TWI385009B - Elliptical motion machine with adjustable pedal trajectory - Google Patents

Description

可調整踏板軌跡的橢圓運動機

本發明與運動健身器材有關，更詳而言之，是關於一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機(Elliptical)。

台灣第200900108號專利早期公開案揭露一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其結構主要包含設在機台前端的一曲柄機構、設在後端的左、右二懸臂、耦接曲柄機構左、右二曲柄與前述二懸臂的左、右二支撐桿，以及分別受前述二支撐桿支撐並被導引在類似橢圓形軌跡上運動的左、右二踏板，主要特徵在於前述二懸臂是分別懸吊在左、右二架體上，各架體具有剛性連結的一縱桿段及一橫桿段，前述縱桿段的底端依一對應左右軸向的軸線樞接在固定骨架的底部後端，前述橫桿段則由縱桿段頂端往前延伸，前端連接在骨架前端的一驅動裝置，可被驅動而概沿橢圓運動機的儀錶桿昇高或降低，使得懸吊在橫桿段後端部位的懸臂頂端相對於骨架產生對應的前後位移，因而讓懸臂底端的擺盪軌跡及踏板的運動軌跡的斜度跟著改變。

相較於更早之前的擺臂式橢圓運動機(例如台灣I306032專利)，前揭橢圓運動機利用構成「第二類槓桿」(抗力點介在支點與施力點之間，施力臂大於抗力臂)的前述架體，使得驅動裝置可採用功率較小的馬達，藉以降低成本、節省電能、便利設計。然而，在獲得「省力」優點的同時，卻也不免伴隨「費時」的缺點，即，因為架體的橫桿段前端(即驅動裝置施力點)與縱桿段底端(即架體支點)之間的直線距離，明顯大於橫桿段後端(即承吊懸臂的抗力點)與縱桿段底端(前述支點)之間的直線距離，所以抗力點的位移速率會明顯小於施力點的位移速率(註：二者角速度相等，但因半徑不同，故移動距離有別)，換言之，若要使懸臂頂端位移一個單位距離，前述驅動裝置可能必須驅動橫桿段前端位移兩個單位距離，因此，使用者在調整踏板軌跡斜度時，會覺得反應時間較久。另一方面，對應於踏板軌跡可在預設的最大及最小斜度之間調整，機台前端需要較長的空間供架體前端位移，形成設計上的限制。

再者，前揭橢圓運動機是利用變動架體角度來調整踏板軌跡，當前述軌跡呈現最大及最小斜度時，架體的橫桿段角度也有明顯差距(例如由大致水平變成俯角二十度)。其中，橫桿段的後端頂面被設計成可供使用者上下踏板時捉扶的部位，而隨著橫桿段前端的大幅昇降，前述頂面的斜度也會產生明顯變動，如此會讓使用者捉扶該部位的姿勢及手感並非每次都相同，較不理想。

此外，前述左、右二架體的橫桿段前端相互連結並螺合在驅動裝置的一縱向螺桿上，前述螺桿底端樞接在骨架，頂端為未受支持的自由端，當螺桿受馬達驅動而正轉或反轉時，橫桿段前端即沿螺桿軸向昇高或降低，同時螺桿軸向亦會以底端為軸些微偏轉(牽就橫桿段前端必須以前述支點為圓心)。在此結構中，左、右二架體的前端重量完全施加在螺桿上，使得螺桿的螺合部位及底端樞接部位承受較大壓力，多少會影響驅動的效能及順暢性，也較容易造成結構壞損或劣化。

本發明的主要目的在於提供一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其調整速度相對較快，亦即能以較短時間回應使用者的調整需求。

本發明的另一目的在於提供一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其因應調整功能所需的構件位移空間相對較短，設計上較靈活。

本發明的又一目的在於提供一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其具有可供使用者上下踏板時捉扶的部位，且前述捉扶部位的角度不因前述踏板軌跡的調整而有明顯改變。

本發明的再一目的在於提供一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其在調整前述踏板軌跡時的驅動動作較為順暢，而且構件壽命較長。

為了達成上述目的，本發明提供的可調整踏板軌跡的橢圓運動機包含有：一主架體；一曲柄機構，設在主架體前端，具有左、右二曲柄；左、右二擺臂，各具有可前後擺盪的一擺盪端；左、右二支撐桿，各具有前、後二端，而且前端樞接在對應的曲柄外端，後端或中間部位樞接在對應的擺臂擺盪端；左、右二踏板，分別受前述二支撐桿支撐，被導引在一封閉軌跡上運動；其特徵在於：前述二擺臂分別懸吊在左、右二側架上，各側架具有一第一桿體及一第二桿體，各第一桿體具有頂、底二端，並以頂端可前後偏擺的方式將底端樞接在前述主架體的底部後端，各第二桿體具有前、後二端，其中的後端樞接在對應的第一桿體頂端，前端則連接在主架體前端的一驅動裝置上，前述驅動裝置可驅動第二桿體的前端前進或後退，藉以帶動側架受擺臂懸吊的部位對應地沿一往復軌跡在一前端點及一後端點之間位移，使前述封閉軌跡的長軸向斜度對應地加大或減小。較佳地，前述擺臂是懸吊在第二桿體的後端或近後端部位，抑或樞接在第一桿體的頂端或近頂端部位。

藉此，因為驅動裝置驅動第二桿體前端位移的位移量，即大致等於擺臂的懸吊端的位移量，所以踏板軌跡的變動速度相對較快，同時，側架前端所需的位移空間相對較短。此外，因為第二桿體的角度大致不變，所以若將其後端頂面設計為捉扶部位，則使用者能以固定姿勢及手感捉扶該部位，不受踏板軌跡影響。

再者，依據本發明一較佳實施例，前述主架體的前端設有一托撐部，而第二桿體的前端除了與驅動裝置連接，還以可前後滑動的方式搭置在前述托撐部上，可減輕驅動裝置與第二桿體連接部位的壓力，使驅動較為順暢、構件壽命較長。

請先參閱第1、2圖，本發明一較佳實施例的橢圓運動機主要包含安定在地面上的一主架體(10)、對稱地設在主架體(10)寬度兩側的左、右二側架(20)、分別懸吊在前述二側架(20)後端的左、右二擺臂(30)、設在主架體(10)前端的一曲柄機構(40)、耦接曲柄機構(40)左、右二曲柄(42)與前述二擺臂(30)的左、右二支撐桿(50)、以及分別受前述二支撐桿(50)支撐的左、右二踏板(60)。

請再搭配參閱第3圖，主架體(10)具有一平置在地面上的底座(11)，底座(11)的後半部形成開口朝後的U字形，底座(11)的前半部頂側固接一框架(12)(註：平時被第1圖中的殼體(15)包覆)，框架(12)頂側又固接一往上延伸的儀錶桿(13)，儀錶桿(13)頂端用以裝設橢圓運動機的操控台(console)，圖中省略未示。

前述二側架(20)對稱地設在左、右二側，各包含概沿上下方向延伸的一第一桿體(21)及概沿前後方向延伸的一第二桿體(22)，亦即，第一桿體(21)具有相對的一頂端及一底端，而第二桿體(22)具有相對的一前端及一後端，其中，前述二第一桿體(21)分別豎立在主架體(10)後端的左、右二側，底端依一對應左右軸向的軸線(以下稱第一軸線)(A1)樞接在底座(11)的U字形開口兩旁；各側架(20)的第二桿體(22)後端與對應的第一桿體(21)頂端相互樞接，在本實施例中，第二桿體(22)的後端焊固一樞接輔助件(23)，前述輔助件(23)具有左右相對的二夾板(未標號)，第一桿體(21)的頂端利用一對應左右軸向的樞軸(未標號)樞接在樞接輔助件(23)的左、右二夾板之間，使第一、第二桿體(21)(22)之間的夾角能夠改變。

各第二桿體(22)的前半段逐漸往內側偏靠，最後，左、右二第二桿體(22)的前端在機台的寬度中央透過一連結組件(24)剛性連結，使得左、右二側架(20)的第二桿體(22)會同步動作，連帶地，前述二第一桿體(21)也會以前述第一軸線(A1)為軸同步偏轉，而且，左、右二側的第一、第二桿體(21)(22)之間的前述樞軸會保持在同一軸線(第二軸線)(A2)上。

請搭配參閱第4圖，在本實施例中，主架體(10)的框架(12)上設有用以托撐前述第二桿體(22)前端的托撐部，前述托撐部是由對稱的左、右二導軌(14)所構成，各導軌(14)呈現大致沿前後方向延伸的長條板狀，其前端稍低、後端稍高，而且板面略顯拱弧。對應地，前述連結組件(24)的底側設有對稱的左、右二滾輪組，各滾輪組包含分別位在導軌(14)板面頂側及底側的上、下二滾輪(25)，該等滾輪(25)的輪軸均對應於左右軸向，可沿著導軌(14)板面滾動，藉此，第二桿體(22)的前端即以能沿一預定軌跡前後滑移的方式搭置在主架體(10)的托撐部上。

同時，第二桿體(22)的前端與主架體(10)之間設有一驅動裝置(70)，其可定位第二桿體(22)的前端相對於主架體(10)的位置，並可驅動第二桿體(22)的前端沿前述預定軌跡前進或後退。在本實施例中，驅動裝置(70)主要包含一偏轉座(71)、一伺服馬達(72)、一減速齒輪箱(73)及一螺桿(74)，偏轉座(71)利用一對應左右軸向的樞軸(未標號)樞接在框架(12)上，馬達(72)、齒輪箱(73)及螺桿(74)均裝配在偏轉座(71)上，其中，馬達(72)的轉軸連接在齒輪箱(73)的入力軸，而螺桿(74)的其中一端連接在齒輪箱(73)的出力軸，馬達(72)的轉軸旋轉運動會經由齒輪箱(73)降低轉速、增強扭力傳遞至螺桿(74)，使螺桿(74)在偏轉座(71)上依自身軸線原地旋轉。螺桿(74)是由偏轉座(71)往後延伸，後端為未受支持的自由端，桿身大致平行地介在前述左、右二導軌(14)之間。前述連結組件(24)在前述左、右二滾輪組之間設有一貫穿前、後二側的螺孔(26)，前述螺孔(26)受螺桿(74)螺合貫穿。

驅動裝置(70)的伺服馬達(72)與前述操控台(圖中未示)內的控制單元電性連接，可受控制而使馬達轉軸正轉或反轉預定圈數，亦即讓螺桿(74)依預定旋向轉動預定圈數，使得與螺桿(74)螺合的前述二第二桿體(22)前端沿著前述預定軌跡前進或後退預定距離。透過對驅動裝置(70)的控制，第二桿體(22)的前端僅能沿第2圖中的第一往復軌跡(R1)在一前止點(P1)及一後止點(P2)之間位移。當驅動裝置(70)驅動第二桿體(22)的前端前進或後退時，第二桿體(22)的後端會牽動第一桿體(21)的頂端以其底端的第一軸線(A1)為軸前後偏轉，而第二桿體(22)本身則類似水平移動，相對於地面的角度大致不變。當驅動裝置(70)停止運轉時，基於前述螺合關係，前述第二桿體(22)的前端會定位在當時位置，讓樞接在其後端的第一桿體(21)頂端也無法偏轉，而使得左、右二側架(20)維持穩固。

在本發明的另一實施例中(無圖)，左、右二側架的第二桿體前端沒有連結在一起，對應地，驅動裝置具有左、右兩組上述偏轉座、馬達、齒輪箱、螺桿機構，並分別與左右相隔的二第二桿體前端螺合連接，再透過電子控制使左、右二馬達同步運轉，以維持左、右二側架同步動作及定位。

當然，除了上述機構外，本發明中的驅動裝置還可採用其他型式的機構帶動第二桿體前後位移，例如：第二桿體前端設有前後延伸的齒排(rack)，而主架體上設有與前述齒排嚙合的齒輪(pinion)，或相反設置，驅動前述齒輪旋轉即可使第二桿體相對於主架體前後位移；或者，將一可前後偏擺的偏擺桿頂端或底端樞接在第二桿體前端，再驅動偏擺桿進行偏擺，亦可帶動第二桿體前後位移。

請再度參閱第1、2圖，各前述擺臂(30)具有相對在上的一懸吊端(即頂端)及相對在下的一擺盪端(即底端)，並且將其懸吊端利用一對應左右軸向的樞軸(未標號)樞接在對應側架(20)的樞接輔助件(23)的左、右二夾板之間，使其擺盪端可沿一弧形軌跡(圖中未示)前後擺盪。左、右二擺臂(30)懸吊端的前述樞軸位在同一軸線(以下稱第三軸線)(A3)上，並且隨著左、右二側架(20)的同步位移而一起前進或後退，即，前述懸吊端可相對於主架體(10)沿一第二往復軌跡(概呈以第一桿體(21)底端為圓心的弧形，圖中未示)在一前端點及一後端點之間位移。前揭擺臂(30)雖然是懸吊在第一、第二桿體(21)(22)樞軸附近，但本發明中的擺臂懸吊端也可能與前述樞軸同軸，或者是懸吊在第二桿體上的接近後端或後半部、第一桿體上的接近頂端或上半部等側架上的任何適當位置。

前述曲柄機構(40)具有可自轉地樞設在前述框架(12)上的一曲柄軸(41)，以及分別固接在曲柄軸(41)左、右二端的前述二曲柄(42)，前述二曲柄(42)的外端以曲柄軸(41)為圓心維持180度相對。

除了曲柄機構(40)，框架(12)上還設有透過皮帶傳動系統而與曲柄機構(40)連接的飛輪及阻力裝置(均未標號)，前述阻力裝置典型為一磁阻系統，可經由前述操控台(圖中未示)以電子方式加以控制，使曲柄機構(40)轉動時須克服預定阻力。前述皮帶傳動系統、飛輪、阻力裝置等，均為本領域中周知慣用的習知技藝，且與本發明的重點無關，在此不作特別說明。另外，曲柄機構(40)、皮帶傳動系統、飛輪及阻力裝置等均為前述殼體(15)所包覆，而左、右二曲柄(42)的外側面分別覆接一可隨其旋轉的轉盤(16)，僅曲柄(42)外端露出在外，此亦習知結構。

各前述支撐桿(50)具有相對的一前端及一後端，前端利用類似萬向接頭(universal joint)的結構樞接在對應側邊的曲柄(42)外端，後端利用一對應左右軸向的樞軸(未標號)樞接在對應側邊的擺臂(30)擺盪端，藉此，支撐桿(50)的前、後二端被分別導引在一圓形軌跡及前述弧形軌跡上運動。支撐桿前端亦可直接利用一對應於左右軸向的樞軸與曲柄外端樞接；採用前述萬向接頭的目的在於吸收構件的製造或組裝公差，此為習知技藝。

各前述踏板(60)連接在對應側邊的支撐桿(50)的前、後二端之間的一支撐部(51)，被導引在一封閉軌跡(C)上運動。在本實施例中，踏板(60)將其前端(腳趾端)利用一對應左右軸向的樞軸(未標號)樞接在支撐桿(50)的支撐部(51)上方，同時，橢圓運動機的左、右二側各設有一扶手桿(80)及一連桿(90)，各扶手桿(80)概呈縱向延伸，並將中間部位依一對應左右軸向的軸線(未標示)樞接在前述框架(12)側邊，使其頂、底二端可前後偏擺，其中的頂端形成可供使用者捉握的運動握把；各連桿(90)概呈前後延伸，前端利用一對應左右軸向的樞軸與扶手桿(80)底端樞接，後端則與踏板(60)側邊固接；藉此，在運動過程中，踏板(60)與扶手桿(90)會相互帶動，而且踏板(60)相對於支撐桿(50)的角度會循環變化，此為習知技藝。對本發明而言，前述扶手桿及連桿並非絶對必要(亦即可能省略手部運動)，而踏板也可直接固定在支撐桿的支撐部上，此亦習知技藝。此外，前述支撐桿可能以其中間部位與前述擺臂的擺盪端樞接，並以其後端作為支撐部直接或間接支撐前述踏板，同樣可導引踏板在一封閉軌跡上運動。

本發明的橢圓運動機供使用者進行腿部(及手部)運動的原理及使用方法，基本上和類似型式的習知橢圓運動機(例如前揭台灣第200900108號專利早期公開案)並無差別，因此在本案中不作贅述。

當使用者基於個人需求，或是機台自動依據預設程式，而要調整前述踏板(60)的封閉軌跡(C)長軸向斜度時，前述驅動裝置(70)會受到控制而以前述機制驅動左、右二第二桿體(21)的前端前進或後退預定距離，使左、右二側架(20)同步運動，讓左、右二擺臂(30)的懸吊端所在位置(即前述第三軸線(A3))沿前述第二往復軌跡前後位移對應距離，而當前述懸吊端往前位移時，擺臂(30)擺盪端的前述弧形軌跡以及踏板(60)的前述封軌跡(C)的斜度會逐漸變小，反之，當前述懸吊端往後位移時，前述弧形軌跡及封軌跡(C)的斜度(仰角)會逐漸變大，藉此可調整腿部運動的形態及難度。

相較於同類橢圓運動機，本發明的功效及優點如下：

一、無論擺臂的懸吊端是樞接在側架的第二桿體(任何可能位置)或第一桿體(頂端或近頂端部位)，在調整踏板軌跡時，前述樞接部位的位移速率都會大致等於第二桿體前端的位移速率，換言之，驅動裝置驅動第二桿體的前後位移量會直接反應成擺臂懸吊端的前後位移量，因此，在相同的馬達轉速及相關條件下，本發明的調整動作較為快速。

二、連帶地，在同樣的擺臂懸吊端位移範圍(對應於踏板軌跡的調整範圍)之下，本發明的側架前端所需的位移空間長度較短，有利於機構安排、體積減縮、外觀設計等。

三、若將左、右二第二桿體的頂面設計成可供使用者上下踏板時捉扶的部位，則由於第二桿體的角度不會因為調整踏板軌跡而有明顯變化，因此使用者能以固定姿勢及手感捉扶該部位。

四、因為第二桿體的前端另以可前後滑動的方式搭置在主架體的托撐部上，所以能分散驅動裝置所承受的壓力，例如，前述螺桿(74)與前述連結組件(24)螺合的部分不用完全承擔左、右側架(20)的前端重量，所以驅動動作較為穩定順暢，相關構件亦較不易磨耗、損壞。

10．．．主架體

11．．．底座

12．．．框架

13．．．儀錶桿

14．．．導軌

15．．．殼體

16．．．轉盤

20．．．側架

21．．．第一桿體

22．．．第二桿體

23．．．樞接輔助件

24．．．連結組件

25．．．滾輪

26．．．螺孔

30．．．擺臂

40．．．曲柄機構

41．．．曲柄軸

42．．．曲柄

50．．．支撐桿

51．．．支撐部

60．．．踏板

70．．．驅動裝置

71．．．偏轉座

72．．．伺服馬達

73．．．減速齒輪箱

74．．．螺桿

80．．．扶手桿

90．．．連桿

A1．．．第一軸線

A2．．．第二軸線

A3．．．第三軸線

C．．．封閉軌跡

R1．．．第一往復軌跡

第1圖是本發明一較佳實施例的立體圖；

第2圖是本發明一較佳實施例的側視圖(取除機台前端的殼體)；

第3圖主要在顯示本發明一較佳實施例當中的主架體、側架及驅動裝置的結構關係；

第4圖是對應第2圖當中的I-I剖線的剖視圖。

10．．．主架體

11．．．底座

13．．．儀錶桿

15．．．殼體

16．．．轉盤

20．．．側架

21．．．第一桿體

22．．．第二桿體

30．．．擺臂

50．．．支撐桿

51．．．支撐部

60．．．踏板

80．．．扶手桿

90．．．連桿

Claims (10)

1. 一種可調整踏板軌跡的橢圓運動機，包含有：一主架體；左、右二側架，各前述側架包含一第一桿體及一第二桿體；各前述第一桿體具有一頂端及一底端，前述底端樞接在前述主架體底部；各前述第二桿體具有一前端及一後端，前述後端樞接在對應的前述第一桿體的頂端；一驅動裝置，連接在前述第二桿體的前端及前述主架體之間，能固定前述第二桿體相對於前述主架體的位置；前述驅動裝置包含一能被控制正、反轉的馬達，當前述馬達正轉時，前述驅動裝置會驅動前述第二桿體的前端沿一第一往復軌跡往前位移，反之，當前述馬達反轉時，前述驅動裝置會驅動前述第二桿體的前端沿前述第一往復軌跡往後位移；前述第一往復軌跡大致沿前後方向延伸，而且並非呈現以前述第一桿體的底端為圓心的弧線；左、右二擺臂，各具有相對的一懸吊端及一擺盪端，前述懸吊端樞接在對應的前述側架上；當前述第二桿體的前端受前述驅動裝置驅動而沿前述第一往復軌跡前後位移時，前述擺臂的懸吊端會對應地沿一第二往復軌跡在一前端點及一後端點之間位移；一曲柄機構，設在前述主架體，具有左、右二曲柄；左、右二支撐桿，各具有一前端及一後端，前述二支撐桿的前端分別樞接在前述二曲柄，前述二支撐桿的前端之後的一預定部位分別樞接在前述二擺臂的擺盪端； 左、右二踏板，分別與前述二支撐桿的前端之後的一支撐部連接，被導引在一封閉軌跡上運動；前述擺臂的懸吊端位在前述後端點時的前述封閉軌跡的長軸向仰角，大於前述懸吊端位在前述前端點時的前述仰角。
2. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述主架體設有一托撐部，前述第二桿體的前端以可前後滑移的方式搭置在前述托撐部上。
3. 依據申請專利範圍第2項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述托撐部呈現概沿前後方向延伸的長條板狀；前述第二桿體的前端設有至少一滾輪組，各滾輪組包含分別位在前述托撐部板面頂側及底側的上、下二滾輪。
4. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述驅動裝置還包含一偏轉架及一螺桿，前述偏轉架樞設在前述主架體，前述馬達及前述螺桿設在前述偏轉架上，其中，前述螺桿概沿前後方向延伸並與前述第二桿體螺合，可受前述馬達驅動而正轉或反轉。
5. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述驅動裝置還包含一齒排及一齒輪，前述齒排設在前述第二桿體及前述主架體二者其中一者，概沿前後方向延伸，前述齒輪樞設在前述第二桿體及前述主架體二者中的另一者，與前述齒排嚙合，並可受前述馬達驅動而正轉或反轉。
6. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的 橢圓運動機，其中，前述二側架的第二桿體前端相互連結。
7. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述擺臂的懸吊端是樞接在前述第二桿體的後端或近後端部位。
8. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述擺臂的懸吊端是樞接在前述第一桿體的頂端或近頂端部位。
9. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述擺臂的懸吊端是樞接在前述第一、第二桿體相互樞接的部位。
10. 依據申請專利範圍第1項所述的可調整踏板軌跡的橢圓運動機，其中，前述支撐桿的後端樞接在前述擺臂的擺盪端，前述支撐部是介在前述支撐桿的前端及後端之間。