TW202015762A - 可供進行腿部運動的運動器材 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可供進行腿部運動的運動器材，在一較佳實施例中，左、右二連動件的頂端被導引在一圓形軌跡上運動並且保持相對，各連動件的底端則與一可偏擺的擺動件樞接，使得當前述頂端沿前述圓形軌跡循環運動時，前述底端會沿一弧形軌跡往復運動；用以支撐使用者雙腳的左、右二支撐件分別樞接在左、右二連動件的頂端與底端之間，可沿一封閉軌跡運動；各側邊的支撐件與擺動件之間設有一控制件，用以導引支撐件的某部位及擺動件的某部位沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的支撐件相對於連動件的角度隨著擺動件相對於連動件的角度而變化。

Description

可供進行腿部運動的運動器材

本發明與運動器材有關，進一步而言，是關於一種可供使用者進行腿部運動的運動器材。

圖1顯示美國第9,199,115號專利所揭露的一種運動器材90，其可供使用者進行雙腳交替地向上抬高及向下踩低的腿部運動，為了提供前述腿部運動，前述運動器材90主要包含有一繞轉機構91、左、右二導軌92(註：二者平行併列，圖中僅顯示左側導軌)、左、右二往復件93、左、右二滾輪94及左、右二踏板95，其中，各導軌92為一前方仰角大約60度的傾斜直桿，繞轉機構91設在導軌92的上方，各往復件93的頂端樞接在繞轉機構91的對應曲柄臂911外端，各往復件93的底端向後彎折延伸，並且在彎折部位的前方裝設可在對應導軌92上滾動位移的前述滾輪94，使得當往復件93的頂端沿著曲柄臂911所導引的一圓形軌跡CP循環運動時，往復件93底端裝設滾輪94的部位會沿著導軌92所導引的一往復軌跡RP在前上方的第一端點E1及後下方的第二端點E2之間往復運動；各往復件93彎折部位的後方固設用以支撐使用者腳部的前述踏板95，基於上述結構，左、右二踏板95適當受力時會彼此反向地上昇及下降，藉此可供使用者進行前述腿部運動。

觀察前述運動器材90的上述結構可知，運動時，前述踏板95(尤其是較靠近前述滾輪94的腳尖端)的位移幅度大致等於前述往復軌跡RP的第一端點E1與第二端點E2的距離，亦即大致等於前述圓形軌跡CP的直徑。另一方面，因為踏板95是固定在前述往復件93上，所以在運動中，隨著往復件93頂、底二端的相對角度呈現週期性變化，踏板95前、後二端的相對角度也會呈現對應的週期性變化，例如在踏板95整體上昇的過程中，腳跟端相對於腳尖端會偏轉至一最高高度，在踏板95整體下降的過程 中，腳跟端相對於腳尖端會偏轉至一最低高度，其間的角度差距等於往復件93頂端相對於底端的角度的變化幅度，而前述角度變化幅度同樣是隨著前述圓形軌跡CP的大小而增減，換言之，當圓形軌跡CP愈大時，前述最高高度會愈高，前述最低高度會愈低，角度差距會愈大。

基於前述運動器材90的上述特徵，若想提供腳部行程更長、抬腿高度更高的前述腿部運動，基本上必須加長前述圓形軌跡CP的直徑，亦即採用更長的曲柄臂911，以使踏板95的位移幅度對應加大。然而，擴大圓形軌跡CP會連帶使得踏板95的角度變化幅度加大，可能讓使用者的踝關節活動角度過大、小腿與腳盤之間的角度超過人體工學的適當角度，導致腳部不舒服，甚至造成肌腱靭帶疼痛等運動傷害。反之，若是採用較短的曲柄臂911以將踏板95的角度變化幅度抑制在適當範圍內，則前述腿部運動的腳部行程及抬腿高度相對較短、較低，運動難度及運動效果均受到限制。理論上，加長往復件93頂端到前述滾輪94的距離亦可縮小往復件93的角度變化幅度，但其效果較不明顯，必須大幅加長往復件93的縱向長度、大幅提高繞轉機構91的設置高度，才能使前述角度差距具體縮小，因此實務上並不可行。總而言之，前述運動器材90的結構難以兼顧較長的踏板運動行程及較小(或適當範圍內)的踏板角度變化幅度。

基於前述運動器材90的上述結構，在踏板95由最低位置上昇至最高位置的過程中，腳尖端會沿著一大致平行於前述往復軌跡RP的斜向軌跡(圖中未示)往前上方位移，而且在上昇行程的前半段，腳跟端相對於腳尖端明顯昇高；在踏板95由最高位置下降至最低位置的過程中，腳尖端會再大致沿著前述斜向軌跡往後下方位移，而且在下降行程的前半段，腳跟端相對於腳尖端明顯降低。至少就單腳來看，上述腿部運動類似原地踏步的動作，亦即利用大腿的力量將膝蓋提起以使小腿及腳部自然昇高(註：原地踏步時，抬高的腳部會略微超前地面的腳部，並非垂直上昇)，然後再直接放下大腿以使腳部踩回原來位置。此般腿部運動略顯單調，腳部向上抬高及向下踩低大致沿著相同路線，而且沒有小腿向前跨出及向後縮回的動作，腿部運動較不全面、運動量較為不足。

此外，理想上我們會希望在進行這類腿部運動時，踏板在其運動軌跡上的各個位置會分別呈現該位置最符合人體工學的角度，使運動 時腳部最為自然舒適。然而，基於前述運動器材90的上述結構，在踏板95往復昇降的過程中，腳跟端相對於腳尖端何時昇高、何時降低，完全依隨往復件93在運動週期中的角度變化行為，而前述角度變化行為基本上已被前述圓形軌跡CP與前述往復軌跡RP的相對關係所決定，設計上雖可藉由調整相關參數(例如曲柄臂911與往復件93的長度比例、導軌92的斜度及位置等)以改變前述角度變化行為，但該等參數受限於前述運動器材90的基本結構及空間配置而無法大幅變動，而且所得到的結果通常顧此失彼，因此很難針對踏板95的角度變化行為進行最佳化調整。

本發明的主要目的在於提供一種運動器材，可供使用者進行雙腳交替地向上抬高及向下踩低的腿部運動，而且前述腿部運動中的腳部運動行程的長短與腳部角度變化的幅度沒有必然關係，換言之，前述運動器材能夠依據需求設計成可提供腳部行程較長、抬腿高度較高，同時腳部的角度變化幅度被控制在適當範圍內的前述腿部運動。

本發明的另一目的在於提供一種運動器材，可供使用者進行雙腳交替地向上抬高及向下踩低的腿部運動，而且前述運動器材在設計上比較容易針對運動時的腳部角度變化行為進行最佳化調整。

本發明的又一目的在於提供一種運動器材，可供使用者進行雙腳交替地向上抬高及向下踩低的腿部運動，而且前述腿部運動含有小腿向前跨出及向後縮回的動作，運動較為全面、運動量較多。

為了達成上揭目的，依據本發明的一個觀點，所提供的運動器材包含有：一架體，具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；左、右二連動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；一繞轉機構，設在前述架體的第一部位並且與前述左、右二連動件的第一部位連接，導引各前述連動件的第一部位相對於前述架體沿一圓形軌跡運動；前述圓形軌跡的圓心軸線對應於左右軸向；左、右二擺動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位，前述左、右二擺動件的第一部位分別樞接在前述架體的第二部位及第三部位，使各前述擺動件能以其第一部位為軸相對於前述架體偏轉；各前述擺動件的第二部位與同一側邊的前述連動件的第二部位樞接，導引各前述連動件的第二部位相對於前述架體沿一弧形軌跡 運動，使得當前述連動件的第一部位沿著前述圓形軌跡循環運動時，前述連動件的第二部位會在前述弧形軌跡的第一端點與第二端點之間往復運動，而且前述連動件的第三部位會相對於前述架體沿一封閉軌跡循環運動；左、右二支撐件，分別用以支撐使用者的左腳及右腳；各前述支撐件具有一第一部位及一第二部位，各前述支撐件的第一部位樞接在同一側邊的前述連動件的第三部位，使前述支撐件能以其第一部位為軸相對於前述連動件偏轉；左、右二控制件，各前述控制件設在同一側邊的前述支撐件的第二部位與前述擺動件的第三部位之間，導引前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的前述支撐件相對於前述連動件的角度隨著前述擺動件相對於前述連動件的角度而變化。

為了達成上揭目的，依據本發明的另一觀點，所提供的運動器材包含有：一架體，具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；左、右二連動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；一繞轉機構，設在前述架體的第一部位並且與前述左、右二連動件的第一部位連接，導引各前述連動件的第一部位相對於前述架體沿一圓形軌跡運動；前述圓形軌跡的圓心軸線對應於左右軸向；左、右二擺動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位，前述左、右二擺動件的第一部位分別樞接在前述架體的第二部位及第三部位，使各前述擺動件能以其第一部位為軸相對於前述架體偏轉；各前述擺動件的第二部位與同一側邊的前述連動件的第二部位樞接，導引各前述連動件的第二部位相對於前述架體沿一弧形軌跡運動，使得當前述連動件的第一部位沿著前述圓形軌跡循環運動時，前述連動件的第二部位會在前述弧形軌跡的第一端點與第二端點之間往復運動，而且前述連動件的第三部位會相對於前述架體沿一封閉軌跡循環運動；左、右二支撐件，分別用以支撐使用者的左腳及右腳；各前述支撐件具有一第一部位及一第二部位，各前述支撐件的第一部位樞接在同一側邊的前述擺動件的第三部位，使前述支撐件能以其第一部位為軸相對於前述擺動件偏轉；左、右二控制件，各前述控制件設在同一側邊的前述支撐件的第二部位與前述連動件的第三部位之間，導引前述支撐件的第二部位及前述連動件的第三部位沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的前述支撐件 相對於前述擺動件的角度隨著前述擺動件相對於前述連動件的角度而變化。

為了達成上揭目的，在本發明提供的上述運動器材的一較佳實施例中，各前述連動件的第一部位高於第二部位及第三部位；前述弧形軌跡位在前述圓形軌跡的最低點之下，而且前述弧形軌跡的第一端點及第二端點的連結線與水平面之間的銳夾角大於45度；前述封閉軌跡位在前述圓形軌跡的最低點之下，而且前述封閉軌跡上的最高位置與最低位置投影在上下軸向上的高低差距，大於前述封閉軌跡上的最前位置與最後位置投影在前後軸向上的前後差距。

〔圖1：先前技術〕

90‧‧‧運動器材

91‧‧‧繞轉機構

911‧‧‧曲柄臂

92‧‧‧導軌

93‧‧‧往復件

94‧‧‧滾輪

95‧‧‧踏板

CP‧‧‧圓形軌跡

E1‧‧‧第一端點

E2‧‧‧第二端點

RP‧‧‧往復軌跡

〔圖2~圖9：第一較佳實施例〕

10A~10D‧‧‧運動器材

20‧‧‧架體

22‧‧‧底座單元

24‧‧‧骨架單元

241‧‧‧第一桿材

242‧‧‧第二桿材

243‧‧‧第三桿材

244‧‧‧第四桿材

245‧‧‧第五桿材

26‧‧‧握把組

30‧‧‧繞轉機構

31‧‧‧曲柄軸

32L/32R/32‧‧‧(左/右)曲柄臂

42‧‧‧飛輪

44‧‧‧皮帶傳動系統

46‧‧‧控制台

50L/50R/50‧‧‧(左/右)擺動件

51‧‧‧(擺動件)第一部位

52‧‧‧(擺動件)第二部位

53‧‧‧(擺動件)第三部位

60L/60R/60‧‧‧(左/右)連動件

61‧‧‧(連動件)第一部位

62‧‧‧(連動件)第二部位

63‧‧‧(連動件)第三部位

70L/70R/70‧‧‧(左/右)支撐件

71‧‧‧(支撐件)第一部位

72‧‧‧(支撐件)第二部位

73‧‧‧基座

74‧‧‧踏板

80L/80R/80‧‧‧(左/右)控制件

81‧‧‧(控制件)第一部位

82‧‧‧(控制件)第二部位

AP1‧‧‧第一弧形軌跡

AP2‧‧‧第二弧形軌跡

CP‧‧‧圓形軌跡

CP1‧‧‧第一封閉軌跡

CP2‧‧‧第二封閉軌跡

G‧‧‧地面

〔圖10~圖14：第二較佳實施例〕

10E、10F‧‧‧運動器材

20’‧‧‧架體

30’‧‧‧繞轉機構

31’‧‧‧曲柄軸

32’‧‧‧左曲柄臂

50L’‧‧‧左擺動件

51’‧‧‧(擺動件)第一部位

52’‧‧‧(擺動件)第二部位

53’‧‧‧(擺動件)第三部位

60L’‧‧‧左連動件

61’‧‧‧(連動件)第一部位

62’‧‧‧(連動件)第二部位

63’‧‧‧(連動件)第三部位

70L’‧‧‧左支撐件

71’‧‧‧(支撐件)第一部位

72’‧‧‧(支撐件)第二部位

80L’‧‧‧左控制件

83’‧‧‧滑動面

85’‧‧‧滾輪

AP1’‧‧‧第一弧形軌跡

AP2’‧‧‧第二弧形軌跡

CP’‧‧‧圓形軌跡

CP1’‧‧‧第一封閉軌跡

CP2’‧‧‧第二封閉軌跡

〔圖15：第三較佳實施例〕

10G‧‧‧運動器材

20”‧‧‧架體

30”‧‧‧繞轉機構

50L”‧‧‧左擺動件

51”‧‧‧(擺動件)第一部位

52”‧‧‧(擺動件)第二部位

53”‧‧‧(擺動件)第三部位

60L”‧‧‧左連動件

61”‧‧‧(連動件)第一部位

62”‧‧‧(連動件)第二部位

63”‧‧‧(連動件)第三部位

70L”‧‧‧左支撐件

71”‧‧‧(支撐件)第一部位

72”‧‧‧(支撐件)第二部位

80L”‧‧‧左控制件

84”‧‧‧導軌

圖1是美國第9,199,115號專利案所揭露的一種運動器材的左視圖。

圖2至圖5均是本發明第一較佳實施例的運動器材的左視圖，分別顯示踏板位在其運動軌跡中的四個不同位置的狀態。

圖6是本發明第一較佳實施例的運動器材單一側邊的構件關係示意圖。

圖7至圖9各類似圖6，均是本發明第一較佳實施例的運動器材的變型實施方式的構件關係示意圖。

圖10至圖13均是本發明第二較佳實施例的運動器材的左視圖，分別顯示踏板位在其運動軌跡中的四個不同位置的狀態。

圖14是本發明第二較佳實施例的運動器材的變型實施方式。

圖15是本發明第三較佳實施例的運動器材的左視圖。

請參閱圖2至圖5，本發明第一較佳實施例的運動器材10A具有一架體20，前述架體20主要是由一平穩支撐在地面G上的底座單元22及一固設在底座單元22上方的骨架單元24所組成，骨架單元24具有一第一桿材241、一第二桿材242、一第三桿材243、一第四桿材244及一第五桿材255，其中，第一桿材241由底座單元22的前端往後上方延伸，第二桿材242由第一桿材241的頂端往前水平延伸，第三桿材243由第二桿材242的前端往後上方延伸，第四桿材244由底座單元22的中間部位往前上 方延伸至第一桿材241的中間部位，第五桿材245由第一桿材的241中間部位往前上方延伸至第二桿材242的前端。此外，第三桿材的近頂端部位設有一可供使用者在運動中捉握的握把組26，而在第三桿材的頂端則設有一主要作為人機介面的控制台(console)46。

前述骨架單元24上設有一繞轉機構30，在本實施例中實質為一曲柄機構，其主要包含一曲柄軸31及左、右二曲柄臂32L、32R(參閱圖2)，曲柄軸31依據左右軸向樞設在骨架單元24的第二桿材242上的約略中央位置，左、右二曲柄臂32L、32R分別以直交方式固接在曲柄軸31的左、右二端，形同各自從曲柄軸31的端部沿著徑向往外延伸，而且，左、右二曲柄臂32L、32R彼此反向延伸，換言之，在側視下，左、右二曲柄臂32L、32R的外端會以曲柄軸31的軸線為中心保持180度相對。架體20上用以承接繞轉機構30的部位，例如前述曲柄軸31所在位置，定義為架體20的第一部位。

在繞轉機構30的下方具有一飛輪42，前述飛輪42也是將其軸心依據左右軸向樞設在骨架單元24上，而且，飛輪42與前述曲柄軸31之間透過一皮帶傳動機構44連接，當繞轉機構30受到外力驅動而旋轉時，飛輪42會以更快的轉速原地自轉，藉以提供適當的旋轉負載及轉動慣量，使繞轉機構30的旋轉運動較為穩定平順。較佳地，前述運動器材10A還可以設置一與飛輪42搭配或是與繞轉機構30連接的阻力裝置(圖中未示)，例如渦電流制動器、摩擦制動器、水阻裝置、風阻裝置等，用來產生一可供使用者調整大小的阻力，藉以(透過前述控制台46)設定驅動繞轉機構30旋轉所需的力量，亦即設定運動的難易程度。前述阻力裝置的結構及運用屬於運動器材領域中的通常知識(例如前揭美國第9,199,115號專利中即有揭露風阻及磁阻式的阻力裝置)，且因阻力裝置與本發明的創作內容沒有直接關聯，甚至不必然包含在本發明的運動器材中，所以在此省略說明。

前述運動器材10A具有對稱配置的左、右二擺動件50L、50R，在本較佳實施例中，各擺動件50L、50R為一桿體，具有一前端及一後端，前端形成擺動件50L、50R的第一部位51，前端與後端之間的一預定部位形成擺動件50L、50R的第二部位52，後端形成擺動件50L、50R的第三部位53。各擺動件50L、50R的第一部位51依據一對應於左右軸向的軸 線樞接在架體20的底座單元22的前端，使得擺動件50L、50R能以第一部位51為軸相對於架體20偏轉。架體20上用以承接左、右二擺動件50L、50R的部位，分別定義為架體20的第二部位及第三部位。

前述運動器材10A具有對稱配置的左、右二連動件60L、60R，在本較佳實施例中，各連動件60L、60R為一桿體，具有一頂端及一底端，頂端形成連動件60L、60R的第一部位61，底端62形成連動件60L、60R的第二部位，頂端與底端之間的一預定部位形成連動件60L、60R的第三部位63。各連動件60L、60R的第一部位61依據一對應於左右軸向的軸線樞接在對應側邊的曲柄臂32L、32R的外端(參閱圖2)，各連動件60L、60R的第二部位62依據一對應於左右軸向的軸線樞接在對應側邊的擺動件50L、50R的第二部位52。

請參閱圖6(乃前述運動器材10A單一側邊的構件關係示意圖)，在運動器材10A的任一側邊，曲柄軸31所在位置至擺動件50的第一部位51所在位置形成一第一連桿，曲柄臂(圖6中標示為32)形成一第二連桿，擺動件(圖6中標示為50)的第一部位51至第二部位52形成一第三連桿，連動件(圖6中標示為60)的第一部位61至第二部位62形成一第四連桿，共同構成一平面四連桿機構，其中，曲柄軸31所在位置至擺動件50的第一部位51所在位置(均屬於前述架體20)成為前述平面四連桿機構當中的固定連桿(fixed link)，而且，前述四個連桿的長度關係滿足特定的「格拉霍夫條件(Grashof condition)」，使前述平面四連桿機構形成一曲柄搖桿(crank and rocker)機構，詳而言之，如圖2至圖5所示，連動件60L、60R的第一部位61能夠隨同曲柄臂32L、32R的外端完整環繞360度，而且，當連動件60L、60R的第一部位61沿著曲柄臂32L、32R所導引的一圓形軌跡CP循環運動時，連動件60L、60R的第二部位62會沿著擺動件50L、50R所導引的一第一弧形軌跡AP1在一第一端點與一第二端點之間往復運動。前述第一端點(即圖中第一弧形軌跡AP1的頂端)高於前述第二端點(即圖中第一弧形軌跡AP1的底端)，而且第一端點及第二端點的連結線(未標示)與水平面(例如地面(G))之間的銳夾角大於45度。第一弧形軌跡AP1整體位在圓形軌跡CP的最低點之下，而且比圓形軌跡CP的圓心(即曲柄軸31的軸心)較靠後方。

基於連動件60L、60R的第一部位61及第二部位62相對於 架體20分別被導引在圓形軌跡CP及第一弧形軌跡AP1上運動，連動件60L、60R的第三部位63相對於架體20會被規範在一第一封閉軌跡CP1上運動，換言之，在連動件60L、60R的第三部位63沿著第一封閉軌跡CP1繞行一圈的同時，連動件60L、60R的第一部位61會沿著圓形軌跡CP繞轉一圈，而第二部位62會沿著第一弧形軌跡AP1往復一趟。第一封閉軌跡CP1概呈狹長的橢圓形，其長軸方向與水平面之間的銳夾角大於45度，而且，第一封閉軌跡CP1上的最高位置與最低位置投影在上下軸向上的高低差距，大於第一封閉軌跡CP1上的最前位置與最後位置投影在前後軸向上的前後差距。

因為在側視下，左、右二連動件60L、60R的第一部位61在圓形軌跡CP上保持180度相對，所以左、右二連動件60L、60R的第二部位62在第一弧形軌跡AP1上也是大致保持在相對位置，對應地，左、右二連動件60L、60R的第三部位63在第一封閉軌跡CP1上也是大致保持在相對位置，例如，當其中一連動件的第三部位63位在第一封閉軌跡CP1的頂端/底端時，另一連動件的第三部位63會大致位在相對的底端/頂端，而且，假設連動件60L、60R的第一部位61是以圖中的逆時鐘方向在圓形軌跡CP上繞轉，那麼，大致來說，當其中一連動件的第三部位63沿著第一封閉軌跡CP1的後半邊往前上方運動時，另一連動件的第三部位63會是沿著第一封閉軌跡CP1的前半邊往後下方運動。

在連動件60L、60R的第一部位61沿著圓形軌跡CP循環運動的過程中，擺動件50L、50R會對應地往復擺動，使擺動件50L、50R的第三部位53沿著一(弧度與第一弧形軌跡AP2相等的)第二弧形軌跡AP2往復運動，而且，同一側邊的擺動件50L、50R與連動件60L、60R的相對角度也會對應地產生週期性變化。

前述運動器材10A具有對稱配置的左、右二支撐件70L、70R，分別用以支撐使用者的左腳及右腳，並且直接承受使用者的腳部施力，各支撐件70L、70R包含一基座73及一固設在基座73頂側的踏板74，基座73的前端形成支撐件70L、70R的第一部位71，基座73的約略中央部位形成支撐件70L、70R的第二部位72。各支撐件70L、70R的第一部位71依據一對應於左右軸向的軸線樞接在對應側邊的連動件60L、60R的第三部 位63，使得支撐件70L、70R能以第一部位71為軸相對於連動件60L、60R偏轉。

前述運動器材10A具有對稱配置的左、右二控制件80L、80R，各控制件80L、80R設在同一側邊的支撐件70L、70R的第二部位72與擺動件50L、50R的第三部位53之間，導引支撐件70L、70R的第二部位72及擺動件50L、50R的第三部位53沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的支撐件70L、70R相對於連動件60L、60R的角度隨著擺動件50L、50R相對於連動件60L、60R的角度而變化。在本較佳實施例中，各控制件80L、80R為一桿體，具有一頂端及一底端，頂端形成控制件80L、80R的第一部位81，底端形成控制件80L、80R的第二部位82。各控制件80L、80R的第一部位81依據一對應於左右軸向的軸線樞接在對應側邊的支撐件70的第二部位72，各控制件80L、80R的第二部位82依據一對應於左右軸向的軸線樞接在對應側邊的擺動件50的第三部位53。

如圖6示意，在前述運動器材10A的任一側邊，連動件60的第二部位62至第三部位63形成另一第一連桿，擺動件50的第二部位52至第三部位53形成另一第二連桿，支撐件(圖6中標示為70)的第一部位71至第二部位72形成另一第三連桿，控制件(圖6中標示為80)的第一部位81至第二部位82形成另一第四連桿，共同構成另一(第二)平面四連桿機構，其中，第一連桿(連動件60)、第二連桿(擺動件50)、第三連桿(支撐件70)及第四連桿(控制件80)可分別視為前述第二平面四連桿機構的機架(frame)、輸入連桿(input link)、輸出連桿(output link)及耦合連桿(coupler)，亦即，支撐件70相對於連動件60的角度會隨著擺動件50相對於連動件60的角度而變化，如此一來，在連動件60的第一部位61沿著圓形軌跡CP循環運動的過程中，因為擺動件50相對於連動件60的角度會週期性變化，所以支撐件70相對於連動件60的角度也會週期性變化。基於上述控制件80的連接，支撐件72的第二部位72相對於擺動件50是沿一以擺動件50的第三部位53為圓心的弧形路徑(圖中未示)運動，或者說，擺動件50的第三部位53相對於支撐件70是沿一以支撐件70的第二部位72為圓心的弧形路徑(圖中未示)運動。

在支撐件70的第一部位71沿著第一封閉軌跡CP1繞行一圈 的同時，支撐件70的第二部位72會沿著一形狀類似第一封閉軌跡CP1的第二封閉軌跡CP2繞行一圈，可以想像，支撐件70上的任何部位都是沿著類似的封閉軌跡運動，只不過支撐件70的前端與後端的運動速率並非完全一致，所以支撐件71前、後二端的相對角度會在前述繞行運動中循環變化。在本較佳實施例中，在連動件60L、60R的第一部位61沿著圓形軌跡CP環繞一圈的運動週期中，支撐件70L、70R相對於架體20(或相對於地面G)的最大角度變化量，小於連動件60L、60R相對於架體20(或相對於地面G)的最大角度變化量。

圖2至圖6中所呈現的各樞接部位(例如擺動件50與連動件60相互樞接的部位、支撐件70與控制件80相互樞接的部位等)的上、下、前、後等空間關係，以及各樞接部位之間的距離的長度比例，僅是一個簡單例示，實務上可依據設計需求適當調整或調動。例如，在圖7示意的運動器材10B中，擺動件50與控制件80樞接的第三部位53位在擺動件50與連動件60樞接的第二部位52的前方而非後方，同時，支撐件70與控制件80樞接的第二部位72位在支撐件70與連動件60樞接的第一部位71的前方而非後方，簡言之，控制件80位在連動件60的前方而非後方，但作用同前；在圖8示意的運動器材10C中，連動件60與擺動件50樞接的第二部位62位在連動件60的頂端與底端之間(同樣會沿一弧形軌跡運動)，而連動件60與支撐件70樞接的第三部位63則是位在連動件60的底端(同樣會沿一封閉軌跡運動)，如此，支撐件70得以位在較接近地面的低處；在圖9示意的運動器材10D中，控制件80位在連動件60的前方且支撐件位70在擺動件50的下方。附帶一提，在以上各圖中，擺動件50的第一、第二及第三部位51、52、53呈現三點共線，連動件60的第一、第二及第三部位61、62、63亦呈現三點共線，但這主要是為了圖面(尤其是圖6至圖9)呈現上的方便，並非本發明的必要或較佳條件。

在圖6至圖9的各圖中，由連動件60、擺動件50、支撐件70及控制件80共同構成的平面四連桿機構中，前述第一、第二、第三及第四連桿投影在運動平面(即圖面本身的平面)上的長度分別定義為第一、第二、第三及第四連桿長度，其中，第三連桿長度(即圖面上支撐件70的第一部位71與第二部位72的距離)大於第二連桿長度(即圖面上擺動件50的第 二部位52與第三部位53的距離)，可抑減支撐件70的最大角度變化量。在本發明的另一實施例中(無圖面)，前述第一、第二、第三及第四連桿長度當中最長者與最短者的長度和大於另外二者的長度和，可防止支撐件70及控制件80產生非預期的偏轉或卡止。

接著請參閱圖10至圖13，本發明第二較佳實施例的運動器材10E的基本結構與前一實施例的運動器材10A相仿，主要包含有一架體20'、一繞轉機構30'、左、右二擺動件50'、左、右二連動件60'、左、右二支撐件70'及左、右二控制件80'。要先說明的是，無論在說明書或圖面中，本實施例的運動器材10E與前一實施例的運動器材10A當中相同或對應的構件、部位或運動軌跡等，基本上標以相同的符號，但在本實施例中的各符號右上角附加一撇號(prime)；在圖10至圖13中出現的符號並不會在以下的說明中逐一提及，而沒有特別說明的構件、部位或運動軌跡，即表示其與前一實施例中符號對應的構件、部位或運動軌跡實質相同。本實施例與前一實施例的主要差異在於，各控制件80L'、80R'概呈一楔形塊，固定在支撐件70L'、70R'的第二部位72'(本例為支撐件70L'、70R'的後端)，具有一朝向擺動件50L'、50R'的滑動面83'；對應地，各擺動件50L'、50R'的第三部位53'樞設一滾輪85'，前述滾輪85'抵接於對應的控制件80L'、80R'的滑動面83'，並且可在滑動面83'上滑動。如圖10至圖13所示，當連動件60L'、60R'的第一部位60'沿著圓形軌跡CR'循環繞轉，使得擺動件50L'、50R'與連動件60L'、60R'的相對角度產生週期性變化時，各擺動件50L'、50R'的第三部位53'相對於對應的支撐件70L'、70R'的第二部位72'會沿著滑動面83'所定義的一預定路徑(圖中未示)往復運動，使得支撐件70L'、70R'相對於連動件60L'、60R'的角度隨著擺動件50L'、50R'相對於連動件60L'、60R'的角度而變化。

圖14所示的運動器材10F為圖10所示的運動器材10E的變型結構(註：符號標示原則同前)，其間的差異在於，具有滑動面83'的控制件(以80L'代表)改成固定在擺動件(以50L'代表)的第三部位53'，對應地，支撐件(以70L'代表)的第二部位72'樞設一可在滑動面83'上滑動的滾輪85'。

最後請參閱圖15，為本發明第三較佳實施例的運動器材10G(註：符號標示原則同前，惟本實施例中的各符號右上角附加一雙撇號(double prime))，其特徵在於，各控制件(以80L"代表)具有一導軌84"，前述 控制件80L"固定在同一側邊的支撐件70L"的第二部位72"及擺動件50L"的第三部位53"其中一者，而支撐件70L"的第二部位72"及擺動件50L"的第三部位53"另一者配接於前述導軌84"並且可沿著導軌84"運動。

使用本發明的上揭運動器材時，使用者將其雙腳分別踩踏在左、右二支撐件(踏板)上，並且將其雙手捉握在前述握把組上，利用雙腳相互配合地對左、右二支撐件交替踩踏，使左、右二支撐件的第一/第二部位保持相對地沿著第一/第二封閉軌跡循環運動，藉此進行雙腳交替地向上抬高及向下踩低的腿部運動。

與先前技術中的可進行類似腿部運動的運動器材相較，本發明提供的運動器材具有若干優點，首先，藉由控制件導引支撐件(踏板)的第二部位及擺動件的第三部位沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的支撐件(踏板)相對於連動件的角度隨著擺動件相對於連動件的角度而變化，也就是說，支撐件(踏板)在運動週期中的角度變化行為及角度變化幅度與連動件在運動週期中的角度變化行為及昇降位移幅度沒有必然關係，所以前述運動器材能夠兼顧較長的踏板運動行程及較小(或適當範圍內)的踏板角度變化幅度，而且比較容易針對踏板的角度變化行為進行最佳化調整，換言之，前述運動器材能夠依據需求設計成可提供腳部行程較長、抬腿高度較高，同時腳部的角度變化幅度被控制在適當範圍內的前述腿部運動。

進而，在使用本發明的運動器材進行腿部運動時，支撐件(踏板)可能是以沿著第一及第二封閉軌跡的後半邊上昇、沿著前半邊下降的方式，或是以沿著前半邊上昇、沿著後半邊下降的方式循環運動，總之，使用者腳部向上抬高及向下踩低是沿著具有前後差距的不同路線運動，藉由第一及第二封閉軌跡的適當形狀，前述腿部運動能夠含有小腿向前跨出及向後縮回的動作，運動較為全面、運動量較多。

10A‧‧‧運動器材

20‧‧‧架體

22‧‧‧底座單元

24‧‧‧骨架單元

241‧‧‧第一桿材

242‧‧‧第二桿材

243‧‧‧第三桿材

244‧‧‧第四桿材

245‧‧‧第五桿材

26‧‧‧握把組

30‧‧‧繞轉機構

31‧‧‧曲柄軸

32L/32R‧‧‧左/右曲柄臂

42‧‧‧飛輪

44‧‧‧皮帶傳動系統

46‧‧‧控制台

50L/50R‧‧‧左/右擺動件

51‧‧‧(擺動件)第一部位

52‧‧‧(擺動件)第二部位

53‧‧‧(擺動件)第三部位

60L/60R‧‧‧左/右連動件

61‧‧‧(連動件)第一部位

62‧‧‧(連動件)第二部位

63‧‧‧(連動件)第三部位

70L/70R‧‧‧左/右支撐件

71‧‧‧(支撐件)第一部位

72‧‧‧(支撐件)第二部位

73‧‧‧基座

74‧‧‧踏板

80L/80R‧‧‧左/右控制件

81‧‧‧(控制件)第一部位

82‧‧‧(控制件)第二部位

AP1‧‧‧第一弧形軌跡

AP2‧‧‧第二弧形軌跡

CP‧‧‧圓形軌跡

CP1‧‧‧第一封閉軌跡

CP2‧‧‧第二封閉軌跡

G‧‧‧地面

Claims (9)

1. 一種可供進行腿部運動的運動器材，包含有：一架體，具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；左、右二連動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位；一繞轉機構，設在前述架體的第一部位並且與前述左、右二連動件的第一部位連接，導引各前述連動件的第一部位相對於前述架體沿一圓形軌跡運動；前述圓形軌跡的圓心軸線對應於左右軸向；左、右二擺動件，各具有一第一部位、一第二部位及一第三部位，前述左、右二擺動件的第一部位分別樞接在前述架體的第二部位及第三部位，使各前述擺動件能以其第一部位為軸相對於前述架體偏轉；各前述擺動件的第二部位與同一側邊的前述連動件的第二部位樞接，導引各前述連動件的第二部位相對於前述架體沿一弧形軌跡運動，使得當前述連動件的第一部位沿著前述圓形軌跡循環運動時，前述連動件的第二部位會在前述弧形軌跡的第一端點與第二端點之間往復運動，而且前述連動件的第三部位會相對於前述架體沿一封閉軌跡循環運動；左、右二支撐件，分別用以支撐使用者的左腳及右腳；各前述支撐件具有一第一部位及一第二部位，各前述支撐件的第一部位樞接在同一側邊的前述連動件的第三部位，使前述支撐件能以其第一部位為軸相對於前述連動件偏轉；以及左、右二控制件，各前述控制件設在同一側邊的前述支撐件的第二部位與前述擺動件的第三部位之間，導引前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位沿一預定路徑相對運動，使得各側邊的前述支撐件相對於前述連動件的角度隨著前述擺動件相對於前述連動件的角度而變化。
2. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，在前述連動件的第一部位沿著前述圓形軌跡環繞一圈的運動週期中，前述支撐件相對於前述架體的最大角度變化量，小於前述連動件相對於前述架體的最大角度變化量。
3. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各側邊的前述支撐件相對於前述連動件的偏轉軸線，平行於同一側邊的前述擺動件相對於 前述連動件的偏轉軸線。
4. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各前述控制件具有一第一部位及一第二部位，分別樞接在同一側邊的前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位；各側邊的前述連動件的第二部位至第三部位形成一第一連桿，前述擺動件的第二部位至第三部位形成一第二連桿，前述支撐件的第一部位至第二部位形成一第三連桿，前述控制件的第一部位至第二部位形成一第四連桿，共同構成一四連桿機構。
5. 如請求項4之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各側邊的前述四連桿機構的第一連桿、第二連桿、第三連桿及第四連桿進行相對運動時的運動平面相互平行；前述第一連桿、第二連桿、第三連桿及第四連桿投影在前述運動平面上的長度分別定義為第一連桿長度、第二連桿長度、第三連桿長度及第四連桿長度，前述第一連桿長度、第二連桿長度、第三連桿長度及第四連桿長度當中最長者與最短者的長度和大於另外二者的長度和。
6. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各前述控制件具有一滑動面，前述控制件固定在同一側邊的前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位其中一者，而前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位另一者樞設一滾輪，前述滾輪抵接於前述滑動面並且可在前述滑動面上滑動。
7. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各前述控制件具有一導軌，前述控制件固定在同一側邊的前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位其中一者，而前述支撐件的第二部位及前述擺動件的第三部位另一者配接於前述導軌並且可沿著前述導軌運動。
8. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，前述繞轉機構使前述左、右二連動件的第一部位在前述圓形軌跡上保持180度相對。
9. 如請求項1之可供進行腿部運動的運動器材，其中，各前述連動件的第一部位高於第二部位及第三部位；前述弧形軌跡位在前述圓形軌跡的最低點之下，而且前述弧形軌跡的第一端點及第二端點的連結線與水平面之間的銳夾角大於45度；前述封閉軌跡位在前述圓形軌跡的最低點之下，而且前述封閉軌跡上的最高位置與最低位置投影在上下軸向上的高 低差距，大於前述封閉軌跡上的最前位置與最後位置投影在前後軸向上的前後差距。

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