CN206434766U - 一种以重力和气压为阻力源的健身器械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种以重力和气压为阻力源的健身器械，具有：恒阻力气动箱，传动机构，其与牵引绳连接以传递来自恒阻力气动箱的阻力；以及主架，其具有力耦合装置，所述力耦合装置将传动机构与配重连接以便将来自配重的重力与来自恒阻力气动箱的牵引绳的阻力相耦合以形成所述健身器械的输出阻力。通过本实用新型的健身器械，可以实现更精细的阻力调整，同时可以在训练者运动期间保持阻力恒定，从而实现更好的训练效果并避免冲击损害。

Description

一种以重力和气压为阻力源的健身器械

技术领域

本实用新型总体上涉及健身器材领域，具体而言涉及一种以重力和气压为阻力源的健身器械。

背景技术

随着健康知识的普及和大众生活水平的提高，人们越来越关注自身健康。健身作为一种保持健康的途径日益受到大众青睐。抗阻训练是为了提高心肺功能、塑造体形或执行专业体能训练所采用的一种常见健身训练。常见的抗阻训练器材一般单单通过更换或添加铃片或选择片来改变阻力。然而，这些器材的阻力会随着训练者的运动而发生变化。例如，在做向心运动(此时肌肉收缩)时，阻力经常会因为选择片自身惯性的作用而变小。这种阻力变化在训练时是有害的，它不仅会影响训练效果，还可能对关节和结缔组织造成冲击伤害。

另外，常见的抗阻训练器材一般单单通过更换或添加铃片或选择片来改变阻力，由于铃片或选择片的规格较单一，因此阻力的调整范围非常有限、例如每次仅能添加5或10千克、甚至20千克以上。然而，现代体能和耐力训练往往需要更细微的阻力调整来实现更精准和更有针对性的训练。

实用新型内容

本实用新型的任务是提供一种以重力和气压为阻力源的健身器械，通过该健身器械，可以实现更精细的阻力调整，同时可以在训练者运动期间保持阻力恒定，从而实现更好的训练效果并避免冲击损害。

根据本实用新型，前述任务通过一种以重力和气压为阻力源的健身器械来完成，该健身器械具有：

恒阻力气动箱，其具有：

气缸，其包括活塞和活塞杆，其中所述气缸被固定为使得其能够在其长度方向所在的平面内转动一定角度，并且所述活塞杆的一端与活塞连接，另一端与偏心轮连接；

储气罐，其用于储存压缩气体并且与气缸连接以向气缸供应压缩气体，其中所述储气罐具有进排气口以供添加和排出压缩气体，并且所述恒阻力气动箱还包括气泵，所述气泵与进排气口连通以用于向储气罐中添加压缩气体或排出压缩气体，其中通过添加和排出压缩气体来设置恒阻力气动箱的输出阻力；

两个导轨，其用于引导偏心轮；

牵引绳，其用于将用户的拉力传递到偏心轮上；以及

偏心轮，其在背向气缸的侧被牵引绳缠绕并且所述偏心轮布置在两个导轨之间，使得所述偏心轮能够在牵引绳的拉动下在所述两个导轨中滑动，其中活塞杆连接在偏心轮的非中心处，使得活塞杆在偏心轮的滑动过程中与牵引绳之间的角度不为零；

传动机构，其与牵引绳连接以传递来自恒阻力气动箱的阻力；以及

主架，其具有力耦合装置，所述力耦合装置将传动机构与配重连接以便将来自配重的重力与来自恒阻力气动箱的牵引绳的阻力相耦合以形成所述健身器械的输出阻力。

根据本实用新型的以重力和气压为阻力源的健身器械至少具有下列优点：(1)在单单使用恒阻力气动箱作为阻力源时，在训练者运动期间能够实现基本恒定的阻力，这基于发明人的如下独特洞察，当训练者执行训练并拉动牵引绳使活塞杆正向运动时，所述牵引绳将带动恒阻力气动箱的偏心轮转动，随着偏心轮的转动，连接在偏心轮的非中心处的活塞杆不再保持平行于牵引绳，而是与牵引绳之间的角度逐渐变大而不为零，此时，主力、即气缸阻力在牵引绳方向的分力、即输出到牵引绳方向的阻力逐渐变小，与此同时，气缸中的压缩空气随着体积被压缩而呈现越来越大的气压，故气缸阻力会变大，因此气缸阻力的增大与气缸阻力在牵引绳方向上的分力的减小相互抵消(即气缸阻力乘以活塞杆与牵引绳之间的夹角的余弦，其乘积基本恒定)，使得最终传递到牵引绳上的阻力、即恒阻力气动箱的输出阻力保持基本恒定，同理，反之当活塞杆反向运动或向初始位置回复时(例如用户做放松运动使牵引绳回复时)，该角度逐渐变小，这时，由于气缸阻力此时也在变小，因此输出阻力仍然保持不变；(2)根据本实用新型的健身器械的恒阻力气动箱的补偿精度较高，因为通过精确确定活塞杆与偏心轮的连接点同偏心轮中心之间的距离，可以精确地确定活塞杆在训练者运动过程中与牵引绳之间的角度变化曲线，从而精确确定分力因子(即活塞杆与牵引绳之间的夹角的余弦)的变化曲线，进而精确地补偿气缸阻力的变化，最终实现恒定的输出阻力；(3)根据本实用新型的健身器械可以精细地调节恒阻力气动箱的输出阻力(例如精确到0.1kg)，从而提供更精准和更有针对性的健身训练。

在本实用新型的一个扩展方案中规定，所述力耦合装置为负重杆，所述负重杆与牵引绳和配重连接。通过负重杆可以简单地将牵引绳上的阻力与配重的重力结合在一起称为健身器材的总阻力。这样的负重杆结构简单、且能够被用户直接拿起进行举重训练或者间接地成为其它运动的配重。

在本实用新型的一个优选方案中规定，所述传动机构包括：滑轨，其用于引导牵引绳；多个滚轮，所述滚轮分别用于引导牵引绳和张紧牵引绳；以及滑轮，所述滑轮被牵引绳穿过，并且所述滑轮与力耦合装置连接。通过该优选方案，牵引绳可以在滑轨上的不同位置处被用户直接拉动，或者与力耦合装置连接，从而方便用户执行多种训练方式。

在本实用新型的一个扩展方案中规定，所述健身器械还包括：传感器，其被配置为测量恒阻力气动箱的输出阻力和/或牵引绳的速度和/或最大功率和/或加速度；以及显示装置，其被配置显示所测量的数据。通过该扩展方案，可以向用户实时显示各项参数。

在本实用新型的一个优选方案中规定，偏心轮具有拥有一定长度的凹槽，并且活塞杆的可调连接部以可滑动的方式布置在所述凹槽中，并且所述凹槽具有可伸缩的凸起部，使得在可调连接部能够在所述凸起部伸出的情况下被固定在所述凹槽中的所期望的位置处。通过该优选方案，可以容易地实现可调连接部在凹槽中的自由滑动和牢固固定，从而实现可调连接部与偏心轮的中心的距离的自由调整。

在本实用新型的另一优选方案中规定，所述可调连接部通过电机的驱动在凹槽中滑动，并且所述凸起部通过电机的驱动伸出和缩回。通过该优选方案，不仅可以实现可调连接部与偏心轮中心的距离的自动化调整，而且由于是电机驱动，可以实现更加精确的调整，从而实现更精确的阻力补偿。

在本实用新型的又一优选方案中规定，所述健身器械还包括用户识别模块，其被配置为识别用户的身份并且在识别用户身份以后根据用户训练计划控制恒阻力气动箱的气泵以设置恒阻力气动箱的输出阻力并且通过调节活塞杆的可调连接部在偏心轮的凹槽中的位置来使所述输出阻力恒定。通过该优选方案，可以根据用户快速设置适用于该用户的输出阻力，并且保证该阻力恒定。

在本实用新型的一个扩展方案中规定，所述的健身器械还包括存储器，其被配置为存储用户的用户训练计划以及用户的所测量的数据，其中所述用户识别模块还被配置为在识别用户的身份以后显示该用户的用户训练计划和所测量的数据。通过该扩展方案，可以方便用户查看其自己的历史运动数据。

在本实用新型的另一扩展方案中规定，所述健身器械还包括网络连接设备，其被配置为连接到互联网以便与用户的移动设备上的运动应用程序通信。通过该扩展方案，可以方便用户将本实用新型的健身器械上的用户数据同步到其移动设备(如智能手机、平板计算机、智能手表等等)上的运动应用程序或者通过该运动应用程序设置健身器械上的运动参数、如输出阻力。

附图说明

下面结合附图参考具体实施例来进一步阐述本实用新型。

图1示出了根据本实用新型的以重力和气压为阻力源的健身器械的示意图；

图2示出了根据本实用新型的健身器械的恒阻力气动箱的示意图；

图3以示意图示出了根据本实用新型的健身器械的恒阻力气动箱的偏心轮上的凹槽，所述凹槽用于调节活塞杆的连接位置；以及

图4示出了根据本实用新型的健身器械的传动机构的示意图。

具体实施方式

应当指出，各附图中的各组件可能为了图解说明而被夸大地示出，而不一定是比例正确的。在各附图中，给相同或功能相同的组件配备了相同的附图标记。

图1示出了根据本实用新型的以重力和气压为阻力源的健身器械100的示意图。

如图1所示，健身器械100包括恒阻力气动箱101，其被配置为通过气压方式提供恒定的阻力，其中该阻力通过牵引绳(在图1中未示出)经由传动机构103输出。用户例如可以直接拉动牵引绳以完成相应健身训练，此时输出阻力恒定。关于气动箱的进一步细节，请参阅图2。如图1所示，健身器械100包括左右对称布置的两个恒阻力气动箱101，它们分别提供相同或不同的恒定阻力。在其它实施方式中，可以设想其它的布置方式或者其它数目的恒阻力气动箱101。

健身器械100还包括传动机构103。传动机构103与恒阻力气动箱101的牵引绳连接以传递来自恒阻力气动箱101的输出阻力。传动机构103在本示例中被示为导轨型传动机构，用户可以传动机构的力输出部件404(参见图4)在滑轨401(参见图4)上任意移动，并且在将力输出部件403被移动到滑轨401上的所期望的位置以后，用户可以拉动牵引绳202完成健身训练。关于传动机构的进一步细节，请参阅图4。当然，其它形式的传动机构103也是可以设想的，例如传动链、传动杆、传动齿轮等等。如图1所示，健身器械100包括左右对称布置的两个传动机构103。其它布置方式也是可以设想的。

健身器械100还包括主架102、在此例如为大框架。主架102具有力耦合装置105、在此例如为负重杆。所述力耦合装置105将传动机构103与配重(未示出、例如铃片)连接以便将来自配重的重力与来自恒阻力气动箱101的牵引绳202的阻力相耦合以形成所述健身器械100的输出阻力。当然，其它形式的耦合装置105也是可以设想的，例如将配重与牵引绳202直接连接的锁扣装置。

此外，健身器械100可选地还包括显示装置104，所述显示装置104被配置为实时地显示恒阻力气动箱的输出阻力、配重重量、用户功率(如瞬间爆发力)、加速度等等，还可以被配置为显示用户训练计划。此外，显示装置104可以配备触摸屏和用户界面，以供用户对健身器械100的可调参数进行调整，例如调整阻力气动箱的输出阻力等等。

图2示出了根据本实用新型的健身器械100的恒阻力气动箱101的示意图。

如图2所示，恒阻力气动箱101包括气缸201。气缸201包括活塞(未示出)和活塞杆204，其中所述气缸201被固定为使得其能够在其长度方向所在的平面内(例如竖直平面)转动一定角度(例如30°、45°或90°)。在图2中，气缸201被示为一端通过转动轴固定在壳体上，使得其可以转动。但是其它旋转固定方式也是可设想的，例如气缸在其中部以可转动的方式被固定在壳体上。活塞杆204的一端与活塞连接，另一端与偏心轮205连接。在图2中活塞杆204通过连接部206与偏心轮205连接。

恒阻力气动箱101还包括储气罐203，其用于储存压缩气体并且与气缸201连接以向气缸201供应压缩气体。储气罐203优选地具有进排气口(未示出)以供添加和排出压缩气体，并且所述恒阻力气动箱还可以包括气泵(未示出)，所述气泵与进排气口连通以用于向储气罐中添加压缩气体或排出压缩气体，其中通过添加和排出压缩气体来设置恒阻力气动箱的输出阻力。

恒阻力气动箱101还包括两个导轨207和208，其用于引导偏心轮205。

恒阻力气动箱101还包括牵引绳202，其用于将用户的拉力传递到偏心轮205上。在本实用新型的范围内，牵引绳202应当广义地理解，其可以包括各种形式的传动条带、例如尼龙绳、链条、金属线等等。

恒阻力气动箱101还包括偏心轮205，其在背向气缸201的侧(例如下侧)被牵引绳202缠绕并且所述偏心轮205布置在两个导轨207和208之间，使得所述偏心轮205能够在牵引绳202的拉动下在所述两个导轨207和208中滑动，其中活塞杆204连接在偏心轮205的非中心处，使得活塞杆204在偏心轮205的滑动过程中与牵引绳202之间的角度变大而不为零。在图2中，活塞杆204被示为连接在与偏心轮205的中心相距一小段距离之处，但是这仅仅是示例性的，但是在其它实施例中，活塞杆204也可以连接在与偏心轮205的中心相距更远的距离之处。在所述偏心轮202的周界上优选地设置有凹槽以供容纳牵引绳202，以防止牵引绳202从偏心轮205中脱出。偏心轮205优选地还在周界上设置有防滑部、例如橡胶边缘、粗糙部和刻痕部以防止牵引绳202相对于偏心轮205打滑。偏心轮205可以具备用于调节连接部206的连接位置的装置，例如多个连接孔或者凹槽(参见图3)。通过调节连接部206的连接位置，可以调整偏心轮的偏心度，从而调整偏心轮205对气缸201的压力的补偿曲线，从而实现对不同气缸压力曲线的补偿能力。

在此应当指出，本实用新型中的“偏心轮”应当被理解为一种圆形构件，其与活塞杆的连接点未处于偏心轮的中心处，因此所述偏心轮本身可以是普通圆形构件，而不必一定具备偏心孔。

恒阻力气动箱101可选地包括定滑轮209，所述定滑轮209被牵引绳202穿过，其中通过所述定滑轮来改变牵引绳202的牵引方向，例如以便牵引绳水平地从恒阻力气动箱中引出，以供训练者拉动，同时还可以将牵引绳202保持得尽量贴近导轨207或208。

图3以示意图示出了根据本实用新型的健身器械100的恒阻力气动箱101的偏心轮205上的凹槽301，所述凹槽301用于调节活塞杆106的连接位置。

如图3所示，在偏心轮205上设置有一定长度的凹槽301，该凹槽301的长度可以根据具体需要来设置。活塞杆205的连接部206以可滑动的方式布置在所述凹槽301中。所述凹槽301具有可伸缩的凸起部302，使得在连接部206能够在所述凸起301部伸出的情况下被固定在凹槽301中的所期望的位置处。当所述凸起部302缩回时，连接部206可以在凹槽301内滑动以调节其位置，而当连接部206被滑动到合适的位置以后，凹槽301的凸起部302伸出以便将连接部206卡紧在凹槽301中。连接部206的滑动以及凸起部302的伸出都可以通过电机来驱动，以便实现精确的定位。通过自由调整活塞杆205的连接部206在偏心轮205的凹槽310中的位置，尤其是能够实现如下优点：例如当储气罐203的压缩气体量发生变化(例如用户选择调整训练计划或者改变恒阻力气动箱101的输出阻力，使得气泵对储气罐203进行充气或放气时)，这时，偏心轮的原有偏心度已经不能保证恒阻力气动箱101的输出阻力恒定，而如果此时重新调整活塞杆205的连接部206在偏心轮205的凹槽310中的位置，则可以使恒阻力气动箱101的输出阻力继续保持恒定。这个过程可以自动地实现，例如可以在存储器中存放储气罐初始气压-连接部位置对照表：

储气罐在初始位置处的初始气压	连接部在凹槽中的位置
		气压1	位置1
气压2	位置2

表1.储气罐初始气压-连接部位置对照表

该对照表可以通过测试得出。恒阻力气动箱101的控制器可以根据所述对照表按照储气罐203中的气压来设置活塞杆204的连接部206在偏心轮205的凹槽301中的位置，从而使恒阻力气动箱101的输出阻力保持恒定。另外，该方案也有利于恒阻力气动箱出厂时或出产后校准时的恒阻力调节。

根据本实用新型的以重力和气压为阻力源的健身器械100至少具有下列优点：(1)在单单使用恒阻力气动箱作为阻力源时，在训练者运动期间能够实现基本恒定的阻力，这基于发明人的如下独特洞察，当训练者执行训练并拉动牵引绳201使活塞杆204正向运动时，所述牵引绳202将带动恒阻力气动箱101的偏心轮205转动，随着偏心轮205的转动，连接在偏心轮205的非中心处的活塞杆204不再保持平行于牵引绳202，而是与牵引绳之间的角度逐渐变大而不为零，此时，主力、即气缸阻力在牵引绳202方向的分力、即输出到牵引绳方向的阻力逐渐变小，与此同时，气缸中的压缩空气随着体积被压缩而呈现越来越大的气压，故气缸阻力会变大，因此气缸阻力的增大与气缸阻力在牵引绳方向上的分力的减小相互抵消(即气缸阻力乘以活塞杆与牵引绳之间的夹角的余弦，其乘积基本恒定)，使得最终传递到牵引绳202上的阻力、即恒阻力气动箱的输出阻力保持基本恒定，同理，反之当活塞杆反向运动或向初始位置回复时(例如用户做放松运动使牵引绳回复时)，该角度逐渐变小，这时，由于气缸阻力此时也在变小，因此输出阻力仍然保持不变；(2)根据本实用新型的健身器械100的恒阻力气动箱101的补偿精度较高，因为通过精确确定活塞杆204与偏心轮205的连接点同偏心轮中心之间的距离，可以精确地确定活塞杆204在训练者运动过程中与牵引绳202之间的角度变化曲线，从而精确确定分力因子(即活塞杆204与牵引绳202之间的夹角的余弦)的变化曲线，进而精确地补偿气缸阻力的变化，最终实现恒定的输出阻力；(3)根据本实用新型的健身器械100可以精细地调节恒阻力气动箱101的输出阻力(例如精确到0.1kg)，从而提供更精准和更有针对性的健身训练。

图4示出了根据本实用新型的健身器械100的传动机构103的示意图。

如图4所示，其中所述传动机构103包括滑轨401，该滑轨401用于引导牵引绳202。在滑轨401例如可以设置引导槽以供在所述引导槽中牵引绳202并防止牵引绳202从滑轨401中脱出。

传动机构103还包括多个滚轮402，所述滚轮402分别用于引导牵引绳202和张紧牵引绳202以防止牵引绳202松脱。

传动机构103还包括滑轮403，所述滑轮403被牵引绳穿过，并且所述滑轮可以直接或间接地(例如可选地通过力输出部件404)与力耦合装置105连接。

另外，传动机构103还可选地包括力输出部件404，所述力输出部件404一端与滑轮403连接并且另一端与力耦合装置105连接以用于将来自恒阻力气动箱101的由牵引绳202传递的阻力进一步传递到滑轮403或力耦合装置105。力输出部件404在图4中被示为绳索，但是其它部件也是可设想的、例如力输出杆。

从图1中可以看出，牵引绳202的一端405固定，而另一端406连接到恒阻力气动箱101，以便将阻力传递到滑轮403或力输出部件404。力输出部件404可以在水平方向上(或平行于滑轨401的方向上)相对于滑轨401任意移动，使得用户可以随意调节力输出部件404的位置，从而将力输出部件404与处于不同位置的配重相结合。而当力输出部件404被移动到所期望的位置以后，可选地可以将位于力输出部件404左右处的两个滚轮402例如通过卡扣连接固定在滑轨401上，然后用户牵拉牵引绳202以完成训练。或者在不进行所述固定的情况下，用户在垂直于滑轨401的方向上直接拉动牵引绳202以完成训练。

虽然本实用新型的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是对本领域技术人员显而易见的是，这些实施方式仅仅是作为示例示出的。本领域技术人员可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本实用新型的范围。所附权利要求书旨在限定本实用新型的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同变换的范围内的方法和结构。

Claims (9)

1.一种以重力和气压为阻力源的健身器械，具有：

恒阻力气动箱，其具有：

气缸，其包括活塞和活塞杆，其中所述气缸被固定为使得其能够在其长度方向所在的平面内转动一定角度，并且所述活塞杆的一端与活塞连接，另一端与偏心轮连接；

储气罐，其用于储存压缩气体并且与气缸连接以向气缸供应压缩气体，其中所述储气罐具有进排气口以供添加和排出压缩气体，并且所述恒阻力气动箱还包括气泵，所述气泵与进排气口连通以用于向储气罐中添加压缩气体或排出压缩气体，其中通过添加和排出压缩气体来设置恒阻力气动箱的输出阻力；

两个导轨，其用于引导偏心轮；

牵引绳，其用于将用户的拉力传递到偏心轮上；以及

偏心轮，其在背向气缸的侧被牵引绳缠绕并且所述偏心轮布置在两个导轨之间，使得所述偏心轮能够在牵引绳的拉动下在所述两个导轨中滑动，其中活塞杆连接在偏心轮的非中心处，使得活塞杆在偏心轮的滑动过程中与牵引绳之间的角度不为零；

传动机构，其与牵引绳连接以传递来自恒阻力气动箱的阻力；以及

主架，其具有力耦合装置，所述力耦合装置将传动机构与配重连接以便将来自配重的重力与来自恒阻力气动箱的牵引绳的阻力相耦合以形成所述健身器械的输出阻力。

2.根据权利要求1所述的健身器械，其中所述力耦合装置为负重杆，所述负重杆与牵引绳和配重连接。

3.根据权利要求1所述的健身器械，其中所述传动机构包括：滑轨，其用于引导牵引绳；多个滚轮，所述滚轮分别用于引导牵引绳和张紧牵引绳；以及滑轮，所述滑轮被牵引绳穿过，并且所述滑轮与力耦合装置连接。

4.根据权利要求1所述的健身器械，还包括：传感器，其被配置为测量恒阻力气动箱的输出阻力和/或牵引绳的速度和/或最大功率和/或加速度；以及显示装置，其被配置显示所测量的数据。

5.根据权利要求1所述的健身器械，其中偏心轮具有拥有一定长度的凹槽，并且活塞杆的可调连接部以可滑动的方式布置在所述凹槽中，并且所述凹槽具有可伸缩的凸起部，使得在可调连接部能够在所述凸起部伸出的情况下被固定在所述凹槽中的所期望的位置处。

6.根据权利要求5所述的健身器械，其中所述可调连接部通过电机的驱动在凹槽中滑动，并且所述凸起部通过电机的驱动伸出和缩回。

7.根据权利要求6所述的健身器械，其中还包括用户识别模块，其被配置为识别用户的身份并且在识别用户身份以后根据用户训练计划控制恒阻力气动箱的气泵以设置恒阻力气动箱的输出阻力并且通过调节活塞杆的可调连接部在偏心轮的凹槽中的位置来使所述输出阻力恒定。

8.根据权利要求7所述的健身器械，还包括存储器，其被配置为存储用户的用户训练计划以及用户的所测量的数据，其中所述用户识别模块还被配置为在识别用户的身份以后显示该用户的用户训练计划和所测量的数据。

9.根据权利要求8所述的健身器械，还包括网络连接设备，其被配置为连接到互联网以便与用户的移动设备上的运动应用程序通信。