CN1296109C - 把手组件 - Google Patents

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Abstract

一种把手组件(100)，包括一个下部基座部分(101)，适于通过一个导向装置支撑把手(202)，该导向装置的结构和布置允许把手(202)相对于基座部分(101)沿一个路径移动，通过把手(202)沿该路径相对于中心位置向左或向右移动，把手(202)倾斜，并且把手(202)的中心相对于基座部分(101)向下移动，并水平离开中心位置。该组件允许把手以模拟自行车把手移动的某种方式移动。在改进的实施例中，导向装置可限制把手上下或前后或左右移动，还提供一种更真实的移动范围。

Description

把手组件
技术领域
本发明涉及对把手组件的改进，尤其是，但并不限于，可以安装到固定自行车或者任何其他包含把手的装置上的把手。还涉及一种可用作游戏控制台或者个人计算机的控制器的把手组件。
背景技术
固定自行车已经很常见，人们可以骑在上面通过踩踏板来模拟骑车的动作。骑车者坐在自行车上，自行车被固定在适当位置，在阻力载荷作用下转动自行车的踏板。其他具有把手的装置还包括电动雪橇(JetSki)和摩托车，这些装置的固定形式(用于训练或者娱乐)也是常见的。
固定自行车需要至少一个鞍部、一个车把和一个底托架，它必须被固定在合适的空闲场地上。这些部件的支架通常包括一个具有地面支撑脚的金属框架，金属框架支撑鞍部，其高度要便于使用者坐在鞍部。框架还支撑鞍部下面的底托架和具有踏板的曲柄，使用者的脚操作踏板。把手在踏板的前方。为了适合不同的人，鞍部、底托架和车把的相对位置必须可调节，但是普通自行车的把手和鞍部通常被设置成在地面以上同样的高度。
专用的固定健身自行车对于锻炼使用者特定的腿部肌肉非常有效，但是使用起来很乏味。同时，它们不能提供非常真实的体验，因为把手的位置在使用时被固定住，而在普通自行车上，骑自行车的人转弯或者倾斜身体以通过拐角处或者在踏板上站起来时，把手会移动。
更热衷于骑自行车的人常使用涡轮训练器(turbotrainer)，将普通公路自行车或者山地自行车转换到固定健身自行车中。在这种装置中，自行车的后轮被固定在地面以上，并被用来驱动阻力载荷，例如小风扇或者飞轮。风扇或者飞轮提供踏板转动的阻力。使用实际的公路自行车可以提供更有针对性的训练。但是，相对于涡轮训练器来说，需要安全的支撑自行车，这使使用者无法使把手转向或者倾斜。对于使用者站在踏板上踩动踏板时，这个问题尤其显著。
与坐着骑车相比，站着踩踏板时，需要不同的技巧，并且使用骑车者的不同的肌肉。没有一种现有健身器械可以给使用者提供针对站立骑车(通常称为honking)的特定训练。
发明内容
本发明适用于任何形式的健身自行车，包括特殊的健身自行车以及使用涡轮训练器或类似装置的转换的公路自行车或者山地自行车。它还适用于作计算机游戏控制器，使用者可以移动它来模拟自行车把手或者其他把手装置的移动。
本发明的一个目的是提供一种把手组件，它可以安装到固定自行车或者单独使用，以提供一种更真实的骑车体验和合适的上肢锻炼，不论是用于健身器械还是用于交互式游戏。本发明的另一个目的是提供这样一种把手，通过已有的可连接装置，仅需要改变把手，而不是整个自行车，所以制造简单，并且更安全地移动重心。
按照本发明的第一个方面，提供一种把手组件，包括一个下部基座部分，适于通过一个导向装置来支撑把手，该导向装置的结构和布置允许把手相对于基座部分沿某个路径移动，通过把手相对于中心位置沿着该路径左右移动，把手倾斜并且把手的中心相对于基座部分向下移动，并水平离开中心位置。
通过使用这种把手组件，骑车者可以通过一种与实际骑车时所用的技术类似的自然方式移动把手。因此该装置模拟出自行车行驶时车身的倾斜带来的把手的左右移动，这样可以给使用者提供更真实的感觉，尤其是在站立骑行或者转弯时。
导向装置包括一个或者多个形成联动装置的连接件。或者，包括一个或者多个形成导轨的链轨板。该链轨板或者每个链轨板被固定到基座部分或者把手上，并与连接到把手或者基座部分的另一个上的一个或者多个转子(例如轮子或者导向杆)共同作用。
把手的中心的路径包括一个曲线路径，例如弧形，该曲线路径以位于把手中心下方的枢轴点为中心。当然，也可以通过联动装置或导轨的适当布置来确定其他形状的路径。在本实施例中，导轨自身在转子将把手连接到导轨处确定该弧形。可以理解，在使用者移动把手时，基座部分保持固定不动。
优选的是，当把手处于中心位置时，把手处于一个水平位置，尽管这在所有实施例中都不是主要的问题。
基座部分包括一个靠近地面的枢轴，联动装置包括一个竖立连接件，该竖立连接件被连接到把手并从枢轴可转动的延伸到把手，这样当把手沿偏离中心位置的路径移动时，把手通过一个以竖立连接件的枢轴点为中心的弧形倾斜。
把手组件定位在地面上，基座部分的枢轴处于地面水平面上或者刚刚高于水平面，竖立连接件在地面上方的某个位置支撑把手，该位置对应于普通自行车把手的高度。枢轴点可以在地面水平面上或者刚刚高于水平面，或者在地面上方与普通自行车的底托架高度相同的高度。这里的普通自行车是指任何为自行车使用者恰当设置的自行车，例如山地车或者公路自行车。
典型地是，竖立连接件可在枢轴上方至少30英寸处支撑把手，枢轴位于小于12英寸处，优选的是，尽量靠近地面。把手的支撑高度可由使用者调节。
将枢轴点放在靠近地面的地方可更好的仿效普通自行车的前轮接触斑点，其中把手关于接触斑点中心的弧形倾斜。
竖立连接件，或者与枢轴间隔开连接到其上的部件，可穿过控制装置，控制装置用于控制竖立连接件的移动范围。例如，控制装置可以是控制板上的一个开口，连接件穿过这个开口。开口的壁限制把手的移动。开口确定了一个槽，该槽可以是一个完整的圆形，也可以是从T形的中心成放射状分布的两个或三个也可能是更多个槽。
基座部分可以是固定健身自行车的框架的一个集成部分。或者，独立于固定健身自行车的框架，简单地放置在自行车前面的地面上，以支撑与之分开的把手。它可以连接到固定健身自行车或者自行车/涡轮训练器框架的一个部分上，以提供把手的稳定性，也可以是一个自由独立的结构。基座部分还为整个单元提供进一步的支撑。
基座部分上还提供一个或者多个地面连接支脚，这些支脚是可调的。
在某些情况下，优选的是，提供一种把手组件，可以直接代替专用固定健身自行车或者转换的自行车或者其他设备(例如固定使用的摩托车或者电动雪橇)的把手。
因此，该联动装置的另一种结构包括至少两个非平行的连接件，每个连接件在沿连接件上的一个点处被连接到基座部分，在沿连接件上的另一个不同的点处被连接到把手或者支架上。这些连接件位于一个基本垂直的平面上。
连接件可以调节，以便连接一个连接件上的两个点的向量与连接另一个连接件上的两个点的相应的向量在基座部分以下的一个虚拟的枢轴点相交，把手被限制沿某个路径移动，该路径可以是一个弧形，并取决于连接件的几何形状。因此，这使把手在移动离开中心时倾斜并且下降，如前所述，以提供更接近连接到自行车或者类似物上的真实把手的移动。
注意到，在这种结构中，当把手沿其路径移动时，虚拟枢轴点的位置也将移动。
这样，使用虚拟的枢轴来代替所需的靠近前轮与地面的接触点的实际物理枢轴。这使基座部分的最低点更靠近把手。
对于把手的所有位置，连接件与基座部分连接处的两个点位于水平平面上，而连接件与把手连接处的两个点只有在把手处于中心位置时才位于水平平面上。连接件与把手连接处的两个点比连接件与基座部分连接处的两个点之间的距离更大，当把手处于正常的静止位置时，两个连接件彼此向外倾斜。把手的中心位于把手与联动装置的两个连接点之间的中心。
连接件与把手连接处的两个点之间的距离可以是可调的，也可以是固定的。调节这些点使虚拟枢轴点移动的曲线路径、把手移动的路径、以及把手的偏斜(旋转)角度发生改变，以模拟不同类型的装置。
这些向量可在把手下方的某个距离处相交，该距离等于地面上把手的高度。例如，它们相交以在把手下方至少30英寸或30英寸以上处确定一个虚拟的枢轴点，以模拟普通自行车。这也可以进行设置，以在普通自行车的底托架中心形成虚拟枢轴点。
联动装置上至少一个连接件上的两个点之间的距离-连接件的有效长度-可以是可调节的，也可以是固定的。最优选的是，两个连接件的有效长度是可变的。这使虚拟枢轴点相对于把手的位置可以变化以便移动它使其更靠近或者远离把手。这种布置允许使用者在地面水平面上定位枢轴点，同时在地面上不同高度使用把手，以提供不同的感觉来模拟不同类型和尺寸的自行车。例如，如果它被固定在儿童自行车的前管，该枢轴点不同于它被固定到男士自行车的前管上时对高度的要求。
两个连接件与顶部连接件的连接处的点之间的水平距离也可以是变化的，如上所述，以提供不同的感觉以便更接近不同类型和尺寸的自行车和其他装置的行为。
在这种结构中，基座部分包括一个轴杆，用于至少部分地被接纳在自行车或者固定健身自行车或类似物的前管中。它包括一个中空轴。其他支架/支柱连接到自行车的框架，以提供更大的刚度和转向阻力。
还提供一个高度调节装置，以允许把手相对于基座部分被提起上升和/或降低。它也可相对于竖立连接件(如果有竖立连接件)或轴杆(如果有轴杆)的支架上升和/或降低。
在一个简单的结构中，高度调节装置使把手沿一个线形路径上升或者降低。优选的是该路径与经过自行车前管中心的向量一致。
在一个改进方案中，为了模拟真实移动的自行车上的把手的路径，高度调节装置限制把手相对于基座部分上下移动，以关于某个点移动，该点对应于自行车后轮和地面的接触点。
因此，高度调节装置还允许把手通过一个弧形上下移动，该弧形位于安装有该把手组件的自行车的后轮的接触斑点中心。这使使用者可以朝自己的身体方向向上拉把手，以模拟从地面上提起自行车的前轮，而把手沿其长轴旋转。还提供一种较小半径和弧形，并确实提供了另一个在基本垂直的平面上设置梯形联动装置的实施例。
因此，可以通过第二对非平行连接件来提供上下移动，该非平行连接件位于一个基本垂直的平面上，每个连接件在第一个点处与把手连接，而在第二个点处与支架连接。这些连接件定义了一个梯形，该梯形平面基本正交于提供左右倾斜(honking)的两个连接件的平面。
当然，另一种导向装置，例如导轨或者单个竖立连接件也可实现这种移动。
这种移动模拟骑车者在前面向下推和向上拉以弹跳/离地。也可通过一个可伸展/可压缩的轴杆实现。在附图中这两种情况都公开了。
联动装置还用于允许把手相对于基座部分前后移动-例如通过滑行。这可通过将联动装置连接到一个可相对于支架前后滑动的板或杆上来实现。它可关于一个前后枢轴实现，大体上关于X轴，事实上，提供了另一个实施例，其中梯形联动装置设置在一个基本水平向前面对的平面上(horizontal forward facing plane)(与当前梯形的侧面相对)。模拟前后移动重心。
前后移动可以是除倾斜和上下移动或者任何组合以外的移动。
另外，把手适于相对于基座在一个平面上旋转。为了使把手的移动更真实，这种旋转关于某个轴旋转，该轴经过支撑把手的轴杆的中心。这将提供一个旋转轴，该轴为近似垂直的，但是将由自行车前管的角度确定，以便模拟转动把手来驾驶。
把手组件限制把手在不同于上述方向(即，不同于前后或上下倾斜)的任何其他方向上移动。
阻力装置用来阻碍把手在某个自由度或者所有自由度上的移动。例如，阻碍把手左右移动。或者阻碍把手的上下移动。或者阻碍把手相对于支架的前后移动。
阻力装置可以是可调节的，以改变把手的移动阻力的大小。这种调节可由机械控制或者电动控制。
阻力装置还包括一个或多个阻碍把手移动的阻尼。该阻尼或者每个阻尼可以是可调的，以改变所提供的阻力的大小。阻尼包括螺旋阻尼(twist damper)或者其他任何合适类型的阻尼。
阻力装置可包括一个或者多个弹簧，可以是固定系数(fixed rate)弹簧，也可以是可变系数(variable rate)弹簧。可使用卷簧、板簧或人造橡胶弹簧(elastomer springs)。
阻力和/或阻尼装置阻碍把手关于任何自由度的移动。所有阻力和阻尼装置可由使用者调节或者由微处理器自动调节，可手动控制或通过机械和电子装置自动控制。
阻力也可通过调节自行车的踏板阻力调节装置进行调节，通过电子或者机械连接进行调节。
锁定装置用于锁定把手相对于任何或者所有自由度的移动。这种锁定可手动控制或者通过机械和电子装置自动控制。
在联动装置包含确定该联动装置的两个非平行连接件的方案中，阻力装置包括至少一个弹簧，该弹簧使连接件的一个部分与基座部分彼此连接。
把手组件可以结合到一个固定健身自行车中。也可用于代替普通自行车上的传统把手，或用于涡轮训练器。它还可在桌面上使用，或者在具有合适形状的基座部分的其他表面上使用。
把手组件包括至少一个输出设备，该输出设备根据把手相对于基座部分的位置输出信号。例如，包括一个电位计，它根据把手的位置生成变化的输出值。
如果把手可通过四个或者更多个自由度(例如，左右转向，左右倾斜，前后倾斜，提起/压下)移动，则需要提供四个或者更多个输出设备，每个设备分别指示把手关于每个自由度的位置。
把手组件还包括一个或者多个可由使用者操作的开关或者按钮。这些和前述输出设备可通过一根或者多根电缆和工业标准电子装置连接到PC或者游戏控制台。该输出设备、按钮或开关可用于代替游戏控制台(例如Sony Playstation)上使用的小键盘。这使该把手组件可用作游戏控制台，通过把手和按钮控制控制台上的游戏的操作。例如，向左侧倾斜把手可以使游戏中的人物或者对象向左侧移动或者向左侧转弯。
把手组件还可包括一个显示屏，向把手的使用者显示信息。该信息可包括一个计数值，该计数值根据把手左右移动的次数和/或所用的时间计数。
在另一个实施例中，即，使用导轨的实施例中，提供一个供把手沿其移动的弧形，按照实际自行车上的把手的实际弧形形成，把手连接到转子组件上，转子允许把手沿着导轨移动，在这种情况下，把手移动离开中心位置时倾斜和落下。阻力的提供如上所述，所有其他移动都可以进行。
当然，可以设想，这里公开的机械装置可在转到其侧面的位置上使用。
按照本发明的第二个方面，提供一种器械，例如固定健身自行车，具有一个框架，一个车座和按照本发明的第一个方面所述的把手，其中框架在地面上支撑把手组件和车座。
该器械也可以是摩托车、电动雪橇或者安装在滚子上的自行车，或者涡轮训练器，或者其他任何具有把手和车座的器械。
把手可关于某个点移动，该点与把手的中心对齐，等于自行车前轮的接触点，或者与自行车的底托架的地面高度相同高度的某个点。
联动装置包括一个非平行梯形联动装置，它包括两个连接件，这两个连接件形成梯形的侧边，把手形成梯形的顶边，支撑部件形成梯形的底边。
把手组件包括一个阻力装置，可提供可变的移动阻力，该可变移动阻力是骑车者踩踏板的速度的函数。
自行车给踏板提供可变的阻力。在这种情况下，把手的移动阻力取决于自行车给踏板提供的阻力。把手的移动阻力可由把手组件自动调节以匹配踏板的阻力，或者提示使用者手动调节阻力。可提供一个共用变速杆，该变速杆可机械调节踏板的阻力和把手的移动阻力，可以使用一根或者多根电缆。
车座由导向装置支撑，该导向装置允许车座关于一个曲线路径左右、上下、前后移动。这包括任何按照把手的导向装置的设计原理构造的导向部分。例如，车座可由两个非平行的连接件支撑，该连接件在第一个点处连接到车座(或者车座支架)，在第二个点处直接或者间接连接到框架(或者任何相对于框架固定的点)。
按照本发明的第三个方面，提供一种健身器械，包括一个可由使用者的上肢在第一个点和第二个点之间移动的上肢锻炼装置，一个可由使用者的下肢在第一个点和第二个点之间移动的下肢锻炼装置，传感装置，包括至少一个与下肢锻炼装置关联的第一传感器和与上肢锻炼装置关联的第二传感器，一个处理器，用于接收传感装置的输出信号并从输出信号生成处理过的信号，和一个显示装置，向使用者显示处理过的信号。
提供一个由处理器存取的训练计划，该计划指示使用者在该装置上要执行的锻炼的训练程序。可以存储多个计划。
处理装置适于从输出信号确定使用者执行的锻炼的级别和或速率，并将其与训练计划中给出的级别和速率进行比较。这可以在锻炼进行时连续执行。发送到显示屏的处理信号取决于实际锻炼和计划中的储存值之间的差别。
上肢和下肢锻炼装置可以给使用者提供一个可单独调节的阻力装置。该阻力装置可由处理器自动调节，作为训练计划的函数。
在使用者使用该器械时，处理器根据传感器确定的使用者的成绩生成训练计划。例如，它们可感测出上下肢装置重复移动的速率和/或移动阻力。
该器械还包括一个显示屏和/或扬声器，提示使用者按照训练计划手动调节上下肢装置。该计划可在显示屏上以条形图的形式视觉显示和/或听觉显示。或者，按照提示显示箭头，提示使用者增加阻力或者减小阻力。
微处理器可根据实际成绩相对于训练计划中要求值的实际变化和累积的变化，将一个或者多个处理过的信号输出到显示屏308(和可选的扬声器)。以后，训练程序可按照该成绩和使用者的训练历史记录调节训练计划。
按照本发明的第四个方面，提供一种把手组件，包括下部基座部分，适于通过一个导向装置支撑把手，该导向装置的结构和布置允许把手沿一个曲线路径相对于基座部分垂直和水平移动，基座部分位于与把手长轴正交的平面上，通过把手相对于中心位置沿着该路径移动，把手关于其长轴转动，并且把手中心相对于基座部分上下移动，并水平离开中心位置。
这使骑车者可以向下推或者向上拉动把手来模拟提起或放下自行车或其他器械的前轮。
导向装置包括两个连接件，每个连接件在第一个点处连接到把手，在第二个点处连接到框架。
该连接件位于一个基本水平的平面上，该平面与把手的长轴正交。
当然，可以理解，该导向装置可采取任何其他形式，例如，本发明的第一个方面所述的形式。事实上，可以设想，任何移动把手来模拟自行车把手的移动的布置都落在本发明的范围内。
按照本发明的第五个方面，提供一种把手组件，包括下部基座部分，适于通过导向装置支撑把手，该导向装置的结构和布置允许把手相对于基座部分沿垂直平面上的曲线路径前后移动。
该导向装置也可采取任何其他形式，尽管在最常见的布置中，该导向装置包含一对非平行的连接件(类似于第一个方面所述)，该连接件在第一个点处连接到把手(或者支架)，在第二个点处连接到基座，连接件位于一个垂直平面上，该平面上的一条线与两个连接件与水平面上的基座连接处的两个点相交，并与把手的移动方向一致。这使把手可模拟前后移动，类似骑车者在自行车上前后转移重心。
或者，连接件可布置成与连接件和基座连接处的两个点相交的直线位于一个基本垂直的平面上，而连接件位于一个与把手的长轴正交的垂直平面上。这使把手的移动可以模拟真实的把手的上下移动。
当然，还可以使用其他导向装置，例如导轨或者链轨板。
按照本发明的第六个方面，提供一种车座机构，适于相对于基座(例如自行车的框架或类似物)来支撑车座，该车座机构包括一个导向装置，该导向装置的结构和布置使车座可以相对于基座沿某个路径移动，通过车座相对于中心位置沿该路径左右移动，车座可倾斜，并且车座的中心相对于基座向下移动，并水平离开中心位置。
导向装置包括至少两个用于将车座连接到基座的非平行的连接件。这些连接件位于一个基本垂直的平面上，或者倾斜离开垂直方向。
按照本分明的第七个方面，提供一种健身器械，包括可由使用者的上肢在第一个点和第二个点之间移动的上肢锻炼装置，可由使用者的下肢在第一个点和第二个点之间移动的下肢锻炼装置，用于控制上肢锻炼装置的移动阻力的第一阻力装置，和用于控制下肢锻炼装置的移动阻力的第二阻力控制装置，用于按照第一或第二锻炼装置的移动速率和/或阻力设置来控制第一和第二阻力装置的装置。
上肢锻炼装置包括按照本发明第一个方面所述的把手组件。下肢锻炼装置包括一对踏板，在这种情况下，第二阻力装置可包括加重飞轮或者磁力制动器。
例如，当使用者快速踩踏板时把手组件移动的阻力低于缓慢踩踏板时的阻力。
在另一个实施例中，两个装置的阻力可按照不同的参数变化，即不同于移动速率的参数。事实上，第一个阻力的设置在某些方面与第二个阻力相关(反之亦然)的任何装置都落在本发明的范围内。
阻力的设置可通过机械或者电子装置来实现。
附图说明
现在通过三个实施例并结合附图进行说明。
图1是按照本发明的第一个实施例的把手组件的局部透视图。
图2是按照本发明的第二个实施例的把手组件的局部透视图。
图3是按照本发明的第三个方面的器械的方框图。
具体实施方式
如图1中的透视图所示，第一个实施例的把手组件100包括一个基座部分或称支座101，该部分由一个直径大约1英时的管状轴杆组成，该轴杆被牢固地固定在车架(未示出)的前管上。该轴杆具有一个上部101a，该上部可相对于锁紧到自行车上的下部101b旋转。一个传感器，例如电位计(未示出)，测量上部101a相对于固定的下部101b的旋转。
一个下部金属杆102从轴杆的上部101a上延伸出来，该金属杆沿着邻近轴杆的每个边缘具有两个凸耳103，104。凸耳通过枢轴螺栓105跨接，枢轴螺栓支撑第二个上部，即金属杆106，的一端。第二金属杆106也沿着离开枢轴105的方向从轴杆101上延伸，并与第一个杆彼此重叠。一个压缩弹簧(未示出)将两个杆分开，但是允许第二个杆106在弹簧的弹力作用下关于枢轴105枢轴转动。这使杆被压下。另一个压缩弹簧(未示出)阻止杆被拔起。还提供阻碍每个杆移动的阻尼。
支架107被固定到下轴杆部分101b，两个弹簧108a，108b将下部杆102与支架连接。这控制上部第二个杆106相对于自行车的旋转，模拟转向并提供阻力和返回到中心位置。也可以提供一个阻尼(未示出)。
第二个(上部)杆106的末端终止于一个叉形部分109，它具有两个轴承，用于支撑轴110a的端部。轴支撑梯形联动装置组件。整个组件可以相对于轴所定义的轴线向前倾斜或者向后拉回。一个电位计(未示出)测量联动装置关于轴线或轴移动时该联动装置相对于上部杆106的位置。
联动装置组件包括两个水平的下部杆110，111，它们使第二个杆向上延伸部分的两个边水平分开。该下部杆确定梯形的底边，并被固定到轴或者从轴上延伸出来的板上。
两个梯形连接件112，113从水平杆端部的各自的枢轴点向上延伸。连接件112，113不是非常垂直，而是稍有些倾斜，并且其最上端处连接到上部水平杆114a和114b的端部。
两个上部杆114a和114b由连接件112，113的顶部支撑。该连接件带有一个夹具115，该夹具可被刚性地固定到供使用者抓握的把手(未示出)上。在使用时，把手可以沿梯形联动装置的几何形状所确定的约束路径左右倾斜。
两个连接件112，113被布置成从一个连接件112延伸的向量和从另一个连接件113延伸的向量在把手正下方的某个点处相交，这个点对应于自行车轮胎与路面的接触斑点。
为了控制把手的移动，提供了一个中央止动件116，该止动件位于一个上部杆114a的中心，向另一个杆114b延伸并与之相交。两个控制杆109a，109b的下端被枢轴转动的连接到一个下部杆的某个点上，并沿止动件116a的相对的侧边向上延伸。卷簧组件117连接两个控制杆，以便将它们压向止动件。在图示中，卷簧组件包括两个卷簧，它们被平行布置，并在端部将其连接到两个定位销，定位销与控制杆的外侧接触。在把手的正常位置，杆经过止动件并与其相对的两侧接触，通过弹簧使其与止动件整个接触。
当把手移动到中心位置的左侧时，止动件将一个控制杆推向左侧。通过下部杆上的第二止动件116b阻碍另一个向左移动。这样，把手的移动使提供阻力的弹簧组件拉长。把手向右移动时与此类似。也可以提供阻尼。
在一个改进结构(未示出)中，第一个实施例包括一个延伸的杆112和一个从110/111的最左侧延伸的基座(提供静止基座)。连接静止基座和延伸杆112的是一个标准阻尼，活塞棒的延伸部分的两侧具有压缩弹簧。因此在左右移动时提供弹跳的颠簸和阻尼。
该实施例示范了一种四个轴可移动的组件，可以关于X1左右移动，关于X2上升/压下，关于X3向前倾斜/向后拉回，以及如上所述的左右倾斜。
每个可移动装置包括预先设置的、可调或者可自动调节的弹簧和(可选)阻尼。还可以包括一个电位计(未示出)，用于检测把手的移动。
在把手的每个端部具有一个软橡胶手柄(也未示出)和一个制动杠杆。操纵制动杠杆可以控制连接到把手组件上的模拟开关。
把手组件200的第二个实施例如附图中的图2所示。在第二个实施例中，该组件包括基本部分201和通过联动装置连接到基本部分的把手202。主要不同点在于图2所示的组件的基本部分被安装在地面上，并将把手202固定在适合使用者的高度，以模拟自行车的把手。在第二个实施例中，在基本部分下方提供一个虚拟的枢轴点，这使其可以被安装在单独的支座上，例如桌子，或者用螺栓连接到自行车的前管上，代替普通的把手。
该组件200包括基座201，基座中央有一个枢轴203，它可以是一个普通的接头。一个细长金属杆形式的竖立连接件204从枢轴203向上延伸。朝竖立连接件204的顶部提供一个轴环205，该轴环可滑动地接纳把手轴杆206。把手轴杆206依次支撑自行车的把手202。因此，把手被布置成相对于竖立连接件204的基座上的枢轴203枢转，以模拟骑自行车和左右倾斜自行车时实际把手的移动范围。
两个止动件207a，207b彼此分开地位于轴杆206上，即轴环205的两侧各有一个止动件。在每个止动件207a，207b和轴环205之间，都有一个卷簧208a，208b。卷簧将止动件与轴环分离从而将轴杆压到正常的静止位置。在使用时，轴杆克服弹簧的阻力，相对于竖立支座被向下推或者向上拉。也可以提供阻尼或者电位计。第二个下部轴环209与第一个轴环分开，同样可滑动接纳轴杆206的一个部分以防止杆左右摇摆。
轴环205，209还允许把手围绕把手的轴转动，类似于实际的自行车。为了控制旋转，提供了两个短卷簧210，211，在把手转向时它们被交替压缩或拉紧。也可以提供阻尼和电位计。一个弹簧210作用于可拆卸的短定位杆212和定位支架214之间，可拆卸定位杆212从轴杆的下端垂直延伸。另一个弹簧作用于短定位杆213和支架214之间，该短定位杆在与第一个短定位杆相对的一侧从轴杆下端垂直延伸。支架214被焊接到竖立连接件204上。也可以包括阻尼。
定位杆212，213可以拆卸，从而允许使用者对把手进行360度自由旋转，以模拟在自行车上表演的技巧。
竖立连接件204的基座上的枢轴203允许通过把手使竖立连接件204左右倾斜(当使用者从正常的骑车位置观察把手时)。还允许使用者将把手向前推或者向后拉。为了控制移动，该组件还包括附加的结构部件，用于对着竖立连接件204作用。
为了控制把手的左右移动，将一对卷簧215，216和阻尼217，218连接到基座和轴杆之间。把手202被向右推时，第一个卷簧215被压缩而另一个卷簧同时被拉紧。如果把手被向左推，第一个卷簧215被拉紧而另一个卷簧被压缩。弹簧215，216的这种布置使把手在正常的静止位置(没有使用者把持把手)时，两个弹簧处于中央位置。
还提供了用于向前/向后移动把手的类似设置(未示出)，与上述左右移动完全相同，只是模仿，并且是90度旋转。
对把手202移动的附加控制通过控制板219实现，该控制板被固定在相对于基座的竖立杆的中间位置上。控制板219的支座在图2中没有示出。
板219上具有三个槽220，221，222，三者在一个共同点相交形成一个T形的形状。这些槽被覆盖上低摩擦材料，或者用低摩擦材料的板切出这些槽，导向转子(未示出)控制平滑移动和无噪声。竖立杆通过该槽，并仅可沿该槽移动。在上述向前/向后弹簧和阻尼的辅助下，当使用者把持把手时，T形槽中形成轴杆的槽远离使用者，当不使用把手时，弹簧(未示出)将竖立连接件204拉入槽的中心。这使把手位于竖立位置。该位置允许使用者向前推把手或者朝自己的方向向后拉把手，但是阻止他们把把手向左右推。
使用者可以朝自己的方向拉把手，以便克服弹簧的阻力，将竖立杆拉到T形槽的轴杆的顶端。然后，竖立杆沿着T形槽的头部被移动到左侧或右侧。该位置如图2所示。模仿真实的骑车者离开车座骑行(honk)时，在自行车上向前拉动以便更靠近把手。
这种T形槽220，221，222的设计阻止把手被倾斜，直到把手被拉向使用者。把手靠近使用者的位置模拟骑车者站在自行车上骑车时(常称为honking)骑车者的位置。
当然，如果愿意，可以省略控制槽，或者使用不同形状的槽来提供把手的另一种移动路径。圆形孔将使槽中的移动不受限制。
同时，简单的卷簧的使用已经在两个示范实施例中进行了说明，也可以使用其他提供把手移动阻力的装置。卷簧可以用人造橡胶弹簧(elastomer springs)代替，还可以包括阻尼来提供对把手移动的其他控制。使用者可以改变阻力大小。例如，高阻力可用来帮助发展上肢的力量，而低阻力可用来更精确的模拟实际骑行一辆移动的自行车时施加在把手上的外力。
附图3是一个框图，显示了按照本发明的第三个方面的健身器械的主要组成部件。
该器械包括一辆自行车，其中包括一个上肢锻炼装置301和一个下肢锻炼装置302。例如，上肢锻炼装置301包括一个如图1，2所示的把手组件。下肢锻炼装置302包括一个固定自行车的踏板组件，其中骑车者可以在机械阻力作用下踩动踏板。
使用者可以在上下肢阻力装置作用下，使用下肢锻炼装置302(本例中是踏板)并用手臂移动独立的上肢锻炼装置301(本例中是本发明的把手)进行锻炼。第一传感器303位于把手的阻力机构中，第二传感器304与踏板的阻力机构相连。每个传感器303，304产生一个指示阻力设置的输出信号。
自行车和把手上的其他传感器(未示出)测出所执行的锻炼的每次重复情况，即踏板的旋转和每次把手的左右移动。传感器的信号被把手上连接的微处理器305接收，并进行测量和记录。处理器305具有一个内部时钟306，该内部时钟确定重复的速率，并被连接到电子存储器307的一个区域。该存储器存储一个或者多个训练计划，使用者可以从中选择，处理器将传感器的输出与训练计划中的值进行比较。选定的训练计划按照训练进度，列出需要的阻力和重复速率。微处理器305根据实际成绩与训练计划中要求的值相比的实际变化和累积变化，将一个或者多个信号输出到显示屏308和扬声器上。以后，训练程序可以根据该成绩和使用者的训练历史记录来调整训练计划。
所有阻力都可以预先设置，并由使用者调节或者自动调节，以响应基于微处理器的单元。所有移动都可以提供，无需返回到中心，通常由弹簧提供。
在所有实施例中，把手的所有移动都可以通过输出装置(例如电位计)测量，使之连接到基于微处理器的单元。
该组件还提供更多个传感器，用来测量其他参数，踏板速率(节奏)，飞轮的速率，使用者的心率，阻力设置，就坐状况等，以提供完全交互式锻炼体验。

Claims (27)

1.一种固定的健身自行车，其具有一个框架、一个车座和一个由所述框架支承的把手组件(100)，该把手组件(100)包括一个下部基座部分(101)，其适于通过一个导向装置来支撑把手(202)，该导向装置的结构和设置允许把手(202)可相对于基座部分(101)沿一个路径移动，因此，一旦把手(202)相对于中心位置沿该路径向左或向右移动，把手(202)倾斜，并且把手(202)的中心相对于基座部分(101)向下移动，并水平离开中心位置。
2.如权利要求1所述的固定的健身自行车，其特征在于：该导向装置包括一个或者多个连接件(112，113)，形成一个联动装置。
3.如权利要求1所述的固定的健身自行车，其特征在于：该导向装置包括一个或者多个链轨板，形成一个导轨。
4.如权利要求3所述的固定的健身自行车，其特征在于：该链轨板或者每个链轨板被固定到基座和把手之一上，并与连接到把手和基座部分的另一个上的一个或多个转子协调动作。
5.如权利要求3或4所述的固定的健身自行车，其特征在于：该导轨提供把手遵循的路径，把手连接到转子组件上，该转子组件允许把手沿着导轨移动，在这样做的过程中，把手移动离开中心位置时倾斜和落下。
6.如权利要求1-4中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：该路径包括一个弧形，该弧形以位于把手中心下方的枢轴点为中心。
7.如权利要求2所述的固定的健身自行车，其特征在于：该联动装置包括至少两个非平行连接件(112，113)，每个连接件在一个点处被连接到基座部分，而在另一个不同的点处被连接到把手。
8.如权利要求7所述的固定的健身自行车，其特征在于：连接件与基座部分连接处的两个点对于把手的所有位置都位于一个水平面上，而连接件与把手连接处的两个点只有在把手处于中心位置时才位于一个水平面上。
9.如权利要求7或8所述的固定的健身自行车，其特征在于：连接件与把手连接处的两个点比连接件与基座部分连接处的两个点之间的间隔更大，当把手处于静止位置时，两个连接件彼此向外倾斜。
10.如权利要求7或8所述的固定的健身自行车，其特征在于：该联动装置的至少一个连接件上的两个点之间的距离可调，以便虚拟枢轴点相对于把手的位置可变，以使其靠近或者远离把手。
11.如权利要求7或8所述的固定的健身自行车，其特征在于：两个连接件与顶部连接件连接处的点之间的间隔可变，以便提供不同的感觉，和模拟不同类型和尺寸的自行车。
12.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：该基座部分包括一个轴杆(101)，它至少部分地容纳在该固定的健身自行车的前管中。
13.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：还提供了高度调节装置(208a，208b)，使把手可以相对于基座部分被提起和放下。
14.如权利要求13所述的固定的健身自行车，其特征在于：该高度调节装置限制把手相对于基座部分上下移动，以便关于某个点移动，该点对应于自行车的后轮与地面的接触点。
15.如权利要求1、3、4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手适于相对于基座部分前后移动。
16.如权利要求2所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手适于相对于基座部分前后移动。
17.如权利要求16所述的把手，其特征在于：该联动装置被连接到可相对于支座前后滑动的一个板或者杆上。
18.如权利要求15所述的把手，其特征在于：把手适于通过一个设置在基本水平向前面对的平面上的梯形联动装置前后移动。
19.如权利要求16所述的把手，其特征在于：把手适于通过一个设置在基本水平向前面对的平面上的梯形联动装置前后移动。
20.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手适于在一个平面上相对于基座转动。
21.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：还提供了阻力装置(215，217)以相对于任何或者所有自由度阻碍把手的移动。
22.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：还提供了锁定装置，可以锁住把手相对于任一或者所有自由度的移动。
23.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手组件包括至少一个输出设备，该输出设备根据把手相对于基座的位置输出信号。
24.如权利要求23所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手组件还包括一个或者多个可供使用者操作的开关或者按钮。
25.如权利要求23所述的固定的健身自行车，其特征在于：输出设备和任何按钮或开关适于通过一根或者多根电缆和工业标准电子设备被连接到PC或者游戏控制台。
26.如权利要求24所述的固定的健身自行车，其特征在于：输出设备和任何按钮或开关适于通过一根或者多根电缆和工业标准电子设备被连接到PC或者游戏控制台。
27.如权利要求1-4、7、8中任一项所述的固定的健身自行车，其特征在于：把手组件还包括一个显示屏，向把手的使用者显示信息。
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