TWI535473B - 斜靠式運動裝置與其系統與方法 - Google Patents

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TWI535473B
TWI535473B TW103127875A TW103127875A TWI535473B TW I535473 B TWI535473 B TW I535473B TW 103127875 A TW103127875 A TW 103127875A TW 103127875 A TW103127875 A TW 103127875A TW I535473 B TWI535473 B TW I535473B
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布萊恩 莫瑞
陳裕翔
高光雄
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岱宇國際股份有限公司
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Description

斜靠式運動裝置與其系統與方法
本發明係關於一種運動裝置,特別是一種斜靠式運動裝置與其系統和方法。
運動裝置可增強使用者的力量及/或狀態,包含阻力式和無盡路徑式,前者例如重量訓練機和彈力負荷訓練裝置;後者例如運動腳踏車、跑步機,以及橢圓機等。其中,許多無盡路徑式的運動裝置,例如運動腳踏車,具有斜靠式的座椅,以降低身體的衝擊,及/或訓練不同於直立式運動裝置的肌肉。斜靠式運動裝置,也可作為活動能力有限、運動範圍較小,及/或因為健康因素,或因為復健需要,在家或臨床進行物理治療的人們訓練使用。例如,對於腿部或手臂受傷及/或心血管疾病的人,斜靠式腳踏車和踏步機,可提供其下半身的訓練。
美國專利US5,356,356揭露一種斜靠式運動裝置,具有一對踏板分別連接至一對應的腿桿以及一對應的臂桿。前述腿桿和臂桿樞接於一組架,藉此可繞著一橫向軸轉動,且兩者彼此做相對運動,以模擬步行。此外,一磁阻式機構連接至腿桿和臂桿,以提供其旋轉的阻力。美國專利US6,790,162揭露 一種斜靠式的踏步機,其機構相似於美國專利US5,356,356,除了臂桿和腿桿並未樞接於同一軸。此獨立式的連接,增加了臂桿和腿桿的活動範圍。然而,這些斜靠式運動裝置,僅能提供單一的踏步運動,無法改變運動裝置的一些參數,例如,腿距、活動範圍,及/或其他參數等。
本發明係關於一種運動裝置,特別是一種斜靠式運動裝置與其系統和方法。
本發明一實施例提供一種斜靠式運動裝置,其包含一座椅、一導軌、一踏板組,以及一啟動器。該導軌設置於該座椅前方。該踏板組與該導軌做可動的連接,其中該踏板組可沿著該導軌的一縱向運動。該啟動器與該導軌做可動的連接,該啟動器可使該導軌做一垂直方向的移動。當該踏板組沿著該導軌的縱向做前後運動,且該啟動器使該導軌做垂直方向的運動時,該踏板組的運動軌跡為一橢圓軌跡。
本發明另一實施例提供一種斜靠式運動裝置,其包含一座椅、一線性導軌、一踏板組,以及一驅動單元。該線性導軌設置於該座椅前方。該踏板組與該線性導軌做可動的連接,其中當該踏板組沿著該線性導軌前後運動,該踏板組的運動軌跡為一橢圓運動軌跡。該驅動單元與該踏板組做操作的連接,其中該驅動單元在該踏板組的一第一方向上施加阻力,並使該踏板組在一第二方向上運動,該第二方向與該第一方向相反。
本發明另一實施例提供一種斜靠式運動裝置,其包含一座椅、一踏板組,以及一裝置。該導軌位於座椅前方。該踏板組與該導軌做可滑動的連 接。該裝置用於移動該踏板組,當該踏板組沿著該導軌做前後運動,使該踏板組以一橢圓運動軌跡運動的裝置。
100‧‧‧斜靠式運動裝置
101‧‧‧基座
102‧‧‧座椅
104‧‧‧(線性)導軌
104a‧‧‧第一導軌
104b‧‧‧第二導軌
106‧‧‧踏板組
106a‧‧‧第一踏板組
106b‧‧‧第二踏板組
107‧‧‧樞軸
108‧‧‧啟動器
108a‧‧‧第一啟動器
108b‧‧‧第二啟動器
110‧‧‧踏板
111‧‧‧支撐件
112‧‧‧連接臂
114‧‧‧滑動臺架
115‧‧‧耦合機構
116‧‧‧停止件
118‧‧‧傳送帶
119‧‧‧固定架
120‧‧‧滑輪
120a‧‧‧第一滑輪
120b‧‧‧第二滑輪
122‧‧‧軸承
124‧‧‧輸出軸
126‧‧‧馬達
128‧‧‧臂桿
128a‧‧‧第一臂桿
128b‧‧‧第二臂桿
130‧‧‧控制器
132‧‧‧驅動軸
134‧‧‧滑軌
136‧‧‧釋放桿
138‧‧‧背部
140‧‧‧使用者介面
142‧‧‧感應器
218‧‧‧傳送帶
220‧‧‧滑輪
250‧‧‧傳送帶張力機構
252‧‧‧脊
318‧‧‧傳送帶
320‧‧‧第一滑輪
360‧‧‧彈簧負荷張力臂
362‧‧‧第二滑輪
364‧‧‧測量裝置
366‧‧‧滾輪
400‧‧‧斜靠式運動裝置
401‧‧‧基座
402‧‧‧座椅
404‧‧‧(線性)導軌
406‧‧‧踏板組
410‧‧‧踏板
412‧‧‧連接臂
414‧‧‧滑動臺架
428‧‧‧臂桿
430‧‧‧控制器
434‧‧‧滑軌
436‧‧‧釋放桿
440‧‧‧使用者介面
470‧‧‧滑輪
472‧‧‧纜線
474‧‧‧連接件
476‧‧‧樞軸
478‧‧‧纜線
480a‧‧‧第一滑輪(滑輪)
480b‧‧‧第二滑輪(滑輪)
481‧‧‧溝槽
482‧‧‧軸
484‧‧‧單向軸承
486‧‧‧滑輪(滑輪)
488‧‧‧第一驅動件
489‧‧‧滑輪(滑輪)
490‧‧‧轉盤
491‧‧‧傳送帶
493‧‧‧煞車機構
495‧‧‧轂
497‧‧‧彈簧
499‧‧‧端
圖1A至圖1C顯示根據本發明一實施例所揭露一種斜靠式運動裝置的前方立體圖、後方立體圖,以及側視圖。
圖1D顯示根據本發明圖1A-1C實施例斜靠式運動裝置的踏板的放大立體圖。
圖2為放大立體圖,顯示根據本發明一實施例的傳送帶輸送機構。
圖3為放大立體圖,顯示根據本發明一實施例的一彈簧負荷張力臂作用在一傳送帶。
圖4A和4B為立體圖和側視圖,顯示根據本發明另一實施例的斜靠式運動裝置。
圖4C為放大立體圖,顯示根據本發明圖4A和4B實施例斜靠式運動裝置的踏板部分。
圖4D和圖4E為放大立體圖,分別顯示根據本發明圖4A和4B實施例斜靠式運動裝置的踏板部分和一煞車部分,其中踏板被省略未繪出。
以下將詳述本案的各實施例,並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外,本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中,任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內,並以之後的專利範圍為準。 在說明書的描述中,為了使讀者對本發明有較完整的了解,提供了許多特定細節;然而,本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下,仍可實施。此外,眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中,以避免造成本發明不必要之限制。
圖1A至圖1C為前方立體圖、後方立體圖,以及側視圖,顯示根據本發明一實施例所揭露一種斜靠式運動裝置100(簡稱「運動裝置100」)。如圖1A至1C所示,運動裝置100包含一基座101,以及一可被調整的座椅102,位於基座101上。導軌104,例如線性導軌104,包含第一導軌104a和第二導軌104b,也位於基座101上,且位於座椅102前方。踏板組106,包含第一踏板組106a和第二踏板組106b,分別可動地連接第一導軌104a和第二導軌104b,並可在導軌104上往前或往後運動,如圖1C的雙箭號L所示。
斜靠式運動裝置100還可包含啟動器108,其包含第一啟動器108a和第二啟動器108b,分別操作地連接第一導軌104a和第二導軌104b。具體而言,如圖1A至1C所示,啟動器108(第一啟動器108a和第二啟動器108b)的位置,接近導軌104(第一導軌104a和第二導軌104b)遠離座椅102的一端。但在本發明其他實施例,啟動器108可位於其他位置,例如較為接近座椅102的位置、接近導軌104中間的位置,或接近導軌104靠近座椅102的一端。啟動器108可造成直線運動,例如垂直方向上的直線運動。例如,啟動器108是一種線性啟動器,包含一步進馬達、一可被步進馬達所驅動的螺桿,以及一與螺桿螺合的可動螺帽。如圖1C,啟動器108可使導軌104沿著雙向箭頭所示的弧線A上下運動。如圖1A,當啟動器108驅動導軌104沿弧線A上下運動,導軌104可繞著接近座椅102的一樞軸107旋轉。藉此,踏板組106可做垂直方向上的運動,同時也可在導軌104上做水平 方向的運動,使其運動軌跡為一橢圓或近似橢圓軌跡。如本文之後所述,在本案其他實施例,運動裝置100可提供使用者的腿部做一線性運動及/或一旋轉類型的運動。
每個踏板組106可具有一踏板110,其連接或樞接一連接臂112,而連接臂112連接至一滑動臺架114。滑動臺架114可在對應的導軌104上前後滑動。連接臂112的端部可具有一耦合機構115與踏板110樞接;如此,使用者可調整踏板110的角度。在一些實施例,耦合機構115可以是啟動器或可自動改變踏板110旋轉角度的裝置,如此當踏板組106沿著導軌104運動時,踏板110相對於連接臂112的角度,可被改變,以適應腳踝因為延伸或彎曲的各種角度。在另一些實施例,耦合機構115與踏板110固定,使得踏板110與連接臂112的相對位置為固定。
如圖1A至1D所示,每個導軌104可具有一類似用於電腦數值控制(computer numerical control)設備上的棒狀或桿狀物,但在本發明其他實施例,導軌104也可具有其他構造,使得滑動臺架114在其上方做直線運動。例如,每個導軌104可具有兩個管狀物,與滑動臺架114滑動地連接。例如,每個導軌104可透過導軌104端部的固定架,連接方形或圓形的支撐件111(例如桿),而支撐件111可穩固或支撐導軌104、踏板組106,以及運動裝置100的其他元件等,例如驅動單元、正時皮帶(timing belt)、皮帶輪(pulley)、馬達、煞車機構等。每個滑動臺架114可利用一線性軸承連接所對應的導軌104,使其可沿著導軌104做一維線性運動。例如,每個滑動臺架114可具有一固定架,透過一滑動軸承,使滑動臺架114與導軌104做可操作的連接。在其他實施例,滑動臺架114利用適當的連接機構與導軌104連接,使滑動臺架114可沿著導軌104的縱向運動。此外,導軌104 的一端部或接近該端部的位置,可具有停止件116,以限制踏板組106最大活動距離。如之後的實施例將提到,踏板組106可與控制器130(例如電腦)以有線或無線的方法,進行通訊連接;並且,踏板組的機構,使得滑動臺架114沿著導軌104的活動距離,為可調整或受到限制的。例如,控制器130可利用軟體,限制滑動臺架114離開座椅102的距離,使得使用者踩踏時不會過度伸展其腿部,及/或限制滑動臺架114接近座椅102的距離,避免使用者的膝蓋過度彎曲至無法接受的角度。
控制器130可具有處理器,以執行儲存在記憶體內的電腦可讀取指令,達成運動裝置100的各種功能,例如控制移動踏板組106、操作啟動器108、改變施加在踏板組106上的阻力,以及偵測各種參數(例如力矩、位置等)。控制器130可與踏板組106、啟動器108、驅動單元、馬達、煞車機構、感應器等形成操作的連接。如之後將更詳盡的介紹,控制器130也可具有一通訊工具(例如路由器、數據機等)與運動裝置及/或遙控電腦裝置(例如手機、電腦等)交換資訊,以執行運動裝置100的各種功能。
圖1D顯示圖1A-1C實施例運動裝置100的踏板部分的立體放大圖。如圖1A和1D所示,每個滑動臺架114與一對應的傳送帶118或其他驅動元件118(例如,正時皮帶、鍊條等)具有操作上的連接關係。例如,滑動臺架114可透過一固定架119或其他固定裝置與傳送帶118固定。例如,傳送帶118可繞著位於每個導軌104兩相對端部的第一滑輪120a和第二滑輪120b(統稱「滑輪120」)旋轉。靠近座椅102的第一滑輪120a可以是驅動輪120a。驅動輪120a可利用一軸承122安裝在一馬達126的一輸出軸124上。例如,輸出軸124可自馬達126向外延 伸,以連接第一滑輪120a。馬達126可以是直流馬達,或其他類型的驅動系統,例如蝸桿驅動系統(worm drive system)或飛輪(flywheel)等。
馬達126的結構可限制輸出軸124的轉速,從而限制踏板組106沿著導軌104的移動速度。在一些實施例,每個馬達126,透過輸出軸124與傳送帶118,施加一固定阻力給對應的踏板組106,因此當使用者愈用力踩踏踏板組106,踏板組106沿著導軌104移動的速度愈快。當使用者踩踏板110使其沿著導軌104往前(遠離座椅)移動,馬達126會作為一產生器(generator),施加阻力給輸出軸124。例如,馬達126可使用脈衝寬度調變(pulse width modulation)或其他適當技術,調控(增加或減少)施加在輸出軸124的阻力值。當踏板組106沿著導軌104達到最遠處,控制器130可切換馬達126的功能,使其作為一馬達,將踏板組106沿著導軌104拉回原先靠近使用者的位置。如將會在圖4A至4E所詳述,當兩個踏板組106互相連接(例如透過纜線連接),並做往復運動,則馬達126不需要將踏板組106拉回原先的位置。取而代之的是,當某一踏板組106往前運動時,會驅使另一踏板組106往其原先位置運動。
馬達126可通訊地連接控制器130,其具有軟體可提供一或多個操作或阻力模式。如之後將會詳盡地介紹,控制器130可提供:速度基準阻力,亦即等動力阻力(isokinetic resistance);速度取決阻力,亦即等滲阻力(isotonic resistance);連續被動運動(constant passive motion,CPM)模式;主動模式;固定動力模式;及/或其他類型軟體控制的阻力模式。在一些實施例,例如,馬達126可透過回饋迴路,施加一等動力阻力給踏板組106。例如,運動裝置100可透過感應器,偵測施加在踏板組106上的力,並藉以調變馬達的速度,以維持一選定的工作量。在本實施例,當使用者施加在踏板組106上的力愈大,控制器130可 通知馬達126,以增加馬達的速度,使得使用者感受到較少的阻力。如之後將詳述,在其他實施例,踏板組106可操作地連接一傳送帶,例如一多V型傳送帶(poly v belt)或其他類型的傳送帶,以驅動一煞車機構,例如一渦電流煞車機構(eddy current brake mechanism),以提供踏板組106阻力。
在一些實施例,兩個踏板組106的結構,使得兩者可做相對的往復運動,以模擬一自然步行或一橢圓運動。例如,當一個踏板組106遠離座椅102,則另一個踏板組106接近座椅102。踏板組106之間的連接可透過控制器130。例如,某一踏板組106的運動,可觸發另一踏板組106做對應的往復運動。如之後將詳述,在其他實施例,透過一纜線(例如繩索)、皮帶、鍊條,或其他可彎曲的驅動元件繞著一或多個滑輪,使得兩踏板組106互相連接,並可做一前一後的往復運動。如圖1A至1D的實施例,當每個踏板組106各自具有一馬達126以獨自控制踏板的運動,運動裝置100可具有一個裝置,以將每個踏板組106移動至其原先位置,亦即接近座椅102的位置。例如,在一些實施例,控制器130可提供這個功能。
在本實施例,運動裝置100可具有兩個馬達126,每個踏板組106連接一馬達126,每個馬達126可獨立控制與其連接的踏板組106。例如,當踏板組106受到不同的阻力、速度等,每個馬達106可操作在不同的速度。此獨立操作模式,特別適用於運動裝置100作為復健時。例如,使用者的某一腿的肌力,比另一腿弱,其兩腿無法承受相等的阻力。在其他實施例,兩個踏板組106被一個共同的馬達126所驅動,該馬達126同時驅動兩個踏板組106及/或施加相同的阻力給兩個踏板組106。例如,該馬達126可位於兩個導軌104之間,並且驅動分別自該馬達兩側延伸出的兩個輸出軸124,該兩個輸出軸124分別連接一個對應的 驅動輪120a。在本實施例,兩個踏板組106可透過纜線形成操作上的連接,而輸出軸124為單向軸承124,而第一滑輪120a可操作在單向軸承124上;藉此,當踏板組106被移動至一驅動方向(例如,遠離座椅102的方向),馬達126可施加一阻力給踏板組106;當踏板組106被移動至一非驅動方向(踏板組106朝向座椅102的方向),不施加阻力,使第一滑輪120自由地旋轉,使得踏板組106回到其原先位置。
在其他實施例,也可透過兩個啟動器108,使踏板組106被獨立地向上或向下驅動。此特徵可使得某一導軌104的高度不同於另一個導軌104的高度;因此,運動裝置100可分別運動兩個踏板組106,使其具有不同的橢圓軌跡及/或運動其中一個踏板組106,使其具有線性運動軌跡,且運動另一個踏板組,使其具有橢圓軌跡。此兩個啟動器108可被協調搭配,使得當兩個踏板組106做前後往復運動時,兩個導軌104分別向上與向下運動,以模擬橢圓訓練機的橢圓運動軌跡。例如,啟動器108可透過有線或無線連接的方式,與控制器130做通訊連接,或透過連接機構或樞軸,與控制器130做機械連接。在其他實施例,運動裝置100僅包含單一啟動器108設置於兩個導軌104之間,並透過連接機構分別使得兩個導軌104往上或往下運動。在本實施例,兩個導軌104的垂直運動高度可以相同。
如圖1A至1C所示,運動裝置100可包含第一臂桿128a和第二臂桿128b(統稱「臂桿128」),供給使用者做上半身的鍛鍊或復健。操作時,使用者坐在座椅102上,手抓住臂桿128,腳放在踏板110上,當踏板110前後運動時,使臂桿128前後擺動。在本實施例,兩個臂桿128分別旋轉地連接安裝於基座101上的一驅動軸132與驅動單元(未圖示;例如一馬達及/或煞車機構)。臂桿128可 獨立操作於踏板組106與馬達106,因此臂桿128可獨立於使用者下半身的運動,做前後的擺動。例如,在一些實施例,當踏板組106運動時,兩個臂桿128可做相反的相對運動,或同時以一相同方向運動,或停留在一個固定的位置。與踏板組106類似,臂桿128也可以被操作在獨立模式(independent mode)及/或依靠模式(dependent mode)。在獨立模式,某一臂桿128可具有與另一臂桿128不同的移動範圍及/或阻力等級。例如,控制器130可限制每個臂桿128的活動範圍,及/或每個臂桿128可分別連接一馬達以及一煞車機構,以施加所需阻力至所對應的臂桿128。在依靠模式,兩個臂桿128具有相同的運動範圍。在其他實施例,臂桿128可與踏板組106做通訊的連接或操作的連接,因此臂桿128的運動可配合踏板組106的運動,以模擬天然的步行或踏步運動。例如,第一踏板組106a與第二踏板組106b可透過控制器130(以有線或無線的方式),與對應的第一臂桿128a與第二臂桿128b做通訊的連接。控制器130可協調它們的運動,使得每個踏板組106與所對應的臂桿128以相同的速度運動。如圖4A至4D將詳述,在其他實施例,第一臂桿128a與第二臂桿128b,可透過連接機構,分別與第一踏板組106a與第二踏板組106b做操作的連接。其中,臂桿128與所對應的踏板組106可被同一個馬達126所驅動。在其他實施例,運動裝置100可具有其他類型的臂桿或手臂運動機構,例如旋轉式手臂運動裝置(例如手臂式腳踏車)。在另一些實施例,臂桿128可被省略。
根據使用者的體型,座椅102可沿著滑軌134,調整其位置。在一些實施例,座椅102的結構使其可繞著一垂直軸旋轉,以遠離踏板組106,並幫助使用者進出座椅102,例如,從輪椅上下座椅102。例如,一釋放桿136或其他釋放機構,可與座椅102做操作的連接。使用者可以拉、推、或旋轉等方式,操 作釋放桿136,以釋放座椅102被限定為面向前方(踏板組)的位置。一旦座椅102被釋放後,座椅102可被向左或向右旋轉,使其偏離面向踏板組的方位,如圖1A的雙箭號所示。在一些實施例,座椅102可被旋轉180度,使其背向踏板組106,如此有助於病人或使用者上下座椅102。當使用者坐在座椅102上,座椅102可被旋轉使其面向導軌104,如此使用者可開始運動。在其他實施例,座椅102可被旋轉超過或低於180度,例如,旋轉360度、90度,45度等;或者,座椅102的旋轉可包含部分或全部繞著一水平軸旋轉。在一實施例,當釋放桿136被釋放,座椅102可被旋轉固定在某些預設角度,例如,每隔45度的旋轉位置。釋放桿136也可以一直被維持在釋放的位置,例如持續抬升釋放桿136,使得座椅102可被旋轉至需要的位置。
在其他實施例,座椅102的一背部138可被調整,以適應不同的座椅位置。背部138可連接氣壓棒及/或加壓管(未圖示),根據使用者施加在背部138的壓力,調整背部138相對於座椅102底部的相對角度。
如圖1A至1C所示,運動裝置100可包含一使用者介面140,例如一顯示螢幕及/或一觸控螢幕,以接收使用者的資訊並提供資訊給使用者。例如,使用者介面140可提供使用者關於運動與復健的資訊,例如燃燒卡路里量、最大耗氧量、瓦特數等。使用者介面140亦可接收資訊,以定義運動或復健各種不同的操作參數。例如,使用者可透過使用者介面140,定義或選擇運動的範圍及/或阻力的等級。在其他實施例,運動裝置100可與一遠距使用者介面,例如一手持行動裝置或一筆記型電腦做通訊連接,藉此一臨床醫生可定義運動裝置100的操作參數,並且接收使用者運動課程的訓練結果資料。
如以上所討論,踏板組106的運動以及運動裝置100的其他特色,可被電子控制系統所控制。此電子控制系統可由控制器130與其軟體所提供。在本實施例,控制器130被包覆在使用者介面140內。然而,在其他實施例,控制器130可裝設於運動裝置100的其他位置,且/或運動裝置100可與一遠距控制器(例如,透過無線連接的方式)做通訊的連接。例如,控制器130可裝設於運動裝置100之外的位置,使得臨床醫生可操作運動裝置100並從其中接收各種資訊。
控制器130可調整運動裝置100的各項操作。例如,控制器130可利用脈衝寬度調變驅動馬達126,以提供各種不同的操作模式,例如等動力模式、連續被動運動(CPM模式)等。控制器130也可透過利用一密閉迴路伺服系統控制馬達,以提供連續被動運動模式(CPM模式)、等量模式(isometric mode)、控制運動範圍模式,及/或其他操作模式。在各種實施例中,控制器130也可改變踏板組106沿著導軌104的運動範圍。例如,控制器130可透過定義踏板組106沿著導軌104的起始與終止點,將踏板組106的運動範圍,限制為相對較短的步幅。
如先前所討論,控制器可與啟動器108做通訊的連接,以控制踏板組106與腳部的運動範圍。例如,控制器130可將啟動器108停留在一個固定位置,以提供一類似線性踏步的運動,或者,控制器130可控制啟動器108使其移動踏板組106,使踏板組106的移動類似一橢圓軌跡。控制器130也可根據使用者步幅的長度,改變踏板組106的運動模式。例如,當使用者的步幅較短(亦即,僅沿著導軌104的一部分運動),則改變運動模式為線性運動模式;當使用者的步幅較長,則逐漸改變為橢圓運動模式。
如圖1A所示,控制器130可與各種感應器142(圖中僅示意表示)做通訊的連接,以從感應器142接收運動裝置100的各種資訊。例如,一或多個 力矩感應器、位置感應器,及/或其他類型的感應器,可與踏板組106做操作的連接,並將所測資訊回饋給控制器130,供其使用在控制馬達126或其他元件,例如煞車機構。力矩感應器可設置在踏板110上,用以測量施加在踏板110上的力矩值,而控制器130可根據此資訊設定阻力的界限。當超過一力矩臨界值,則阻力(例如馬達126的速度)可被調整,以提供使用者所需的阻力等級及/或保護齒輪箱。在等動力阻力模式,感應器142可偵測使用者施加在踏板組106上的力道大小,並利用一控制迴路程式,當使用者施加在踏板組106的力較大,則使馬達126轉速加快以提高踏板組106的阻力,如此踏板組106的速度不會改變。用於感應位置的感應器,可設置在踏板組106及/或導軌104,而控制器130接收這些位置控制器的資訊,以決定踏板組106相對於導軌104的位置。控制器130可根據此資訊,限制踏板組106沿著導軌104的運動範圍。
由感應器142獲得的資料,也可以用來得到使用者運動的相關資訊。例如,用於偵測踏板組沿著導軌104的線性運動的位置感應器,其所獲得的資料,可被用來瞭解使用者腿部運動的範圍。由力矩感應器所獲得的資料,可用來瞭解使用者肌肉與骨骼的強度缺陷。感應器142提供的資訊,亦可用來評估使用者的左右對稱性,例如,左腿與右腿的運動範圍及/或力的差距。此外,感應器142所獲得的資料,有助於精確測量卡路里、瓦特數、代謝當量(Metabolic Equivalent)、攝氧量(VO2),及/或其他相關的運動或復健參數。這些資訊可被顯示在使用者介面140及/或一遠距裝置,例如一臨床醫生的電腦螢幕。
在如圖1A-1D的運動裝置100操作期間,使用者可運動踏板組106為一般橢圓運動模式,此外也可針對其右腳與左腳,獨立地選擇其操作參數,例如阻力等級。例如,馬達126可施加不同的阻力給第一與第二踏板組106。兩 個啟動器108可分別運動導軌104上下,使其具有不同的角度和位置;如此當使用者施力於踏板110,兩個踏板組106可具有不同的運動模式。此外,因為兩個踏板組106並未做機構上的連接,控制器130可分別通訊兩個踏板組106,以獨立定義使用者左右腳的運動範圍。感應器142可回饋資訊給控制器130,以決定運動裝置100的操作條件是否需要被修改。例如,感應器142可偵測施加在踏板組106的力矩,是否超過或不及於一所需的等級,且控制器130可通訊馬達126,根據偵測的力矩值調整每個踏板組106的阻力。運動裝置100左右兩邊的獨立控制,可提供客製化的訓練與復健計畫。
圖2是根據本發明一實施例運動裝置的傳送帶張力機構250的放大立體圖。如圖2所示,傳送帶張力機構250具有一彈簧直接與傳送帶218連接,而滑輪220運載傳送帶218。傳送帶218可與先前所提,用於驅動踏板組106的傳送帶118相同;此外/或者,傳送帶218的細節,如以下說明並參考圖4A至4D所示。在各實施例中,傳送帶218的內表面可具有複數個齒或脊252(例如V形脊)。傳送帶張力機構250可用來取代較貴的導輪(idler wheel)、球軸承(ball bearing)、艾克索(axels),及/或其他常用於張力輸送帶的可調整安裝板。因此,傳送帶張力機構250可節省成本。
圖3是一放大圖,顯示根據本發明一實施例的一彈簧負荷張力臂360(簡稱「張力臂360」)作用在一傳送帶318上。張力臂360可使用於本發明任一實施例的運動裝置,例如圖1A至1D所述的斜靠式運動裝置100,以決定使用者施加在踏板組上的力。操作時,張力臂360透過一偏移件,例如一彈簧(未圖示),施加一往下的力,使得張力臂360上的一滾輪366,抵住一固定長度的傳送帶318的中央或靠近中央的部分。傳送帶318的固定長度,可定義為介於第一滑輪320(或 正時滑輪320)與第二滑輪362之間傳送帶的長度,而張力臂360可施加一向下的力至介於第一滑輪320與第二滑輪362之間傳送帶318的中央區域。當使用者施加力(抵住或推)至在傳送帶318(例如前述的傳送帶118)上操作的踏板組(例如前述的踏板組106),傳送帶318會被第一滑輪(正時滑輪)320的反作用力拉緊,而傳送帶318被拉緊會導致張力臂360自傳送帶318上偏移。張力臂360的一測量裝置364(示意),例如電位器(potentiometer)、霍爾感應器(Hall effect sensor),及/或其他測量裝置可偵測此偏移量,而測量的結果可用來決定施加在踏板組上的力。接著,施加在踏板組上的力可被一控制器,例如前述的控制器130所利用,也可被其他可調整踏板組阻力、可決定或評估使用者肌肉與骨骼的條件,及/或其他可提供回饋踏板組施力相關資訊的裝置所利用。
圖4A和圖4B分別為立體圖,顯示根據本發明另一實施例的斜靠式運動裝置400(簡稱「運動裝置400」)。圖4C是運動裝置400的踏板部分的立體放大圖。圖4D和圖4E是立體放大圖,顯示踏板部分與煞車部分,其中為求清楚表達,踏板被省略。運動裝置400可具有與前述運動裝置100的類似特徵與功能。例如,運動裝置400包含一座椅402以及一對安裝於基座401上的導軌404(例如線性導軌)。每個導軌404運載一對應的踏板組406,座椅402可具有一釋放桿436,使用者可藉以調整座椅402沿著滑軌434的位置,及/或使座椅402繞著一垂直軸旋轉,使座椅402遠離踏板組406,以方便使用者上下座椅402。運動裝置400也可具有使用者介面440與控制器430,使用者介面440可接收使用者的資訊並提供資訊給使用者,控制器430使用軟體控制踏板組406的運動、利用踏板組406或導軌404或其他位置的感應器(未圖示)偵測各種參數,及/或控制運動裝置400的操作。
類似於前述的踏板組106,圖4A至4C的踏板組406可具有踏板410,其與一連接臂412連接,而連接臂412與一滑動臺架414連接。滑動臺架414可在對應的導軌404上前後滑動,以提供一線性踩踏運動。如圖4C與4D所示,兩個踏板組406可透過複數個滑輪470與纜線472(例如繩索、鋼索等)連接滑動臺架414及/或踏板組406的其他部分,使得兩個踏板組406做操作上的連接。在本實施例,兩個踏板組406操作在依靠模式,如此某一踏板組406的運動會導致另一踏板組406的相對往復運動。例如,當某一踏板組406沿著導軌404往前,另一踏板組406會以相等的移動程度沿著導軌404往後。在其他實施例,兩個踏板組406的操作是獨立模式,各自操作。
如圖4D與4E所示,每個滑動臺架414及/或每個踏板組406的另一部分可連接一纜線478(繩索或鋼索等)的兩端499,該纜線478繞著第一滑輪480a與第二滑輪480b,第一滑輪480a靠近所對應導軌404的一端,第二滑輪480b靠近所對應導軌404的另一端。如圖4E所示,每條纜線478的兩端499可具有配件,例如圓孔眼(eyelet),與滑動臺架414的下端,利用一螺栓或其他固定機構固定。在本實施例,每條纜線478的一端499的該配件,是透過一彈簧497與所對應的滑動臺架414固定。當踏板組406(圖4A-4C)沿著導軌404前後移動,彈簧497可收緊鬆弛的纜線478。
如圖4E所示,纜線478可繞著第一滑輪480a的螺旋狀溝槽481數次,例如兩次、三次、五次等。在本實施例,第一滑輪480a是遠離座椅102(圖4A-4B)和使用者設置,但在其他實施例,第一滑輪480a可設置在沿著基座401的其他位置,例如設置在靠近使用者的位置。對應兩個踏板組406的兩個第一滑輪480a,可利用一單向軸承484,與一軸482做轉動的連接。該軸482可連接另一滑輪486, 該滑輪486運載一第一驅動件488(例如正時皮帶),再轉而連接一驅動單元或煞車機構493。如圖4E所示,第一驅動件488繞著一轂495,其驅動一滑輪489。滑輪489再與一轉盤490做轉動的連接,例如,透過傳送帶491連接鋁製的轉盤490。在本實施例,煞車機構493是一個渦電流煞車機構,其應用永久性磁鐵,例如四個永久性磁鐵至轉盤490,利用接近或遠離轉盤,產生阻力。產生阻力的進一步細節,揭露在美國專利US4,949,993,其說明書併入本文,視為本案說明書的一部分。在其他實施例,其他類型的煞車機構,例如蝸桿傳動(worm drive)、直流馬達、飛輪等與其驅動元件也可被使用在提供踏板組406阻力。
如圖4A所示,運動裝置400還可具有一對臂桿428。使用者可分別握住兩臂桿428做前後擺動,以訓練其上半身。在本實施例,兩個臂桿428與踏板組406是透過複數個連接件474與樞軸476做操作上的連接,使得臂桿428的運動,可配合,或者取決於踏板組406的運動。因此,在各實施例中,使用於踏板組406的煞車機構也可應用在臂桿428。在另一些實施例,踏板組406與臂桿428是各自獨立操作。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已,並非用以限定本發明之申請專利範圍;凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾,均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧斜靠式運動裝置
101‧‧‧基座
102‧‧‧座椅
104a‧‧‧第一導軌
104b‧‧‧第二導軌
106a‧‧‧第一踏板組
106b‧‧‧第二踏板組
107‧‧‧樞軸
108a‧‧‧第一啟動器
108b‧‧‧第二啟動器
110‧‧‧踏板
111‧‧‧支撐件
112‧‧‧連接臂
114‧‧‧滑動臺架
115‧‧‧耦合機構
116‧‧‧停止件
118‧‧‧傳送帶
119‧‧‧固定架
120a‧‧‧第一滑輪
120b‧‧‧第二滑輪
126‧‧‧馬達
128a‧‧‧第一臂桿
128b‧‧‧第二臂桿
130‧‧‧控制器
132‧‧‧驅動軸
134‧‧‧滑軌
136‧‧‧釋放桿
138‧‧‧背部
140‧‧‧使用者介面
142‧‧‧感應器

Claims (9)

  1. 一種斜靠式運動裝置,包含:一座椅;一第一導軌設置於該座椅前方,該第一導軌具有一端連接位於該座椅前方的一第一樞軸;一第一踏板組與該第一導軌做可動的連接,其中該第一踏板組可沿著該第一導軌的一縱向運動;一第一啟動器與該第一導軌做可動的連接,該第一啟動器可使該第一導軌做一垂直方向的移動,使得該第一導軌繞著該第一樞軸旋轉;當該第一踏板組沿著該第一導軌的縱向做前後運動,且該第一啟動器使該第一導軌做垂直方向的運動時,該第一踏板組的運動軌跡為一橢圓軌跡;一第二導軌設置於該座椅前方,該第二導軌具有一端連接位於該座椅前方的一第二樞軸;一第二踏板組與該第二導軌做可動的連接,其中該第二踏板組可沿著該第二導軌的一縱向運動;以及一第二啟動器與該第二導軌做可動的連接,該第二啟動器可使該第二導軌做一垂直方向的移動,使得該第二導軌繞著該第二樞軸旋轉;當該第二踏板組沿著該第二導軌的縱向做前後運動,且該第二啟動器使該第二導軌做垂直方向的運動時,該第二踏板組的運動軌跡為一橢圓軌跡。
  2. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,其中該第一踏板組與該第二踏板組彼此各自獨立地沿著該第一導軌與該第二導軌運動,該斜靠式運動裝置更包含使該第一踏板組與該第二踏板組返回至其原先位置的裝置,以及一 控制器與該第一踏板組及該第二踏板組做通訊的連接,其中該控制器可施加不同的阻力等級給該第一踏板組及該第二踏板組。
  3. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,更包含一控制器與該第一踏板組及該第二踏板組做通訊的連接,其中該控制器分別針對該第一踏板組與該第二踏板組沿著所對應的該第一導軌與該第二導軌的縱向,設定一起始位置以及一終止位置,其中該第一踏板組的起始位置與終止位置,不同於該第二踏板組的起始位置與終止位置。
  4. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,更包含:一第一馬達與該第一踏板組做操作的連接;一第二馬達與該第二踏板組做操作的連接;其中該第一馬達與該第二馬達各自獨立操作,該第一馬達提供給該第一踏板組阻力,該第二馬達提供給該第二踏板組阻力。
  5. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,更包含一馬達與該第一踏板組及該第二踏板組做操作的連接,其中該馬達同時提供一阻力給該第一踏板組與該第二踏板組。
  6. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,其中該第一踏板組與該第二踏板組彼此做操作的連接,該第一踏板組沿著該第一導軌的運動,取決於該第二踏板組沿著該第二導軌的運動。
  7. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,更包含一臂桿供一使用者握住,該臂桿的運動係獨立於該踏板組。
  8. 如申請專利範圍第1項的斜靠式運動裝置,更包含:一馬達; 一驅動輪與該馬達做操作的連接;一傳送帶被該驅動輪運載並與該踏板組做操作的連接,其中該馬達利用該驅動輪與該傳送帶改變該踏板組沿著該導軌縱向運動的阻力;一張力臂施力於該傳送帶,其中該張力臂偏移於該傳送帶的程度,與施加於該踏板組上的力的大小有關。
  9. 一種斜靠式運動裝置,包含:一座椅;一第一導軌設置於該座椅前方,該第一導軌具有一端連接位於該座椅前方的一第一樞軸;一第一踏板組與該第一導軌做可動的連接,其中該第一踏板組可沿著該第一導軌的一縱向運動;一第二導軌設置於該座椅前方,該第二導軌具有一端連接位於該座椅前方的一第二樞軸;一第二踏板組與該第二導軌做可動的連接,其中該第二踏板組可沿著該第二導軌的一縱向運動;以及一啟動器與該第一導軌及該第二導軌做可動的連接,該啟動器可使該第一導軌及該第二導軌做一垂直方向的移動,使得該第一導軌繞著該第一樞軸旋轉,該第二導軌繞著該第二樞軸旋轉;當該第一踏板組沿著該第一導軌的縱向做前後運動、該第二踏板組沿著該第二導軌的縱向做前後運動,且該啟動器使該第一導軌及該第二導軌做垂直方向的運動時,該第一踏板組及該第二踏板組的運動軌跡為一橢圓軌跡。
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