TWI486190B

TWI486190B - 可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材

Info

Publication number: TWI486190B
Application number: TW102125128A
Authority: TW
Inventors: Tzu Yao Tai; Cheng Yu Kuo
Original assignee: Univ Southern Taiwan Sci & Tec
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-06-01
Also published as: TW201501745A

Description

可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材

本發明係有關於一種可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，尤指一種利用水為阻力來源，以提供下肢骨骼肌力進行適度阻力訓練之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材。

按，隨著科技進步及人們生活型態改變，現代人的運動量與運動時間大幅縮減，尤其是老年人退休後，由於沒有從事生產活動，又沒有運動習慣下，其骨骼肌力下降與退化速度更為顯著，嚴重影響其體力與健康，現有坊間有諸多運動健身器材，可提供缺乏運動的現代人身體四肢之骨骼肌力訓練使用。

請參閱我國公告第M443555號之「扭腰滑步機」、我國公告第M398439號之「具扭擺健身效果之雙弧軌滑步機結構」，為現有於室內或戶外常見之下肢運動器材，該我國公告第M443555號之「扭腰滑步機」主要將踏板設於一對應旋轉件上，並使旋轉件以一固定樞接點為中心而轉動，當使用者雙腳踩踏於踏板，一前一後且往復交叉移動時，即可產生前後向的滑步動作，達到運動下肢的目的；另我國公告第 M398439號之「具扭擺健身效果之雙弧軌滑步機結構」則利用雙可調式弧形滑軌，使用者踩踏於踏板，進行正逆圓弧之滑移動作，於滑移動作時，下肢便會進行旋轉之運動。我國公告第M443555號之「扭腰滑步機」、我國公告第M398439號之「具扭擺健身效果之雙弧軌滑步機結構」雖皆可達到運動身體下肢的效果，但由於未設有阻力機構，因此，當使用者運動時，缺乏阻力可供作為運動方向之反向抗力，以致對於下肢肌力訓練成效相當有限。

於是，乃有業者研發於使用者施力的反向處設有鉛塊或液壓油缸等阻力機構，如我國公告第M424170號之「上下肢重量訓練器材」及我國公告第383592號之「油壓式手腳關節筋骨復健運動器」等專利前案，其中，該我國公告第M424170號之「上下肢重量訓練器材」主要係以複數鉛塊搭配一滑座作為阻力機構，另該我國公告第383592號之「油壓式手腳關節筋骨復健運動器」則是藉由二連通之作動壓缸作為阻力機構，可視使用者所需，調整該作動壓缸內油壓，以提供使用者能負荷之反力。然，該我國公告第M424170號之「上下肢重量訓練器材」及我國公告第383592號之「油壓式手腳關節筋骨復健運動器」雖設有阻力機構，但以鉛塊為阻力來源，對老年人等肌力較弱之使用者，容易造成運動傷害，且若將該配備鉛塊之運動器材放置於戶外，該鉛塊係會發生氧化、鏽蝕等損壞，更易被竊取遺失，另以液壓油為阻力來源之運動器材，若置於公園等戶外場所，當液壓油洩漏時，將會對戶外環境造成損害。

緣是，本發明人有鑑於現有提供人們下肢等部位運動之器材，於實際使用上係有上述諸多使用缺失，乃藉其多年於相關領域的製造及設計經驗和知識的輔佐，並經多方巧思，針對現有提供人們下肢部位肌力訓練之器材進行研發改良，而研創出本發明。

本發明係有關於一種可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其主要目的係為了提供一種利用水為阻力來源，以提供下肢骨骼肌力進行適度阻力訓練之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材。

為了達到上述實施目的，本發明人乃研擬如下可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，係包含：一支撐架，係於該支撐架兩側分別組設有豎立之支柱，且於該兩側支柱上端分別組接有組立座，並於該組立座側面貫穿有通孔；兩傳動單元，係各包含有一凸輪，該凸輪係為盤型確動凸輪，乃使該凸輪端面成型有凸輪導槽，又於該凸輪導槽內設有從動件，另設有活塞桿，並使該從動件與一連結座相組設，又使該連結座與該活塞桿一端相組接，且使該活塞桿另端組設有活塞，另於該凸輪穿接一傳動桿，且使該兩傳動單元之傳動桿各與該支撐架之兩側支柱上端組立座設具之通孔穿接組設；兩液壓阻力單元，乃分別與兩傳動單元對應組設，係各包含有一液壓缸，乃使該液壓缸之液壓室內容置有該傳動單元之活塞桿及活塞，且由該活塞將該液壓缸之液壓室分成上液壓區間及下液壓區間，又於該液壓缸外部設有呈封閉之迴流管，並於該封閉之迴流管上、下二側處分別導通連接有上導流管一端及下導流管一端，且使該上、下導流管另端分別與液壓缸其液壓室之上液壓區間及下液壓區間導通連接，又使該封閉之迴流管左、右二側分別為下行迴流段及上行迴流段，且於該下行迴流段及上行迴流段各組設有逆止閥及可調式流量閥，並使該下行迴流段之逆止閥與該上行迴流段之逆止閥呈反向設置，復於該液壓缸之液壓室內容置有水；兩下肢擺動單元，係各包含有踏板及搖臂桿，乃使該踏板與該搖臂桿底端相組接，又使兩下肢擺動單元之搖臂桿上端各與該支撐架其兩側支柱處組設之傳動單元其傳動桿其一端相組接。

如上所述之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其中，該液壓阻力單元之活塞端面係進一步貫穿有複數穿孔。

如上所述之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其中，該傳動單元之凸輪端面係進一步於相對其凸輪導槽之另側成型有限位溝槽，又於該限位溝槽中穿設有插梢，且使該插梢與該支撐架之支柱處相組設。

如上所述之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其中，該傳動單元之凸輪其限位溝槽係成型為呈116度夾角之圓弧型曲線。

如上所述之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其中，該支撐架係包含一底框架，並於該底框架兩側邊各連接豎立之側框架，又使該底框架兩側邊於相鄰該側框架處各連接有該支柱，另使該兩側之側框架及支柱上端分別組接有組立座，乃於該組立座上設有開槽，以供該傳動單元其凸輪設置於該組立座之開槽中，又於該組立座側面貫穿有通孔，並使該通孔與該開槽相通，以供該傳動單元其凸輪穿接之傳動桿穿設於該組立座之通孔，另使該傳動桿位於該組立座外側之一端組接有擋片，且使該傳動桿位於該組立座內側之一端與該下肢擺動單元之搖臂桿上端相組接，又於該組立座側面貫穿有插孔，且使該插孔與該組立座之開槽相通，並使穿設該傳動單元之凸輪其限位溝槽中之插梢插設組接於該組立座之插孔中。

如上所述之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，其中，該支撐架係進一步包含有一扶手框架，乃使該扶手框架位於兩側框架間，並使該扶手框架兩端各與兩側框架相連接。

據此，本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係主要利用盤型確動凸輪配合液壓缸組接之迴流管上所設逆止閥及可調式流量閥設計，以有效控制液壓缸內流體流向及流量，確保經盤型確動凸輪所帶動之活塞於液壓缸內作動時，可產生適度的壓力提供與來源力量方向相反之阻抗力，依此，以達到對使用者下肢骨骼肌力進行適當阻力訓練效果。

又本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係主要利用水作為液壓阻力單元之阻力流體，如此，不僅可降低成本，當將本發明放置於公園等戶外場所時，若該水之流體不慎洩漏時，亦不會對環境造成不當之損害者。

另本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係於傳動單元之凸輪設有限位溝槽，利用該限位溝槽及穿設其內之插梢設計，即可令下肢擺動單元經傳動桿與凸輪相組接之擺臂，其前、後擺動幅度限制在適當的角度範圍內，據此，即可避免使用者下肢因擺動幅度過大，而造成不當運動傷害之情形者。

復本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係於液壓阻力單元其活塞端面貫穿有數穿孔，藉此，當活塞擠壓流體時，流體會經活塞端面所設數穿孔，流通於上、下液壓區間，利用該活塞端面之穿孔設計，即可增加流體於上、下液壓區間流通順暢性，及防止液壓缸其缸壁承受過大壓力而受損等效果。

(1)‧‧‧支撐架

(11)‧‧‧底框架

(12)‧‧‧側框架

(13)‧‧‧扶手框架

(14)‧‧‧支柱

(141)‧‧‧鏤空孔

(142)‧‧‧中空部

(15)‧‧‧組立座

(151)‧‧‧開槽

(152)‧‧‧通孔

(153)‧‧‧插孔

(2)‧‧‧傳動單元

(21)‧‧‧凸輪

(211)‧‧‧凸輪導槽

(212)‧‧‧限位溝槽

(22)‧‧‧從動件

(23)‧‧‧連結座

(24)‧‧‧活塞桿

(25)‧‧‧活塞

(251)‧‧‧穿孔

(26)‧‧‧傳動桿

(27)‧‧‧擋片

(28)‧‧‧插梢

(3)‧‧‧液壓阻力單元

(31)‧‧‧液壓缸

(311)‧‧‧液壓室

(312)‧‧‧上液壓區間

(313)‧‧‧下液壓區間

(32)‧‧‧迴流管

(321)‧‧‧上導流管

(322)‧‧‧下導流管

(323)‧‧‧下行迴流段

(324)‧‧‧上行迴流段

(33)‧‧‧逆止閥

(34)‧‧‧可調式流量閥

(35)‧‧‧流體

(4)‧‧‧下肢擺動單元

(41)‧‧‧踏板

(42)‧‧‧搖臂桿

第一圖：本發明之整體立體圖

第二圖：本發明之局部放大立體圖

第三圖：本發明之液壓阻力單元放大立體圖

第四圖：本發明之搖臂桿前擺實施狀態圖

第五圖：本發明之活塞下行之水流狀態圖

第六圖：本發明之活塞上行之水流狀態圖

第七圖：本發明之搖臂桿後擺實施狀態圖

而為令本發明之技術手段及其所能達成之效果，能夠有更完整且清楚的揭露，茲詳細說明如下，請一併參閱揭露之圖式及圖號：首先，請參閱第一圖所示，為本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材，係主要由支撐架(1)、傳動單元(2)、液壓阻力單元(3)及擺動單元(4)所組成；其中：該支撐架(1)，係包含一矩型底框架(11)，並於該底框架(11)兩側邊各連接豎立之側框架(12)，又於兩側框架(12)間設有扶手框架(13)，且使該扶手框架(13)兩端各與兩側框架(12)相連接，另使該底框架(11)兩側邊於相鄰側框架(12)處各連設有豎立之支柱(14)，且使該兩支柱(14)各形成中空，並於該兩支柱(14)適位處設有鏤空孔(141)，且使該鏤空孔(141)與該支柱(14)之中空部(142)相通，復於兩側之側框架(12)及支柱(14)上端分別組接有組立座(15)，該組立座(15)上係成型有開槽(151)，並於該組立座(15)側面貫穿有通孔(152)，又於該組立座(15)側面位於通孔(152)上方處貫穿有插孔(153)，且使該通孔(152)及插孔(153)與該組立座(15)之開槽(151)相通；該傳動單元(2)，請一併參閱第二圖所示，係於該支撐架(1)之兩組立座(15)其開槽(151)中各組設有一傳動單元(2)之凸輪(21)，該凸輪(21)係為盤型確動凸輪，於該凸輪(21)端面係成型有一概呈半橢圓狀曲線之凸輪導槽(211)，又於該凸輪導槽(211)內設有呈滾輪狀之從動件(22)，並使該從動件(22)與一叉型連結座(23)相組設，且使該連結座(23)組接有活塞桿(24)一端，又使該活塞桿(24)另端組設有活塞(25)，並使該連結座(23)、活塞桿(24)及活塞(25)位置於支柱(14)之中空部(142)中，另於該凸輪(21)中心處穿接一傳動桿(26)，並使該傳動桿(26)穿設於該組立座(15)之通孔(152)，且使該傳動桿(26)位於該組立座(15)外側之一端組設有擋片(27)，又使該傳動桿(26)位於組立座(15)內側之一端組設有下肢擺動單元(4)之搖臂桿(42)，另於該凸輪(21)端面相對其凸輪導槽(211)另側成型有概呈110~120度夾角之圓弧型曲線限位溝槽(212)，該限位溝槽(212)係以116度夾角為最佳，又使支撐架(1)其組立座(15)之插孔(153)與該限位溝槽(212)相對應，並於該組立座(15)之插孔(153)插設有插梢(28)，且使該插梢(28)穿經該限位溝槽(212)；該液壓阻力單元(3)，請一併參閱第三、五圖所示，乃設有兩液壓阻力單元(3)，以分別與兩傳動單元(2)對應組設，該液壓阻力單元(3)係包含一液壓缸(31)，乃使該液壓缸(31)組設於支撐架(1)其支柱(14)之中空部(142)中，並位於該支柱(14)之鏤空孔(141)處，又於該液壓缸(31)之液壓室(311)內容置有傳動單元(2)之活塞桿(24)及活塞(25)，以由活塞(25)將液壓缸(31)其液壓室(311)分成上液壓區間(312)及下液壓區間(313)，且於該活塞(25)端面貫穿有數穿孔(251)，又於該液壓缸(31)外部設有呈矩形框狀之封閉迴流管(32)，並於該封閉之迴流管(32)上、下二側處分別導通連接有上導流管(321)一端及下導流管(322)一端，且使該上、下導流管(321)、(322)另端分別與液壓缸(31)其液壓室(311)之上液壓區間(312)及下液壓區間(313)導通連接，又該封閉之迴流管(32)左、右二側係分別為下行迴流段(323)及上行迴流段(324)，且於該下行迴流段(323)及上行迴流段(324)各組設有逆止閥(33)及可調式流量閥(34)，乃使下行迴流段(323)之逆止閥(33)及可調式流量閥(34)由上方逆止閥(33)及下方可調式流量閥(34)之順序排列，另使該上行迴流段(324)之逆止閥(33)及可調式流量閥(34)由下方逆止閥(33)及上方可調式流量閥(34)之順序排列，且使該下行迴流段(323)逆止閥(33)與上行迴流段(324)之逆止閥(33)呈反向設置，復於該液壓缸(31)之液壓室(311)內容置有流體(35)，該流體(35)係為水；該下肢擺動單元(4)，係包含有兩對應之踏板(41)及搖臂桿(42)，乃使兩踏板(41)分別與兩搖臂桿(42)底端相組接，又使該兩搖臂桿(42)上端各與支撐架(1)其兩組立座(15)組設之傳動單元(2)其傳動桿(26)內側之一端相組接。

據此，當實施安裝時，請再參閱第一圖所示，係可將本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材裝設於公園等戶外場所，以提供到公園等戶外場所休憩或活動人們，尤其是老年人等運動使用，而藉由本發明之支撐架(1)其矩型底框架(11)設計，即可將本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材便利、平穩地架設於公園等戶外場所之地面上。

當使用者欲使用本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材進行下肢運動時，請一併參閱第四圖所示，係使其雙腳分別踩踏於下肢擺動單元(4)之兩踏板(41)上，另其兩手部則可握持連設於兩側框架(12)間之扶手框架(13)，以穩定於上半身，繼之，使用者係自然擺動其雙腿，即可帶動其雙腳踩踏之踏板(41)，連動組接搖臂桿(42)擺動，當下肢擺動單元(4)之搖臂桿(42)作動時，係會帶動相組接之傳動單元(2)其傳動桿(26)轉動，當搖臂桿(42)往前方擺動時，該傳動桿(26)係帶動其相組接之凸輪(21)順時針旋轉作動，而於凸輪(21)順時針旋轉作動時，位於凸輪(21)其呈半橢圓狀曲線之凸輪導槽(211)內之從動件(22)，即會由該凸輪導槽(211)一端往該凸輪導槽(211)另端移動，並沿著凸輪導槽(211)帶引，以由凸輪導槽(211)一端經升程段通過頂點後由回程段到凸輪導槽(211)另端。

而於從動件(22)沿著凸輪導槽(211)之升程段作動時，請一併參閱第五圖所示，從動件(22)係經連結座(23)帶動活塞桿(24)抵推活塞(25)由液壓缸(31)其液壓室(311)之上液壓區間(312)往下液壓區間(313)方向作動，而於活塞(25)由上液壓區間(312)往下液壓區間(313)作動之際，係會對液壓室(311)內容置之水等流體(35)產生擠壓之推力，同時該液壓室(311)內之流體(35)亦會對活塞(25)產生反作用之阻力，以令使用者腿部經踩踏之踏板(41)帶動搖臂桿(42)往前方擺動時，因該液壓阻力單元(3)內之流體(35)造成之阻力，達到對其腿部等下肢骨骼肌力適度阻力訓練效果。

當活塞(25)由液壓缸(31)液壓室(311)之上液壓區間(312)往下液壓區間(313)作動時，下液壓區間(313)之流體(35)係會受活塞(25)擠壓，而由連接於下液壓區間(313)之下導流管(322)流入迴流管(32)中，在迴流管(32)組設之逆止閥(33)單向導引及壓差下，該流體(35)係會沿下行迴流段(323)之逆止閥(33)經上導流管(321)流往液壓缸(31)液壓室(311)之上液壓區間(312)中，於從動件(22)通過凸輪導槽(211)頂點時，活塞(25)係會進給至液壓缸(31)液壓室(311)之下液壓區間(313)最低處，另當活塞(25)擠壓流體(35)時，流體(35)亦會經活塞(25)端面所設數穿孔(251)，而由下液壓區間(313)流往上液壓區間(312)，藉此活塞(25)端面設具之穿孔(251)設計，即可增加流體於上、下液壓區間(312)、(313)流通順暢性，並防止液壓缸(31)其缸壁承受過大壓力而受損。

續之，請一併參閱第六圖所示，當從動件(22)通過凸輪導槽(211)頂點後，即進入回程段，此時，從動件(22)及與其相組接之活塞(25)係未受凸輪導槽(211)所頂掣，同時，注滿液壓缸(31)液壓室(311)上液壓區間(312)中之流體(35)會因為壓差而由上導流管(321)通過迴流管(32)之上行迴流段(324)其逆止閥(33)流往下導流管(322)，以進入壓力較小之下液壓區間(313)中，以至液壓缸(31)液壓室(311)之上、下液壓區間(312)、(313)壓力達到平衡為止，而於流體(35)流回液壓室(311)之下液壓區間(313)後，活塞(25)係會受液壓室(311)下液壓區間(313)內之流體(35)頂推而上升，於上、下液壓區間(312)、(313)到達壓力平衡時，該活塞(25)亦回復至原位處。

再者，當使用者其腿部施力經踩踏之踏板(41)帶動搖臂桿(42)往後方擺動時，請一併參閱第七圖所示，搖臂桿(42)係會帶動相組接之傳動單元(2)其傳動桿(26)連動其相接之凸輪(21)逆時針旋轉作動，位於凸輪(21)其凸輪導槽(211)內之從動件(22)，係會再由凸輪導槽(211)一端往該凸輪導槽(211)另端移動，於從動件(22)由凸輪導槽(211)一端往另端移動之際，該液壓阻力單元(3)亦重複上述作動，而產生阻力作用，以達到對腿部等下肢骨骼肌力提供適度阻力訓練之功效。

又當使用者經下肢擺動單元(4)之擺臂(42)連動傳動單元(2)之傳動桿(26)帶動其凸輪(21)順時針及逆時針旋轉作動時，利用凸輪(21)呈具116度夾角之限位溝槽(212)及穿設於該限位溝槽(212)之插梢(28)設計，即可限制凸輪(21) 的順、逆時針轉動角度各在58度之作動範圍內，以令該下肢擺動單元(4)經傳動桿(26)而與凸輪(21)相組接之擺臂(42)，其前、後擺動幅度亦限制在前、後各58度範圍，如此，便可避免使用者下肢因擺動幅度過大，而造成不當運動傷害之情形者。

另當使用者欲調節液壓阻力單元(3)所產生阻力之大小時，即可由可調式流量閥(34)處進行流量之調節控制，而使迴流管(32)中之流體因閥門截面積的改變形成不同的黏滯阻抗，當將可調式流量閥(34)通過流量調小時，產生之阻力便相對提高，反之，將可調式流量閥(34)通過流量調大時，產生之阻力便相對降低，如此，便可因應使用者年齡及訓練等所需，進行適當之阻力調整，避免發生運動傷害之風險，且由於本發明之液壓阻力單元(3)係以水為流體(35)，故不僅成本低廉，且當放置於公園等戶外場所時，若該水之流體(35)不慎洩漏時，亦不會對環境造成不當損害。

前述之實施例或圖式並非限定本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材實施樣態，凡所屬技術領域中具有通常知識者所為之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材專利範疇。

由上述結構及實施方式可知，本發明係具有如下優點：

1.本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係主要利用盤型確動凸輪配合液壓缸組接之迴流管上所設逆止閥及可調式流量閥設計，以有效控制液壓缸內流體流向及流量，確保經盤型確動凸輪所帶動之活塞於液壓缸內作動時，可產生適度的壓力提供與來源力量方向相反之阻抗力，依此，以達到對使用者下肢骨骼肌力進行適當阻力訓練效果。

2.本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係主要利用水作為液壓阻力單元之阻力流體，如此，不僅可降低成本，當將本發明放置於公園等戶外場所時，若該水之流體不慎洩漏時，亦不會對環境造成不當之損害者。

3.本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係於傳動單元之凸輪設有限位溝槽，利用該限位溝槽及穿設其內之插梢設計，即可令下肢擺動單元經傳動桿與凸輪相組接之擺臂，其前、後擺動幅度限制在適當的角度範圍內，據此，即可避免使用者下肢因擺動幅度過大，而造成不當運動傷害之情形者。

4.本發明之可調整水壓阻力式凸輪迴轉往復式下肢體適能器材係於液壓阻力單元其活塞端面貫穿有數穿孔，藉此，當活塞擠壓流體時，流體會經活塞端面所設數穿孔，流通於上、下液壓區間，利用該活塞端面之穿孔設計，即可增加流體於上、下液壓區間流通順暢性，及防止液壓缸其缸壁承受過大壓力而受損等效果。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。