括防止用户执行过重举起的指令。马达控制器（122）可以确定重量的速度，并且如果该速度大于阈值量，则指示上架，例如，如果用户以大于他们的“一次重复最大数”（1RM）的重量举起，本文中该一次重复最大数是指对于特定移动，如果用户仅做一次重复，则用户可以举起的量。马达控制器（122）可以进一步基于先前重量的速度建议不同的重量。

马达控制器（122）可以包括安全逻辑以解释按钮按压，其包括确定对多个上架/下架按钮按压或不同持续时间的按钮按压（例如“长按压”）的响应。马达控制器（122）可以忽略和/或重新路由来自超出距机器的预设距离的设备的信号；或者可以忽略和/或重新路由来自未运动的设备或者未连接或未用于当前力量训练移动或连接到不同设备的设备的信号。更进一步地，马达控制器（122）可以限制对先前已经上架了设备的设备的下架。例如，如果把手上架了重量，那么杆就不能用来下架重量。马达控制器（122）可以使得任何设备能够在预设的时间量后下架。

马达控制器（122）可以确定在预定时间量（诸如0.5秒）内的双次按压是单次按压。附加地，当另一个按钮被按下时，按钮按压可以被确定为单次按压。如果这些场景之一发生，如果上架/下架系统（100）处于已下架状态，则马达控制器（122）指示上架事件。当是上架还是下架不清晰时，可以使用安全逻辑，默认为安全“上架”状态。

在下架渐变期间，如果用户轻敲以上架，为了安全起见，上架事件优先于所有其他事件。在下架后，任何后续点击都可以被解释为“上架”事件，无论定时如何。马达控制器（122）还可以检测下架事件期间的运动，诸如线缆的位移，这可以指示上架事件。在一个实施例中，如果线缆位移发生在下架事件的预定时间段（例如一秒）内，则马达控制器（122）执行上架事件。马达控制器（122）可以进一步向显示器（112）、触摸屏（114）、音频输出设备（120）等发送控制信号，以当这样的上架发生时显示或发出通知。

在上架/下架之后或期间，马达控制器（122）可以向各种组件——诸如平板电脑（102）、显示器（112）、音频输出设备（120）、杆（130）、把手（200）等——发送控制信号，以向用户传达马达控制器（122）已经根据用户的指令上架或下架了马达负载。马达控制器（122）可以进一步传达渐变的速度。

图2图示了致动器的一个实施例。在一个实施例中，致动器包括单个把手（200），该单个把手在把手（200）的任一端包括上架/下架按钮（206）。把手（200）可以包括进一步的按钮、音频发射器或视觉显示器，其可以变更或描绘上架/下架系统（100）的状态。上架/下架按钮（206）当被按压时可以分别指示上架事件或下架事件。按钮（206）以拨动方式操作，其中按压等同于与系统当前状态相反的指令。也就是说，如果在按压按钮（206）使机器是下架的，则按钮（206）充当上架按钮。如果机器是上架的，则相反的可以为真。

把手（200）可以进一步包括视觉或听觉设备，以向用户提供警告和通知，诸如低电量、已上架、已下架等。把手（200）上的按钮可以定位成在操作期间由用户触及。例如，当两个把手（200）各自被抓握在一只手中时，用户的每个拇指可以触及上架/下架按钮（206）。

按压按钮向马达控制器（122）发送控制信号，以基于上架/下架系统（100）的状态指示上架或下架事件。把手（200）可以进一步包括加速度计，该加速度计可以提供是否正在使用把手（200）的指示。把手（200）还可以提供距机器的距离的指示。当把手比预设距离更远时，上架按钮（206）和下架按钮（208）可能不指示它们相应的事件。

附加地，如果把手（200）指示下架事件并且移动到预设距离之外，则可以发信号通知上架事件。把手（200）也可以不向马达控制器（122）传达事件的启动，除非按钮被按压两次。在一个实施例中，双次按压仅用于下架功能。在其它实施例中，对于上架，任何按压立即上架。只有在按压发生至少1.5秒后，才可以记录另一次按压来“下架”。对于下架按压命令，下架可以在任何按压上开始，而另一个按压立即“上架”。

可以从把手（200）或平板电脑（102）发出声音，以表示下架已经开始，贯穿于下架事件的持续时间出现，以及在完成时出现。可以针对每个阶段变更声音。针对上架启动、上架期间和上架完成，可以发出进一步的声音。

在一个实施例中，两个把手（200）之一充当上架把手，另一个充当下架把手。在一个实施例中，两个把手（200）都充当上架和下架把手，但是两个按钮（206）之一充当上架按钮，并且另一个充当下架按钮。

图3是图示了用于上架和下架数字重量的处理的实施例的流程图。在一个实施例中，图3的处理由图1A的控制器（122）执行。在按钮按压上架/下架技术（300）内，接收指示（302）。指示可以是音频输入，视觉输入，按钮按压，对触摸屏、压敏手套或其他类似设备的触觉输入、特定负载条件、由加速度计或陀螺仪在算法上检测的基于运动的手势或来自加速度计或陀螺仪的数据、由相机检测的手势、线缆的移动等。这些事件可以是用户确定的上架或下架事件，或者可以是来自系统和/或远程协助（诸如教练）的用户代理的上架或下架事件。

至少部分地基于多个输入、输入的来源、估算的特性、系统当前是正在上架还是下架等来确定是否存在上架事件或下架事件（304）。

如果确定了上架事件（304），则可选地发出上架启动指示（306）。这可以被视觉地、听觉地和/或触觉地执行。在此步骤中，可以确定当前是否正在处理下架事件，并且如果是，则暂停上架，直到这个事件完成。可替代地，在下架正被处理的事件中，为了安全起见，上架可以覆盖下架。

确定目标数字重量（308）并选择渐变（310），例如至少部分基于用户和/或移动的S曲线轮廓。可替代地，渐变尽可能陡，以为安全起见在物理上尽可能快地从用户移除所有负载。然后，基于所选渐变向马达发送信号（312）。该信号操作马达以执行渐变。在信号正被发送的同时，发出连续上架指示（314）。在上架完成的事件中（316），控制转移到步骤（318）；否则，继续向马达发送信号（312），并且发出连续上架指示（314）。然后发出上架完成指示（318），并且处理结束（334）。

如果确定了下架事件，则可选地发出下架启动指示（320）。这可以被视觉地、听觉地和/或触觉地执行。在此步骤（320）中，可以确定未完成的上架事件是否仍在进行中，并且如果是，则暂停上架，直到该事件完成。可替代地，在上架正被处理的事件中，为了安全起见，可以覆盖或忽略下架。

确定目标数字重量（322）并选择渐变（324），例如至少部分基于用户和/或移动的S曲线轮廓。然后，基于所选渐变向马达发送信号（326）。该信号操作马达以执行渐变。在信号正被发送的同时，发出连续下架指示（328）。在下架完成的事件中（330），控制转移到步骤（332）；否则，继续向马达发送信号（326），并且发出连续下架指示（328）。然后发出下架完成指示（332），并且处理结束（334）。

图4是图示用于杆倾斜响应的处理的实施例的流程图。在一个实施例中，图4的处理由图1A的控制器（122）执行。杆倾斜响应方法（400）确定正在执行“杆支撑（Bar Bail）”移动（402）。“杆支撑”移动是当杠铃正被使用时可能给出的特定种类的上架指令。当系统意识到用户参与一组指定的移动（例如卧推或硬拉）时，启用“杆支撑”感知。

在一个实施例中，用户可以听觉地、视觉地和/或触觉地输入要执行的触发启用“倾斜”特征的这样的特定移动。可替代地，用户可以输入触发启用“倾斜”特征的通用“杆”移动。用户也可以通过接口元件（诸如重量控制上的拨动开关或按钮）或其他UI元件来明确地触发启用“倾斜”。用户还可以通过参与健身（例如引导或自行设计的健身）来隐式地启用“倾斜”特征，当用户遇到已知为使用杆的移动时，所述健身识别触发“倾斜”特征的移动，对于该移动，倾斜将是有效且有帮助的。

在一个实施例中，该系统可以具有物理传感器，该物理传感器指示用户何时将杆附接至系统。这包括特定的T型锁或其他锁定机构来支持杆的附接，在设备枢轴上的锁接受器上具有传感器，所述传感器标识杆已经附接在设备的两侧上。使用该示例技术或促进系统感知到正被使用的杆的任何其他技术，每当用户参与使用该杆时，都可以隐式地启用“倾斜”。

在一个实施例中，附接到杆（诸如具有可以检测运动的加速度计的杆控制模块）可以协助隐式地触发“杆支撑”模式。该设备在运动时与训练器通信。当训练器检测到重复正在完成，并且杆控制模块处于与杆重复的预期模式对准的运动模式中时，系统可以隐式地触发杆倾斜特征，以使得用户能够如上所述地上架重量。

在步骤（404）中接收角度阈值。每个已知的移动可以具有不同的角度阈值。在步骤（406）中接收杆定位的指示。杆可以具有指示定位的加速度计或陀螺仪。相机可以提供视觉反馈。可以确定张力或其他负载条件（诸如线缆长度）。

根据杆定位的一个或多个指示来确定杆角度（408）。在步骤（410）中确定杆角度是否大于角度阈值。如果不是，则控制转移到步骤（406），其中再次接收杆定位的指示。如果杆角度大于角度阈值，则执行上架事件（412）。因此，如果用户正在执行卧推，并且一只手臂开始无力，则杆倾斜超过角度阈值将上架数字重量，以避免使杆挤压并伤害杆下的用户。

在一个实施例中，模拟系统用于检测马达控制器（122）内的先前描述的上架指示事件。例如，可以根据光学传感器输出通过使用模拟脉冲计数器或比较器来确定杆角度。当进入比较器的脉冲数或电压电平高于阈值时，信号被发送到马达控制器以上架重量。在一个实施例中，按钮按压可以由马达控制器本身检测到，并被解释为上架/下架重量的指令。

图5是图示了用于上架和下架数字重量的系统的实施例的框图。在一个实施例中，如下所描述，图5的系统是图1A的一部分。该系统包括以下：

a. 控制器电路，其可以包括处理器、逆变器、脉宽调制器和/或变频驱动器（VFD）；

b. 阻力单元，包括马达（134），例如由控制器电路驱动的三相无刷DC；

c. 线轴，具有缠绕在线轴周围并耦合到线轴的线缆（504）。在线缆的另一端，耦合了致动器（506），以便用户抓握和拉动。致动器（506）的示例包括（多个）把手200和杆130。线轴直接或经由轴/带/链/齿轮机构耦合到马达（134）。线轴在本文也可以称为“轮毂”。因此，线缆（504）耦合到马达（134），其中马达（134）根据如本文所述的锻炼项目选择性地拉紧线缆（504）。如上所述，致动器（506）连接到线缆（504），其中致动器（506）被物理地布置成向用户传递力，其中致动器（506）包括控件（508），该控件响应于用户指示上架或下架数字重量来发信号通知马达（134）以施加或移除到线缆（504）的张力；

d. 过滤器（502），基于从线缆（504）和/或致动器（506）接收到信息来数字地控制控制器电路；

e. 可选地，在图5中未示出，马达和线轴之间的齿轮箱。齿轮箱使转矩和/或摩擦力倍增，将速度划分给多个线轴和/或将动力分离到多个线轴。在不改变数字力量训练基础的情况下，可以使用马达和齿轮箱的许多组合来实现相同的最终结果。线缆-滑轮系统可以用于代替齿轮箱，和/或双马达可以用于代替齿轮箱；

f. 图5中未示出的以下传感器中的一个或多个：定位编码器；测量致动器（506）或马达（134）的定位的传感器。定位编码器的示例包括霍尔效应轴编码器、马达/线轴/线缆（504）上的格雷码编码器、致动器/把手（506）中的加速度计、光学传感器、直接内置于马达（134）中的定位测量传感器/方法、和/或光学编码器。在一个实施例中，光学编码器与使用相位来确定与低分辨率编码器相关联的方向的编码模式一起使用。还存在为了计算定位而测量来自马达（134）的反EMF（反电磁力）的其他选项；

g. 马达电力传感器；用于测量马达（134）消耗的电压和/或电流的传感器；和/或

h. 用户张力传感器；转矩/张力/应变传感器和/或量规，用于测量用户向致动器（506）施加了多少张力/力。在一个实施例中，张力传感器内置于线缆中（504）。可替代地，应变量规内置于保持马达（134）的马达座中。当用户拉动致动器（506）时，这转化为马达座上的应变，该应变以惠斯通桥配置使用应变量规来测量。在另一个实施例中，线缆（504）被引导通过耦合至负载单元的滑轮。在另一个实施例中，耦合马达（134）和线缆线轴或齿轮箱的带被引导通过耦合至负载元件的滑轮。在另一个实施例中，由马达（134）生成的阻力基于输入到马达的电压、电流或频率来表征。

在一个实施例中，致动器（506）包括无线连接到阻力单元（122和/或134）的智能配件（508）。例如，致动器（506）包括无线连接到阻力单元（122和/或134）的蓝牙智能配件。在一个实施例中，控件（508）是按钮。

在一个实施例中，语音控件（508）用于上架或下架数字重量。在一个实施例中，当数字重量被下架时，施加标称张力。例如，下架数字重量对应于对线缆施加张力。在一个实施例中，响应于下架重量的指示，张力首先逐渐改变、然后更快改变、并且然后不太快地改变，以达到期望的张力，例如使用如上所描述的渐变和/或S形曲线。例如，当数字重量被下架时，急动的量被限制。

在一个实施例中，除了用户生成的命令之外或作为用户生成的命令的代理，远程教练单元（图5中未示出）还发送上架和下架命令。在一个实施例中，控制所施加的张力的渐变率。

在一个实施例中，发出听觉信号，其指示数字重量已经被下架。在一个实施例中，发出听觉信号，其指示数字重量已经被上架。在一个实施例中，发出数字重量已经被上架的触觉提示。在一个实施例中，发出数字重量已经被下架的触觉提示。

在一个实施例中，在检测到致动器（506）的非标准定向的事件中，作为响应，数字重量被上架。在一个实施例中，致动器（506）包括检测心率的心率传感器。在一个实施例中，致动器（506）包括抓握传感器以检测抓握。

在一个实施例中，三相无刷DC马达（134）与以下一起使用：

a. 控制器电路，与滤波器（502）组合，包括：

i. 处理器，其运行软件指令；

ii. 三个脉宽调制器（PWM），每个具有两个通道，以20 kHz调制；

iii. 六个晶体管，呈H桥配置，耦合至所述三个PWM；

iv. 可选地，两个或三个ADC（模数转换器），监测H桥上的电流；和/或

v. 可选地，两个或三个ADC，监测反EMF电压；

b. 三相无刷DC马达（134），其可以包括同步型和/或异步型永磁马达，使得：

i. 马达（134）可以处于如下所描述的“外转子配置”；

ii. 马达（134）可以具有至少60 Nm的最大转矩输出和至少300 RPM的最大速度；

iii. 可选地，利用编码器或其他方法测量马达定位；

c. 线缆（504），缠绕在马达（134）主体周围，使得整个马达（134）旋转，因此在一种情况下，马达主体被用作线缆线轴。因此，马达（134）直接耦合到线缆（504）线轴。在一个实施例中，马达（134）经由轴、齿轮箱、带和/或链耦合到线缆线轴，允许马达（134）的直径和线轴的直径是独立的，以及如果期望的话，引入级以添加设置或步降率。可替代地，马达（134）耦合到两个线轴上，在该两个线轴之间具有一装置，以在这两个线轴之间分离或共享电力。这样的装置可以包括差分齿轮箱或滑轮配置；和/或

d. 致动器（506），诸如把手、杆、带、或其他配件，所述其他配件直接、间接或经由连接器（诸如钩环）连接到线缆（504）。

在一个实施例中，控制器电路被编程为在一方向上驱动马达，使得它将线缆（504）拉向马达（134）。用户逆着马达（134）的拉动方向拉动耦合到线缆（504）的致动器（506）。

这种设置的一个目的是向用户提供类似于使用传统的基于线缆的力量训练器的体验，其中线缆附接到受重力作用的配重片。用户不是抵抗重力的拉力，而是抵抗马达（134）的拉力。

注意，对于传统的基于线缆的力量训练机器，配重片可以在两个方向上移动：远离地面或朝向地面。当用户以足够的张力拉动时，配重片上升，以及当该用户减小张力时，重力压倒用户并且配重片返回地面。

相比之下在数字力量训练器中，没有实际的配重片。配重片的概念是由系统建模的一种。物理实施例是耦合到线缆（504）的致动器（506），该线缆（504）耦合到马达（134）。“重量移动”替代地被转化为马达旋转。由于线轴的周长是已知的，并且其旋转有多快是已知的，因此可以计算线缆的线性运动，以提供配重片的线性运动的等价物。线轴的每次旋转等于一个周长或对于半径r为2πr的线性运动。同样，马达（134）的转矩可以通过将其乘以半径r而转换成线性力。

如果数字/虚拟/感知的“配重片”或数字重量远离地面移动，则马达（134）在一个方向上旋转。如果数字重量朝向地面移动，则马达（134）向相反方向旋转。注意，马达（134）将线缆（504）拉向到线轴上。如果线缆（504）未解绕，则它是因为用户已经压倒马达（134）。因此，注意马达（134）拉动的方向和马达（134）实际转动的方向之间的区别。

如果控制器电路被设置成以例如使线缆缠绕的方向（对应于与配重片被拉向地面相同的方向）上的恒定转矩驱动马达（134），那么这转化为线缆（504）和致动器（506）上的特定力/张力。将此力称为“目标张力”，此力可以被计算为转矩乘以线缆（504）缠绕的线轴的半径的函数，计及可能影响线缆张力和转矩之间关系的任何附加级，诸如齿轮箱或带。如果用户以比目标张力更多的力拉动致动器（506），那么该用户克服马达（134）并且线缆（504）解绕朝向该用户移动，这实际上相当于配重片上升。然而，如果用户施加的张力小于目标张力，那么马达（134）克服用户，并且线缆（504）缠绕到马达（134）上并移向马达（134），这实际上相当于配重片返回。

BLDC马达。虽然存在许多以每秒数千转运行的马达，但是诸如为力量训练设计的健身器材的应用具有不同的要求，并且相比之下是低速、高转矩类型的应用，适于配置为低速和高转矩的某些种类的BLDC马达。

在一个实施例中，这样的马达（134）的要求是，缠绕在给定直径的线轴上的线缆（504）直接耦合到马达（134），表现得像200磅的配重片，其中用户以每秒62英寸的最大线速度拉动线缆。可以基于线轴的直径来计算多个马达参数。

因此，力为67.79 Nm、最高速度为395 RPM、耦合至具有3英寸直径的线轴的马达满足这些要求。395 RPM比可用的大多数马达更慢，并且68 Nm的转矩也比市场上的大多数马达更大。

轮毂马达是三相永磁BLDC直接驱动马达，采用“外转子”配置：贯穿于本说明书，外转子意味着永磁体放置在定子外部而不是内部，这与具有放置在定子内部上的永磁体转子的许多马达相反，因为它们更多地是为速度而不是转矩而设计的。外转子在外部具有磁铁，允许更大的磁铁和磁极数，并且是为超速转矩设计的。另一种描述外转子配置的方式是轴是固定的并且马达的主体旋转。

轮毂马达也倾向于是“扁平式”的。如本文所描述的，扁平马达比大多数马达直径更大、深度更小。扁平式马达有利于墙壁安装、底层地板安装、和/或地板安装应用（其中合期望的是保持低的深度），诸如安装在消费者家中或锻炼设施/区域中的一件健身器材。如本文所描述的，扁平马达是直径大于其深度两倍的马达。如本文所描述，扁平马达的直径在15和60厘米之间（例如直径为22厘米），深度在6和15厘米之间（例如深度为6.7厘米）。

马达也可以是“直接驱动”的，这意味着马达不包含或不需要齿轮箱级。许多马达固有地是高速低转矩的，但是包含了一内部齿轮箱，以使马达减速到较低的速度和较高的转矩，并且可以称为齿轮马达。直接驱动马达可以明确地这样称呼，以指示它们不是齿轮马达。

如果马达不完全满足上表中所示的要求，则可以通过使用齿轮或带来调节以调节速度和转矩之间的比率。耦合至9''链轮的马达，经由带耦合至线轴，该线轴耦合至4.5''链轮，这使马达的速度加倍并且转矩减半。可替代地，可以使用2:1的齿轮比来完成相同的事情。同样地，可以调节线轴的直径来实现相同的目的。

可替代地，速度为100倍并且转矩为100倍的马达也可以与100:1齿轮箱一起使用。由于这样的齿轮箱还将摩擦力和/或马达惯性增加了100倍，因此转矩控制方案对于健身器材/力量训练应用的设计变得有挑战性。摩擦力然后可以主导用户的体验。在其他应用中，摩擦力可能存在，但足够低，可以补偿，但当摩擦力变得主导时，难以控制。出于这些原因，直接控制马达转矩更适合于健身器材/力量训练系统。这通常将导致选择感应式马达，对于感应式马达，直接控制转矩是简单的。虽然BLDC马达能够更直接地控制速度和/或马达定位、而不是转矩，但是当与适当的编码器组合使用时，利用适当的方法可以使BLDC马达的转矩控制成为可能。

图6是图示了用于数字上架和下架的处理的实施例的流程图。在一个实施例中，图6的处理由图5的系统执行。

在步骤（602）中，从用户接收指示以上架或下架数字重量。在一个实施例中，该指示经由代理接收，例如从系统本身接收，该系统本身可以例如检测危险状况，或者从远程协助（诸如远程教练）接收。

在步骤（604）中，至少部分地基于该指示，发信号通知马达（134）对耦合到马达的线缆（504）施加或移除张力。致动器连接到线缆，并且被物理地布置成向用户传递力。马达根据锻炼项目选择性地拉紧线缆。

尽管出于清晰理解的目的，已经相当详细地描述了前述实施例，但是本发明不限于所提供的细节。存在许多实现本发明的替代方案。所公开的实施例是说明性的而非限制性的。

Claims (19)

1.一种锻炼设备，包括：

阻力单元，包括马达；

线缆，耦合到所述马达，其中所述马达根据锻炼项目选择性地拉紧所述线缆；

致动器，连接到所述线缆，其中所述致动器被物理地布置成向用户传递力，其中所述致动器包括控件，所述控件响应于用户指示上架或下架数字重量，发信号通知马达来向所述线缆施加或移除张力；并且

其中接收下架所述数字重量的指示，并且其中至少部分地基于确定所述数字重量的上架正在被处理，覆盖所述数字重量的下架。

2.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中所述致动器包括无线连接到所述阻力单元的智能配件。

3.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中所述致动器包括无线连接到所述阻力单元的蓝牙智能配件。

4.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中所述控件是按钮。

5.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中当所述数字重量被下架时，施加标称张力。

6.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中下架所述数字重量对应于向所述线缆施加张力。

7.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中响应于下架所述数字重量的指示，张力首先逐渐改变，然后更快改变，并且然后不太快地改变，以达到期望的张力。

8.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中当所述数字重量被下架时，急动的量被限制。

9.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中除了用户生成的命令之外，远程教练单元也发送上架和下架命令。

10.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中控制所施加的张力的渐变率。

11.根据权利要求1所述的锻炼设备，进一步包括指示所述数字重量已经被下架的听觉信号。

12.根据权利要求1所述的锻炼设备，进一步包括指示所述数字重量已经被上架的听觉信号。

13.根据权利要求1所述的锻炼设备，进一步包括指示所述数字重量已经被上架的触觉提示。

14.根据权利要求1所述的锻炼设备，进一步包括指示所述数字重量已经被下架的触觉提示。

15.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中当检测到所述致动器的非标准定向时，作为响应，所述数字重量被上架。

16.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中所述致动器包括检测心率的心率传感器。

17.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中所述致动器包括抓握传感器以检测抓握。

18.一种用于执行锻炼项目的方法，包括：

从用户接收上架或下架数字重量的指示；

至少部分地基于所述指示，发信号通知马达来对耦合到所述马达的线缆施加或移除张力；

其中致动器连接到所述线缆，并且被物理地布置成向用户传递力；并且

其中所述马达根据所述锻炼项目选择性地拉紧所述线缆，

其中接收下架所述数字重量的指示，并且其中至少部分地基于确定所述数字重量的上架正在被处理，覆盖所述数字重量的下架。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述致动器包括无线连接到包括所述马达的阻力单元的智能配件。

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