CN116745006A

CN116745006A - 锻炼装置

Info

Publication number: CN116745006A
Application number: CN202180089932.6A
Authority: CN
Inventors: 安东尼·约翰·贝尔沙姆; 泰·埃尔金·安德鲁斯
Original assignee: F&p Technology Fitness Co ltd
Current assignee: F&p Technology Fitness Co ltd
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2023-09-12
Also published as: AU2021221521A1

Abstract

本发明公开了一种个人锻炼装置，包括：用户接口，在使用该装置时，该用户接口将由用户在3维空间中移动；阻力机构，该阻力机构用于生成力；线缆，该线缆联接在用户接口与阻力机构之间，以将力从阻力机构传输到用户接口；一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测在使用装置时用户在3维空间中的移动；反馈装置；和控制器，该控制器与一个或多个传感器通信。该控制器被配置为：估计用户的用户特定身体结构；基于用户的身体结构来确定用户的用户特定目标移动；基于来自一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在使用装置执行锻炼时用户的实际移动；以及经由反馈装置基于用户的实际移动与用户特定目标移动之间的比较来向用户提供反馈。

Description

锻炼装置

对应申请的声明

本申请基于关于新西兰专利申请769852号和澳大利亚专利申请2021221521号提交的说明书，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及锻炼装置的领域，该锻炼装置采用经由线缆附接到阻力机构的用户接口来向用户提供阻力训练锻炼，并且还涉及用于在锻炼时向用户提供反馈的装置和方法。

背景技术

用于向用户提供基于阻力的锻炼或训练的锻炼装备或装置传统上包括金属板形式的重物。这种锻炼装置包括用于可移动地支撑板的框架，以及经由线缆和滑轮系统连接到板以用于提升板的手柄或杆或其他用户接口。一种机构允许用户在叠堆中选择期望数量的板，并且因此经由手柄和线缆提升重物以进行举重锻炼。

各种领域诸如电动马达技术、显示屏技术和数字相机技术中的技术发展推动了基于阻力的锻炼装备的发展，该基于阻力的锻炼装备经由电驱动阻力机构向用户提供阻力训练或锻炼。电驱动阻力机构(诸如电动马达/发电机)可以向用户提供阻力或力的方式进行控制，该阻力或力复制了传统的金属板叠堆，以允许用户执行先前使用传统的基于重量的机械装备执行的熟悉的重量训练锻炼。

电驱动阻力训练装置的一个这样的示例是Tonal^TM家用健身器材。

电驱动阻力训练装置的一个缺点是它们可能很昂贵。装置可包括用于监视用户的一个或多个相机，以及用于向用户呈现视频或其他视觉信息的大显示屏，这给装置增加了显著的成本。可能需要相机和屏幕来监视用户表现并向用户呈现表现或训练反馈信息。此类装置还可能需要经由通信网络与远程人员(私人教练)连接，以在训练期间向用户提供反馈。

虽然电动阻力训练装置可能比传统机械金属板系统更小且更轻，但一些基于电阻的锻炼装置可能不便携、不易运输或不易移动。例如，此类系统可主要被配置为供室内使用，并且/或者可能不适合从家庭环境转移到另选场所诸如社区健身房或外部环境诸如公园场地或花园中使用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种解决上述问题中的一个或多个问题的锻炼装置，和/或为公众提供有用的选择。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种锻炼装置，该锻炼装置包括：

用户接口，在使用该装置时，该用户接口将由用户在3维空间中

移动；

阻力机构，该阻力机构用于生成力；

线缆，该线缆联接在该用户接口与该阻力机构之间，以将力从该阻力机构传输到该用户接口；

一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测在使用该装置时该用户在该3维空间中的移动；

反馈装置；和

控制器，该控制器与该一个或多个传感器通信，该控制器被配置为：

估计该用户的用户特定身体结构(用户的身体结构)；

基于该用户的身体结构来确定该用户的用户特定目标移动；

基于来自该一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在使用该装置执行锻炼时该用户的实际移动；以及

经由该反馈装置基于该用户的实际移动与该用户特定目标移动之间的比较来向该用户提供指导反馈。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于所估计的用户的身体结构来确定多个用户特定目标移动，其中每个目标移动对应于在使用装置时要执行的多个锻炼中的一个锻炼。

在一些实施方案中，该控制器被配置为针对多个锻炼中的每个锻炼确定一个或多于一个目标移动。

在一些实施方案中，目标移动对应于用户接口和/或用户的身体的关节。

在一些实施方案中，用户的身体结构由用户的身体的与用户接口相关联的部位(例如，用户的手)和用户的身体的一个或多个其他部位的相对位置来限定。

在一些实施方案中，用户的身体的该一个或多个其他部位是用户的身体的一个或多个关节。在优选实施方案中，用户的身体结构由用户的手和以下关节中的一个或多个关节的相对位置来限定：踝关节、膝关节、髋关节、肩关节、肘关节和腕关节。在最优选的实施方案中，用户的身体结构由用户的手/用户接口和至少以下关节的相对位置来限定：膝关节、髋关节、肩关节和肘关节。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于该一个或多个用户特定身体尺寸和预先确定的参考身体结构来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，该装置包括与该控制器通信的用于存储多个参考身体结构的存储器，并且该控制器被配置为基于用户输入来从该多个参考身体结构中选择参考身体结构。

在一些实施方案中，通过基于用户的身体尺寸缩放参考身体结构的身体尺寸来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，用户特定身体尺寸包括用户的身高、肩部高度、手臂长度、躯干长度、腿长度、肩部宽度或髋宽度中的一者或多者。

在一些实施方案中，用户的身体结构基于用户的手臂长度、腿长度和肩部高度和/或躯干长度。

在一些实施方案中，该一个或多个传感器被配置为提供一个或多个输出，基于该一个或多个输出能够确定用户接口在3维空间中的位置，并且该控制器被配置为：

提供用于确定该一个或多个用户特定身体尺寸的校准例程，在该校准例程中，该控制器被配置为：

指示用户在至少一个校准位置中握住用户接口；

基于来自该一个或多个传感器的该一个或多个输出来确定该至少一个校准位置；以及

基于该至少一个校准位置来估计该一个或多个用户特定身体尺寸。

在一些实施方案中，在校准例程中，该控制器被配置为：

指示用户在多个校准位置中握住用户接口，并且在用户接口处于每个校准位置中的情况下，基于来自该一个或多个传感器的该一个或多个输出来确定校准位置；以及

基于该多个校准位置来估计该一个或多个用户特定身体尺寸。

在一些实施方案中，该控制器被配置为确定每个校准位置的2维位置或坐标。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于用户的身体结构和预先确定的校准移动来确定目标移动。

在一些实施方案中，该装置包括与控制器通信的存储器，该存储器存储与在使用该装置时能够执行的多个锻炼对应的多个预先确定的校准移动。

在一些实施方案中，每个校准移动是参考动画或者由参考动画来限定，其中该参考动画是参考身体结构的模型执行期望锻炼的3D数字动画。

在一些实施方案中，该控制器被配置为：

基于参考动画和用户的身体结构来生成用户动画，其中该用户动画是用户的身体结构的模型的3D数字动画；以及

根据该用户动画确定目标移动。

在一些实施方案中，该控制器被配置为通过移动用户身体结构的模型来复制参考身体结构在参考动画中的移动，来生成用户动画。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于由参考身体结构在参考动画中的关节角度和/或参考身体结构的模型在参考动画中的肌肉力量限定的运动范围来移动用户的身体结构的模型。

在一些实施方案中，该控制器被配置为根据用户动画确定锻炼的目标移动。

在一些实施方案中，目标移动包括：

限定用户身体结构的模型的手或每只手在用户动画中的3D路径的多个3D位置，以及/或者

用户的身体结构的模型的手或每只手在用户动画中的3D起始位置和/或3D结束位置。

在一些实施方案中，目标移动包括：

限定用户的身体结构的模型的一个或多个关节在用户动画中的一个或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者

用户的身体结构的模型的一个或多个关节在用户动画中的3D起始位置和/或3D结束位置。

在一些实施方案中，实际移动是用户的一只手或双手的移动。

在一些实施方案中，实际移动是用户的身体的一个或多个关节的移动。

在一些实施方案中，目标移动包括：限定用户的手或每只手的3D路径的多个3D位置，以及/或者用户的手或每只手的3D起始位置和/或3D结束位置。

在一些实施方案中，目标移动包括：限定用户的身体关节中的一个或多个身体关节的一个3D路径或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者用户的身体关节中的一个或多个身体关节的3D起始位置和/或3D结束位置。

在一些实施方案中，该一个或多个传感器被配置为提供一个或多个输出，基于该一个或多个输出能够确定用户接口在3维空间中的位置；并且其中该控制器被配置为：

基于来自该一个或多个传感器的该一个或多个输出来确定用户接口在使用期间的位置；

当用户在使用装置执行锻炼时移动用户接口时，基于该用户接口的位置来确定用户的实际移动。

在一些实施方案中，用户接口的位置指示当使用装置执行锻炼时用户的手的实际位置。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于来自该一个或多个传感器的该一个或多个输出来确定在使用期间用户的身体的一个或多个关节的实际位置。

在一些实施方案中，用户接口是在使用期间由用户的手握住的手柄。

在一些实施方案中，该装置包括与控制器通信的用于检测用户的体重的一个或多个负荷单元，并且该控制器被配置为基于来自该一个或多个负荷单元的一个或多个输出来确定用户的体重并且基于用户的体重来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，反馈包括当用户的实际移动与目标移动偏离预先确定的距离时指示用户改变用户的移动的指令。

在一些实施方案中，反馈装置是音频反馈装置，并且其中锻炼装置仅向用户提供音频反馈。

在一些实施方案中，该阻力机构包括与控制器通信的电动马达和由该马达旋转地驱动的卷轴，并且其中该线缆联接到该卷轴；并且其中该控制器被配置为操作该马达来生成力。

在一些实施方案中，该一个或多个传感器包括传感器布置和位置传感器，该传感器布置被配置为检测两个正交角度以限定在使用期间线缆在3维空间中延伸的轨迹，并且该控制器被配置为：

基于来自该位置传感器的一个或多个输出来确定线缆在3维空间中延伸的长度；

基于来自传感器布置的一个或多个输出来确定两个正交角度；以及

基于线缆的长度和两个正交角度来确定该用户接口在3维空间中的位置。

在一些实施方案中，该位置传感器提供指示该马达和/或卷轴的旋转位置的一个或多个输出，并且该线缆的该长度基于该马达和/或卷轴位置和该卷轴的直径。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于用户的实际移动与多个用户特定目标移动之间的比较来从该多个锻炼中确定用户正在执行的锻炼。

在优选实施方案中，该装置包括：甲板或平台，当使用该装置时，用户站在该甲板或平台上，以及一对所述用户接口、一对所述线缆和一对所述阻力机构，其中每个用户接口连接到相应的所述线缆，所述线缆可从甲板延伸并且可缩回该甲板中，每个线缆联接到相应的所述阻力机构。该装置包括一对所述一个或多个传感器。每个或多个传感器被配置为提供一个或多个输出，基于该一个或多个输出能够确定相应的所述用户接口在3维空间中的位置；并且该控制器被配置为确定在使用期间每个所述用户接口的位置。优选地，每个所述一个或多个传感器包括：传感器布置，该传感器布置被配置为检测两个正交角度以限定在使用期间相应的所述线缆在3维空间中延伸的轨迹；和位置传感器，该位置传感器用于确定线缆在3维空间中延伸的长度。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种个人锻炼装置，该个人锻炼装置包括：

用户接口，在使用该装置时，该用户接口将由用户在3维空间中移动；

阻力机构，所述阻力机构用于生成力；

反馈装置；和

基于一个或多个用户特定身体尺寸来确定用户的用户特定目标移动；

经由该反馈装置基于用户的实际移动与用户特定目标移动之间的比较来向用户提供反馈。

在一些实施方案中，控制器被配置为基于对用户特定身体结构(用户的身体结构)的估计来确定目标移动，该用户的身体结构由用户的身体的与用户接口相关联的部位和用户的身体的基于一个或多个身体尺寸的一个或多个其他部位的相对位置来限定。

在一些实施方案中，该控制器被配置为：

基于该一个或多个用户特定身体尺寸来估计用户特定身体结构，以及

基于用户特定身体结构来确定用户特定目标移动。

在一些实施方案中，该控制器被配置为基于该一个或多个用户特定身体尺寸来确定多个用户特定目标移动，其中每个目标移动对应于在使用装置时要执行的多个锻炼中的一个锻炼。

在一些实施方案中，该一个或多个用户身体尺寸由用户或其他人输入，并且/或者控制器被配置为估计该一个或多个用户身体尺寸。

指示用户在至少一个校准位置中握住用户接口；基于来自该一个或多个传感器的该一个或多个输出来确定该至少一个校准位置；以及

在第二方面中，该装置可包括上文关于第一方面所描述的特征中的任何一个或多个特征。

根据本发明的第三方面，本发明提供了一种个人锻炼装置，该个人锻炼装置包括：

阻力机构，所述阻力机构用于生成力；

线缆，该线缆联接在该用户接口与该阻力机构之间，以力从该阻力机构传输到该用户接口；

反馈装置；和

基于来自该一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在使用该装置执行锻炼时该用户的实际移动；

将实际移动与多个目标移动进行比较，其中每个目标移动对应于当使用该装置时要执行的多个锻炼中的一个锻炼；以及

基于用户的实际移动与该多个目标移动之间的比较来从该多个锻炼中确定用户正在执行的锻炼。

在第三方面中，该装置可包括上文关于第一方面所描述的特征中的任何一个或多个特征。

根据本发明的第四方面，本发明提供了一种用于在锻炼时向用户提供指导反馈的锻炼或训练装置，该装置包括：

一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测用户在3维空间中的移动；

反馈装置；和

估计用户的身体结构(基于用户输入的尺寸、校准例程中的用户接口位置和/或根据深度相机)；

基于该用户的身体结构来确定该用户的用户特定目标移动；

基于来自该一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在执行锻炼时该用户的实际移动；以及

在一些实施方案中，该控制器控制器被配置为基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，该控制器被配置为：

指示该用户在至少一个校准位置摆姿势；

在一些实施方案中，该装置包括由用户在3维空间中移动的用户接口和联接到该用户接口以经由该用户接口向该用户提供力的阻力机构。线缆可联接在用户接口与阻力机构之间，以将力从该阻力机构传输到该用户接口。

在第四方面中，该装置可包括上文关于第一方面所描述的特征中的任何一个或多个特征。在第二方面中，控制器可如与第一方面有关的上述陈述中的任一个或多个陈述中所描述的那样配置。

根据本发明的第五方面，本发明提供了一种用于在锻炼时向用户提供指导反馈的方法，该方法包括：

基于该用户的身体结构来确定该用户的用户特定目标移动；

在一些实施方案中，该方法还包括基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，该方法还包括基于该一个或多个用户特定身体尺寸和预先确定的参考身体结构来估计用户的身体结构。

在一些实施方案中，该方法包括用于确定该一个或多个用户特定身体尺寸的校准例程，该校准例程包括：

指示该用户在至少一个校准位置摆姿势；

在一些实施方案中，该方法还包括基于用户的身体结构和预先确定的校准移动来确定目标移动。

在第三方面中，该方法可包括提供根据第一方面的装置，并且/或者可包括由如与第一方面有关的以上陈述中的任一个或多个陈述中所描述的控制器实施的附加方法步骤。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“用户接口”旨在指将由用户抓握和/或以其他方式接合用户的手、脚或身体或由用户的手、脚或身体接合的部件，诸如棒、把手、箍、条带、带或使人能够经由用户的手、脚或身体向附接到该部件的线缆施加张力的任何其他合适的装备件。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“竖直地延伸(extend vertically)”(或类似术语，诸如竖直地延伸(extending vertically))旨在指线缆在具有显著或主要竖直分量(并且可包括水平分量)的方向上延伸。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，在描述多于一个控制器(诸如马达控制器和系统控制器)的情况下，本领域技术人员应当理解，可由单个控制器(诸如单个电子处理器)来实现多于一个控制器。相反地，在描述控制器诸如系统控制器的情况下，这样的控制器可由一个或多于一个控制器(诸如两个或更多个电通信的电子处理器)实现。可远程提供一个或多个控制器。

术语“线缆”旨在指能够传递张力的任何柔性细长构件，诸如线缆、绳索、条带、织带等，并且不旨在限于任何特定的构造或横截面。例如，本文所述的“线缆”可呈具有扁平横截面的一段织带的形式。

在整个说明书和权利要求中，在一个或多个传感器提供一个或多个输出的情况下，可根据该一个或多个输出确定值或参数(诸如角度或位置)，该一个或多个输出被称为指示值或参数。

在整个说明书和权利要求书中，术语诸如“在……上方”和“在……下方”是在相对意义上使用的，并非旨在进行限制。本领域技术人员应当理解，使用此类相关术语描述的布置或组件可以颠倒，使得“在……上方”变为“在……下方”，反之亦然。

除非上下文另有明确要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括(comprise/comprising)”等应在包容性的意义上解释，而不是排他性或详尽的意义，也就是说，在“包括但不限于”的意义上解释。

上文和下文引用的所有申请、专利和公开(如果存在的话)的全部公开内容以引用方式并入本文。

本说明书中对任何现有技术的引用不是并且也不应被视为承认或任何形式的建议，即该现有技术构成世界上任何国家在努力领域的公知常识的一部分。

本发明也可广义地说包括本申请的说明书中单独地或共同地提及或指示的部分、元件和特征，包括所述部分、元件或特征中的两者或更多者的任何或所有组合。

在阅读提供本发明的实际应用的至少一个示例的以下描述后，本发明的所有新颖方面都应考虑的其他方面，对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

附图说明

本发明的一个或多个实施方案将参考以下附图仅以示例的方式描述，而不旨在进行限制，附图中：

图1A示出了根据本发明的一个方面的锻炼装置的一个实施方案；

图1B示出了根据本发明的一个方面的锻炼装置的另一实施方案；

图2A是图1A的装置的底视图，以示出安装在装置的壳体内的装置的各种部件；

图2B是图1B的装置的底视图，以示出安装在装置的壳体内的装置的各种部件；

图3示出了用于图1A和图1B的锻炼装置的示例性架构；

图4提供了图1A和图1B的装置的示意性表示，其指示在使用期间装置的手柄在3维空间中的位置的坐标系；

图5提供了示出用于在锻炼期间向用户提供反馈的方法的流程图；

图6提供了示出用于确定用户的身体结构的校准例程的流程图；

图7示出了处于四种校准姿势的人，其在四个校准位置中握住图1A和图1B的装置的手柄；

图8示出了用于通过基于参考人体结构的身体尺寸和用户的身体尺寸从预先确定的参考人体结构进行缩放来确定用户的特定身体结构的缩放过程；

图9提供了示出用于确定用户在使用图1A和图1B的锻炼装置时的目标移动的方法的流程图；

图10A和图10B示出了来自提供针对锻炼的校准移动的参考动画的帧。图10A示出了来自动画的处于锻炼起始位置的参考身体结构的模型，并且图10B示出了处于锻炼结束位置的参考身体结构的模型；

图11示出了用户动画的帧，其示出了处于站立位置的用户的身体结构的模型，以及由动画中的用户的身体结构的移动生成的目标移动。

具体实施方式

图1A和图1B示出了根据本发明的一个或多个方面的阻力锻炼装置的两个示例性实施方案。每个装置1a、1b包括框架或壳体2(在本文为壳体)以容纳或包含或安装装置1a、1b的各种部件。在示出的实施方案中，壳体2呈现甲板或平台3，当使用装置1a、1b时，用户站在该甲板或平台上。提供了一对用户接口(在本文为“手柄”)4以供用户抓握。每个手柄4都连接到相应的柔性细长构件(在本文为“线缆”)5，该柔性细长构件可从壳体2延伸并可缩回该壳体中。每个线缆5都联接到安装在壳体2内的阻力机构(在图1A和图1B中隐藏不可见)，以在用户提起手柄4以将线缆5从壳体2延伸并将手柄4朝向壳体2降低时，经由线缆5和手柄4向用户提供阻力。

阻力机构(下面描述)向相应的线缆5提供力或阻力(力)。线缆5联接在阻力机构与手柄4之间，以在线缆5张紧的情况下经由手柄4将力从阻力机构传递至用户。当用户向手柄4提供的力大于由阻力机构向线缆5提供的力时，用户提起手柄4并将线缆5从壳体2延伸。当用户向手柄4提供的力小于阻力机构向线缆5提供的力时，随着用户将手柄4朝向壳体2降低，阻力机构将线缆5缩回到壳体2中。

图2A提供了图1A的装置1a的底视图，其中移除了底盖以示出装置1A的内部部件。阻力机构包括电动马达6和联接到电动马达6的卷轴7，在使用期间，随着线缆5缩回到壳体2中并从壳体伸出，线缆5在该卷轴上缠绕和展开。在该示出的实施方案中，卷轴7直接联接到马达，例如，马达的轴直接联接到卷轴，其中卷轴的旋转轴线与马达的旋转轴线共线。为了实现薄型甲板或壳体，马达6和卷轴7朝向装置1a的一个端部布置。线缆5从卷轴7延伸并绕过第一滑轮8，以使线缆5与穿过壳体的开口对准。该线缆5在基本上水平的平面中从第一滑轮8延伸。线缆5绕过第二滑轮101，以将线缆从在甲板3或壳体2的顶表面下方水平延伸取向成竖直延伸穿过壳体2中的开口。在示出的实施方案中，马达6和卷轴7具有水平轴线，第一滑轮8具有竖直轴线，并且第二滑轮101具有水平轴线。

线缆5、马达6、卷轴7和滑轮8、101的布置在装置1a的每个端部处重复，以向装置1a的两个手柄4提供力。本领域技术人员应当理解，在一些实施方案中，可仅设置一个马达、卷轴、线缆和滑轮组以向装置的单个手柄提供力。在这样的实施方案中，线缆线缆可延伸穿过甲板/壳体2中位于中心的开口。

图2B提供了图1B的装置1b的底视图，其中移除了底盖以示出装置1b的内部部件。在该实施方案中，马达6被安装成使得马达的旋转轴线竖直取向。马达6经由直接联接到马达6的驱动滑轮9和在驱动滑轮9与卷轴7之间延伸的带10驱动卷轴7的旋转。惰轮11张紧带10。为了实现薄型壳体，马达6朝向装置1b的一个端部布置，并且卷轴7被安装成更靠近壳体2的中心，具有竖直旋转轴和相对大的直径。卷轴旋转轴线平行于马达轴线。卷轴7具有相对大的直径，使得卷轴7上的线缆缠绕的数量减少，并且使安装有竖直轴线的卷轴7的高度最小化。在使用期间，随着线缆5缩回到壳体2中并从壳体2延伸，线缆5缠绕到卷轴7和从该卷轴展开。卷轴7定位成使线缆5与穿过壳体2的开口对准。线缆从卷轴7大致水平地延伸并绕过另一滑轮(图4C中的滑轮201，在图2A和图2B中隐藏不可见)，以将线缆从在壳体内近似水平地延伸取向成竖直地延伸穿过壳体2中的开口。

图1A和图2A的装置的马达、卷轴和滑轮的布置实现了与图1B和图2B的马达、卷轴和带驱动布置相比宽度减小的装置。然而，图1B和图2B的布置实现了更短长度的装置。

同样地，参考图2A和2B，并且参考示出示例装置架构的图3，每个装置1a、1b的其他部件包括电源12、马达控制器13和系统控制器14。优选地，电源12是或包括(优选地可再充电的)电池以允许便携性，使得装置1a、1b可在不需要外部电源的情况下运输和使用一段时间。

优选地，每个马达6由马达控制器13控制来在扭矩控制模式下操作马达6，以向线缆5提供力。在扭矩控制模式下，手柄4、马达6或卷轴7的位置可不与马达控制器13通信。在扭矩控制模式下，马达控制器13可控制马达6以向线缆5提供相对恒定的力，而不管手柄或马达或卷轴位置如何。如上所述，当用户以大于由马达和卷轴提供给线缆5的力(马达力)的力(用户力)拉动手柄4时，用户从壳体提起手柄4，克服马达力将线缆5从卷轴7展开。当用户握住手柄4静止时，用户力等于马达力并且马达和卷轴保持静止。并且当用户降低手柄4时，用户力小于马达力，并且马达将线缆5缠绕到卷轴7上。在扭矩控制模式下，马达操作来保持线缆处于张力下。在一些实施方案中，张力或力传感器(未示出)可将线缆张力传送到马达控制器以用于马达的控制。

当用户拉动线缆5以从卷轴7退绕线缆时，马达6可在发电机或制动模式下操作，以向线缆5提供受控的扭矩或力。当马达6操作以将线缆5重新卷绕到卷轴7上时，马达6在马达或驱动模式下操作。当处于发电机或制动模式时，马达6生成电功率。装置1a、1b还可包括再充电模块(未示出)，该再充电模块被配置为将生成的电功率施加到电源12以对电池进行再充电。另选地或附加地，装置1a、1b可包括电阻以耗散一些或全部生成的电功率。

系统控制器14为装置1a、1b提供控制逻辑/例程。例如，系统控制器14可被配置/编程为提供供用户执行的一个或多个锻炼。优选地，控制器14被配置为提供多个锻炼，并且更优选地被配置为允许用户(经由人机界面17)从多个锻炼中选择一个或多个锻炼。控制器14可基于用户信息来确定锻炼例程。系统控制器14可使马达控制器13控制马达6以经由卷轴7向线缆5提供力以重复传统举重锻炼，例如肱二头肌弯举或下蹲等。该控制器14可允许用户选择高达最大重量的重量水平范围。例如，马达和卷轴可被配置为向线缆5施加力，以在相应的手柄4处呈现20kgf(200N)或更大的最大力。

系统控制器14可被配置为经由传感器监测在锻炼时用户的表现或装置的使用，并向用户提供反馈，例如经由音频输出装置(例如，图3中的机电扬声器16)提供音频反馈。反馈可包括指导反馈以指导用户改善锻炼技术，和/或可基于用户输出提供激励性反馈，诸如锻炼的速度/步速、锻炼持续时间、举起的重量等。作为另一示例，系统控制器14可被配置为基于由装置感测到的用户移动来使用传感器来计算锻炼强度参数，诸如工作产出。

装置1a、1b可包括人机界面，诸如触摸屏或显示屏和用户控件，以允许用户提供一个或多个用户输入。在一些实施方案中，HMI可由诸如智能电话的个人电子装置(图3中的17)提供，以与装置1a、1b的其他部件诸如系统控制器14、马达控制器13和/或传感器通信。在示出的实施方案中，系统控制器14被指示为装置1a、1b的一部分，然而在一些实施方案中，系统控制器14可由单独装置诸如个人电子装置(诸如智能电话)提供，以与装置1a、1b的其他部件诸如马达控制器13和/或该装置的传感器通信。

远程控制器和/或HMI与该装置的其他部件之间的通信可通过通信协议或网络(例如，蓝牙、蜂窝网络或任选地包括各种配置和协议的另一网络，包括互联网、内联网、虚拟专用网络、广域网、局域网、使用一个或多个公司专有通信协议的专用网络(无论是有线还是无线)或它们的组合)来提供。反馈装置也可经由单独的远程装置来提供，例如同样由个人电子装置诸如智能电话来提供。

装置1a、1b包括用于控制装置1a、1b和/或向用户提供反馈的一个或多个传感器，如上所述。例如，传感器可包括用于提供施加到线缆的力的指示的力(张力)传感器(图3中的18)、马达和/或卷轴位置传感器(图3中的19)，以及/或者用于确定用户的体重的一个或多个负荷单元。图2A示出了四个负荷单元15，每个负荷单元设置在装置1b的角部附近。来自负荷单元15的输出可用于测量用户的体重或确定用户在甲板上的位置。负荷单元可用于确定用户的体重以建议锻炼，并且/或者用于确定对用户正确站在甲板上的反馈/指令。

装置1a、1b包括位置传感器(图3中的19)，以检测卷轴7和/或马达6和/或用于从壳体延伸的线缆长度的基准点参考的旋转位置。系统控制器14可被配置为基于来自位置传感器的一个或多个输出来确定从装置1a、1b延伸的线缆长度。位置传感器的一个示例是旋转编码器以确定马达的旋转位置。系统控制器可基于马达位置来确定/计算从壳体延伸的线缆的长度。

可提供传感器布置100、200来检测从壳体2延伸的线缆5的两个正交角度。系统控制器14被配置为基于来自传感器布置100、200的一个或多个输出来确定限定线缆5的从壳体2延伸的轨迹的两个正交角度。系统控制器14被进一步配置为根据两个正交角度和线缆长度来确定手柄4在用户使用装置1a、1b时所占据的三维空间中的三维位置(手柄位置)。可根据这两个角度和基于球坐标系的线缆长度来确定手柄位置。

在新西兰临时专利申请768769中描述了用于检测两个正交角度的传感器布置100、200和被配置为基于这两个正交角度和线缆长度来确定手柄位置的控制器，其中线缆长度基于马达或卷轴位置，该专利申请的内容以引用方式并入本文。

可提供另选传感器布置以确定手柄在3维空间中的位置。例如，位置传感器可设置在每个手柄处或邻近每个手柄设置以将位置数据(例如，无线地)传送到控制器。然而，这可能是次优选的，因为必须向位于手柄处或附近的传感器提供电力。

由于用户在使用期间握住手柄，因此手柄的位置提供了用户的手在使用期间的位置。传感器布置因此被配置为检测用户在使用装置时的移动。用户的身体的其他位置(诸如用户的身体关节)可从用户的手位置导出。可使用作为一个或两个手柄的补充或替代的其他用户接口，例如接合用户的脚的用户接口和/或接合用户的腰部或上半身的用户接口。本领域技术人员将理解，可使用用户接口的位置来提供用户在使用期间的位置以及因此用户在使用期间的移动。

控制器14优选地被配置为计算手柄在手柄在使用期间可移动的3维空间中的3维坐标位置。在优选实施方案中，控制器被配置为确定在笛卡尔坐标系中手柄位置P的(x,y,z)笛卡尔坐标，如图4所示。在所示示例中，x维度在装置的左右方向上(在手柄之间延伸)，x方向在装置的前后方向上，并且z方向是竖直的。

控制器14可在装置1b、1b的控制中使用手柄位置和/或确定要提供给用户的反馈。在本文所述的实施方案中，控制器14基于手柄位置来确定指导或用户表现反馈，并且/或者可基于手柄位置来更新锻炼例程或向用户提出锻炼建议。在优选实施方案中，控制器在手柄使用期间实时确定并监测手柄位置，以在用户锻炼期间向用户提供实时反馈和/或更新。

控制器14被配置为确定装置的用户将执行的期望或目标移动，并且基于用户的实际移动与目标移动之间的比较来向用户提供反馈。例如，在用户的实际移动与目标移动偏离(超过距离阈值)的情况下，控制器可使装置以指令的形式向用户提供用户反馈以校正用户的移动，从而实现目标移动。期望或目标移动可以是为了最佳地执行特定锻炼而进行的理想移动。

目标移动是用户特定的。即，针对装置的每个单独的用户确定目标移动。用户的目标移动取决于用户自己的身体尺寸或比例。与较小的用户相比，较大的用户将具有不同的目标移动。现在描述用于确定用户特定目标移动的方法。

参考图5，为了确定用户特定目标移动，装置被配置为估计用户的单独或特定物理身体结构(301)，其由用户的手(或与使用中的用户接口相关联的其他身体部位)和用户的身体的一个或多个其他部位的相对位置来定义，诸如用户的身体的关节，例如如图7中的圆点所指示的。用户的手/用户接口和用户的身体的其他部位/关节的相对位置基于一个或多个用户身体尺寸，诸如腿长度、手臂长度、高度和/或躯干长度。另外，来自装置的甲板上的负荷单元(如果存在的话)的输出可提供补充信息，诸如用户的体重，该补充信息可由装置用于估计用户的身体结构。一旦知道了用户的身体结构，装置就被配置为基于用户自己的估计的身体结构来确定要由装置的用户执行的每个锻炼的用户特定目标移动(302)。在用户开始锻炼之前确定用户特定的身体结构。在锻炼期间，控制器被配置为确定在锻炼期间用户的实际移动(303)，并且基于用户的实际移动与用户特定目标移动之间的比较来向用户提供反馈(304)。

在该装置的优选实施方案中，控制器14被配置为提供校准例程，以确定用户的身体尺寸，从而在开始锻炼之前估计用户的物理身体结构。在校准例程中，控制器例如经由音频指令经由机电扬声器指示用户在校准位置中握住装置的一个或两个手柄。控制器确定手柄在校准位置中的位置，然后基于该校准位置来估计用户的物理结构。

优选地，控制器基于多个校准位置来确定用户的身体结构。例如，参考图6，控制器指示用户在第一校准位置P₁握住装置的一个或两个手柄(401)，例如图7中的位置P₁。控制器确定手柄在第一校准位置中的位置(402)，然后指示用户将手柄移动到第二校准位置P₂，例如图7中的位置P₂，然后确定手柄在第二位置中的位置。针对所有校准位置重复该过程(401,402)，在本示例中，这种校准位置包括四个校准位置P₁、P₂、P₃和P₄，然而可存在少于四个或多于四个校准位置。

在例示性示例中，在校准P₁中，用户在他或她的身体旁边握住手柄，其中手臂处于松弛位置，在校准点P₂中，用户在他或她的髋关节的高度处握住手柄，在校准点P₃中，用户在他或她的肩部高度处握住手柄，其中手臂伸展开，并且在校准点P₄中，用户在他或她的肩部上方握住手柄，其中手臂伸展开。优选地，校准位置可容易被用户识别，例如，在上述示例中，校准位置P₁、P₃和P₄可容易被识别，而对于P₃，用户可能更难以正确地识别髋关节位置。其他校准位置也是可能的，例如用户的腰部凹进可容易被用户识别并且可用作校准位置。

一旦控制器已经确定该多个校准位置，该控制器就基于该多个校准位置来确定用户的身体结构。

在优选实施方案中，控制器被配置为确定一个或多个用户身体尺寸(403)。基于以上示例性校准位置，控制器可被配置为计算以下用户尺寸，其中z是竖直方向，并且x是跨用户的身体的水平方向，即z₁是校准位置P₁在竖直方向上的位置坐标，并且x₁是校准位置P₁在跨用户的身体的水平方向上的位置坐标：

腿长度(LL)＝z₂

肩部宽度(SW)≈Δx₄≈Δx₁

(其中ΔX是左手柄与右手柄之间的距离)

髋宽度(HW)＝Δx₂

应当注意的是，基于三个校准位置P₁、P₂和P₄来确定上述身体尺寸。这三个校准位置用于生成六个身体尺寸。然而，控制器可基于一个或多个身体尺寸(例如，上述六个身体尺寸中的一个或多个身体尺寸)来确定用户的身体结构。例如，用户的腿长度或肩部高度可用于通过在用户的腿长度或肩部高度与基于平均人体尺寸的统计的人腿长度或肩部高度之间进行缩放来估计用户的身体结构。仅依赖于腿长度需要单个校准位置(P₂)并且仅依赖于肩部高度需要两个校准位置(P₁和P₄)。然而，优选地，用户的身体结构至少基于手臂长度、腿长度和肩部高度和/或躯干长度来确定。

为了确定肩部高度、手臂长度、躯干长度和腿长度，可能需要来自仅一个手柄的位置。可使用用户的肩部宽度和/或髋宽度和/或其他身体尺寸，在这种情况下，可能需要来自两个手柄的位置。也可使用其他校准位置，例如有用的校准位置可以是使用户在用户的左肩前方握住右手手柄和/或使用户在用户的右肩前方握住左手手柄，以获得用户的肩部高度。同样，如果在估计用户的身体结构时仅使用肩部高度，则可能仅需要单个校准位置。

在用户未能在正确的校准位置中握住手柄的情况下，对用户尺寸的计算可包括不准确性。例如，当控制器确定校准位置P₄时，用户可能不直接在他或她的肩部上方握住手柄。因此，可能期望包括额外的校准位置，这些位置在计算中提供冗余，以基本上“双重检查”用户的身体尺寸的计算。在身体尺寸的计算中的冗余示出了计算身体尺寸的两种或更多种不同方式之间的差异的情况下，控制器可指示用户重复一个或多个校准位置，从而减少另选计算之间的误差或差异。

例如，在例示性实施方案中，校准位置P₃提供了通过以下等式来确定肩部高度、手臂长度、躯干长度、腿长度和肩部宽度的另选方式：

肩部高度(SH)＝z₃

躯干长度(TL)＝z₃-z₂

肩部宽度(WL)＝Δx₃-z₄+z₁

一旦控制器已经确定了所需的身体尺寸，控制器就被进一步配置为确定对用户的身体结构的估计。

根据计算出的身体尺寸确定用户的身体结构(404)。该控制器可基于用户的计算出的身体尺寸和预先确定的“参考”人体结构来确定用户的身体结构。参考人体结构可基于统计数据，例如可以是统计数据的平均值，或者是平均身高/身材的人的数据，或者可基于个别真人，诸如专业教练或运动员。可提供多个参考人体结构。控制器可基于用户输入(诸如用户的身高、性别、年龄和/或体重)从该多个参考人体结构中选择参考人体结构。年龄、身高和/或性别可以是用户输入。体重可以是用户输入或者可由负荷单元15确定。

图8示出了用于通过基于参考人体结构的手臂长度、腿长度和躯干长度以及用户的手臂长度、腿长度和躯干长度从预先确定的参考人体结构31进行缩放来确定用户的特定人体结构30的缩放过程。例如，通过将参考身体结构31的身体尺寸放大或缩小为等于用户的身体尺寸来确定用户的身体结构30，以估计用户关节的相对位置。例如，可根据计算出的身体尺寸来确定用户的肩部、髋关节和踝关节的位置，并且可基于计算出的身体尺寸和根据参考身体结构进行的缩放过程来确定肘关节和膝关节的位置，以估计用户的身体结构或模型。一些尺寸(诸如髋宽度和肩部宽度)可单独从参考身体结构31导出。用于基于参考身体结构确定用户身体结构的缩放过程可仅基于单个身体尺寸，诸如躯干长度或用户身高。在一些实施方案中，模型是基于用户的身体的手和关节的2D坐标的2D模型。

在图8的示出的实施方案中，用户的身体结构由与使用中的手柄/用户接口对应的手和身体的以下关节的相对位置来限定：踝关节、膝关节、髋关节、肩关节、肘关节和腕关节。然而，身体结构可由以下来限定：身体的与使用中的用户接口对应的部位，以及用户的一个或多个关节，诸如上述六个(成对)关节中的一个或多个关节，或用户的身体的另一部位。例如，身体结构可由用户的膝部、肘部和肩关节限定，或者由用户的肩部和肘关节限定，或者由用户的肩关节限定。

一旦已经限定了用户特定身体结构，控制器就被进一步配置为基于用户特定身体结构来确定用户在使用装置时要执行的每个锻炼的用户特定目标移动。现在描述用于基于用户的身体结构来确定目标移动的方法。

在优选实施方案中，基于在使用装置时要执行的锻炼的预先确定的校准移动来确定用户目标移动。参考图9，校准移动优选地基于由专业锻炼教练或运动员执行的锻炼来创建。视频记录(501)可以是使用录像机或运动捕捉系统记录专业人员执行期望锻炼，即，以正确或理想的方式执行锻炼而制成的。数字美术师可使用计算机动画软件诸如AutodeskMaya^TM基于对锻炼专业人员或运动员的记录来创建参考人体结构的模型(即，化身)在3D空间中执行期望锻炼的3D数字动画(502)。参考身体结构的模型的数字动画可被称为“参考动画”。

图10A和图10B示出了来自示例性参考动画33的帧，其中图10A示出了处于锻炼起始位置的参考身体结构31，并且图10B示出了处于锻炼结束位置的参考身体结构31的模型。该动画包括在起始位置和结束位置之间的参考身体结构的许多帧或位置。如上所述，参考身体结构31可以是真人的身体结构或基于人体结构的统计数据。参考动画包括参考身体结构的手的位置的位置信息，以及优选地，参考身体结构的一个或多个关节的位置的位置信息。参考动画提供或限定用于要执行的特定锻炼(诸如肱二头肌弯举)的校准移动。

再次参考图9，优选地，该装置包括存储器(图3中的20)，该存储器存储与在使用装置时可执行的多个锻炼对应的校准移动库(503)，每个校准移动是参考身体结构31的模型执行该多个锻炼中的一个锻炼的数字动画。每个数字动画可作为电子文件保存在装置存储器中。

根据锻炼的校准移动和用户的身体结构来确定该锻炼的目标移动。在示出的实施方案中，控制器被配置为通过以与参考身体结构在参考动画中移动的方式相同的方式移动用户的身体结构的模型来生成用户的身体结构的模型的3D数字动画(用户动画)(504)。移动用户的身体结构的模型来复制参考身体结构在参考动画中的移动，从而创建用户身体结构执行期望锻炼的用户动画。为了生成用户动画，控制器可被配置为基于由参考身体结构在参考动画中的关节角度限定的运动范围来移动用户身体结构的模型。例如，移动用户身体结构的模型，使得用户动画中的关节角度等于参考动画中的关节角度。附加地或另选地，为了生成用户动画，控制器可被配置为基于参考身体结构的模型在参考动画中的肌肉力量来移动用户的身体结构的模型。例如，移动用户身体结构的模型，使得用户动画中的肌肉力量等于参考动画中的肌肉力量。可使用游戏引擎诸如Unity^TM根据参考动画生成用户动画(例如，基于关节角度和/或肌肉力量)。

用户的身体结构可以是2D身体结构，即，用户的身体结构的关节的位置可由2D坐标限定。然而，用户动画是用户的身体结构的3D动画。用户的身体结构的模型的3D数字动画基于参考身体结构的模型的3D动画和用户的2D身体结构来生成。

控制器被进一步配置为根据用户动画确定锻炼的目标移动(505)。例如，控制器被配置为跟踪用户的身体结构的模型的手或双手在用户动画中的3D位置。在优选实施方案中，目标移动由限定用户的身体结构的模型的手或每只手在用户动画中的3D路径的多个3D位置来限定。在一些实施方案中，目标移动可由用户的身体结构的模型的手或每只手在用户动画中的3D起始位置和/或3D结束位置来限定。

目标移动可由起始位置、结束位置和/或限定与用户接口相关联的用户的身体的部位的路径的多个位置来限定，在示例性实施方案中，该多个位置是用于手柄用户接口的手的位置。

图11示出了来自示例性用户动画34的帧，其中存在处于站立位置的用户的身体结构30的模型以及针对两个不同锻炼的手柄/用户接口4或用户手位置的3D路径35、36。目标移动35对应于肩飞鸟(shoulder fly)的锻炼。目标移动36对应于下蹲的锻炼。

控制器被进一步配置为监测用户(用户的手)的位置，提供在使用期间用户的实际移动的指示。优选地，控制器被配置为实时监测用户的实际移动。例如，控制器可被配置为基于手柄的位置每秒多次确定用户的实际移动。附加传感器数据(诸如定位在甲板上的负荷单元的输出)可用于通过指示用户在甲板上的位置以及用户体重在左脚和右脚之间和/或在向前和向后方向上的分布来提供与在使用期间用户的实际移动有关的补充信息。

如上所述，控制器被配置为基于目标移动与在使用期间用户的实际移动之间的比较来向用户提供反馈。例如，控制器对在使用期间手柄的3D位置与正在执行的锻炼的目标移动(例如，图11中的移动35和36)的手位置进行比较。在一些实施方案中，目标移动可以是3D路径，并且控制器可将用户的实际移动的3D路径与目标移动进行比较，或者可将实际移动的起始位置和结束位置与目标移动的起始位置和结束位置进行比较。目标移动可以是锻炼的起始位置和结束位置，并且控制器可将用户的实际移动的开始点和结束点与目标移动进行比较，例如以提供运动范围比较。这种比较可在不比较移动的起始位置与结束位置之间的移动的情况下进行。

在一些实施方案中，在用户的实际移动与目标移动偏离预先确定的距离(阈值)的情况下，控制器向用户发出反馈以指示用户校正用户的移动。控制器可发出另外的反馈，诸如用户正在正确地执行锻炼的指示，或者进行进一步调整直到用户已经实现目标移动的指令。一旦用户的实际移动在目标移动的距离阈值内，用户就可实现目标移动。可在用户执行或未能执行完整范围运动的情况下基于移动的起始位置和结束位置来提供反馈。

可例如基于锻炼的步速来提供其他类型的反馈。反馈可以是激励性的。控制器可被配置为基于用户的实际移动与目标移动之间的比较来选择或建议锻炼类型和/或锻炼水平(例如，体重水平)。例如，如果用户执行锻炼太快或太慢，还可提供与锻炼的速度或步速有关的反馈。控制器可被配置为检测疲劳，例如当用户未能完成完整范围运动或用户的步速降低时。反馈可包括指导用户停止或降低锻炼水平。速度或步速反馈可基于手柄位置或可基于马达/卷轴位置。

在一些实施方案中，控制器被配置为基于目标移动与在使用期间用户的实际移动之间的比较来控制装置。例如，在用户的实际移动与目标移动偏离的情况下，控制器可使阻力负荷减小或增大以便帮助用户实现目标移动。作为另一示例，在控制器检到测疲劳(以前述段落中所描述的方式)的情况下，控制器可使阻力负荷减小或完全释放。

在上面的示例中，控制器被配置为确定用户手的目标移动，因为用户手的位置由基于来自该一个或多个传感器的输出计算出的在使用期间手柄的位置提供。然而，在一些实施方案中，控制器可附加或另选地确定用户身体结构的一个或多个关节(诸如用户的膝关节、髋关节、肩关节、肘关节和腕关节)的目标移动。用户关节的位置可从用户的身体结构导出，并且控制器可被配置为跟踪用户的身体结构的模型的一个或多个关节在用户动画中的3D位置。在使用期间，可基于手柄位置/用户接口的位置和用户的身体结构来计算用户的关节中的一个或多个关节的位置，以提供对用户的关节的实际位置的指示/估计，用于与从用户动画导出的目标移动进行比较。

对于任何给定的锻炼或移动，可存在一个或多个目标移动。可存在与用户接口相关联的目标移动，以及/或者用户的身体的关节的目标移动。例如，肱二头肌弯举或肩飞鸟可由两个目标移动、用户手的目标移动和用户肘部的目标移动来限定。控制器可将手/用户接口的实际移动与手/用户接口的目标移动进行比较，并且还将肘部的计算出的实际移动与肘部的目标移动进行比较。

在存在两个或更多个目标移动的情况下，控制器可基于用户的实际移动与目标移动中的一个或多个目标移动的偏离来提供反馈。

在又一些实施方案中，用户接口可以不是手柄，并且可在用户的身体上的其他地方与用户接合(诸如用于接合用户的脚的镫形件和/在用户的腰部/髋部处接合并附接到线缆的带)。在此类实施方案中，用户特定目标移动的确定以及与用户的实际移动的比较可以与先前所描述的方式相同的方式进行，不同之处在于用户关节中的一个或多个关节的位置可基于用户的膝部、腰部、髋部、肩部、肘部或腕部的位置(取决于用户接口接合的位置)来计算，而不是参考用户手的位置。

由参考身体结构的3D动画库提供的校准移动是预先确定的，并且由装备制造商或锻炼程序提供商提供。控制器基于校准移动和用户的身体结构针对每个锻炼自动生成用户动画，根据用户动画确定目标移动，并且针对正在执行的每个锻炼优选地实时地将用户的移动与目标移动进行比较。

本发明确定用户特定身体结构，并且基于该用户特定身体结构针对在使用装置时要执行的每个锻炼确定用户特定目标移动。因此，本发明提供了一种益处，由此可基于用户在使用装置时如何执行锻炼来向用户提供用户特定反馈。此外，用户的身体结构可仅被确定一次，以便针对多个锻炼生成目标移动。用户不必执行用于要执行的每个锻炼的校准移动。一旦已经确定了用户的身体结构，就不需要用户进行进一步的校准。可仅在锻炼会话开始时针对每个单独的用户确定一次用户身体结构，或者在装置的整个使用时间期间确定一次用户的身体结构。例如，用户可将代码(诸如姓名)输入装置中，使得每当用户使用该装置时可调用用户的身体结构。

在优选实施方案中，用于确定用户的身体结构的校准例程基于手柄或其他用户接口在至少一个校准位置中的位置。这意味着在不需要昂贵的相机技术和复杂的人类姿势估计成像处理软件的情况下确定身体结构。这提供了由低成本锻炼装置提供用户特定反馈的益处。此外，在估计用户的身体结构时使用手柄/用户接口位置提供了紧凑的单元，该紧凑的单元允许该单元易于运输并且几乎不需要设置。装置可仅包括音频反馈，使得避免了需要用于向用户提供视觉反馈的一个或多个显示屏，以进一步实现低成本的锻炼装置。该装置的这种配置使得装置紧凑，可易于运输，例如在汽车的后备箱中运输。

在一些实施方案中，控制器可被配置为基于在使用期间用户的实际移动来确定用户正在执行的锻炼。例如，在使用期间，用户可从多个可能的锻炼(诸如肱二头肌弯举、下蹲、过顶推举、飞鸟等)中选择任何锻炼来执行，并且控制器从该多个锻炼中确定用户正在执行哪个锻炼。控制器在使用期间监测/跟踪手柄/用户接口，以确定在使用期间用户的实际移动。

控制器可监测用户对手柄/用户接口的实际移动，并将其与多个目标移动进行比较。基于实际移动与该多个目标移动的比较，控制器确定用户正在执行哪个锻炼。

例如，在用户的实际移动在目标移动的距离阈值内的情况下，实际移动被确定为与目标移动相同。一旦控制器确定实际移动与目标移动相同，则控制器将正在执行的锻炼确定为与目标移动对应的锻炼。

以此方式，用户可简单地使用装置，而无需在该装置中选择或输入(例如，经由HMI)要执行的特定锻炼。该装置被配置为自动确定正在执行哪个锻炼。

一旦控制器确定正在执行哪个锻炼，控制器接着就可继续将用户的实际移动与目标移动进行比较，以便确定反馈并且向用户提供反馈，如较早所描述的。用于确定正在执行哪个锻炼的阈值可比用于确定是否用户正在正确地执行特定移动或锻炼的阈值更宽泛。

变型形式

上文所描述的实施方案是以举例的方式提供的。在一些实施方案中，控制器可被配置为基于由用户或其他人(诸如私人教练)输入的一个或多个身体尺寸来确定用户的身体结构。用户尺寸可包括用户身高和/或手臂长度，或者可包括如上所述的用户尺寸中的一个或多个用户尺寸。用户的身体结构可仅基于单个身体尺寸(诸如，用户身高)来估计，并且基于参考身体结构来进行缩放，以确定手和一个或多个关节的相对位置。在提供了多个身体尺寸的情况下，用户的身体结构可根据用户的身体尺寸来确定，而不基于参考身体结构进行缩放。

在另一实施方案中，目标移动可基于一个或多个用户特定身体尺寸(诸如用户身高)来估计，该一个或多个用户特定身体尺寸基于参考身体结构进行缩放，以确定手/用户接口的相对位置。

在一些实施方案中，可通过使用相机技术诸如Azure Kinect^TM相机和姿势估计成像处理软件来确定用户的身体结构。在这种实施方案中，控制器可被配置为针对每个目标移动确定起始位置、结束位置和/或限定用户的身体结构的3D模型的一个或多个关节(例如，用户的膝关节、髋部关节、肩关节、肘关节和腕关节)的3D路径的位置。用户的手和/或一个或多个关节的位置可通过使用相机技术和姿势估计成像处理软件来跟踪。可基于用户关节中的一个或多个关节的移动与该关节或每个关节的目标移动之间的比较来提供反馈。例如，用户可能正在执行下蹲，并且控制器可确定用户的膝关节未处于相对于用户的髋关节的正确位置。控制器可发出反馈，指示用户将他或她的膝部移动到不同位置以正确执行下蹲锻炼。

可在不参考校准移动的情况下根据用户的身体结构确定目标移动。例如，可在没有根据校准参考进行校准的情况下基于用户的身体结构来估计用户的手在使用期间的目标位置(例如，锻炼的起始位置和结束位置)。例如，可根据用户的身高和参考身体结构来估计用户的手在开始时、在结束时和/或在锻炼移动期间的目标位置。

本文已参考锻炼装置描述了本发明，该锻炼装置包括电动阻力机构(电动马达和卷轴)。本领域技术人员将理解，本发明可用于包括联接到阻力机构(包括传统举重装置，其包括堆叠金属板)的用户接口(诸如手柄)的任何锻炼装置中。在所描述的实施方案中，用户接口经由线缆联接到阻力机构，然而用户接口与阻力机构之间其他连接布置也是可能的，诸如连杆和/或杠杆，包括刚性连接。

本发明还可体现在用于提供用于在锻炼期间向用户提供反馈的方法的装置中。本发明可提供反馈或至少用于在锻炼期间(例如，当用或不用自由重量(诸如传统哑铃)进行锻炼时)向用户提供反馈的训练装置。在这种实施方案中，锻炼反馈装置可包括相机，该相机用于监测用户并且基于根据用户特定身体结构确定的用户特定目标移动来向用户提供反馈。另选地，用户可使用传统自由重量，诸如哑铃或杠铃，其中重量与零阻力机构之间具有连接(例如，线缆)，该零阻力机构包括被配置为检测用户的移动的一个或多个传感器。零阻力机构可包括马达和卷轴，其中马达被控制为提供零阻力。

在前面的描述中已参考具有其已知等效物的整体或部件的情况下，这些整体被并入本文，如同单独列出一样。

应当指出的是，对本文所述的当前优选实施方案的各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。可在不脱离本发明的精神和范围并且不减少其附带优点的情况下进行此类改变和修改。因此，旨在将此类改变和修改包括在本发明内。

Claims

1.一种个人锻炼装置，包括：

用户接口，在使用所述装置时，所述用户接口将由用户在3维空间中移动；

阻力机构，所述阻力机构用于生成力；

线缆，所述线缆联接在所述用户接口与所述阻力机构之间，以将所述力从所述阻力机构传输到所述用户接口；

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为检测在使用所述装置时所述用户在所述3维空间中的移动；

反馈装置；和

控制器，所述控制器与所述一个或多个传感器通信，所述控制器被配置为：

估计所述用户的用户特定身体结构；

基于所述用户的身体结构来确定所述用户的用户特定目标移动；

基于来自所述一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在使用所述装置执行锻炼时所述用户的实际移动；以及

经由所述反馈装置基于所述用户的实际移动与所述用户特定目标移动之间的比较来向所述用户提供反馈。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所估计的用户的身体结构来确定多个用户特定目标移动，其中每个目标移动对应于在使用所述装置时要执行的多个锻炼中的一个锻炼。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述控制器被配置为基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计所述用户的身体结构。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述一个或多个用户特定身体尺寸和预先确定的参考身体结构来估计所述用户的身体结构。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述装置包括与所述控制器通信的用于存储多个参考身体结构的存储器，并且所述控制器被配置为基于用户输入来从所述多个参考身体结构中选择参考身体结构。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中通过基于一个或多个用户身体尺寸缩放所述参考身体结构的一个或多个身体尺寸来估计所述用户的身体结构。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中所述用户特定身体尺寸包括所述用户的身高、肩部高度、手臂长度、躯干长度、腿长度、肩部宽度或髋宽度中的一者或多者。

8.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其中所述用户的身体结构基于所述用户的手臂长度、腿长度和肩部高度和/或躯干长度。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的装置，其中所述一个或多个传感器被配置为提供一个或多个输出，基于所述一个或多个输出能够确定所述用户接口在所述3维空间中的位置，并且所述控制器被配置为：

提供用于确定所述一个或多个用户特定身体尺寸的校准例程，在所述校准例程中，所述控制器被配置为：

指示所述用户在至少一个校准位置中握住所述用户接口；

基于来自所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出来确定所述至少一个校准位置；以及

基于所述至少一个校准位置来估计所述一个或多个用户特定身体尺寸。

10.根据权利要求9所述的装置，其中在所述校准例程中，所述控制器被配置为：

指示所述用户在多个校准位置中握住所述用户接口，并且在所述用户接口处于每个校准位置中的情况下，基于来自所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出来确定所述校准位置；以及

基于所述多个校准位置来估计所述一个或多个用户特定身体尺寸。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其中所述控制器被配置为确定每个校准位置的2维位置或坐标。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述用户的身体结构和预先确定的校准移动来确定所述目标移动。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置包括与所述控制器通信的存储器，所述存储器存储与在使用所述装置时能够执行的多个锻炼对应的多个预先确定的校准移动。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其中每个校准移动是参考动画或者由参考动画来限定，其中所述参考动画是所述参考身体结构的模型执行期望锻炼的3D数字动画。

15.根据权利要求14所述的装置，所述控制器被配置为：

基于所述参考动画和所述用户的身体结构来生成用户动画，其中所述用户动画是所述用户的身体结构的模型的3D数字动画；以及

根据所述用户动画确定所述目标移动。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述控制器被配置为通过移动所述用户的身体结构的所述模型来复制所述参考身体结构在所述参考动画中的移动，来生成所述用户动画。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述控制器被配置为基于由所述参考身体结构在所述参考动画中的关节角度和/或所述参考身体结构的所述模型在所述参考动画中的肌肉力量限定的运动范围来移动所述用户的身体结构的所述模型。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置为根据所述用户动画来确定所述锻炼的所述目标移动。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述目标移动包括：

限定所述用户的身体结构的所述模型的手或每只手在所述用户动画中的3D路径的多个3D位置，以及/或者

所述用户的身体结构的所述模型的手或每只手在所述用户动画中的3D起始位置和/或3D结束位置。

20.根据权利要求18或19所述的装置，其中所述目标移动包括：

限定所述用户身体结构的所述模型的一个或多个关节在所述用户动画中的一个3D路径或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的身体结构的所述模型的一个或多个关节在所述用户动画中的3D起始位置和/或3D结束位置。

21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述实际移动是所述用户的一只手或双手的移动。

22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述实际移动是所述用户的身体的一个或多个关节的移动。

23.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述目标移动包括：限定所述用户的手或每只手的3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的手或每只手的3D起始位置和/或3D结束位置。

24.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述目标移动包括：限定所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的一个3D路径或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的3D起始位置和/或3D结束位置。

25.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个传感器被配置为提供一个或多个输出，基于所述一个或多个输出能够确定所述用户接口在所述3维空间中的位置；并且其中所述控制器被配置为：

基于来自所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出来确定所述用户接口在使用期间的所述位置；

当所述用户在使用所述装置执行锻炼时移动所述用户接口时，基于所述用户接口的所述位置来确定所述用户的所述实际移动。

26.根据权利要求25所述的装置，其中在使用所述装置执行锻炼时，所述用户接口的所述位置指示所述用户的手或所述用户的身体的其他相关联部位的实际位置。

27.根据权利要求25或26所述的装置，其中所述控制器被配置为基于来自所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出来确定在使用期间所述用户的身体的一个或多个关节的实际位置。

28.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述用户接口是在使用期间由所述用户的手握住的手柄。

29.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置包括与所述控制器通信的用于检测所述用户的体重的一个或多个负荷单元，并且所述控制器被配置为基于来自所述一个或多个负荷单元的一个或多个输出来确定所述用户的体重并且基于所述用户的体重来估计所述用户的身体结构。

30.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述反馈包括当所述用户的实际移动与所述目标移动偏离预先确定的距离时指示所述用户改变所述用户的移动的指令。

31.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述反馈装置是音频反馈装置，并且其中所述锻炼装置仅向所述用户提供音频反馈。

32.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述阻力机构包括与所述控制器通信的电动马达和由所述马达旋转地驱动的卷轴，并且其中所述线缆联接到所述卷轴；并且其中所述控制器被配置为操作所述马达来生成所述力。

33.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个传感器包括传感器布置和位置传感器，所述传感器布置被配置为检测两个正交角度以限定在使用期间所述线缆在所述3维空间中延伸的轨迹，并且所述控制器被配置为：

基于来自所述位置传感器的一个或多个输出来确定线缆在所述3维空间中延伸的长度；

基于来自所述传感器布置的一个或多个输出来确定两个正交角度；以及

基于所述线缆的所述长度和所述两个正交角度来确定所述用户接口在所述3维空间中的所述位置。

34.根据从属于权利要求30的权利要求33所述的装置，其中所述位置传感器提供指示所述马达和/或卷轴的旋转位置的一个或多个输出，并且所述线缆的所述长度基于所述马达和/或卷轴位置和所述卷轴的直径。

35.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述用户的实际移动与所述多个用户特定目标移动之间的比较来从所述多个锻炼中确定所述用户正在执行的锻炼。

36.一种锻炼装置，包括：

一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为检测所述用户在3维空间中的移动；

反馈装置；和

估计所述用户的用户特定身体结构(所述用户的身体结构)；

基于来自所述一个或多个传感器的一个或多个输出来确定在执行锻炼时所述用户的实际移动；以及

经由所述反馈装置基于所述用户的实际移动与所述用户特定目标移动之间的比较来向所述用户提供指导反馈。

37.根据权利要求36所述的装置，其中所述控制器被配置为基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计所述用户的身体结构。

38.根据权利要求37所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述一个或多个用户特定身体尺寸和预先确定的参考身体结构来估计所述用户的身体结构。

39.根据权利要求37或38所述的装置，其中所述控制器被配置为：

指示所述用户在至少一个校准位置中摆姿势；

40.根据权利要求36至39中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置为基于所述用户的身体结构和预先确定的校准移动来确定所述目标移动。

41.根据权利要求36至40中任一项所述的装置，其中所述目标移动包括：限定所述用户的手或每只手的3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的手或每只手的3D起始位置和/或3D结束位置。

42.根据权利要求36至41中任一项所述的装置，其中所述目标移动包括：限定所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的一个3D路径或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的3D起始位置和/或3D结束位置。

43.根据权利要求36至41中任一项所述的装置，其中所述装置包括由用户在3维空间中移动的用户接口和联接到所述用户接口以经由所述用户接口向所述用户提供力的阻力机构。

44.根据权利要求43所述的装置，其中所述装置包括线缆，所述线缆联接在所述用户接口与所述阻力机构之间以将所述力从所述阻力机构传输到所述用户接口。

45.一种用于在锻炼时向用户提供指导反馈的方法，所述方法包括：

估计所述用户的用户特定身体结构(所述用户的身体结构)；

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述方法还包括基于一个或多个用户特定身体尺寸来估计所述用户的身体结构。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述方法还包括基于所述一个或多个用户特定身体尺寸和预先确定的参考身体结构来估计所述用户的身体结构。

48.根据权利要求46或47所述的方法，其中所述方法包括用于确定所述一个或多个用户特定身体尺寸的校准例程，所述校准例程包括：

指示所述用户在至少一个校准位置中摆姿势；

49.根据权利要求45至48中任一项所述的方法，其中所述方法还包括基于所述用户的身体结构和预先确定的校准移动来确定所述目标移动。

50.根据权利要求45至49中任一项所述的方法，其中所述目标移动包括：限定所述用户的手或每只手的3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的手或每只手的3D起始位置和/或3D结束位置。

51.根据权利要求45至50中任一项所述的方法，其中所述目标移动包括：限定所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的一个3D路径或多个3D路径的多个3D位置，以及/或者所述用户的身体关节中的一个或多个身体关节的3D起始位置和/或3D结束位置。