JP2006150084A - 上半身モニタリングを備えた全身エリプティカルエクササイズ機器 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな範囲の楕円形運動を通して比較的多数の筋肉をエクササイズし、腕、肩および回転の運動を使用し、安全および安定性を提供する。
【解決手段】長手軸を規定するフレームは後方部分および前方部分を有し、フットリンクは、長手軸にほぼ平行な軌道経路を動くように拘束される後方部分と、ガイドトラックに往復動するように係合する前方部分と、フレームへのピボット連結を有するスイングアームが設けられる。スイングアームは、ピボット連結の上に延出する上部部分と、ピボット連結の下に配置された下部部分と、係合機構は、スイングアームの下部部分に連結された第１の部分と、フットリンクの前方部分に連結された第２の部分と、スイングアームの上部部分に加えられた後方への力は、下方構成要素を有するフットリンクの前方部分に力を生成する。荷重モニタリング機構は、スイングアームに加えられた荷重をモニタするように配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、エクササイズ機器に関する。

規則的な有酸素エクササイズが役に立つことには、定評がある。しかし、時間の制約、過酷な天候および他の理由のため、多くの人々は、ウォーキング、ジョギング、ランニングおよび水泳等の有酸素運動を避けている。それに応じて、様々なエクササイズ機器が有酸素運動用に開発されている。バランスの取れた身体的発達を提供するように、筋肉の長さおよび柔軟性を最大限にするように、そして、最適なレベルの有酸素エクササイズを達成するように、きわめて大きな範囲の動作にわたって、多数の異なる筋肉を鍛錬することが一般に望ましい。エクササイズ機器が、滑らかで自然な運動を与えることがさらに有利であり、そうすることで、筋肉および関節の両方を損傷する可能性がある著しい軋みおよび緊張を回避する。

先行技術では様々なエクササイズシステムが公知であるが、これらのシステムには、その利益を制限し、および／または、不必要なリスクおよび望ましくない特徴を含む様々な欠点がある。たとえば、バイシクルマシンは、先行技術では評判の良いエクササイズシステムであるが、このマシンは、座っている位置を採るため、それは、かなり限定された範囲の動作を通して、比較的少数の筋肉しか使用しない。クロスカントリースキーの滑り動作をシミュレートするために、クロスカントリースキー装置も使用される。クロスカントリースキー装置は、サイクリングマシンよりも多くの筋肉を鍛錬するが、スキー装置によって提供される実質的に平らなシャフリングフット動作は、鍛錬されているいくつかの筋肉の動作範囲を限定する。別の種類のエクササイズ装置は、階段上りをシミュレートする。これらの装置は、バイシクルマシンよりも多くの筋肉を鍛錬するが、使用される限定された範囲の上下動作は、広い範囲の動作を通してユーザの脚の筋肉を鍛錬しない。トレッドミルは、先行技術のさらに別の種類のエクササイズ装置である。トレッドミルは、比較的限定された領域で自然なウォーキングまたはジョギング運動を可能にする。しかし、トレッドミルの欠点は、この装置を使用することによって、腰、膝、足首および身体の他の関節にかなりの軋みが発生する可能性があるということである。

先行技術の大半のエクササイズシステムのさらなる制限は、生成することができる動作の種類が制限されることにある。比較的新しい部類のエクササイズ装置は、楕円形運動（エリプティカルモーション）を生成することができる。エクササイズシステムは、ここに述べるように、エクササイズシステムを使用しながらユーザの足によって移動された経路が弓形または楕円形形状の移動経路を追うときに、楕円形運動を形成する。楕円形運動は、いくつかの先行技術のエクササイズ機器によって生成される直線型の前後運動よりも、ずっと自然であり、ランニング、ジョギング、ウォーキング等に類似している。

弓形足運動のみならず腕および肩の運動を提供することができるエクササイズ装置もまた望ましい。先行技術の装置は、足の運動に繋げられる腕および肩の運動を使用する。これらの繋げられた装置は、ユーザの足の運動が、ユーザの腕および肩の運動に繋げられるという、強制された協働運動を具備する。したがって、ユーザの足は、ユーザの腕および肩の運動に応答して動くように強制され（実質的に等しく反対向きの量で）、逆もまた同様である。これらのつなげられた装置の１つの欠点は、操作中に、ユーザが無意識にアーム装置に力をほとんどまたはまったくかけないことにある。アーム装置は、フットリンクにかけられている力のためにユーザが腕に力をかけているか否かにかかわらず、所与の経路を通って移動する。大きすぎる力が腕にかけられるときは、反対の欠点が発生する可能性もあり、それによって、フット装置にかけられる力の量を減少する。

したがって、望ましいものは、滑らかで自然な作用を提供し、大きな範囲の楕円形運動を通して比較的多数の筋肉をエクササイズし、腕、肩および回転の運動を使用し、安全および安定性を提供するエクササイズ装置である。そのようなエクササイズ装置は、適切な量のまたは所望の量の腕および肩の力がかけられているか否かをユーザにさらに知らせる。

本発明の原理にしたがったエクササイズ装置は、滑らかで自然な作用を提供し、大きな範囲の楕円形運動を通して比較的多数の筋肉をエクササイズし、腕、肩および回転の運動を使用し、安全および安定性を提供する。本発明の原理にしたがったエクササイズ装置は、適切な量の腕および肩の力がかけられているか否かをユーザに知らせる。

本発明にしたがったエクササイズ装置は、長手の軸（縦軸）を規定するフレームを含み、フレームは後方部分および前方部分を有する。ガイドトラックおよびフットリンクが設けられる。フットリンクは、該長手軸にほぼ平行な軌道経路を動くように拘束される後方部分と、ガイドトラックに往復動するように係合する前方部分と、を含む。フレームへのピボット連結（枢着部）を有するスイングアームが設けられる。スイングアームは、ピボット連結の上に延出する上部部分と、ピボット連結の下に配置された下部部分と、を含む。係合機構は、スイングアームの下部部分に連結された第１の部分と、フットリンクの前方部分に連結された第２の部分と、を含む。スイングアームの上部部分に加えられた後方への力は、下方構成要素を有するフットリンクの前方部分に力を生成する。荷重モニタリング機構は、スイングアームに加えられた荷重をモニタするように配置される。

上述の態様および本発明の付随する多くの利点は、添付の図面と併せて下記の詳細な説明を参照することでより良好に理解される。

本発明の典型的な実施形態が例示され記載されるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに様々な変更を行うことができることが認識される。

図１〜３は、本発明の原理にしたがって構成されたエクササイズ装置１０の実施形態を例示し、上半身および下半身の両方を関連した動きで鍛錬する。簡単に述べると、エクササイザ１０は、前方直立部材２０を有するフレーム１２を含む。前方直立部材２０は、フレーム１２の実質的に水平で長手（長手方向に延出する）の中央部材１４から上方に延出し、わずかに後方に湾曲する。左右の車軸マウント３０、３２は、フレーム１２の後部領域へ向けて上方に延出する。車軸マウント３０、３２は、好ましくはフライホイール３６に作動的に接続される横車軸３４を支持する。横車軸３４の左右端は、左右のクランクアームアセンブリ４０、５０に回転可能に係合する。左右のフットリンク６０、７０は、各々が、前方部分６２、７２と、後方部分６４、７４と、その間のフット支持部分６６、７６を含む。フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４は、横車軸３４が回転するにつれてフットリンクのフット支持部分６６、７６が弓形の往復路を移動するように、クランクアームアセンブリ４０、５０に係合する。

フットリンク６０、７０の前方部分６２、７２は、フレーム１２へ装着されるガイドトラック４２、５２に係合するローラー６８、７８によって支持されることが好ましい。本発明の１つの実施形態において、ガイドトラックはフレーム１２に固定的に装着されることができる。代替の実施形態において、ガイドトラックは、ガイドトラックの傾斜を選択的に調整するためにモータ（図示せず）および送りネジ（図示せず）等の機構を組み込むことができる。フットリンク６０、７０の前方部分６２、７２は、係合アセンブリ１００、１１０に作動的に接続され、係合アセンブリ１００、１１０はそれぞれ、左右のスイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６に作動的に接続される。スイングアーム機構８０、９０は、それぞれの枢支点８４、９４でフレーム１２の前方直立部材２０へ回転可能に接続される。スイングアーム機構８０、９０は、左右のハンドグリップ部分８２、９２をさらに含む。各係合アセンブリ１００、１１０は、当接アーム１０６、１１６と、湾曲した取付リンク１０４、１１４と、を含み、これらは一体として、フットリンクローラー６８、７８がガイドトラック４２、５２から外れるのを防止する。

より詳細には、フレーム１２は、前方部分１６および後方部分１８で終端する長手の中央部材１４を含む。好ましくは、フレーム１２の前方部分１６は単に長手の中央部材１４の端で終端し、一方、後方部分１８は、比較的短い横部材として終端する。必須ではないが理想的には、フレーム１２は、重量は比較的軽いがかなりの強度および剛性を提供する管状部材から構成される。フレーム１２はまた、比較的軽量を維持しながら、必要な強度および剛性を提供する中実部材から構成されてもよい。

前方直立部材２０は、床面係合フレーム１２の前方部分１６から上向きに、かつ、わずかに後ろ向きに延出する。好ましくは、直立部材２０は、わずかに後ろ向きに湾曲する。しかし、前方部材２０は、本発明の範囲から逸脱することなく、他の上向き角度で構成されてもよい。比較的短く、横方向に仕向けられたクロスバー部材２２が、前方直立部材２０に接続される。左右のバランスアーム２４、２６が、クロスバー部材２２の各端から下向きに垂れ下がり、エクササイズ装置１０の前方部分の近くで長手の中央部材１４の各側部で床面に係合し、それによって、安定性を上げる。必須ではないが理想的には、これらの部材は上述のものに類似した材料から構成され、疑似円形の管状構成に形成される。

好ましくは、ビュースクリーン２８は、装置１０のユーザが容易に見ることができる配向で、前方直立部材２０の上部部分にしっかり接続される。装置を操作するための指令および運動しているコースは、典型的な実施形態ではビュースクリーン２８に位置してもよい。本発明のいくつかの実施形態では、たとえば、タイマー、走行距離計、速度計、心拍指示計、エネルギ消費記録計、コントロール機器等の電子装置がエクササイズ装置１０に組み込まれてもよい。これらの情報を、装置１０のユーザが見るのを容易にするために、ビュースクリーン２８へ送るようにしてもよい。

図３に示される典型的な実施形態において、車軸マウント３０、３２は、フレーム１２の後方部分１８へ向けて位置する。車軸マウント３０、３２は、フレーム１２へ取り付けられ、実質的に水平で長手の中央部材１４からほぼ上向きに延出する。横車軸３４は、車軸マウント３０、３２の上部領域に回転可能に収容される。車軸マウント３０、３２のこれらの領域は、横車軸３４の両端を収容し、たとえば軸受システム等の低摩擦係合システム（図示せず）を含み、横車軸３４が車軸マウント３０、３２のハウジング内でほとんど抵抗なしで回転するのを可能にする。

再度、図３に示される典型的な実施形態を参照すると、横車軸３４は、中央ハウジング３８内に含まれるフライホイール３６へ接続される。そのようなフライホイールは業界では公知である。しかし、他の実施形態では、本発明の範囲から逸脱することなく、横車軸３４は、フライホイール３６および／または中央ハウジング３８を組み込まなくてもよい（直接でも間接でも、フットリンク６０、７０が何らかのやり方で互いに連結される限り）。横車軸３４はまた、いくつかの実施形態では、キャプスタン型ドライブ（図示せず）に作動的に接続されてもよく、車軸３４が一方向のみに回転するのを可能にする。

エリプティカル運動器具１０は、長手方向に延出する左右のフットリンク６０、７０をさらに含む。図１〜３に示されるように、フットリンク６０、７０は、細長く比較的薄いビーム形状として例示される。フットリンク６０、７０は、フレーム１２の長手の中央部材１４とほぼ平行な関係に整列配置される。フット支持部分６６、７６は、フットリンク６０、７０の前方部分の近くに配置され、装置のユーザに安定した足配置場所を提供する。いくつかの典型的な実施形態において、フット支持部分６６、７６は、トウストラップおよび／またはトウアンドヒールカップ（図示せず）を形成するように構成され、これが、ユーザの足の前方あるいは後方のストライド動作における前方動作リカバリを補助する。

左右のクランクアームアセンブリ４０、５０は、フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４を横車軸３４の端部へ連結する。図１〜３に示される本発明の１つの実施形態において、クランクアームアセンブリ４０、５０は、単一の左右のクランクアーム部材から構成される。この典型的な実施形態において、クランクアーム部材４０、５０の基端部分は横車軸３４の端部に係合し、一方、クランクアーム部材４０、５０の末端部分は、フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４へ回転可能に接続される。この構成において、フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４は、車軸が回転するにつれて横車軸３４のまわりを回り、フットリンク６０、７０のフット支持部分６６、７６は、往復の楕円形運動路を移動する。しかし、フット支持部分６６、７６の楕円形路は、および、実際のフットリンク６０、７０の動きは、クランクアームアセンブリ４０、５０の構成または寸法を変えることによって、いかなる数の構成にも変えることができる。たとえば、図１に示される単一の左右のクランクアームの長さを、長くするかまたは短くして、フットリンク６０、７０の経路を修正することができる。さらに、左右のクランクアームアセンブリ４０、５０を、幅広い様々な態様でフットリンク６０、７０の移動の経路を変えるために、複数のクランクアーム部材リンケージから構成してもよい。

本発明の代替の実施形態において、フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４は、フットリンク６０、７０を枢軸（横車軸３４の軸に相当する）へ連結し、枢軸を中心とした回転を可能にするように機能するフライホイールへ、直接回転伝動するように連結してもよい。この実施形態において、フライホイールは、中心軸を中心にして回転するのを支持するダブルフライホイールであることが好ましい。様々な機械的配列を使用して、フットリンク６０、７０を互いに作動的に接続するのに、クランクアームアセンブリ４０、５０を具現してもよい。そのような変形例は、より大きなフライホイールまたはより小さなフライホイールを含んでもよく、または、フライホイールを全体的に排除して接続リンケージを備えたカムシステムを組み込んでもよいが、フットリンク６０、７０のフット支持部分６６、７６によって弓形の移動経路を可能にするようにフットリンクが連結されるという条件のもとで、である。

図４、５に最もはっきり示されるように、エクササイズ装置１０は、左右のガイドトラック４２、５２をさらに含む。ガイドトラック４２、５２は、完全に別個の部材であってもよく、または、１つの単一の接続されたユニットの一部であってもよい（図４、５に示されるように）。ガイドトラック４２、５２は、角度が付いた傾斜で、フレーム１２の長手の中央部材１４へ装着される。１つの実施形態において、傾斜の角度はおよそ３０度である。好ましくは、ガイドトラック４２、５２の上部表面は、長手方向に延出し、隣接する２つの係合溝４４、５４を含むように形状づけられる。これらの係合溝４４、５４は、ガイドトラック４２、５２の上部表面に、略「Ｗ字形」の断面構成を与える。係合溝４４、５４は、ガイドトラックのローラー６８、７８の側方向の閉じ込めを補助するために、フットリンク６０、７０のローラー６８、７８に対応して噛み合うような特別な寸法及び形状に形成される。加えて、ガイドトラック４２、５２の下部表面は、長手方向に延出する安定化トラフ(trough)４６、５６を含むことが好ましい（図４参照）。

フットリンク６０、７０の左右の前方部分６２、７２は、左右の係合ローラー６８、７８で終端する。左右の係合ローラー６８、７８は、ガイドトラック４２、５２の上述の溝４４、５４に沿って移動する。係合ローラー６８、７８は、実際に、ローラー対であることが好ましい。係合ローラー６８、７８は、フットリンク６０、７０の前方部分６２、７２へ連結される車軸を中心にして回転する。エクササイズ装置１０の使用中、フットリンク６０、７０のフット支持部分６６、７６が弓形運動路を移動して、フットリンク６０、７０の後方部分６４、７４が横車軸３４を中心にして回転するにしたがって、係合ローラー６８、７８は、フットリンク６０、７０の前部において、溝４４、５４内の回転係合でガイドトラック４２、５２の長さ方向に前後に移動する。本発明の代替の実施形態において、係合ローラー６８、７８は、本発明の範囲から逸脱することなく、摺動係合機構と取り替えることができる。

図４、５に示されるように、左右の係合アセンブリ１００、１１０は、フットリンク６０、７０の前方部分６２、７２を、スイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６へ作動的に接続する。好ましくは、係合アセンブリ１００、１１０の各々は、湾曲した取付リンク１０４、１１４と、当接アーム１０６、１１６と、を含む。代替の実施形態において、係合アセンブリ１００、１１０を作るために、本発明の範囲から逸脱することなく、より多い数の部材またはより少ない数の部材を使用することができる。典型的な実施形態において、当接アーム１０６、１１６は、各々が、当接ノブ１０８、１１８を有する。当接ノブ１０８、１１８は、エクササイズ装置１０の使用中にガイドトラック４２、５２で下部表面の安定化トラフ４６、５６に間欠的に接触するのに耐えるように設計される。

本発明の代替の実施形態において、係合アセンブリ１００、１１０は、本発明の範囲から逸脱することなく、当接ノブ１０８、１１８が湾曲した取付リンク１０４、１１４に位置するように構成されることができる（または、当接ノブをまったく削除することができる）。さらに、係合アセンブリ１００、１１０に使用されるリンクの正確な構成および数に依存して、湾曲取付リンク１０４、１１４は湾曲してなくてもよく、むしろ、直線取付リンクであってもよい。各湾曲取付リンク１０４、１１４は、当接アーム１０６、１１６に回転可能に連結される。各湾曲取付リンク１０４、１１４は、フットリンク６０、７０の前方部分６２、７２に固定して取り付けられ、各当接アーム１０６、１１６は、スイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６に回転可能に連結される。

再度、図１〜３を参照すると、エクササイズ装置１０は、左右のスイングアーム機構８０、９０を含む。それぞれ、各スイングアーム機構８０、９０は、ハンドグリップ部分８２、９２、枢支点８４、９４、および、連結領域８６、９６を含む。スイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６は、係合アセンブリ１００、１１０に回転可能に接続し、次に、フットリンク６０、７０のフット支持部分６６、７６に接続する。枢支点８４、９４は、スイングアーム機構８０、９０を、フレーム１２のクロスバー部材２２の各端に回転可能に取り付ける。スイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６は、図６〜１０に関連して、下記により詳細に説明される。

スイングアーム機構８０、９０のハンドグリップ部分８２、９２は、個別のユーザの手で把持され、上半身の腕および肩のエクササイズ運動が、ユーザの足が辿る往復楕円形エクササイズ運動と連動して組み込まれることを可能にする。図１〜３を参照してより容易に理解することができるように、係合アセンブリ１００、１１０を経由してスイングアーム機構８０、９０をフットリンク６０、７０へ繋げること、および、枢支点８４、９４でスイングアーム機構８０、９０をフレーム１２の前方直立部材２０へ回転式に固定することは、結果として、ハンドグリップ部分のほぼ後ろ向きの弓形運動が、それぞれのフット支持部分のほぼ前向きの弓形運動に対応して繋げられることになり、逆もまた同様である。

本発明の原理を組み込むことができる代替の典型的なエクササイズ装置が、図１２に述べられる。エクササイズ装置は、フレーム７１２を含み、該フレームは、例えば貫通するシャフトとしてその中に規定され、フレーム７１２に支持される枢軸（ピボット軸）Ｘを有する。この典型的な実施形態において、シャフトは、枢軸Ｘを中心にして回転するように、それに支持されたフライホイール７１８を有する。エクササイズ装置は、軸Ｘを中心に回転するように枢着された第１および第２のベルクランク７２０、７２２をさらに含む。第１および第２のフットリンク７２４、７２６が設けられる。フットリンク７２４、７２６は、ベルクランク７２０、７２２の長さ方向に対応する所定の長さで枢軸Ｘを中心にして移動する弓形経路にフットリンク７２４、７２６の第１の部分が移動するのを可能にするようなやり方で、ベルクランク７２２、７２０に枢着された第１の部分を有するほぼ細長い部材である。

一対のアームリンク７６４および７６６が設けられる。各アームリンク７６４、７６６は、支持点７６８でフレーム７１２によって枢動可能（回動可能）に支持される。アームリンク７６４、７６６はまた、フットリンク７２４、７２６の端７２４”、７２６”にも枢着（回動可能に連結）される。陰線Ｙによって示されるように、支持点７６８を中心にしたアームリンク７６４、７６６の枢動は、フットリンク７２４、７２６の第２の端７２４”、７２６”を、湾曲した経路Ｙに沿って往復させる。アームリンク７６４、７６６はまた、それに連結されたハンドル部分７６４ａ、７６６ａも含む。これらのハンドル部分は、ユーザによって把持されるように構成されてもよく、装置の操作中にそれらも往復し、それによって上半身のエクササイズを提供する。

本発明のようなエクササイズ装置において、スイングアーム機構がフットリンクに作動的に連結される場合には、ユーザが上半身リンケージ（スイングアーム機構８０、９０、またはアームリンク７６４、７６６の上部部分）に力をほとんどあるいはまったくかけない傾向がある。これは、上半身リンケージが、下半身リンケージにかけられる力のためにユーザが腕に力をかけているか否かにかかわらず、所与の経路を通って移動するからである。多くの場合、これは、故意なくして起こる。大きすぎる力が上半身リンケージにかけられる場合には、反対の欠点が発生する可能性もあり、それによって、下半身リンケージにかけられる力の量を減少する。

本発明にしたがって構成されるエクササイズ装置は、これらの懸念に対処するものであって、適切な量または所望の量の腕および肩の力がかけられているか否かをユーザに効果的に知らせる装置を提供する。図６〜１０を参照すると、本発明のエクササイズ装置の上半身リンケージ（スイングアーム機構９０）と下半身リンケージ（取付リンク１１４および当接アーム１１６を通じたフットリンク７０）との間の接続（すなわち連結）の詳細が観察される。リンケージは、スイングアーム機構８０、９０の少なくとも一方にかけられている荷重を測定することができる荷重モニタリング機構１２２を含む。１つの実施形態において、荷重モニタリング機構１２２は、スイングアーム機構８０、９０の少なくとも一方にユーザによってかけられた荷重によって生じた移動をモニタするモーションセンサ１２６を有する可撓性のある（フレキシブルな）部材１２４を具備する。可撓性部材１２４は、たとえば、アセタール型プラスチック材料等の高屈曲プラスチック材料から作ることができる。あるいは、バネ鋼、または、いずれの従来のバネ型の材料、または、接続を支持するのに十分に剛性があるが依然として荷重下で屈曲することができるいずれの材料を使用することができる。可撓性部材１２４の動きまたは撓みを、スイングアーム機構８０、９０上で測定される荷重へキャリブレートすることによって、可撓性部材１２４の動きまたは撓みは、スイングアーム機構８０、９０にかけられている荷重に置き換えることができる。

１つの実施形態において、モーションセンサ１２６は、英国、ケンブリッジのSensopad Technologies, Ltd.から入手可能なSensopad^TMシステムであり、２００２年７月３１日に出願された英国特許出願ＧＢ２３７４４２４の主題である。Sensopad^TMシステムは、非接触位置検知技術であり、Sensopad^TMのパッドは、Sensopad^TMのパック１２８（図８〜１０に最良に見られる）の位置および同一性を検出する。Sensopad^TMのパック１２８は、可撓性のある部材１２４内に埋め込まれた共鳴ＬＣ電子回路を構成するインダクタおよびキャパシタから作られる。Sensopad^TMのパッド１３０は、ドライブおよび受信コイルを含み、送信および受信の信号を有する。パッド１３０はパック１２８を検知し、パッド１３０の形状は、システムの検知方向を決定する。Sensopad^TM電子機器は、たとえば電気ワイヤ１３２によって信号をパッドへ送って、パック１２８に応答させ、パッド１３０から来る信号をモニタし、これらの信号を、電子接続によってエクササイズ装置のマイクロプロセッサへ送られるデータに変える。この電子接続は、ワイヤを経由してもよく、または、ワイヤレスデータ送信機によることもできる。

操作において、送信回路は、Sensopad^TM電子機器によって提供された代替電流で駆動される。これは、パッドの上または下の空間に、代替の電磁場を生成する。周波数がパックの共鳴周波数に近い場合には、パックはドライブからエネルギを結合して共鳴する。パックは、共鳴回路の固有損失のため、このエネルギを再放出し、同一の周波数で自己の代替の電磁場を生成し、それを受信回路が拾い上げる。これから、電子機器が、パックの位置および同一性を計算する。

代替の実施形態において、異なる種類のトランスデューサを使用してスイングアーム機構上の荷重を測定することができる。たとえば、剛性でありうる部材１２４にしたがって、ロードセルを使用することができる。ロードセルは、力または重量を電気信号に転換する。ロードセルは、歪みゲージを含む。歪みゲージは、応力をかけられるときに、抵抗を変える。ゲージは、薄い誘電層に化学的に結合される極薄の熱処理された金属箔から作ることができる。次いで、「ゲージパッチ」が、特別に調整された接着剤で歪み要素に装着される。各ゲージパッチは、ロードセル内で、ビーム、リングまたはコラム（歪み要素）の表面に接合された（セメントでつながれた）１本またはそれより多い微細ワイヤから構成される。ゲージが取り付けられる表面が歪むときに、ワイヤは伸張するかまたは圧縮して、加えられた荷重に比例してその抵抗を変える。ロードセルを作るのに、１つまたはそれより多い歪みゲージが使用される。複数の歪みゲージが接続されて、ホイートストンブリッジ電子機器回路構成の４つのレッグを形成する。入力電圧がホイートストンブリッジに加えられるときに、出力は、セルの力に比例する電圧になる。この出力は、エクササイズ装置のマイクロプロセッサによって増幅され処理されることができる。当然ながら、移動、撓みおよび／または荷重を検出することができる他の構成要素を、代わりに使用することができる。さらなる例として、ホール効果技術に基づいたホール効果センサを使用することができる。

さらなる実施形態において、さらなる位置検知技術（Sensopad^TMシステムおよびロードセルに加えて）を、可撓性のあるビーム設計に使用することができる。たとえば、光学センサ（反射型または透過型）、マグネトロストリクティブ（magnetrostrictive）センサ、ホール効果（磁場）センサ、容量性センサ、または、簡略な電位差計／抵抗センサを使用することができる。加えて、可撓性のあるビームおよび変位センサを、歪みゲージまたは圧電性ロードセルのいずれかと取り替えることができる。したがって、本発明の原理は、上半身によって加えられた力をモニタするために使用することができるいずれの手段に、適用される。

上半身リンケージの荷重を測定することによって、エクササイズ装置は、下半身に対して、ユーザにより上半身に作用される力または相対的な力のパーセンテージを表示することができる。エクササイズ装置はまた、ユーザが押しているだけか、引いているだけか、または、押す力と引く力との間の力の変形であるかをユーザに知らせることもできる。この情報を使用することによって、エクササイズ装置は、上半身関与レベルを表示することによってユーザにフィードバックを提供することができ、上半身用のインターバルトレーニングを提供し、エクササイズ装置の効率的で安全な使用を確実にするために上半身関与を増加するか減少するようにユーザに奨励する。加えて、本発明の原理を使用して、下半身に対して上半身に加えられている荷重の比率を決定して、ユーザに表示することができる。この情報は、装置１０のユーザが見るのを容易にするように、ビュースクリーン２８へ送ることができる。

エクササイズ機器の電子機器を制御するためのシステムが提供される。１つの実施形態において、ガイドトラック４２、５２の傾斜の角度、および、所望のワークアウトレベルを達成するためにフライホイール２４の回転に加えられる抵抗を制御し調整し、且つ、上半身リンケージ（スイングアーム機構８０および９０）の荷重をモニタし測定するためのシステムが、図１１に概略的に例示される。身体的なワークアウトパラメータ、たとえば、ユーザの心拍が、センサ１８６によってモニタされる。ユーザの心拍に関連する、典型的に事実上アナログの電気信号が、生成される。様々な種類の心拍モニタが利用可能であり、胸部着用モニタ、耳たぶモニタおよび指モニタが含まれる。モニタ１８６からの出力は、アナログ−デジタルインタフェース１８８を通って、コントローラ１９０を通って、理想的にはディスプレイパネル２８内に位置する中央演算処理装置（ＣＰＵ）１９２へ送られる。ユーザの心拍に加えて、またはその代わりに、運動する人の他の身体的パラメータを使用してもよく、呼吸数、年齢、体重、性別等が含まれる。

本発明のエクササイズ制御システムは、標準アンペア数ＡＣ１１０ボルトパワーサプライへ接続可能な交流電力入口１９４を含む。電力入口１９４は、変圧器１９６に、次いで、ブレーキシステム４０に、ディスプレイパネル７４に、送られる。典型的に、高さ調整システムはＡＣ電力を使用し、したがって、変圧器１９６には接続されない。高さ調整機構は、ガイドトラック４２、５２の傾斜の角度を検知するために検知システム１４７を含む。この情報は、アナログ−デジタルインタフェース１８８を通って、コントローラ１９０を通って、ＣＰＵ１９２へ送られる。フライホイールの各々の回転速度はまた、センサ１８０によってモニタすることもでき、この情報は、アナログ−デジタルインタフェース１８８およびコントローラ１９０を通って、ＣＰＵへ送信される。上半身リンケージの荷重は、センサ１２４を含む荷重モニタリング機構によってモニタされ測定され、この情報は、アナログ−デジタルインタフェース１８８およびコントローラ１９０を通って、ＣＰＵへ送信される。このようにして、使用中にＣＰＵには、センサ１８６によって検知されている運動する人の心拍または他の身体的パラメータ、ガイドトラック４２、５２の傾斜の角度、フライホイールの速度、および、上半身リンケージの荷重が通知されることができる。この情報、および／または、関連情報は、ディスプレイ２８を通して運動する人に表示されてもよい。

加えて、上半身リンケージの荷重と併せて、様々な情報がＣＰＵによってロードされ使用されることができる。たとえば、上半身の荷重を測定する際のエラーの１つの領域は、脚部運動によって生じる慣性荷重から発生することができる。１つの実施形態において、上半身リンケージの慣性荷重は、様々な毎分回転（ＲＰＭ）で工場において測定することができ、様々な速度における上半身リンケージの慣性荷重を確認する。このデータは、ＣＰＵにロードされて、使用されることができ、使用中の上半身リンケージの読取における初期効果をキャンセルすることができる。さらなる例として、ユーザの体重、性別、身長等に基づいた個人の腕の重量に関するデータをＣＰＵに保存し且つＣＰＵによって使用して、使用中の上半身リンケージの荷重をより正確に決定することができる。

さらに、本発明によって、所望のワークアウトレベルが制御システムを通して維持されてもよい。エクササイズ中の所望の心拍範囲を達成するために、たとえば、一定のパラメータ、たとえば、年齢、身長および性別が、運動する人によってキーパッド８０を通して入力されてもよい。あるいは、所望の心拍範囲は、運動する人によって直接入力されてもよい。他のパラメータは、運動する人によって入力されてもされなくてもよく、たとえば、フットリンクの１分当たりのサイクルに対応するフライホイールの所望の速度、および／または、ガイドトラック４２、５２の傾斜の角度である。この情報で、本発明の制御システムは、所望のワークアウトレベルを達成するために、ブレーキシステムおよび／または高さ調整機構を調整することができる。

様々なコースおよびワークアウト形態が、ＣＰＵ１９２に予めプログラムされていてもよいか、または、所望の心血管範囲、ステップ動作の種類等を含む様々なパラメータを反映するようにユーザによって設計されてもよいことを理解すべきである。その制御システムは、所望のワークアウト形態に対応するためにブレーキシステムおよび高さ調整機構を制御する。

本発明の装置を使用するために、ユーザは、フット支持部分６６、７６に立ち、ハンドグリップ部分８２、９２を把持する。ユーザは、フット支持部分の一方で前方ステップ運動を与え、それによって、フットリンク６０、７０の動きを横車軸３４の回転へ連結するクランクアームアセンブリ４０、５０によって、横車軸３４を時計回り方向に（図１に示されるように右側から見たときに）回転させる。下半身作用と併せて、ユーザはまた、ハンドグリップ部分の一方に実質的に前方へ押す運動を与え、他方のハンドグリップ部分に実質的に後方へ引く運動を与える。スイングアーム機構８０、９０の連結領域８６、９６をフットリンク６０、７０の前方部分６２、７２へ回転可能に接続することにより（係合アセンブリを経由する）、且つ、スイングアーム機構８０、９０を枢支点８４、９４でフレーム１２の前方直立部材２０へ回転可能に固定することにより、各ハンドグリップ部分は、それぞれのフット支持部分が後方へ動くときに、前方へ動き、逆もまた同様である。

フットリンク６０、７０は、一方のフット支持部分が、他方のフット支持部分が実質的に後方へ動くときに、実質的に前方へ動くように、クランクアームアセンブリ４０、５０によって横車軸３４に取り付けられる。この同一のやり方で、一方のハンドグリップ部分は、他方のハンドグリップ部分が後方へ動くときに、前方へ動く（たとえば、左ハンドグリップ部分８２が前方へ動くときには左フット支持部分６６は後方へ動き、一方、右フット支持部分７６が前方へ動き、右ハンドグリップ部分９２が後方へ動く）。したがって、ユーザは、いずれのフット支持部分またはハンドグリップ部分を動かすことによって、または好ましくはそれらのすべてを一緒に動かすことによって、フットリンク全体およびスイングアーム機構リンケージの運動を開始することができる。

本発明は特定の実施形態で説明されているが、他の代替例、修正例および変形例が当業者には明らかである。たとえば、本願に記載された典型的な実施形態は、荷重モニタリング機構を、上半身リンケージと下半身リンケージとの間の連結点に置くが、そのような荷重モニタリングは、異なる場所で行ってもよい。したがって、述べられたすべてのそのような代替例、修正例および変形例が、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれることが意図される。

本発明の原理にしたがったエクササイズ装置の正立面斜視図である。 図１のエクササイズ装置の背立面斜視図である。 図１のエクササイズ装置の側面図である。 図１のエクササイズ装置の一部の拡大斜視図であり、係合アセンブリの当接アームおよび湾曲取付リンクを含む。 図１のエクササイズ装置の拡大側面図であり、係合アセンブリの当接アームおよび湾曲取付リンクを含む。 図１のエクササイズ装置の上半身リンケージと下半身リンケージとの間の接続の詳細側面図である。 図１のエクササイズ装置の上半身リンケージと下半身リンケージとの間の接続の詳細正面図である。 図１のエクササイズ装置の検知手段の１つの実施形態の詳細切欠側面図である。 加えられた力を示す図８の検知手段の実施形態のさらに詳細な切欠側面図である。 加えられた力を示す図８の検知手段の実施形態のさらに詳細な切欠側面図である。 本発明の原理にしたがって所望のワークアウトレベルを制御し調整するためのシステムの概略図である。 本発明の原理にしたがった代替エクササイズ装置の正立面斜視図である。

符号の説明

１０ エクササイズ装置
１２ フレーム
１４ 中心部材
１６ 前方部分
１８ 後方部分
２０ 前方直立部材
２２ クロスバー部材
２４ 左バランスアーム
２６ 右バランスアーム
２８ ビュースクリーン、ディスプレイパネル
３０ 左車軸マウント
３２ 右車軸マウント
３４ 横車軸
３６ フライホイール
３８ 中心ハウジング
４０ 左クランクアームアセンブリ、ブレーキシステム
４２ 左ガイドトラック
４４ 係合溝
４６ 安定化トラフ
５０ 左クランクアームアセンブリ
５２ 左ガイドトラック
５４ 係合溝
５６ 安定化トラフ
６０ 左フットリンク
６２ 前方部分
６４ 後方部分
６６ 左フット支持部分
６８ 係合ローラー、フットリンクローラー
７０ 右フットリンク
７２ 前方部分
７４ 後方部分、ディスプレイパネル
７６ 右フット支持部分
７８ 係合ローラー、フットリンクローラー
８０ 左スイングアーム機構、キーパッド
８２ 左ハンドグリップ部分
８４ 枢支点
８６ 連結領域
９０ 右スイングアーム機構
９２ 右ハンドグリップ部分
９４ 枢支点
９６ 連結領域
１００ 係合アセンブリ
１０４ 湾曲した取付リンク
１０６ 当接アーム
１０８ 当接ノブ
１１０ 係合アセンブリ
１１４ 湾曲した取付リンク
１１６ 当接アーム
１１８ 当接ノブ
１２２ 荷重モニタリング機構
１２４ 可撓性のある部材、センサ
１２６ モーションセンサ
１２８ パック
１３０ パッド
１４７ 検知システム
１８０ センサ
１８６ センサ、モニタ
１８８ アナログ−デジタルインタフェース
１９０ コントローラ
１９２ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１９４ 交流電力入口
１９６ 変圧器
７１２ フレーム
７１８ フライホイール
７２０ 第１のベルクランク
７２２ 第２のベルクランク
７２４ 第１のフットリンク
７２４” フットリンクの端
７２６ 第２のフットリンク
７２６” フットリンクの端
７６４ アームリンク
７６４ａ ハンドル部分
７６６ アームリンク
７６６ａ ハンドル部分
７６８ 支持点

Claims (34)

1. フレームと、
   ある軌道経路を動くように拘束される後方部分と、前方部分と、を有するフットリンクと、
   該フレームに対するピボット連結を有するスイングアームであって、該ピボット連結の上に延出する上部部分と該ピボット連結の下に配置された下部部分とを有するスイングアームと、
   該スイングアームの該下部部分に連結された第１の部分と、該フットリンクの該前方部分に連結された第２の部分と、を有し、該スイングアームの該上部部分に加えられた力が、該フットリンクの該前方部分に力を生成するようにした、係合機構と、
   ユーザにより該スイングアームに加えられる荷重をモニタするように配置された荷重モニタリング機構と、
   を有する、エリプティカルエクササイズ装置。
2. 前記モニタリング機構は、該細長いスイングアームと該フットリンクとの連結部に配置される、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
3. 前記モニタリング機構は、非接触位置検知技術を具備する、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
4. 前記モニタリング機構は、ロードセルを具備する、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
5. 前記係合機構は、可撓性部材を具備し、該モニタリング機構は、該可撓性部材における撓みをモニタするように配置される、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
6. 前記係合機構は、剛性部材を具備し、該モニタリング機構は、該剛性部材に対する荷重をモニタするように配置される、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
7. 左スイングアームおよび右スイングアーム、左フットリンクおよび右フットリンク、左係合機構および右係合機構、および、左モニタリング装置および右モニタリング装置をさらに含む、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
8. ガイドトラックをさらに含み、該フットリンクは少なくとも１つのローラーを含み、該ガイドトラックは、該フットリンクローラーを回転可能に受けるように適合された上部表面を有し、該ローラーは該ガイドトラックに往復動するように係合する、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
9. 前記ガイドトラックは、隆起した前方部分を含む、請求項８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
10. 前記スイングアーム下部部分は、該ガイドトラックの該隆起した前方部分よりも下に配置される、請求項８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
11. 前記ガイドトラックは、水平から傾斜した角度で装着される、請求項８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
12. 長手部材と、該長手部材から上向きに延出する直立部材と、該直立部材から外向きに横方向に延出する横部材と、を具備するフレームをさらに含み、前記スイングアームは、該横部材の両端部分に枢着される、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
13. 前記フレームは、前記エリプティカルエクササイズ装置に支持を提供するために、該横部材から下向きに垂れ下がる複数のバランスアームをさらに具備する、請求項１２に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
14. エクササイズ情報を表示するために該直立部材に取り付けられた電子ビュースクリーンをさらに具備する、請求項１２に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
15. 前記荷重モニタリング機構からの情報は、該電子ビュースクリーンに表示される、請求項１４に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
16. 後ろ向きに配置されたフライホイールをさらに具備し、該フットリンクは、クランクアームアセンブリにより前記フライホイールに回転伝動するように連結される、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
17. さらに、機械の固有慣性荷重が計算され、次いで、アームリンクで測定された荷重から減じられて、ユーザによって加えられている荷重をより正確にモニタする、請求項１に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
18. フレームと、
    フットリンクと、
    該フレームに対するピボット連結を有するスイングアームであって、該ピボット連結の上に延出する上部部分と、該ピボット連結の下に配置された下部部分と、を有するスイングアームと、
    該スイングアームの該下部部分に連結された第１の部分と、該フットリンクに連結された第２の部分と、を有する係合機構と、
    該スイングアームに加えられる荷重をモニタするように配置された荷重モニタリング機構と、
    該モニタリング機構からの情報を含むエクササイズ情報を表示するために該フレームに取り付けられた電子ビュースクリーンと、
    を具備する、エリプティカルエクササイズ装置。
19. 前記モニタリング機構は、該細長いスイングアームと該フットリンクとの連結部に配置される、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
20. 前記モニタリング機構は、非接触位置検知技術を具備する、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
21. 前記モニタリング機構は、ロードセルを具備する、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
22. 前記係合機構は、可撓性部材を具備し、該モニタリング機構は、該可撓性部材上の撓みをモニタするように配置される、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
23. 前記係合機構は、剛性部材を具備し、該モニタリング機構は、該剛性部材の荷重をモニタするように配置される、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
24. 前記フットリンクは、ある軌道経路を動くように拘束された後方部分を有する、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
25. 左スイングアームおよび右スイングアーム、左フットリンクおよび右フットリンク、左係合機構および右係合機構、および、左荷重モニタリング装置および右荷重モニタリング装置をさらに含む、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
26. ガイドトラックをさらに含み、該フットリンクは少なくとも１つのローラーを含み、該ガイドトラックは、該フットリンクローラーを回転可能に受けるように適合された上部表面を有し、該ローラーは該ガイドトラックに往復動するように係合する上部表面を有する、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
27. 前記ガイドトラックは、隆起した前方部分を含む、請求項２５に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
28. 前記スイングアーム下部部分は、該ガイドトラックの該隆起した前方部分よりも下に配置される、請求項２５に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
29. 前記ガイドトラックは、水平から傾斜した角度で装着される、請求項２５に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
30. 長手部材と、該長手部材から上向きに延出する直立部材と、該直立部材から外向きに横方向に延出する横部材と、を具備するフレームをさらに含み、該スイングアームは、該横部材の両端部分に枢着される、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
31. 前記フレームは、前記エリプティカルエクササイズ装置に支持を提供するために、該横部材から下向きに垂れ下がる複数のバランスアームをさらに具備する、請求項２９に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
32. 後ろ向きに配置されたフライホイールをさらに具備し、該フットリンクは、クランクアームアセンブリで該フライホイールに回転伝動するように連結される、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
33. プロセッサが、脚部運動によって生じた慣性荷重をキャンセルする、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
34. さらに、機械の固有慣性荷重が計算され、アームリンクで測定された荷重から減じられて、ユーザによって加えられている荷重をより正確にモニタする、請求項１８に記載のエリプティカルエクササイズ装置。
    

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