CN1095301A - 锻炼设备和锻炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可垂直运动的重物和输入 踏板机构的锻炼装置，还包括以抵抗锻炼力的单向制 动力施加一个负的制动动力的制动器，制动器的速度 允许重物向下运动。制动控制器控制制动器的动作 将制动速度维持在选定的恒定值。差速件与重物相 连以接收输入动力和制动动力。差速件在使用者和 选定的恒定速度之间确定一个速度差，在使用者选定 的速度大于制动速度时重物上升；在小于选定的恒定 速度时使重物下降；两者匹配时将重物保持在一个静 止的提升高度。

Description

本发明总的涉及一种锻炼设备，尤其涉及一种便于用控制的锻炼力和速度进行锻炼的机器。

已经有各种各样结构的锻炼机器用于改进肌肉的强度和协调性并提供有氧锻炼。长期以来都希望能够提供一种可完全地、独立地控制速度和力的锻炼机器。一种能够产生控制载荷锻炼的机器不根据运动速度产生一个在所希望的运动范围由运动者所在锻炼时所抵抗的恒定阻力。一种控制速度锻炼机器不根据所施加的力提供一种在所希望的运动范围内的恒定速度。还希望有一种能够控制载荷和锻炼速度的锻练机器。

本发明提供一种用于人体锻炼的设备。该设备包括一个可垂直移动的重物或一种提供阻力的阻力件的变化形式。该设备还包括一个由使用者驱动的输入机械，以便使用者在向上移动重物时以一种单一方向的锻炼力输入一个正的输入动力。设置一个诸如制动器之类的速度控制器，以便以一个单一方向的抵抗锻炼力的制动力施加一个负的制动动力，制动动力具有一个用于使重物向下运动的制动速度。制动控制器控制着制动的实施，以便在使用者锻炼时间的至少一个选定的部分中将制动速度保持为一个常量。

将一个差速件与重物相连，该件从输入机构接收一个输入动力并从制动器接收一个制动动力。差速件在使用者选定的速度和选定的恒定制动速度之间确定一个差速，并将该差速结果施加于重物之上从而在使用者选定的速度大于选定的制动速度时，便提升重物;在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时，便将重物放下。这样，使用者便至少在使用者锻炼时间的一个选定的部分中能够施加一个为完成所希望的升举而提升重物的输入动力，并通过施加输入动力而将重物大约保持在所希望的提升高度之上，该动力具有与选定的恒定制动速度基本匹配的使用者选定的速度。

在本发明的图示实施例中，设备包括一个柔性件，用于连接输入机构、制动器和差速件以便将输入动力和制动动力传递给差速件。差速件包括一个带有与其相连的重物的可移动的台车，台车在第一方向上的移动提升重物而在第二方向上的移动降低重物。用柔性件支撑台车，以便在使用者选定的速度大于选定的恒定制动速度时使台车在第一方向上移动;而在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时，使台车在第二方向上移动。

柔性件呈封闭环状，该件与制动器和输入机构可操作啮合以便将制动动力和输入动力传递给该件。柔性件包括在制动器和输入机构之间延伸的第一长度，台车悬挂在第一长度上。台车包括骑在柔性件上的第一惰轮，台车利用该惰轮悬挂在柔性件上。台车还包括第二惰轮，柔性件的第二返回长度从其上绕过。第二长度在制动器和输入机构之间延伸。这样在台车于第一和第二方向之间运动时便可避免封闭环的松弛。

在图示的实施例中，为了确定由制动器所施加的制动力的选定的恒定制动速度，设备还包括可由使用者有选择地调节的调整件。使用者可以不根据重物的质量有选择地调整选定的恒定制动速度。

重物包括一叠单独的重块和由使用者将选择好的重块锁定在一起以便形成重物的机构。调整机构使得使用者可以不根据其选定锁在一起的单独重块的数量来选择制动动力的选定的恒定速度分量，制动动力是由制动器所施加的。

在使用者锻炼期间根据预先确定的模式可以有选择地调整由制动器所施加的制动动力的选定的恒定速度分量。以这种方式，使用者至少可以从其锻炼时间的一个或多个其它选定部分的选定的恒定制动速度改变在其锻炼时间选定的部分期间的选定的恒定制动速度。

在图示的实施例中，输入机构包括一对由使用者输入输入动力的踏板。柔性件呈可由驱动机构和制动器驱动的无端链条的形式，该链条还与差动件可操作地啮合以便将输入动力和制动动力传递给差速件。制动器包括与一个载荷阻尼器一起动作的发电机。发电机的速度由制动器所施加的制动动力的制动速度所决定。制动器的控制器包括一个控制施加于发电机上的载荷的反馈环，以便对发电机的速度进行控制。

制动器包括一个可旋转的制动件，柔性件围绕该件啮合，这样至少在使用者锻炼时间内通过可转动的制动件的转动以一种恒定的输入速度将柔性件送到差速件上。输入机构包括一个可转动的输入件，柔性件环绕该件啮合，从而使柔性件以一种由可转动的输入件的转动速度所确定的回拉速度从差速件上脱开。本发明还包括一种使用上述锻炼设备进行锻炼的新方法。

参考下列附图的描述将使本发明的其它特征和优点变得更加明显。其中：

图1是实施本发明的锻练设备的右侧等角视图;

图2是图1所示锻炼设备的右侧、局部、正视图，其中表示了一叠重块被从静止位置稍稍抬起;

图3是图1所示锻练设备的右侧、局部、正视图，其中表示了一个处于虚线位置的使用者，他正在进行锻练以便将重物叠升并维持在一个距静止位置预定的高度上;

图4是图1中的锻练设备的放大、局部、前视图;

图5是图1中的锻练设备的功能框图;

图6是表示图1中的锻练设备动作的示意图。

如诸附图所示，通常以序号10表示本发明的一个锻练设备。如功能框图5所示意表示的，设备10包括一个阻力1，一个输入机构2，一个速度控制器3（在图中所示得实施例中它包括制动器4和制动器控制器5）以及一个差速器6。为了理解设备10的功能操作，可以认为输入机构2由使用者驱动以便输入一个正的输入动力，该动力具有你一个由阻力的大小所决定的单向的锻练力的分量，和一个使用者所选择的由箭头7表示的速度分量。制动器4施加一个负的制动动力，该力具有由阻力1的大小所确定的单向分力和一个由箭头8所示的由制动控制器5所建立的制动速度分量。制动动力分量抵抗锻练力分量，并且锻练力和制动动力之合与阻力平衡。

制动控制器5控制制动器4的作用，从而在使用者锻练时间的某一部分中将制动速度保持在一个选定的恒定速度上。差速器6与阻力1配合并接收输入机构2的输入动力和制动器4的制动力。

如下面将详细描述的那样，如果阻力1采取重物的形式，由使用者施加于输机构入2上的正的输入动力将使该重物向上移动。同样，当速度控制器3是一个制动器4时，由制动器所产生的负的制动动力将使重物下降。

差速器6在输入力的使用者所选定的速度分量和制动力的选定的恒定的制动速度分量之间确定一个差速，并将该差速作用于阻力1例如重物的运动，从而在使用者选定的速度分量大于选定的恒定制动速度时将重物提起;而在上述速度分量小于选定的恒定制动速度时便将重物放下。这样，使用者至少可在其锻练时间的某一部分中施加输入力将重物提升到一个所希望的高度并在使使用者选定的速度分量与选定的恒定制动速度相基本匹配的情况下施加输入力而将重物保持在所希望的高度上下。由于锻练力和制动力的结合由阻力1所平衡，即可一种可受控的、在锻练期间除非使用者改变阻力1就不会变化的恒定载荷下进行锻炼。同样，还可以在一种受控的恒定速度下进行锻炼，除非使用者改变所选定的恒定制动速度，上述锻练速度在锻练期间是不会有大的改变的。因为，为了与选定的恒定制动速度相匹配，要由使用者选定输入速度。这样，在使用设备10时，使用者至少在其锻练时间的一部分中是以基本上恒定的速度使用基本上恒定的锻练力进行锻炼。结果是以一种控制的速度和控制的载荷进行锻炼。

图1至4和6表示了本发明的现有的优选实施例。锻练设备10被设置成使锻练者12（见图3）的背部靠在一个向后倾斜的靠垫14上。设置一对手柄16以便于锻练者用手抓住帮助将其支撑在靠垫14上并且帮助锻练者用其腿分别在左右脚踏板18和20上施加向下的力。由锻炼者所施加的向下的力对锻练设备10形成正输入动力。

如下将要详细描述的那样，由锻练者通过左右踏板18，20所施加的正的输入动力通过一个单向离合器21（见图4）传给输入驱动齿轮22。输入动力被转换成具有使用者选定的速度分量的沿箭头D1所示的方向作用的单向的锻练力分量。在使用者选择输入速度时，设备10提供一种装置，利用这种装置使用者可以保持一种选定的、基本恒定的速度。

链条24的循环圈由输入驱动齿轮22拖动并且具有由齿轮22输入的输入动力。链条24还拖动制动齿轮28。如下将要详细描述的那样，制动齿轮28通过一系列皮带轮和皮带与一个交流发电机30相连，一系列的皮带轮和皮带通常以序号26表示。交流发电机30具有一个载荷阻尼器32，发电机的电输出通过电缆31与负载阻尼器电气相连以便施加一个负的制动动力。制动力是沿箭头D2所示的方向作用于链条24上的单向的制动力。值得注意的是，沿着链条24的路径，制动力和锻炼力相对抗，经管在图3重这两个力沿相邻箭头D1和D2的链条相对于空间框架的方向均为向上。

回链圈以这样一种方式将载荷接在发电机30上并从其上分开，即以一种控制的方式来安排由发电机所做的功并要求将所做的功返回发电机。这样，即可有选择地将一个载荷加到发电机30和制动齿轮28上，以此来保持发电机转速和制动齿轮的制动速度以及由制动齿轮穿过的链条部分的速度至少在使用者锻练时间的所希望的选定的部分之内为一个选定的恒定速度。如果制动齿轮28的速度低于选定的恒定值，发电机30上的载荷被除去并且没有制动力作用;如果制动齿轮的速度大于选定的恒定值，则载荷便作用于发电机上并且由此产生制动力。这将使制动齿轮28的速度基本恒定。如下将描述的那样，使用者可以在锻练时间的其它部分内改变该恒定的速度。

链条24还由一个固定的惰齿轮36和一个张紧惰齿轮40拖动，齿轮36处在从制动齿轮28到输入驱动齿轮22延伸的链条的第一段或长度38上;齿轮40处在从输入驱动齿轮22到制动齿轮28延伸的链条的第二段或长度42上。第一和第二长度38，42形成了链条24的封闭圈。

一个台车44由第一台车惰齿轮46悬吊在链条24的第一长度38上，在处于固定的惰齿轮36和输入驱动齿轮22之间的第一长度38的向下环绕的部分上行驶。台车44具有第二台车惰齿轮48，链条24的返回的第二长度42在其上延伸形成链条24第二长度42的向上环绕的部分，该部分处于张紧惰齿轮40和制动齿轮28之间。利用这种布置，如以下将要详细描述的那样，在设备10的使用过程中，随着台车44的上下移动将消除链条24中的松弛。弹簧50对张紧惰齿轮40施加一个向下的偏置力，以在链条24的封闭圈上维持所希望的张紧力。

通过一个弹性带54将台车44与重物52可操作地相连。带54的一端56固定，其另一端58安装在重物52上。在带54向上和向下运动的时候便穿过一个由台车44携带的惰齿轮60。四个惰齿轮62A，62B，62C，62D的布置用于将带54连接在重物52上以便将台车44的向上的运动传给重物52并在台车44向上运动时将重物52提升至支架64之上，还将台车的向下的运动传递给重物并在台车向下运动时允许将重物向着支架64下放。

台车44用作一个差速件，该件具有与重物52相连的输出端和与链条24相连的用于接收从输入驱动齿轮22来的输入动力和从制动齿轮来的制动动力的（如上参照图5所讨论的那样）两个输入端。锻练者通过重复地交替地用腿向下移动左右踏板18和20而输入一个具有单向锻练分力的正输入动力。输入动力的输入速度分量沿箭头66所示的方向转换成输入驱动齿轮22的转动，从而形成沿箭头D3所示的在链条24上的使用者选定的输入速度分量。如图2和3所示，这将使链条24以使用者选定的输入速度转过输入驱动齿轮22和封闭环以便沿顺时针方向环绕。在向下运动之后，每一个左右踏板18和20都将在由相互并连的许多弹簧所组成的复位弹簧组件68的作用之下分别返回其上升的静止位置（如图1所示）。如下所述，只有左右踏板18和20的向下运动用于将使用者的输入动力输给设备10。

控制发电机30和载荷阻尼器32以便产生负的制动动力，该动力在箭头D2的方向上于链条24上具有抵抗锻练力分量的单向的阻力或制动力分量，并具有沿箭头D4方向的选定的恒定制动速度分量。将制动动力的选定的恒定制动速度分量沿箭头34所示的方向以一种选定的、基本恒定速度转换成制动齿轮28的转动。如图2和3所示，这将使得链条24以一种选定的恒定的制动速度移过制动齿轮28和封闭环以便顺时针循环。事实上，是由一种制动齿轮28的旋转速度所确定的选定的、基本恒定的送入速度将链条24送给台车44，并以一种由输入驱动齿轮22的转动速度所确定的拉回速度将链条从台车上拉开。这样便由台车44来确定在使用者选定的速度分量和选定的恒定制动速度分量之间差异，的将这个差值将通过带54作用于重物52使其上升或下降。台车向上的运动使重物52上升，而其下降运动又使重物下降。

输入驱动齿轮22牵引链条24开离台车44的速度比制动齿轮28向台车喂入链条的速度快或慢决定了重物被提起或放下。如果使用者选定的速度比选定的恒定制动速度快，则重物52被提起;反之，重物被放下。如果使用者选定的速度与选定的恒定速度精确地匹配，则只要使用者维持这种匹配的速度条件不变，重物52将被悬置在一个离开静止位置64的地方。

为了获得所希望的基本上可控制载荷和速度的锻练，设备10的推荐的操作形式是使用者通过对左右踏板18和20的操作施加足够的输入动力从而将重物52初步地升至一个所希望的提升位置，然后通过以使用者选定的基本上与选定的恒定制动速度相匹配的速度输入动力将重物保持在所希望的提升位置上。通过以使用者选定的速度施加输入动力即可由输入驱动齿轮22的转动以一种基本上与制动齿轮28向台车输入链条的速度相匹配的速度将链条24从台车44上拉开。以这种方式，便可以一种基本上与选定的恒定制动速度相匹配的输入速度输入动力。

可以看出，虽然使用者12可以向设备10施加较大或较小的输入动力，但在锻练期间锻练力的分量决不会相对由使用者为了锻习而选定的重物52的重量（即设置的重物）所决定的大小而增加或减少，该重量在使用者的锻练时间的每一个选定的部分中是恒定的。只有选择重物52的不同的质量才能改变输入力的锻练力的分量。如果不改变重物52的质量而由使用者输入较大的或小的输入动力，将只有输入速度分量的改变而不会改变锻练力的分量。

还可以看出，如果使用者向设备10输入一个大小适合于将重物52保持在所希望的提升位置上的输入动力，则输入动力的输入速度分量将由使用者为了锻练所选定的恒定制动速度（即设置制动）所决定，并且至少在使用者锻练时间的选定部分里将制动速度保持恒定。

假如使用者开始向输入驱动齿轮22施加一个较大的输入动力，作为输入动力的输入速度分量增加的结果，重物52将向上运动，因为一个在输入驱动齿轮22和由其所驱动的链条部分的速度大于制动齿轮28和由其所驱动的链条部分的速度时将产生一个速度差值。这对于使用者来说是一个指示，以便他减少输入动力将重物52保持在新的提升位置或将其放回初始的提升位置。

另一方面，假如使用者减少了施加于输入驱动齿轮22上的输入动力，作为输入动力的输入速度分量减少的结果，重物52将下降，因为一个在输入驱动齿轮22和由其所驱动的链条部分的速度小于制动齿轮28和由其所驱动的链条部分的速度时，将产生一个速度差。这对于使用者来说是一个指示，以便他增加输入动力将重物52保持在新的提升位置或将其放回初始的提升位置。

为了将重物保持在任一个选定的提升位置，使用者必需试图通过各种基本上与选定的恒定制动速度相匹配的输入速度分量施加一个输入动力，从而产生所希望的基本上可控制速度和载荷的锻练。在输入驱动齿轮22将链条24从台车44上以与制动齿轮28将链条喂入台车的速度相同的速度拉开时即可出现上述现象。

可以看出，重物52的质量是有效地、简单地悬挂于台车44上，在输入动力的输入速度分量与制动动力的选定的恒定制动速度分量相匹配时，重物52不会向上或向下运动。即便锻练是以相对较高的输入速度和锻练力进行时也是如此。因此，过去在利用移动一个重物的锻练机械上所遇到的问题，即在锻练期间产生重物的迅速地加速和减速的问题基本上被消除。利用本发明的设备10，不管为锻练选定的输入速度或力多大，重物52都不会意外运动。

设备10包括一个支撑左侧框架结构72和右侧框架结构74的基础框架70。左侧框架结构72具有一个框架构件76，该件具有一个安装在基础框架70上并从其上向上伸出的位于前方的垂直下部件77和一个向后延伸的上部件78。上部件78支撑着靠垫座14，使用者在利用设备10进行锻练时将其背部靠在该靠垫上。手柄16固定地安装在上部件78上。

左侧框架结构72还包括一个设置在后面的垂直框架件80，该件在基础框架70和框架件76的上部件78的后端之间延伸。在框架件76的下部件77和垂直框架件80的上端之间于框架件76的上端之下连接有一个向后倾斜的框架件83。一个水平框架件82在框架件76的上部件78和垂直框架件80之间延伸。

左侧框架结构72用于支撑设备10的许多运动的零件。尤其是将惰性皮带轮36和输入驱动链轮22可转动地安装在水平框架件82的右侧。将制动齿轮28直接在惰齿轮36之下安装在垂直框架件80上。将张紧惰齿轮40直接设在输入驱动齿轮22之下并利用一个包含有张紧弹簧50的连接器机构将其安装在基础框架70上。台车44悬挂在位于链条24的封闭环上的这些齿轮之间。水平框架82具有一个制动弹簧90，基础框架70具有一个制动弹簧92当台车向上或向下移动至最大范围时，这两个弹簧分别位于与台车44的上部相啮合的位置以便提供缓冲停止。

发电机30安装在垂直框架件80上，并且如上所述，一系列的皮带轮和皮带26将发电机30与制动齿轮28相连。这一系列的皮带轮和皮带26设在左侧框架结构72的左侧，并且包括一个安装在与制动齿轮28共有的轴上的大直径皮带轮94和一对安装在垂直框架件80上的中间皮带轮96。将一条皮带安装在皮带轮94和为一对中间皮带轮96之一的小直径皮带轮上。而将另一条皮带装在为一对中间皮带轮96中的另一个的大直径皮带轮和发电机30轴上。通过选择这些皮带轮的直径使其成为一个增速传动机构，从而以一种对于发电机的工作适宜的转速将制动齿轮28的转动传递给发电机30。发电机30具有响应其轴的转动发出电能的常规结构。

通过电缆31与发电机30相连的载荷阻尼器32设在左侧框架结构72的左侧，并且安装在水平框架结构82上。

如前所述，由使用者通过左右踏板18和20施加的正输入动力通过单向离合器21传输给输入驱动齿轮22。单向离合器21有一根由带有安装在轴右端的输入驱动齿轮22的水平框架件82可转动地支撑的轴100。离合器轴100水平地延伸到水平框架件82的左右侧，并且在水平框架件82和输入驱动齿轮22之间的位置处（见图4）具有一个安装在离合器轴左端的左链轮102和安装在离合器轴的右端的右链轮104。左右链轮102和104中的每一个均包括一个单向离合器轴承，并利用该轴承将链轮安装在轴100上。

每一个左右踏板18和20均包括一个脚垫部分106，使用者12将其脚放在踏板上以便在左右脚踏板上交替地施加向下的力。每一个脚踏板都安装有一条踏板臂108。左踏板18的踏板臂108可枢轴转动地安装在倾斜的框架件83的左侧，用于右踏板20的踏板臂108可枢轴转动地安装在倾斜框架件的右侧。踏板臂108在枢轴110的相对端与倾斜框架件83相连。

为了将由使用者施加的向下的力传递给左右踏板18和20，每一个踏板臂108上都刚性地连接有一根杆112，该杆与踏板臂一起绕枢轴110转动。每一根杆112的自由端上都固定地安装有一个四分之一链轮114。链条116的长度的一端被安装在四分之一链轮114的前部上。用于左右踏板18和20的每一个链条116从四分之一链轮114相应的前部向后延伸越过该链轮并由相应的左或右链轮102或104之一驱动。链条116越过左右链轮102和104并分别安装在相应的一个复位弹簧组件68的上端上，弹簧组件用于使左右踏板18和20返回其如图1所示的升起的静止位置。每一个复位弹簧组件68的下端安装在基础框架70上。

当设备10不用时，左右踏板18和20处于其图1所示的升起的位置。当为了练习使用者处于靠垫14上时，即如图3所示的那样，使用者便将其一只脚放在左右踏板18和20的脚蹬106之一上。然后，使用者便交替地向左右踏板18和20施加向下的力。开始时，制动齿轮28和与其相连的发电机30的速度为零，低于用于练习的所选定的、恒定的制动速度。因而，发电机30在开始时不对制动齿轮28施加任何制动力，由使用者12施加的输入动力将几乎完全转换成链条24沿其的封闭环运行速度的增加，使用者在左右踏板18和20上几乎遇不到阻力。当链条24以及由链条所带动的在链条上的制动齿轮28的速度增加到恰好超过选定的恒定制动速度时，发电机30将对其作用一个载荷（只有在速度下降到使用者选定的速度之下时该载荷才会消失），从而向链条施加一个负的制动动力以维持制动齿轮的速度为选定的恒定速度。当第一次施加制动动力时，重物52将以一种如前所述的方式开始上升直至使用者12调整由其所选定的输入动力的速度为止，所述的输入动力是由使用者通过踏动左右踏板18和20向设备10输入的。当且有当使用者选定的速度与选定的恒定速度相等时，重物52的上升运动将停止并且重物将在所希望的位置上被保持于静止位置64之上。如果踏板18和20被踏的太快，重物52便开始上升;如果太慢，便开始下降。

在操作时，使用者12不能够通过操作踏板18和20来控制所施加的输入动力的锻练力的分量，这是因为锻练力被保持为常量并且几乎完全是为锻炼所使用的重物52所选定的质量的函数，该重物将被保持在静止悬挂位置上。最好在锻练时没有重物52的上下运动。如果使用者要增加施加于踏板18和20上的输入动力，基本上只会增加锻练速度而不会增加锻练的力（最初选定的重物的质量决定练习的力并且该力在整个锻炼中保持恒定）。因此，输入动力的增加只能由锻炼速度的增加来实现（动力＝力×速度），且输入动力的增加还将引起重物52向上运动直至使用者再次调整锻练速度并降低输入动力从而使锻练速度再次与选定的恒定的制动速度相匹配为止，重物52将再次处于一个静止的提升位置。在任何系统中都会在输入动力等于制动动力的条件下实现动力平衡。由于锻练力和制动力是相互对立的，并且一起平衡重物52的重量/阻力从而将重物由骑在链条24上的台车44保持在一种静止的悬置状态，锻练力和制动力相互抵消（即：在静止条件下，Fin×Vin＝Fbr×Vbr，则Vin＝Vbr）。输入速度与制动速度之间的任何不平衡均将导致重物52向上或向下的移动。

一旦将重物提升到支架64之上，即使使用者停止施加输入动力并且重物下落，也将对发电机30以及制动齿轮28予以调整以保持选定的恒定制动速度。

在图2中所示的左右踏板18和20中，左踏板18处于最下端的位置，而右踏板20处于最上端的位置。在锻练期间，使用者以其脚施加动力使踏板向下运动，复位弹簧组件68使踏板向上移动。当使用者12向左右踏板18和20施加足够的向下的力时，便使踏板臂108绕着枢轴110转动并且杆112也绕着枢轴作相应的转动。每根杆112通过相应的链条116将这种旋转运动传给相应的左右链轮102和104中的一个。如前所建议的那样，左右踏板18和20可以单独地操作，亦可同时向下推或向上升。但是，在正常的操作中是交替地向左右踏板施加向下的力。

左右踏板向下移动的结果是由链条116传递给左右链轮102和104的旋转运动被单向离合器21转变成离合器轴100的顺时针转动。通过离合器轴100将这种转动力传递给输入驱动齿轮22以便向链条24提供输入动力。可以看出，左右踏板18和20向上返回的运动并不使离合器轴100转动，因为处于左右链轮102和104之间的离合器轴承和离合器轴允许链轮象在图3中所看到的那样在轴上沿逆时针方向自由转动而不将转动传递给离合器轴。离合器轴承仅仅将链轮顺时针方向的转动传递给离合器轴100。

在框架件76的垂直下部77的左右两侧上安装有一个缓冲止挡120以便缓冲在踏板处于下位置时当使用者迅速地将其脚从一个或两个左右踏板18和20上抬离时的冲击。

右侧框架结构74包括一个在离开左侧框架结构72的右侧的地方固定安装在基础框架70上的倒置的U形框架件121。如图4中清楚地表示的横梁122在U形框架件121和左侧框架结构72之间延伸以提供横向支撑。支架64在U形框架件121的垂直支柱之间延伸。如前所述，当重物52处于一个降低的静止位置时，重物便处于支架64之上。

重物52包括一叠单个的重块124，可以用提升杆126将这些块有选择地连接在一起以改变重块的大小，例如可以公知的方式用一根选择销128来实现。提升杆126的上端与带54的一个端部58相连，如上所述，带54绕过台车44上的惰皮带轮60从而使重物52分别随着台车44的上下运动而升降。当重物52处于支架64上的静止位置时，使用者便可以取下选择销128并可以将其再次插入各个单独的重块124上的横向孔中。选择销128具有足以贯通单独的重块上的孔的长度并且可以与提升杆126上的相应孔相接合。以此方式便可使插有选择销128的单独的重物之上的所有重物124随着通过带54由台车传动给提升杆126的运动而升降。装有选择销128的单独重块之下的单独重块124将保持在支架64上。每一个单独重块124上都有一个供选择销穿过的中心孔。

通过使用一个可选择的重物块层叠形成被提升的重物52，使用者便可选定一些单独的重块锁定在一起，并由此选定而在使用设备10锻练时将要遇到的恒定锻练力的大小。还可看出，调整重物叠以便改变将被提起的单独重块124的数量进而改变锻练力并不取决于使用者12为制动力所选定的恒定的制动速度。在图示实施例的重物52中，将三个上面的单独的重块永久锁定在一起从而形成一个最小的所需阻力。

在支架64上设有一个弹性缓冲垫130，用于在重物52向下运动与支架接触时实现缓冲，但在将重物块叠的其它部分提起时仍有许多单独的重物124直接地或间接地留在支架上。在单独的重物124作为重块叠的一部分上下运动时为了对其进行引导，在支架64和固定安装在U形框架件121上端部的支撑板134之间设有一对导向杆132。在每一个单独的重块124上设有一对相应的通孔用于接收导向杆132。

如上所述，由发电机30所施加的并由载荷传递给发电机的制动力的大小由一个常规的反馈环控制。由安装在支撑臂138上的控制板136实现对制动齿轮28的选定的恒定制动速度的选择，所述支撑臂138安装在U形框架件121上。控制板136设置在易于观察并且在使用者靠在靠垫14上时便于用手操作的地方。通过电缆（未示出）将控制板136与发电机30相连。控制板136中还设有控制电路（未示出），以便向使用者提供一个看得见的显示、并为使用者提供用于选择参数、方案和由微处理机使实用的输入数据的装置以及并提供安装在控制板中用于运行使设备10运转的计算机程序的计算机存储器（未示出）。采用常规的电路和程序技术。

另外，为了使使用者可以选择和调整制动动力的选定的恒定制动速度的大小，控制面板136还允许使用者自由选择一系列预选程序化锻练程序中的某一个。每一个锻练程序中都为制动动力预先储存有一系列的恒定制动速度和一个相关的时间顺序，控制板利用该时间顺序改变选定的恒定制动速度。以此方法，使用者锻练时间的一个选定的部分有一个选定的恒定制动速度，而一个或多个选定的部分按照预先确定的模式将有一个或多个不同的其它选定的恒定制动速度。这将产生一个更加有效的锻练顺序。还应看到，这些变化仅用于改变制动动力的制动速度分量和输入动力的使用者选定的输入速度分量，因为输入动力的锻练力分量几乎完全由选择构成欲提升重物52的单独重块124的数量所决定。这样，利用本发明的设备10使用者可以不根据重物52的质量有选择地调整选定的恒定制动速度。

在需要通过增加或减少单独重块124中的几个来人工调整重物52以便调整锻练力的分力时，控制板可以提供提醒使用者的声像信号以便建议增加或减少重物52的质量从而改善所进行的锻练。

虽然上面是将输入动力和制动动力的速度和力作为常量加以描述的，但事实上在锻练期间一个的运动的范围内，作用在踏板18和20上输入速度和力多少会有些变化。这些变化是由为设备10选定的某些零件和踏板臂108的特殊连接结构所形成的。事实上已经决定故意使作用在踏板18和20的速度和力在一个的锻练循环中稍有变化，以便适应在整个运动范围内使用者的生物机械强度变化。尽管如此，设备10仍以一种恒定的设备速度和载荷运行并且从一个运动循环至下一个循环于踏板行程的任一点上均产生非常恒定的并可再现的锻练速度和载荷。

还应注意到，虽然在本发明图5所示的优选实施例中的差速器6采用了悬挂于链条24上的台车44，但亦可使用其它的差速器，如常规的差速齿轮结构或滚珠螺旋结构。同样，虽然在如图5所示的本发明的优选实施例中阻力1是采用重物52的形式，但也可用其它的形式，如弹簧、马达或其它的阻力件。

可以理解到，虽然上面已经对本发明的一个特殊实施例进行了展示性的描述，但是在不超出本发明的精神和范围的条件下仍然可以做出许多变化。因而，除所附的权利要求书之外本发明不受限制。

Claims (47)

1、一种锻练设备，包括：

一个可垂直移动的重物；

一个输入机构，该机构由使用者驱动以便以使用者选定的用于向上提升重物的速度输入一个具有单向锻炼力的正输入动力；

一个施加负制动力的制动器，该制动力具有抵抗锻炼力的单向的制动力，制动动力具有允许重物向下运动的制动速度；和

一个制动控制器，用于至少在使用者锻炼时间的一个选定的部分之中维持制动速度为一种预定的恒定速度而控制一个制动作用；和

一个差速件，该件与重物相连并从输入机构接收输入动力，从制动器接收制动动力，该件在使用者选定速度和预定的恒定制动速度之间确定一个速度差，并将该结果作用于重物从而在使用者选定的速度大于制动速度时将重物提升，在使用者选定的速度小于预定的恒定制动速度时将重物放下，由此使用者至少在其锻炼时间的选定部分中能够施加用于将重物提升至预定高度的输入动力并通过施加具有与预定的恒定速度基本匹配的使用者选定的速度施加输入动力而将重物保持在所希望的高度。

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括连接输入机构、制动器和差速件以便将输入动力和制动动力传递给差速件的柔性件。

3、如权利要求2所述的设备，其特征在于，差速件包括其上连接有重物的可移动的台车，台车在第一方向上的运动使重物上升而在第二方向上的运动使重物下降，用柔性件支撑台车以便在使用者选定的速度大于预定的恒定制动速度时使台车沿第一方向运动，而在使用者选定的速度小于预定的恒定速度使使台车沿第二方向运动。

4、如权利要求3所述的设备，其特征在于，柔性件是一个封闭环，为了将制动动力和输入动力输送给该件使其与制动器和输入机构可操作地啮合，柔性件包括在制动器和输入机构之间延伸的第一长度，台车悬吊在第一长度上。

5、如权利要求4所述的设备，其特征在于，台车包括骑在柔性件上的第一惰轮且台车本身由该惰轮悬吊在第一长度上;还有一个第二惰轮，柔性件的返回的第二长度绕过该惰轮;第二长度在制动器和输入机构之间延伸，由此而消除在台车于第一和第二方向之间运动时在封闭环中出现的松弛。

6、如权利要求2所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个第一可旋转件，该件悬吊在柔性件的第一部分上，用以根据柔性件第一部分的伸长或缩短而提升或降下第一可旋转件的垂直运动，将重物与第一可旋转件相连以便与之一起垂直运动，制动器包括第二可旋转件，柔性件的第二部分绕于其上与之啮合从而将负的制动动力传递给柔性件的第二部分，输入机构包括一个第三转动件，柔性件的第三部分与之啮合从而将正的输入动力施加于柔性件的第三部分，柔性件在沿着第二和第三可转动件之间的运动路线沿单向运动时，将正的输入动力和负的制动动力传递给差速件。

7、如权利要求6所述的设备，其特征在于，柔性件还包括第四纵向部分，该部分在柔性件的第二和第三部分之间延伸从而使柔性件形成一个封闭环。

8、如权利要求2所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个可旋转件，该件悬吊在柔性件的第一部分上，用以根据柔性件第一部分的伸长或缩短而提升或降下第一可旋转件的垂直运动，将重物件与第一可旋转件相连以便与之一起垂直运动，制动器向柔性件的第二部分施加负的制动动力，输入机构向柔性件的第三部分施加正的输入动力。

9、如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个调节件，使用者可以有选择地调整该件，以此选择制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度。

10、如权利要求9所述的设备，其特征在于，预定的恒定制动速度是可由使用者不根据重物的质量有选择地加以调节的。

11、如权利要求9所述的设备，其特征在于，重物包括一叠单独的重块和供使用者将单独的重块锁定在一起形成重物的装置，调节件允许使用者不依赖于使用者选定锁在一起的单独重块的数量来调节制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度。

12、如权利要求1所述的设备，其特征在于，重物是一叠单独的重块，这些重块被有选择地锁定在一起从而使使用者可以有选择地改变单独重块的数量以构成不同大小的重物。

13、如权利要求1所述的设备，其特征在于，在使用者锻炼期间由制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度是可选择地调整的，从而以一种预定的方式将在使用者锻炼时间的至少一个或多个其它选定部分中的选定的恒定制动速度变成使用者锻炼时间的选定部分中预定的恒定制动速度。

14、如权利要求1所述的设备，其特征在于，输入机构包括一对由使用者操作的用于输入输入动力的踏板。

15、如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个与输入机构和制动器可操作地相啮合的封闭链条环，该环可操作地与差速件啮合以便将输入动力和制动动力传递给差速件。

16、如权利要求1所述的设备，其特征在于，制动器包括一个与载荷阻尼器一起工作的发电机，发电机的旋转速度决定由制动器施加的制动动力的制动速度，制动器控制器包括一个反馈环，该环监视发电机的速度并控制发电机上的载荷从而对其转速实施控制。

17、如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括一个在制动器和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于在其间传输制动动力的柔性件，该件还在输入机构和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于在其间传输输入动力，其中，制动器包括一个可旋转的制动件，柔性件绕该件与之啮合从而至少在使用者锻炼时间的选定部分中通过可旋转制动件的转动以一种恒定的喂入速度将柔性件送至差速件上，输入机构包括一个可旋转的输入件，柔性件围绕该件与之啮合从而以可旋转输入件的转动速度所决定的拉回速度将柔性件从差速件上拉开。

18、一种锻炼设备，包括：

一个连接件;

一个阻尼件，用于沿第一方向将阻力施加于连接件上;

一个输入机构，由使用者驱动该机构以便沿着通常与第一方向相反的第二方向以使用者选定的速度输入一个具有单向锻炼力的正输入动力从而使连接件移动;

一个施加具有抵抗锻炼力的单向制动力的负制动动力的制动器，制动动力具有允许连接件沿第一方向运动的制动速度;

一个制动器控制器，用于控制制动器的动作以便至少在使用者锻炼时间的选定部分中将制动速度维持在一个预定的恒定速度上;和

一个与连接件相连的差速件，该件从输入机构接收输入动力并从制动器接收制动动力，差速件在使用者选定的速度和选定的恒定制动速度之间确定一个速度差，并将该结果作用于连接件从而在使用者选定的速度大于制动速度时连接件沿第二方向运动，而在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时连接件沿第一方向运动。

19、如权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括连接输入机构、制动器和差速件以便将输入动力和制动动力传递给差速件的柔性件。

20、如权利要求19所述的设备，其特征在于，差速件包括一个通过连接件与阻力件相连接的可动台车，台车与柔性件啮合从而在使用者选定的速度大于制动速度时使台车沿一个方向运动，在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时使其沿相反的方向运动。

21、如权利要求20所述的设备，其特征在于，柔性件是一个封闭环，为了将制动动力和输入动力输送给该件使其与制动器和输入机构可操作地啮合，柔性件包括在制动器和输入机构之间延伸的第一长度，台车悬吊在第一长度上。

22、如权利要求21所述的设备，其特征在于，台车包括骑在柔性件上的第一惰轮且台车本身由该惰轮悬吊在第一长度上。

23、如权利要求19所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个第一可旋转件，柔性件的第一部分围绕该件与之啮合，以便根据柔性件第一部分的伸长或缩短而使第一可旋转件往复运动，将连接件与第一可旋转件相连以便与之一起运动，制动器包括第二可旋转件，柔性件的第二部分绕于其上与之啮合从而将负的制动动力传递给柔性件的第二部分，输入机构包括一个第三转动件，柔性件的第三部分与之啮合从而将正的输入动力施加于柔性件的第三部分，柔性件在沿着第二和第三可转动件之间的运动路线沿单向运动时，将正的输入动力和负的制动动力传递给差速件。

24、如权利要求23所述的设备，其特征在于，柔性件还包括第四纵向部分，该部分在柔性件的第二和第三部分之间延伸从而使柔性件形成一个封闭环。

25、如权利要求19所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个可旋转件，柔性件的第一部分绕于其上并与之啮合，以便根据柔性件第一部分的伸长或缩短而使第一可旋转件往复运动，将连接件与第一可旋转件相连以便与之一起运动，制动器向柔性件的第二部分施加负的制动动力，输入机构向柔性件的第三部分施加正的输入动力。

26、如权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括一个调节件，使用者可以有选择地调整该件，以此选择制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度。

27、如权利要求26所述的设备，其特征在于，阻力件包括使用者用以有选择地改变阻力大小的装置，调节件使使用者能够不依赖于使用者选定的阻力的大小来选择由制动器所施加的制动动力的选定的恒定制动速度。

28、如权利要求18所述的设备，其特征在于，使用者可以有选择地改变阻力件以便有选择地改变阻力的大小。

29、如权利要求18所述的设备，其特征在于，在使用者锻炼期间由制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度是可选择地调整的，从而以一种预定的方式将在使用者锻炼时间的至少一个或多个其它选定部分中的选定的恒定制动速度变成使用者锻炼时间的选定部分中预定的恒定制动速度。

30、如权利要求18所述的设备，其特征在于，制动器包括一个与载荷阻尼器一起工作的发电机，发电机的旋转速度决定由制动器施加的制动动力的制动速度，制动器控制器包括一个反馈环，该环监视发电机的速度并控制发电机上的载荷从而对其转速实施控制。

31、如权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括一个在制动器和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于在其间传输制动动力的柔性件，该件还在输入机构和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于在其间传输输入动力，制动器包括一个可旋转的制动件，柔性件绕该件与之啮合从而至少在使用者锻炼时间的选定部分中通过可旋转制动件的转动以一种恒定的喂入速度将柔性件送至差速件上，输入机构包括一个可旋转的的输入件，柔性件围绕该件与之啮合从而以可旋转输入件的转动速度所决定的拉回速度将柔性件从差速件上拉开。

32、一种锻炼设备，包括：

一个用于施加阻力的可移动阻力件;

一个由使用者驱动的输入机构，用于以使用者选定的速度输入具有单向锻炼力的正输入动力，所述锻炼力由阻力确定;

一个制动器，用于施加具有抵抗锻炼力的单向制动力的负的制动动力，制动动力具有一个制动速度，以锻炼力和制动动力相结合与阻力相平衡的方式由阻力确定制动动力;

一个制动控制器用于控制制动器的作用，以便在使用者锻炼的时间中至少一部分上将制动速度保持为一个选定的恒定速度;

一个与阻力件相结合的差速件，该件从输入机构接收输入动力并从制动器接收制动动力，差速件在使用者选定的速度和选定的恒定制动速度之间确定一个速度差，并将该结果作用于阻力件从而当使用者选定的速度大于选定的恒定制动速度时使阻力件在第一方向上移动，而在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时使阻力件在第二方向上运动。

33、如权利要求32所述的设备，其特征在于，还包括连接输入机构、制动器和差速件以便将输入动力和制动动力传递给差速件的柔性件。

34、如权利要求33所述的设备，其特征在于，差速件包括一个与阻力件相连的可动台车，该台车与柔性件啮合从而在使用者选定的速度大于制动速度时使台车沿第一方向运动，而在使用者选定的速度小于选定的恒定制动速度时使台车在另一个方向上运动。

35、如权利要求33所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个第一可旋转件，柔性件的第一部分围绕该件与之啮合，以便根据柔性件第一部分的伸长或缩短而使第一可旋转件往复运动，将阻力件与第一可旋转件相连以便与之一起运动，制动器包括第二可旋转件，柔性件的第二部分绕于其上与之啮合从而将负的制动动力传递给柔性件的第二部分，输入机构包括一个第三旋转件，柔性件的第三部分与之啮合从而将正的输入动力施加于柔性件的第三部分，柔性件在沿着第二和第三可转动件之间的运动路线沿单向运动时，将正的输入动力和负的制动动力传递给差速件。

36、如权利要求35所述的设备，其特征在于，柔性件还包括第四纵向部分，该部分在柔性件的第二和第三部分之间延伸从而使柔性件形成一个封闭环。

37、如权利要求33所述的设备，其特征在于，柔性件具有第一、第二和第三纵向部分，其第一部分在制动器和输入机构之间延伸，差速件包括一个可旋转件，柔性件的第一部分绕于其上并与之啮合，以便根据柔性件第一部分的伸长或缩短而使第一可旋转件往复运动，将阻力件与第一可旋转件相连以便与之一起运动，制动器向柔性件的第二部分施加负的制动动力，输入机构向柔性件的第三部分施加正的输入动力。

38、如权利要求32所述的设备，其特征在于，还包括一个调节件，使用者可以有选择地调整该件，以此选择制动器所施加的制动动力的预定的恒定制动速度。

39、如权利要求38所述的设备，其特征在于，阻力件包括使用者用以有选择地改变阻力大小的装置，调节件使使用者能够不依赖于使用者选定的阻力的大小来选择由制动器所施加的制动动力的选定的恒定制动速度。

40、如权利要求32所述的设备，其特征在于，使用者可以有选择地改变阻力件以便有选择地改变阻力的大小。

41、如权利要求32所述的设备，其特征在于，还包括一个在制动器和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于在其间传输制动动力的柔性件，该件还在输入机构和差速件之间延伸并与之可操作地啮合以便于其间传输输入动力，制动器包括一个可旋转的制动件，柔性件绕该件与之啮合从而至少在使用者锻炼时间的选定部分中通过可旋转制动件的转动以一种恒定的喂入速度将柔性件送至差速件上，输入机构包括一个可旋转的输入件，柔性件围绕该件与之啮合从而以可旋转输入件的转动速度所决定的拉回速度将柔性件从差速件上拉开。

42、一种锻炼方法，包括：

提供一个可垂直运动的重物;

提供一个可由使用者驱动的输入机构;

以单向的锻炼力和为移动重物由使用者选定的速度向输入机构施加一个正的输入动力;

提供一个制动器;

以抵抗锻炼力的单向制动力和使重物下降的制动速度向制动器施加一个负的制动动力;

为制动速度选择一个恒定的速度;

控制制动器的作用以便在使用者锻炼时间的至少一个选定的部分上将制动速度保持为一个选定的恒定常量;

提供一个与重物相连的差速件;

用该差速件接收从输入机构来的输入动力和从制动器来的制动动力;

用该差速件在使用者选定速度和选定的恒定制动速度之间确定一个速度差;

将所形成的速度差作用于重物从而在使用者选定的速度大于选定的恒定速度时使重物上升，而在使用者选定的速度小于选定的恒定速度时使重物下降。

43、如权利要求42所述的方法，其特征在于，包括使用者至少在其锻炼时间之内于选定的部分中为了提升重物至一个希望的高度而施加足够的输入动力，并以与选定的恒定速度基本匹配的使用者选定的速度施加输入动力而将重物维持在所希望的高度上下。

44、如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括使用有选择地锁定在一起以便构成重物的一叠单独的重块，该方法还包括有选择地改变单独重块的数量以便构成与差速件相连的重物。

45、如权利要求44所述的方法，其特征在于，不根据选择用于构成重物的单独重块的数量来选择作为制动速度的恒定速度。

46、如权利要求42所述的方法，其特征在于，使用一个在制动器和差速件之间延伸以便于其间传输制动动力的柔性件，还包括提供一个由柔性件环绕啮合的作为制动器一部分的可转动件，以及至少在使用者锻炼时间之内的选定部分中通过可转动件的转动以恒定的喂入速度将柔性件送到差速件上。

47、如权利要求42所述的方法，其特征在于，还包括在使用者锻炼期间有选择地调整由制动器所施加的选定的恒定制动动力的速度，从而以一种预定的方式将在使用者锻炼时间的至少一个或多个其它选定部分中的选定的恒定制动速度变成使用者锻炼时间的选定部分中预定的恒定制动速度。

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