ТРЕНАЖЕР, ИМЕЮЩИЙ ГИБКИЙ ЭЛЕМЕНТ
SIMULATOR HAVING FLEXIBLE ELEMENT

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Некоторые устройства для выполнения физических упражнений (тренажеры) позволяют человеку регулировать горизонтальный размах шага просто путем приложения усилия к опоре для ног тренажера. Такие тренажеры при этом не позволяют человеку регулировать также максимальную амплитуду шага по вертикали или высоту шага по вертикали. Кроме того, такие тренажеры могут быть громоздки, сложны и дорогостоящи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан вид сверху, в перспективе, тренажера согласно одному примерному варианту осуществления со схематично представленными участками.
На фиг. 2 показан другой вид сверху, в перспективе, тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 3 показан другой вид в перспективе тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 4 показан вид слева сбоку тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 5 показан вид справа сбоку тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 6 показан вид сверху тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 7 показан вид сзади тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 8 показан вид снизу тренажера, представленного на фиг. 1.
На фиг. 9 показан местный вид сверху, иллюстрирующий тренажер, представленный на фиг. 1, в первой установочной позиции высоты шага.
На фиг. 10 показан местный вид сверху, иллюстрирующий тренажер, представленный на фиг. 1, во второй установочной позиции высоты шага.
На фиг. 10А показана схема, иллюстрирующая гибкий элемент тренажера, представленного на фиг. 1, в различных установочных позициях высоты шага.
На фиг. 11 показан местный вид сверху, в перспективе, тренажера, представленного на фиг. 1, иллюстрирующий механизм регулировки высоты шага по одному примеру варианта осуществления.
На фиг. 12 показан местный вид в сечении тренажера, представленного на фиг. 1, иллюстрирующий траекторию следования гибкого элемента по одному примерному варианту осуществления.
На фиг. 13 показан другой местный вид в сечении тренажера, представленного на фиг. 1, дополнительно иллюстрирующий траекторию следования гибкого элемента.
На фиг. 14 показан другой местный вид в сечении тренажера, представленного на фиг. 1, иллюстрирующий траекторию следования гибкого элемента по одному примеру варианта осуществления.
На фиг. 15 показан вид снизу тренажера, представленного на фиг. 1, иллюстрирующий систему противодействия по одному примерному варианту осуществления.
На фиг. 16 показан вид в сечении тренажера, представленного на фиг. 15, дополнительно иллюстрирующий систему противодействия.
На фиг. 17 показан вид сверху, слева, в перспективе, тренажера по одному примеру варианта осуществления со схематично представленными участками.
На фиг. 17А показан вид сверху, справа, в перспективе, тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 18 показан другой вид сверху, в перспективе, участка тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 19 показан другой вид сверху, в перспективе, участка тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 20 показан другой вид сверху, в перспективе, участка тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 21 показан вид справа сбоку тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 22 показан местный вид сзади участка тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 23 показан вид сзади участка тренажера, представленного на фиг. 17.
На фиг. 24А показана схема, иллюстрирующая гибкие элементы тренажера, представленного на фиг. 17, в одной установочной позиции высоты шага.
На фиг. 24В показана схема, иллюстрирующая гибкие элементы тренажера, представленного на фиг. 17, в другой установочной позиции высоты шага.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1-8 показан тренажер или устройство 20 согласно одному примерному варианту осуществления. Тренажер или устройство 20 позволяет человеку регулировать горизонтальную длину шага просто путем приложения человеком усилия к опорам для ног тренажера. Тренажер 20 также позволяет человеку регулировать длину по вертикали или высоту шага по вертикали. Тренажер 20 обеспечивает подобную свободу движения, используя упругий элемент 104, при этом конструкция компактна, не столь сложна и является менее дорогостоящей. Как показано на фиг. 1-7, тренажер 20 содержит раму 24, соединительные узлы 26L, 26R (которые совместно будем называть соединительными узлами 26), качающиеся рычаги 27, кривошипную систему 28, систему 30 противодействия, соединительные системы 34L, 34R, механизм 38 регулировки высоты шага, систему 40 противодействия в горизонтальном направлении, а также дисплей 42.
Рама 24 служит опорой тренажеру 20 при установке на некотором основании или на полу. Рама 24 включает в себя нижний участок 50, фронтальную или переднюю опору или стойку 52, задние опоры или стойки 54, а также боковые консоли 56L, 56R (которые совместно будем называть боковыми консолями 56). Нижние участки 50 опираются на пол и соединены со стойками 52, 54. Передняя стойка 52 проходит на переднем конце тренажера 20 и соединена с обеими боковыми консолями 56, поддерживая при этом дисплей 42. Стойки 54 проходят на заднем конце тренажера 20 и соединены с боковыми консолями 56.
Боковые консоли 56 проходят в заднем направлении от стойки 52 с противоположных сторон обоих соединительных узлов 26. Боковые консоли 56 проходят по существу параллельно друг другу на одной высоте, отмеряемой по вертикали. Боковые консоли 56 создают балки, штанги или рукоятки, за которые могут ухватиться или на которые могут опереться левая и правая руки человека при заходе на тренажер 20 или когда они не захватывают участки рукояток соединительных узлов 26. Боковые консоли 56 помогают человеку удерживаться на соединительных узлах 26 и на тренажере 20, снижая вероятность падения с тренажера 20.
В представленном примере боковые консоли 56 дополнительно служат защитой от соприкосновения с гибкими элементами соединительных систем 34. В показанном примере боковые консоли 56 также способствуют удерживанию кривошипной системы 28, механизма 38 регулировки высоты шага, а также участков соединительных систем 34. В других вариантах осуществления в качестве опоры для кривошипной системы 28, механизма 38 регулировки высоты шага и участков соединительных систем 34 могут использоваться отдельные конструкции, независимые от боковых консолей 56.
В других вариантах осуществления рама 24 может иметь множество других конфигураций. Например, в других вариантах осуществления боковые консоли 56 могут альтернативно не включать в себя гибкие элементы. В других вариантах осуществления боковые консоли 56 могут не соединять между собой стойки 52 и 54. Нижние участки 50 также могут иметь различные конфигурации.
Соединительные узлы 26 содержат одно или несколько звеньев, подвижно опертых на раму 24 и выполненных с возможностью подъема и поддерживания ног человека, когда человек, выполняющий физические упражнения, прикладывает усилие к таким соединительным узлам для перемещения этих соединительных узлов относительно рамы 24. В представленном примере каждый из соединительных узлов 26 включает в себя дугообразное подвижное звено 58, опорное звено 60 для ног и упор 62 для ступней. Каждое дугообразное подвижное звено 58 шарнирно оперто на одну из боковых консолей 56 на одном концевом участке и шарнирно соединено с опорным звеном 60 для ног на другом концевом участке.
Каждое опорное звено 60 для ног (известное также как stair arm) продолжается от дугообразного подвижного звена 58 и поддерживает один из упоров 62 для ступней. Каждый из упоров 62 для ступней содержит опору, педаль и т.п., обеспечивающую поверхность, на которой может находиться ступня человека. В представленном примере каждый из упоров 62 для ступней дополнительно включает в себя кожух для носка ступни или туклипс, по отношению к которому ступня или пальцы стопы человека могут приложить усилие в верхнем или вертикальном направлении. Упоры 62 для ступней могут иметь различные размеры, формы и конфигурации. В других вариантах осуществления каждое дугообразное подвижное звено 58 и опорное звено 60 для ног (которое иногда называют foot link) также могут иметь различные конфигурации, формы и схемы соединений. Например, в других вариантах осуществления в том месте опорного звена 60 для ног, где находится задний конец, который имеет консольную заделку, опорное звено 60 для ног по альтернативному варианту может иметь задний конец, шарнирно опертый на другое опорное сочленение, продолжающееся от одной из боковых консолей 56 или другого участка рамы 24.
В представленном примере соединительные узлы 26L, 26R соединены друг с другом с помощью жесткого синхронизирующего приспособления 63, включающего в себя коромысло 64 и звенья 65 (показанные на фиг. 8). Коромысло 64 шарнирно оперто на раму 50. Каждое из звеньев 65 имеет первый конец, шарнирно соединенный с коромыслом 64, и второй конец, шарнирно соединенный с одним из звеньев 58. Синхронизирующее приспособление 63 синхронизирует поворотное перемещение соединительных узлов 26, так что соединительные узлы 26 перемещаются со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно друг друга. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие синхронизирующие механизмы. В некоторых вариантах осуществления синхронизирующее приспособление 63 может отсутствовать.
Качающиеся рычаги 27 содержат рычаги, имеющие участки 66 рукояток, выполненные с возможностью захвата человеком, когда соединительные узлы 26 совершают поворотные перемещения относительно рамы 24. В представленном примере качающиеся рычаги 66 жестко соединены или выполнены заодно, образуя единое целое, с дугообразными подвижными звеньями 58, так чтобы совершать поворотные перемещения вместе с дугообразными подвижными звеньями 58. Таким образом, качающиеся рычаги 27 позволяют человеку выполнять физические упражнения, тренируя руки и верхнюю часть тела. В других вариантах осуществления качающиеся рычаги 27 могут совершать поворотные перемещения независимо от дугообразных подвижных звеньев 58, могут иметь независимые системы противодействия для тренировки верхней части тела либо могут жестко или стационарно опираться на раму 24. В некоторых вариантах осуществления качающиеся рычаги 66 могут отсутствовать.
Кривошипная система 28 содержит механизм, выполненный с возможностью синхронизации перемещения соединительных узлов 26, а также создания противодействия такому перемещению. На фиг. 8-11 кривошипная система 28 показана более подробно. Как показано на этих фигурах, кривошипная система 28 включает в себя рычаг 70 кривошипа, а также кривошипные направляющие 72L, 72R гибкого элемента (которые совместно будем называть кривошипными направляющими 72 гибкого элемента). Рычаг 70 кривошипа содержит звено, выполненное с возможностью поворота вокруг по существу вертикальной оси 74 и с возможностью соединения с гибким элементом 104 одной из соединительных систем 34 в местоположении, радиально отстоящем от оси 74. Поскольку рычаг 70 кривошипа осуществляет вращение вокруг по существу вертикальной оси 74, кривошипная система 28 становится более компактной. Например, кривошипная система 28 может по меньшей мере частично помещаться в пределах отмеряемой по вертикали толщины боковых консолей 56 рамы 50 или по меньшей мере частично перекрывать ее в вертикальном направлении. В еще одних вариантах осуществления кривошипная система 28 может включать в себя рычаг 70 кривошипа, осуществляющий вращение вокруг горизонтальной оси.
В представленном примере рычаг 70 кривошипа содержит объединенные входное звено кривошипа и шкив, выполненный в виде диска, колеса и т.п., при этом диск или колесо концентрически располагаются вокруг оси 74 и соединены с гибким элементом в местоположении, радиально отстоящем от оси 74. В других вариантах осуществления рычаг 70 кривошипа может содержать одно или несколько звеньев, выполненных с возможностью поворота вокруг оси 74 и с возможностью соединения с гибким элементом 104 одной из соединительных систем 34, при этом рычаг 70 кривошипа не проходит концентрически вокруг оси 74.
В контексте настоящего раскрытия термин «соединенные» обозначает соединение двух звеньев непосредственно или опосредованно друг с другом. Такое соединение может быть стационарным по своей природе или подвижным по своей природе. Такое соединение может достигаться с помощью двух звеньев либо двух звеньев и любых дополнительных промежуточных звеньев, выполненных заодно в виде единого целого, или двух звеньев либо двух звеньев и любых дополнительных промежуточных звеньев, прикрепленных друг к другу. Такое соединение может быть перманентным по своей природе или, по альтернативному варианту, может быть сменным или съемным по своей природе. Термин «функционально связанный» означает, что два звена непосредственно или опосредованно соединены так, что движение может передаваться от одного звена к другому звену непосредственно или посредством промежуточных звеньев.
Кривошипные направляющие 72 гибкого элемента содержат звенья, которые соединены с рычагом 70 кривошипа и установлены на нем, так чтобы совершать вращение вокруг оси 74, и вокруг которых обвиты гибкие элементы 104 соединительной системы 34, так чтобы передавать усилие на кривошипные направляющие 72 гибкого элемента и, в конечном счете, на рычаг 70 кривошипа кривошипной системы 28. В представленном примере кривошипные направляющие 72 гибкого элемента соединены с возможностью поворота или вращения с рычагом 70 кривошипа, так чтобы осуществлять вращение или поворот вокруг оси 76, радиально отстоящей от оси 74. Как показано на фиг. 11, кривошипные направляющие 72 гибкого элемента наложены друг на друга в вертикальном направлении, так чтобы вращаться вокруг одной общей оси 76, при этом гибкие элементы 104 соединительной системы 34 обвиты вокруг противоположных сторон направляющих 72. Поскольку кривошипные направляющие 72 гибкого элемента находятся на одном стержне или одной вращательной оси 76 кривошипного механизма, т.к. направляющие 72 наложены друг на друга, а гибкие элементы обвиты вокруг противоположных сторон таких направляющих 72, кривошипная система 28 становится более компактной.
В представленном примере кривошипные направляющие 72 гибкого элемента содержат шкив. В других вариантах осуществления каждая из кривошипных направляющих 72 гибкого элемента альтернативно может содержать шпульку или диск, относительно которого гибкий элемент перемещается или скользит без вращения кривошипной направляющей 72 гибкого элемента. В иных вариантах осуществления кривошипная система 28 в качестве альтернативы может включать в себя два рычага 70 кривошипа, при этом каждый соединительный узел 26 оборудован собственными отдельными специально предназначенными рычагом 70 кривошипа и кривошипной направляющей 72 гибкого элемента.
Система 30 противодействия создает дополнительное сопротивление поворотному перемещению кривошипной системы 28.
Конкретно в представленном примере система 30 противодействия создает избирательно регулируемое пошагово изменяющееся сопротивление вращению рычага 70 кривошипа кривошипной системы 28. На фиг. 1 и 8 система 30 противодействия представлена более подробно. Как показано на фиг. 1 и 8, система 30 противодействия включает в себя ремень 80, шкив 82, натяжной элемент 84, шкив 86, ремень 88, шкив 90 и источник 92 создания противодействия. Как показано на фиг. 8, ремень 80 обвит вокруг рычага 70 кривошипа и шкива 82. Натяжной элемент 82 содержит звено, такое как шкив, которое подвижно расположено или может регулироваться относительно ремня 80, так чтобы плотно прилегать к ремню 80 для регулировки натяжения ремня 80. Как показано на фиг. 1, шкив 82 соединен со шкивом 86 с помощью общего для них вала 94. Ремень 88 обвит вокруг шкива 86 и шкива 90. Шкив 90 соединен с источником 92 создания противодействия с помощью общего для них вала 96.
Источник 92 создания противодействия содержит механизм, выполненный с возможностью вращения, преодолевая избирательно регулируемое сопротивление. В одном варианте осуществления источник 92 создания противодействия содержит металлическую пластину, а также один или несколько магнитов, образующие тормозной механизм вихревого действия. В одном варианте осуществления один или несколько магнитов содержат электромагниты, позволяющие избирательно регулировать напряженность магнитного поля для контролирования и изменения противодействия вращению рычага 70 кривошипа. В другом варианте осуществления источник 92 создания противодействия может содержать электрогенератор. В еще одном варианте осуществления источник 92 создания противодействия может содержать две поверхности, пребывающие во фрикционном контакте друг с другом, чтобы создать фрикционное сопротивление вращению рычага 70 кривошипа. В следующем варианте осуществления может применяться пневматический тормоз. В других вариантах осуществления могут использоваться иные тормозные устройства или механизмы противодействия.
Поскольку в системе 30 противодействия используется двухступенчатая передача движения между рычагом 70 кривошипа и источником 92 создания противодействия, схема и архитектура кривошипной системы 28 и системы 30 противодействия становятся более компактными, при этом отношение скоростей между рычагом 70 кривошипа и источником 92 создания противодействия (примерно 12:1) позволяет улучшить электрические рабочие характеристики. В других вариантах осуществления может применяться одноступенчатая трансмиссия или трансмиссия, имеющая более двух ступеней передачи движения. В других вариантах осуществления система 30 противодействия может иметь иные конфигурации или может отсутствовать. Например, в ином варианте осуществления на участке использования ремней и шкивов трансмиссия системы 30 противодействия может включать в себя зубчатые передачи, цепи или цепные колеса и т.п.
Соединительная система 34 функционально связывает или соединяет кривошипную систему 28 с опорными звеньями 60 для ног или упорами 62 для ступней. Каждая из соединительных систем 34 включает в себя переднее концевое крепление 98 гибкого элемента, задний направляющий элемент 102, а также гибкий элемент 104. Как показано на фиг. 11, переднее концевое крепление 98 гибкого элемента (известное также как «неподвижный конец» (dead end)) содержит крепление или место крепления, к которому крепится конец гибкого элемента 104. В представленном примере каждое крепление 98 содержит качающуюся или шарнирную опору, позволяющую гибкому элементу 104 раскачиваться из стороны в сторону. В представленном примере концевое крепление 98 для каждой из соединительных систем 34L и 34R создано с помощью механизма 38 регулировки высоты шага. В других вариантах осуществления, в которых механизм 38 регулировки высоты шага отсутствует, концевое крепление 98 может быть создано с помощью части рамы 24. В других вариантах осуществления, в которых концы гибких элементов 104 непосредственно крепятся к рычагу 70 кривошипа и не обвиты вокруг направляющей 72, концевые крепления 98 могут быть обеспечены на рычаге 70 кривошипа.
Передний направляющий элемент 100 каждой из соединительных систем 34 содержит звено, выполненное с возможностью направления перемещения гибкого элемента 104 по мере его прохождения от кривошипной системы 28 по направлению к опорным звеньям 60 для ног. В представленном примере каждый передний направляющий элемент 100 содержит шкив, удерживаемый рамой 24 с возможностью вращения вокруг по существу вертикальной оси 108. В других вариантах осуществления каждый направляющий элемент 100 может альтернативно содержать поверхность с низким коэффициентом трения, которая не вращается и относительно которой гибкий элемент 104 перемещается или скользит. Как показано на фиг. 9 и 10, направляющие элементы 100 соединительных систем 34L и 34R смещены друг от друга в переднезаднем направлении (продольном направлении тренажера 20). Данное смещение направляющих элементов 100 и их вращательных осей 108 способствует обвивке гибких элементов 104 вокруг противоположных сторон кривошипных направляющих 72 гибкого элемента кривошипной системы 28. В других вариантах осуществления, в которых гибкие элементы 104 не обвиты вокруг противоположных сторон пары сложенных друг на друга кривошипных направляющих 72, направляющие элементы 100 и их вращательные оси 108 могут не иметь смещения. В вариантах осуществления, в которых рычаг 70 кривошипа или кривошипные направляющие 72 не вращаются вокруг по существу вертикальных осей, направляющие элементы 100 в качестве альтернативы могут вращаться вокруг невертикальных осей.
Как показано на фиг. 12, каждый из направляющих элементов 100 дополнительно направляет гибкий элемент 104 через отверстие во внутреннее пространство боковой консоли 56. В результате каждая боковая консоль служит защитным приспособлением и направляющей для гибкого элемента 104. В других вариантах осуществления каждый гибкий элемент 104 может альтернативно проходить с внешней стороны боковой консоли 56.
Задние направляющие элементы 102 направляют перемещение гибких элементов 104 от передних направляющих элементов 100 к опорным звеньям 60 для ног. В представленном примере задние направляющие элементы 102 содержат шкивы, опертые с возможностью вращения на боковые консоли 56 рамы 24 проксимально к заднему концу тренажера 20 по существу вертикально над упорами 62 для ступней, когда упоры 62 для ступней выровнены в горизонтальном направлении. В других вариантах осуществления каждый из задних направляющих элементов 102 может альтернативно содержать поверхность с низким коэффициентом трения, которая не вращается и относительно которой гибкий элемент 104 перемещается или скользит.
Как показано на фиг. 13 и 14, каждый из направляющих элементов 102 дополнительно направляет гибкий элемент 104 через отверстие из внутреннего пространства боковой консоли 56 по существу в вертикальном направлении вниз к опорным звеньям 60 для ног и упорам 62 для ступней. В представленном примере направляющие элементы 102 вращаются вокруг по существу горизонтальной оси 110, которая имеет угловое отклонение от оси 108 на 90 градусов. В результате направляющие элементы 100, 102 работают совместно на переориентирование гибкого элемента 104 по существу из горизонтального положения в кривошипной системе 28 по существу в вертикальное положение, когда он присоединен к опорным звеньям 60 для ног или упорам 62 для ступней. Данное изменение ориентационного положения делает возможным вращение кривошипной системы 28 вокруг по существу вертикальной оси. В других вариантах осуществления направляющие элементы 100, 102 альтернативно могут вращаться вокруг параллельных осей. Хотя соединительные системы 34, как показано, имеют два направляющих элемента 100, 102, в других вариантах осуществления соединительные системы 34 в качестве альтернативы могут включать в себя большее или меньшее число таких направляющих элементов.
Гибкие элементы 104 содержат удлиненные гибкие или поддающиеся изгибу звенья, такие как провода, проволоки, веревки, ремни, шнуры, нити, ленты, цепи и т.п., имеющие первый конец, установленный или закрепленный на одном из креплений 98, а также второй, противоположный конец, прикрепленный к соответствующему опорному звену 60 для ног или упору 62 для ступней. В представленном примере каждый гибкий элемент 104 имеет конец, прикрепленный к опорным звеньям 60 для ног с помощью крепления 112 в месте, противоположном в поперечном направлении упору 62 для ступней, вблизи от переднего конца упора 62 для ступней или проксимально к нему. В представленном примере каждое крепление 112 включает в себя тело, которое скользит (посредством регулировки винтом) вверх и вниз относительно вертлюжного блока, закрепленного на соответствующем звене 60, при этом гибкий элемент 104 неподвижно закреплен или зафиксирован на этом теле крепления. Каждое крепление 112 позволяет отрегулировать местоположение звеньев 60, так чтобы они располагались вровень друг с другом. В других вариантах осуществления крепления 112 могут содержать другие механизмы крепления, например зажимы, замки и т.п.
Каждый гибкий элемент 104 проходит от крепления 112 по существу в вертикальном направлении до зацепления с задней направляющей 102. Гибкий элемент 104 частично обвивает заднюю направляющую 102 во внутреннем пространстве одной из боковых консолей 56. Гибкий элемент 104 проходит через внутреннее пространство боковой консоли 56 до зацепления с передним направляющим элементом 100. Гибкий элемент 104 частично обвивает переднюю направляющую 100 и выходит из боковой консоли 56. Как показано на фиг. 9 и 10, каждый гибкий элемент 104 проходит от переднего направляющего элемента 100 и обвивает боковую сторону соответствующей одной из кривошипных направляющих 72. Наконец, каждый гибкий элемент имеет конец, закрепленный на одном из концевых креплений 98.
Поскольку в каждой из соединительных систем 34 применяется гибкий элемент 104 (в отличие от жесткого негибкого звена или элемента), усилия могут более плавно передаваться по криволинейным траекториям, что позволяет выстроить соединительные системы 34 и кривошипную систему 28 более компактно и сделать их менее сложными и дорогостоящими. Кроме того, гибкие элементы 104 также имеют меньший диаметр по сравнению с жесткими элементами, что позволяет передавать усилия от соединительных узлов 26 на кривошипную систему 28 в еще более компактном виде. В других вариантах осуществления, по меньшей мере, сегменты или участки гибких элементов 104 альтернативно могут заменяться жесткими негибкими звеньями или элементами.
Механизм 38 регулировки высоты шага выполнен с возможностью обеспечения опорных звеньев 60 для ног и упоров 62 для ступней множеством различных верхних и нижних пределов движения по вертикали, выбираемых пользователем. Механизм 38 регулировки позволяет человеку отрегулировать максимальную высоту шага или максимальную глубину провала шага на траектории, по которой левая и правая опоры 60 для ног могут перемещаться. Как показано на фиг. 9 и 10, механизм 38 регулировки содержит регулировочное звено 114 и привод 116. Регулировочное звено 114 содержит рычаг, имеющий противоположные концевые участки, обеспечивающие концевые крепления 98. В представленном примере регулировочное звено 114 также вращается вокруг оси 74, что делает конструкцию еще более компактной. В других вариантах осуществления регулировочное звено 114 может вращаться вокруг других осей. В некоторых других вариантах осуществления концевые крепления 98 могут поддерживаться так, чтобы сохранять возможность перемещения в различные местоположения независимо друг от друга - либо путем поворота, либо путем поступательного перемещения.
Привод 116 содержит механизм, выполненный с возможностью вращения или перемещения регулировочного звена 114 между множеством различных положений, так чтобы позиционировать и удерживать концевые крепления 98 в различных положениях относительно рамы 24, рычага 70 кривошипа и кривошипных направляющих 72. Как показано на фиг. 9, 10 и 10А, изменение положения концевых креплений 98 приводит к изменению величины или протяженности, на которую соответствующий гибкий элемент 104 обвит вокруг соответствующей кривошипной направляющей 72. Данное изменение величины обвивки приводит к изменению расстояния хода или диапазона перемещений упоров 62 для ступней. В одном варианте осуществления может регулироваться максимальная высота шага, максимальная глубина провала шага или одновременно максимальная высота и максимальная глубина провала шага на траектории перемещения упоров 62 для ступней.
На фиг. 10А схематично показана регулировка расстояния хода, достигаемая с помощью изменения положения концевых креплений 98. В частности, на фиг. 10А частично совмещены два положения пребывания кривошипа 70, одной из кривошипных направляющих 72, одной из направляющих 100 гибкого элемента, одного из гибких элементов 104 и одного из концевых креплений, при этом концевое крепление 98 находится или располагается в первом положении L1, а затем переводится во второе положение L2. На фиг. 10А дополнительно показан гибкий элемент 104, когда концевое крепление 90 находится в каждом из положений L1 и L2 и когда кривошипная направляющая 72 совершает поворот с помощью кривошипа 70 между верхним положением TCP кривошипного механизма и нижним положением ВСР кривошипного механизма, чтобы показать длины или пределы перемещений, зависящие от занимаемого положения концевого крепления 98.
Как показано на фиг. 10А, когда концевое крепление 98 находится в положении L1, а кривошипная направляющая 72 занимает верхнее положение TCP кривошипного механизма, гибкий элемент 104 проходит вдоль траектории Р1, при этом опора 60 для ног (показанная схематично) имеет первую максимальную высоту H1. Пока концевое крепление 98 сохраняет положение L1, кривошип 70 совершает поворот, чтобы перевести кривошипную направляющую 72 в нижнее положение ВСР кривошипного механизма. В результате гибкий элемент 104 проходит или продолжается по второй траектории Р2, что приводит к понижению опорного звена 60 для ног до первой максимальной глубины D1. В процессе поворота кривошипа 70 гибкий элемент 104 проходит по траектории, лежащей где-то между траекториями Р1 и Р2. В процессе поворота кривошипа 70 опора 60 для ног соответственно перемещается между первым положением, соответствующим максимальной высоте H1, и первым положением, соответствующим максимальной глубине D1. В представленном примере другая опора 60 для ног и гибкий элемент 104 перемещаются по тем же траекториям, при этом такое перемещение осуществляется со сдвигом на 180° относительно перемещения опоры 60 для ног, показанного на фиг. 10А. Когда концевое крепление 98 занимает положение L1, расстояние хода упора 62 для ступней составляет TD1.
На фиг. 10А дополнительно показано концевое крепление 98, репозиционированное или перемещенное во второе положение L2. Когда концевое крепление 98 находится в положении L2, а кривошипная направляющая 72 занимает верхнее положение TCP кривошипного механизма, гибкий элемент 104 проходит вдоль траектории Р3, при этом упор 62 для ступней (показанный схематично) имеет вторую максимальную высоту Н2. Пока концевое крепление 98 сохраняет положение L2, кривошип 70 совершает поворот, чтобы перевести кривошипную направляющую 72 в нижнее положение ВСР кривошипного механизма. В результате гибкий элемент 104 проходит или продолжается по четвертой траектории Р4, что приводит к понижению упора 62 для ступней до второй максимальной глубины D2. В процессе поворота кривошипа 70 гибкий элемент 104 проходит по траектории, лежащей где-то между траекториями Р1 и Р2. В процессе поворота кривошипа 70 упор 62 для ступней соответственно перемещается между вторым положением, соответствующим максимальной высоте Н2, и вторым положением, соответствующим максимальной глубине D2. В представленном примере другой упор 62 для ступней и гибкий элемент 104 перемещаются по тем же траекториям, при этом такое перемещение осуществляется со сдвигом на 180° относительно перемещения упора 62 для ступней, показанного на фиг. 10А. Когда концевое крепление 98 занимает положение L2, расстояние хода упора 62 для ступней составляет TD2.
Таким образом, как показано на фиг. 10А, изменение положения концевого крепления 98 увеличивает угол обвивки гибкого элемента 104. Увеличение угла обвивки увеличивает выигрыш в величине прилагаемого усилия пользователя к кривошипу. Наоборот, уменьшение угла обвивки уменьшает выигрыш в величине прилагаемого усилия пользователя к кривошипу. Путем регулировки положения концевого крепления 98 максимальная высота и/или максимальная глубина, до которых упор 62 для ступней может подниматься или опускаться, может регулироваться. Таким же образом полный диапазон перемещения или полное расстояние хода, на которое перемещается упор 62 для ступней, также может регулироваться. В представленном примере изменение положения концевого крепления 98 из положения L1 в положение L2 приводит к тому, что упор 62 для ступней перемещается в большем диапазоне перемещений или на большее расстояние хода TD2, на максимальную высоту Н2 большей величины и на максимальную глубину D2 большей величины.
На фиг. 9 и 10 показано одновременное или совместное изменение положения обоих концевых креплений 98. На фиг. 10 регулировочное звено 114 совершает поворот в направлении против часовой стрелки из положения, показанного на фиг. 9 (аналогично тому, как концевое крепление 98 перемещается из положения L1 в положение L2 на фиг. 10А). В результате гибкие элементы 104 соединительных систем 34L и 34R имеют больший охват кривошипных направляющих 72. Это увеличение обвивки, показанное на фиг. 10, приводит к увеличению высоты шага, увеличению глубины провала шага и к увеличению расстояния хода или диапазона перемещения каждого из упоров 62 для ступней. Наоборот, поворот регулировочного звена 114 по часовой стрелке из положения, показанного на фиг. 10, в положение, показанное на фиг. 9, приведет к уменьшению высоты шага, уменьшению глубины провала шага и к уменьшению расстояния хода или диапазона перемещения каждого из упоров 62 для ступней.
В представленном примере регулировочное звено 114 может совершать вращение между непрерывным множеством различных положений и может удерживаться в любом из положений этого непрерывного множества. В других вариантах осуществления регулировочное звено 114 в качестве альтернативы может совершать поворот между множеством определенных дискретных положений, разнесенных на различные заданные углы вокруг оси 74. В таком альтернативном варианте осуществления могут использоваться канавки, стопоры или другие механизмы фиксации для определения отдельных разнесенных положений, в которых регулировочное звено 114 может удерживаться.
Привод 116 содержит механизм, выполненный с возможностью перемещения регулировочного звена 114. В представленном примере привод 116 содержит силовой привод, приводимый в действие электрической энергией. В одном варианте осуществления привод 116 содержит электродвигатель, выполненный с возможностью приведения в действие конструкции на основе червячного или ходового винта для создания линейного перемещения с целью приведения во вращение регулировочного звена 114 вокруг оси 74. В другом варианте осуществления привод 116 может содержать электродвигатель, такой как шаговый двигатель, серводвигатель и т.п., непосредственно соединенный с валом, закрепленным на регулировочном звене 114 вдоль оси 74, или соединенный с валом, закрепленным на регулировочном звене 114, с помощью редуктора или понижающей зубчатой передачи, для избирательного вращения регулировочного звена 114. В еще одних вариантах осуществления привод 116 может содержать электромагнит или гидроцилиндр либо пневмоцилиндр, функционально связанные с регулировочным звеном 114, так чтобы приводить во вращение регулировочное звено 114.
Согласно одному варианту осуществления силовой привод 116 изменяет положение регулировочного звена 114 для регулировки высоты шага в ответ на управляющие сигналы с блока 146 управления, связанного с дисплеем 42. В одном варианте осуществления такая регулировка может осуществляться в ответ на нажатие человеком кнопки, перемещение ползунка, задействование переключателя, поступление голосовой команды в блок программного обеспечения распознавания речи через микрофон или иное устройство ввода. В другом варианте осуществления такая регулировка может выполняться согласно запрограммированному или заданному порядку выполнения упражнений, заложенному в ЗУ, при котором высота шага должна регулироваться в ходе выполнения плановых упражнений. Поскольку такая регулировка обеспечивается силовым приводом и не требуется, чтобы пользователь отделял или демонтировал какую-либо часть тренажера 20, такая регулировка может выполняться «на ходу» во время выполнения упражнений в процессе перемещения упоров 62 для ступней вдоль своей траектории. Другими словами, заданный порядок выполнения упражнений или тренировки прерывать не требуется.
В других вариантах осуществления привод 116 в качестве альтернативы может содержать пассивный привод. Например, привод 116 альтернативно может быть выполнен с возможностью приведения в действие вручную, при этом усилие или движение, сообщаемое человеком, механически передается на регулировочное звено 114 для изменения положения регулировочного звена 114. По завершении регулировки регулировочное звено 114 может удерживаться на месте с помощью одного или нескольких крюков, зажимов, захватов, фиксаторов или поверхностей трения.
Хотя регулировочное звено 114 показано как звено, приводимое во вращение, так чтобы изменить положение концевых креплений 98 и так чтобы отрегулировать высоту шага, задаваемого тренажером 20, в других вариантах осуществления позиционирование может регулироваться иными способами. Например, в одном варианте осуществления концевые крепления 98 в качестве альтернативы могут линейно перемещаться или могут быть выполнены с возможностью скольжения или поступательного перемещения между различными положениями относительно рамы 24 и относительно кривошипных направляющих 72. В одном варианте осуществления каждое из концевых креплений 98 может скользить вдоль линейных участков боковой консоли 56 и может быть выполнено с возможностью удерживания в различных положениях вдоль боковой консоли 56. В одном варианте осуществления такое перемещение и удерживание концевых креплений 98 вдоль боковой консоли 56 может дополнительно поддерживаться линейным приводным механизмом, таким как соленоид или гидроцилиндр либо пневмоцилиндр, установленным вдоль или внутри боковой консоли 56.
Система 40 противодействия в горизонтальном направлении содержит систему, выполненную с возможностью приложения дополнительного сопротивления горизонтальному перемещению опорных звеньев 60 для ног и упоров 62 для ступней. На фиг. 15 и 16 система 40 противодействия показана более подробно. На фиг. 15 показан вид снизу тренажера 20, в то время как на фиг. 16 показан вид снизу тренажера 20, где ряд деталей для простоты удален. Как показано на фиг. 15 и 16, система 40 противодействия включает в себя направляющие 120, 122 гибкого элемента, шкив 124, крепления 126 соединительных узлов, гибкий элемент 128, а также источник 130 создания противодействия.
Направляющие 120, 122 гибкого элемента содержат конструкции, поддерживаемые рамой 24, которые выполнены с возможностью направления перемещения гибкого элемента 128. В одном варианте осуществления направляющие 120 и 122 содержат шкивы. В другом варианте осуществления направляющие 120 и 122 могут содержать стационарные конструкции, вдоль которых гибкий элемент 128 плавно перемещается или скользит. Шкив 124 соединен с валом, присоединенным к источнику 130 создания противодействия, и также направляет перемещение гибкого элемента 128. Шкив 124 приводится во вращательное движение при перемещении гибкого элемента 128, преодолевая сопротивление, создаваемое источником 130 создания противодействия.
Крепления 126 соединительных узлов закрепляют гибкий элемент 128 на соединительных узлах 26. В представленном примере крепления 126 содержат вертлюг, универсальные или пятовые шарниры, обеспечивающие возможность возвратно-поступательного перемещения опорных звеньев 60 для ног. В других вариантах осуществления гибкий элемент 128 может крепиться к опорным звеньям 60 для ног иным способом или может крепиться к другим участкам соединительных узлов 26. Гибкий элемент 128 содержит удлиненное гибкое или поддающееся изгибу звено, такое как провод, проволока, веревка, ремень, шнур, нить, лента, цепь и т.п., концы которого установлены или закреплены на соединительных узлах 26 с помощью креплений 126, при этом гибкий элемент 128 обвивает шкив 124.
Источник 130 создания противодействия содержит механизм, выполненный с возможностью вращения, преодолевая избирательно регулируемое сопротивление. В одном варианте осуществления источник 130 создания противодействия содержит металлическую пластину, а также один или несколько магнитов, образующих тормозной механизм вихревого действия. В одном варианте осуществления один или несколько магнитов содержат электромагниты, позволяющие избирательно регулировать напряженность магнитного поля для контролирования и изменения противодействия вращению шкива 124 и перемещению гибкого элемента 128. В другом варианте осуществления источник 130 создания противодействия может содержать электрогенератор. В еще одном варианте осуществления источник 130 создания противодействия может содержать две поверхности, пребывающие во фрикционном контакте друг с другом, чтобы создать сопротивление вращению шкива 124. В следующем варианте осуществления может применяться пневматический тормоз. В других вариантах осуществления могут использоваться иные тормозные устройства или механизмы противодействия. В одном варианте осуществления сопротивление, прикладываемое источником 130 создания противодействия в горизонтальном направлении, может избирательно регулироваться человеком, использующим тренажер 20. В одном варианте осуществления сопротивление может регулироваться в ответ на управляющие сигналы, генерируемые блоком управления, связанным с дисплеем 24, в ответ на подачу команды человеком, выполняющим физические упражнения, или в ответ на команды, заложенные в установленной схеме выполнения упражнений или тренировки. В некоторых вариантах осуществления система 40 противодействия в горизонтальном направлении может отсутствовать.
Дисплей 42 содержит механизм, обеспечивающий возможность взаимодействия между тренажером 20 и человеком, выполняющим физические упражнения. В одном варианте осуществления дисплея 42 содержатся входы 140, выходы 142, интерфейс 144 связи, а также блок 146 управления (каждый из которых схематично показан на фиг. 1). Входы 140 содержат один или несколько механизмов, выполненных с возможностью обеспечения поступления команд или информации на тренажер 20 от человека. В одном варианте осуществления такие входы могут содержать сенсорный экран, одну или несколько нажимных кнопок, один или несколько ползунков, тумблеры, микрофон и программное обеспечение распознавания речи и т.п.
Выходы 142 содержат одно или несколько устройств, выполненных с возможностью выдачи информации человеку. В одном варианте осуществления выходы 142 могут содержать экран дисплея, светоизлучающие диоды, устройства, генерирующие акустические сигналы или звук и т.п. Интерфейс 144 связи содержит механизм, позволяющий установить связь между тренажером 20 и внешними системами или устройствами, такими как сеть, Интернет или другой тренажер. Интерфейс 144 связи может быть выполнен с возможностью установления проводной или беспроводной связи.
Блок 146 управления содержит один или несколько блоков обработки данных, выполненных с возможностью приема информации или команд с входов 140 или интерфейса 144 связи, а также информации или данных от различных датчиков, связанных с тренажером 20. Блок 146 управления далее анализирует полученную информацию и выдает управляющие сигналы, управляя отображением информации на дисплее 142, передачей данных или информации, или запросов информации посредством интерфейса 144 связи, а также работой источников 92, 130 создания противодействия и привода 116.
В контексте настоящего описания термин «блок обработки данных» означает блок обработки данных, доступный в настоящее время или который будет разработан в будущем, выполняющий последовательности команд, содержащихся в ЗУ. Выполнение последовательностей команд приводит к выполнению блоком обработки данных этапов, таких как генерирование сигналов управления. Команды могут быть загружены в память с произвольной выборкой (RAM) для выполнения блоком обработки данных из постоянного запоминающего устройства (ROM), устройства массовой памяти или иного накопителя для долгосрочного хранения информации. В других вариантах осуществления для реализации описанных функций вместо программного обеспечения или в сочетании с ним могут использоваться аппаратные средства. Например, блок 146 управления может быть реализован в виде части одной или нескольких специализированных интегральных схем (ASIC). Если не оговорено особо, блок 146 управления не ограничен каким-либо конкретным сочетанием аппаратного и программного обеспечения или каким-либо определенным источником поступления команд, выполняемых блоком обработки данных.
В процессе эксплуатации тренажера 20 человек становится на упор 62 для ступней, обычно держась за боковые консоли 56. Далее человек, выполняющий физические упражнения, вводит посредством входов 148 требуемую программу тренировки или выполнения упражнений либо выбирает предварительно загруженную программу тренировки или выполнения упражнений. В ответ на данный ввод данных блок 146 управления может выдать управляющие сигналы по регулировке величины сопротивления, прилагаемого источниками 92 и 130 создания противодействия. Кроме того, блок 146 управления может выдать управляющие сигналы, заставляющие силовой привод 116 изменить положение концевых креплений 98 для регулировки высоты шага. В ходе выполнения программы упражнений человек, выполняющий физические упражнения, может принять решение отрегулировать свой шаг или траекторию выполнения шага. Это достигается тем, что человек просто прикладывает иное усилие к упору 62 для ступней и соединительным узлам 26. Кроме того, человек, выполняющий физические упражнения, может принять решение увеличить или уменьшить высоту шага. Чтобы это сделать, человек может просто ввести изменение, используя вход 140, при этом блок 146 управления выдаст управляющие сигналы, заставляющие привод 116 изменить положение регулировочного звена 114 для регулировки высоты шага. Как отмечалось ранее, такая регулировка может быть осуществлена «на ходу» в процессе выполнения упражнений. В других вариантах осуществления блок 146 управления может автоматически регулировать сопротивление, прилагаемое одним или обоими источниками 92, 130 создания противодействия, а также высоту шага, контролируемую с помощью механизма 38 регулировки высоты шага, согласно загруженной программе тренировки или выполнения упражнений. Такие изменения могут быть выполнены на основе отрезка времени, прошедшего с начала тренировки, на основе времени, оставшегося до конца тренировки, на основе распознанных биометрических характеристик человека, выполняющего физические упражнения, или на основе того, решены или не решены поставленные задачи в отношении скоростей, силовых нагрузок и траекторий движений. Поскольку тренажер 20 позволяет автоматически регулировать максимальную высоту шага или максимальную глубину провала шага с помощью блока 146 управления или регулировать человеком в ходе выполнения упражнений, тренажер 20 предоставляет возможность выбора более гибких или универсальных режимов выполнения упражнений и проведения тренировки, доставляющей большее удовольствие.
На фиг. 17-23 показан тренажер или устройство 320 по одному примеру варианта осуществления. Тренажер или устройство 320 позволяет человеку регулировать горизонтальный размах шага просто путем приложения усилия к опорам для ног тренажера. Тренажер 320 также позволяет человеку регулировать амплитуду шага по вертикали или высоту шага по вертикали. Тренажер 320 обеспечивает подобную свободу движения, используя упругие элементы 404 и 406, при этом конструкция компактна, не столь сложна и является менее дорогостоящей.
Как показано на фиг. 17-23, тренажер 320 содержит раму 324, соединительные узлы 326L, 326R (которые совместно будем называть соединительными узлами 326), качающиеся рычаги 327L, 327R (которые совместно будем называть качающимися рычагами 327), кривошипную систему 328, систему 330 противодействия, соединительные системы 334L, 334R (которые совместно будем называть соединительными системами 334), механизм 338 регулировки высоты шага, систему 340 противодействия в горизонтальном направлении, а также дисплей 342.
Рама 324 служит опорой тренажеру 320 при установке на некотором основании или на полу. Как показано на фиг. 18, рама 324 включает в себя задний нижний участок 350, фронтальную или переднюю опору или стойку 352, задние опоры или стойки 354R, 354L (которые совместно будем называть задними опорами 354), боковые консоли 356L, 356R (которые совместно будем называть боковыми консолями 56), переднюю опору 355, передние опоры 346R, 346L (которые совместно будем называть передними опорами 346), переднюю опору 347, поперечный вал 349, торцевые крышки 351R, 351L (которые совместно будем называть торцевыми крышками 351), кожухи 357R, 357L (которые совместно будем называть кожухами 357), а также опору 353 кривошипа. Нижний участок 350 опирается о пол и соединен с задними опорами 354. Нижняя часть передней опоры 352 опирается о пол. Передняя опора 352 проходит на переднем конце тренажера 320, соединена с передней опорой 347 и поддерживает ее. Передняя опора 347 соединена с боковыми консолями 356 и поперечным валом 349 и поддерживает их. Передние опоры 346 соединяют переднюю опору 352 с задними опорами 354. Платформа 348 соединена с задними опорами или стойками 354 и перекрывает заднюю опору 350. Передняя опора 355 соединена с передней опорой 347 и поддерживает дисплей 342. Боковые консоли 356 и передняя опора 347 поддерживают поперечный вал 349. Задние опоры или стойки 354 проходят по направлению к заднему концу тренажера 320 и соединены с боковыми консолями 356. Торцевые крышки 351R, 351L (совместно называемые торцевыми крышками 351) и кожухи 361R, 361L (совместно называемые кожухами 361) соединены с боковыми консолями 356.
Боковые консоли 356 проходят в заднем направлении от стойки 352 и передней опоры 347 с противоположных сторон обоих соединительных узлов 326. Боковые консоли 356 проходят по существу параллельно друг другу на одной высоте, отмеряемой по вертикали. Боковые консоли 356 создают балки, штанги или рукоятки, за которые могут ухватиться или на которые могут опереться левая и правая руки человека при заходе на тренажер 320 или когда они не захватывают участки 366R, 366L рукояток (совместно называемые участками рукояток) качающихся рычагов 327. Боковые консоли 356 помогают человеку удерживаться на соединительных узлах 326 и на тренажере 320, снижая вероятность падения с тренажера 320. Боковые консоли 356 способствуют поддерживанию поперечного вала 349 и участков соединительных систем 334. Боковые консоли 356 дополнительно служат защитой от соприкосновения с гибкими элементами соединительных систем 334. Торцевые крышки 351 и кожухи 357 покрывают участки соединительных систем 334 путем крепления к боковым консолям 356.
Передняя опора 352 поддерживает переднюю опору 347, опору 353 кривошипа, систему 330 противодействия, механизм 338 регулировки высоты шага, а также систему 340 противодействия в горизонтальном направлении. Чтобы облегчить понимание, некоторые участки опоры 352, такие как кронштейны или опорные пластины, выступающие вперед от опоры 352, не показаны.
Поперечный вал 349 поддерживает соединительные узлы 326, качающиеся рычаги 327, а также участки соединительных систем 334. Передние опоры 346 служат дополнительной опорной частью между передней опорой 352 и задними опорами 354.
Опора 353 кривошипа поддерживает участки кривошипной системы 328 и участки механизма 338 регулировки высоты шага. Опора 353 кривошипа содержит пластину, балку, штангу, канал или схожий элемент, прочно закрепленный на задней стороне передней опоры 352. Опора 353 кривошипа также содержит функциональные крепежные элементы для участков кривошипной системы 328 и механизма 338 регулировки высоты шага. Такие функциональные крепежные элементы включают в себя оси, втулки, фланцы, пальцы, рычаги или схожие элементы, предусматривающие перемещение участков кривошипной системы 328 и участков механизма 338 регулировки высоты шага вокруг горизонтальной осевой линии 374. В другом варианте осуществления опора для участков механизма 338 регулировки высоты шага может быть изъята из опоры 353 кривошипа. В других вариантах осуществления опора 353 кривошипа может крепиться спереди передней опоры 352 или поддерживаться другими участками рамы 324.
Платформа 348 образует область, из которой пользователь тренажера 320 может расположиться на упорах 362R, 362L для ступней (совместно называемых упорами для ступней) соединительных узлов 326.
Соединительные узлы 326 содержат одно или несколько звеньев, подвижно опертых на раму 324 и выполненных с возможностью подъема и поддерживания ног человека, когда человек, выполняющий физические упражнения, прикладывает усилие к таким соединительным узлам для перемещения этих соединительных узлов относительно рамы 324. Соединительные узлы 326 соединены друг с другом, так чтобы автоматически перемещаться со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно друг друга, когда к соединительным узлам 326 прикладываются противонаправленные силы. Человек, выполняющий физические упражнения, прикладывает силу к упорам 362 для ступней и опорным звеньям 360 для ног, поочередно правым и левым, при этом также прикладывая толкающее и тянущее усилие к соединительным узлам 326 для создания несовпадающего по фазе перемещения соединительных узлов 326. В других вариантах осуществления могут быть использованы другие механизмы синхронизации.
Как показано на фиг. 19, каждый из соединительных узлов 326 включает в себя подвижные звенья 358R, 358L (совместно называемые подвижными звеньями 358), штанги 359R, 359L для создания крутящего момента (совместно называемые штангами 359 для создания крутящего момента), опорные звенья 360R, 360L для ног (совместно называемые опорными звеньями 360 для ног), втулки 361R, 361L (совместно называемые втулками 361), упоры 362R, 362L для ступней (совместно называемые упорами 362 для ступней), хомутовые опоры 363R, 363L (совместно называемые хомутовыми опорами 363), соединительные элементы 364R, 364L (совместно называемые соединительными элементами 364), а также кожухи 365R, 365L соединительных элементов (совместно называемые кожухами 365 соединительных элементов).
Штанги 359 для создания крутящего момента опираются на поперечный вал 349. Штанги 359 для создания крутящего момента выполнены в форме бобины, включая в себя центральный участок одного диаметра и боковые участки, диаметр которых превышает диаметр центрального участка. Каждая из штанг 359 для создания крутящего момента включает в себя круговое отверстие, расположенное по геометрической оси и продолжающееся по всей длине штанги. Внутренний диаметр кругового отверстия незначительно превышает наружный диаметр поперечного вала 349. Штанги 359 для создания крутящего момента установлены на поперечном валу 349, так чтобы допускать вращательное перемещение штанг 359 для создания крутящего момента на поперечном валу 349. Вращательное перемещение штанг 359 для создания крутящего момента приводит к созданию вращательного перемещения или наматыванию и разматыванию участков соединительных систем 334.
Каждая из втулок 361 представляет собой круговой элемент с полой центральной частью, установленный на имеющем меньший диаметр участке одной из штанг 359 для создания крутящего момента. Втулки 361 шарнирно соединяют качающиеся рычаги 327 и подвижные звенья 358. Задние стороны втулок 361 крепятся к качающимся рычагам 327. Нижние стороны втулок 361 крепятся к подвижным звеньям 358. Передние стороны втулок 361 присоединены к участкам соединительных систем 334.
Подвижные звенья 358 представляют собой по существу вертикальные компоненты, передающие движение от втулок 361 на расположенные ниже участки соединительных узлов 326. Подвижные звенья 358 крепятся к хомутовым опорам 363 и кожухам 365 соединительных элементов. Каждая из хомутовых опор 363 охватывает переднюю сторону нижней части одного из подвижных звеньев 358 и крепится к подвижному звену 358. Каждая из хомутовых опор 363 имеет одно или несколько плеч, крепящихся к соединительным элементам 364. Каждый из кожухов 365 соединительных элементов крепится к задней стороне одного из подвижных звеньев 358 непосредственно над соединительным элементом 364. Сочетание хомутовых опор 363, соединительных элементов 364 и кожухов 365 соединительных элементов шарнирно соединяет подвижные звенья 358 с опорными звеньями 360 для ног. В других вариантах осуществления подвижные звенья 358 и опорные звенья 360 для ног могут шарнирно соединяться с другими средствами, такими как угловые подкосы, приваренные втулки и т.п.
Каждое опорное звено 360 для ног (известное также как stair arm) проходит по существу горизонтально от одного из соединительных элементов 364 и служит опорой одному из упоров 362 для ступней. Каждый упор 362 для ступней содержит опору, педаль и т.п., обеспечивающую поверхность, на которой может покоиться ступня человека. Каждый из упоров 362 для ступней дополнительно включает в себя кожух для носка ступни или туклипс, по отношению к которому ступня или пальцы стопы человека могут приложить усилие в верхнем или вертикальном направлении. Упоры 362 для ступней могут иметь различные размеры, формы и конфигурации. В других вариантах осуществления каждое подвижное звено 358 и опорное звено 360 для ног (которое иногда называют foot link) также могут иметь различные конфигурации, формы и схемы соединений. Например, в других вариантах осуществления в том месте опорного звена 360 для ног, где находится задний конец, который имеет консольную заделку, опорное звено 360 для ног по альтернативному варианту может иметь задний конец, шарнирно опертый на другое опорное сочленение, продолжающееся от одной из боковых консолей 356 или другого участка рамы 324.
Качающиеся рычаги 327 содержат рычаги, имеющие участки 366 рукояток, выполненные с возможностью захвата человеком, когда соединительные узлы 326 совершают поворотные перемещения относительно рамы 324. В представленном примере качающиеся рычаги 327 жестко соединены с втулками 361, которые также жестко соединены с подвижными звеньями 358. Качающиеся рычаги 327, втулки 361 и подвижные звенья 358 содержат жесткую конструкцию, совершающую поворот вокруг поперечного вала 349. В результате качающиеся рычаги 327 позволяют человеку выполнять физические упражнения, тренируя руки и верхнюю часть тела. В других вариантах осуществления качающиеся рычаги 327 могут совершать поворотные перемещения независимо от соединительных узлов 326, могут иметь независимые системы противодействия для тренировки верхней части тела либо могут жестко или стационарно опираться на раму 24. В некоторых вариантах осуществления качающиеся рычаги 327 могут отсутствовать.
На фиг. 20 и 22 кривошипная система 328 показана более подробно. Чтобы упростить изложение, участки гибких элементов соединительных систем 334 на фиг. 22 не показаны. Кривошипная система 328 содержит механизм, выполненный с возможностью синхронизации перемещения соединительных узлов 326, а также создания противодействия такому перемещению. Как показано на этих фигурах, кривошипная система 328 включает в себя рычаги кривошипа или кривошипы 370R, 370L (которые совместно будем называть рычагами 370 кривошипа), рычаги 371R, 371L кривошипных направляющих (которые совместно будем называть рычагами 371 кривошипных направляющих), кривошипные направляющие 372R, 372L гибких элементов (которые совместно будем называть кривошипными направляющими 372 гибких элементов), а также вал 376 кривошипа.
Кривошипы 370 передают усилие и перемещение от соединительных систем 334 на систему 330 противодействия. Кривошипы 370 закреплены на валу 376 кривошипа и опираются на него. Вал 376 кривошипа поддерживается опорой 353 кривошипа, так чтобы вал 376 кривошипа и кривошипы 370 могли вращаться вокруг горизонтальной оси 374. Поскольку кривошипы 370 вращаются вокруг по существу горизонтальной оси 374, расположенной рядом с передней опорой 352, кривошипная система 328 становится более компактной. В других вариантах осуществления кривошипная система 328 может располагаться в другом месте в пределах рамы 324.
В представленном примере кривошип 370L содержит объединенные входное звено кривошипа и шкив, выполненный в виде диска, колеса и т.п., при этом диск или колесо концентрически располагаются вокруг оси 374. В других вариантах осуществления кривошип 370L может содержать одно или несколько звеньев, выполненных с возможностью поворота вокруг оси 374, при этом кривошип 370L не продолжается концентрически вокруг оси 374. В других вариантах осуществления кривошип 370L может вращаться вокруг вертикальной оси тем же способом, как показано в тренажере 20.
Кривошип 370R жестко крепится к кривошипу 370L, так чтобы вращаться вместе с кривошипом 370L. В представленном примере кривошип 370R содержит рычаг, радиально продолжающийся от вала 376 и поддерживающий направляющую 372R в направлении своего наружного радиального конца. Кривошип 370R служит опорой для кривошипной направляющей 372R гибкого элемента, прикрепленной к рычагу 370R кривошипа на рычаге 371R кривошипной направляющей. Кривошип 370L включает в себя кривошипную направляющую 372L гибкого элемента, прикрепленную к рычагу 370L кривошипа на рычаге 371L кривошипной направляющей.
Рычаги 371 кривошипных направляющих и кривошипные направляющие 372 гибких элементов расположены на рычагах 370 кривошипов в точках, эквидистантно разнесенных в радиальном направлении от оси 374. Местоположения кривошипной направляющей 372R и кривошипной направляющей 372L располагаются со сдвигом по фазе на 180 градусов относительно друг друга. Кривошипные направляющие 372 гибких элементов содержат звенья, соединенные с рычагами 370 кривошипов и установленные на них, так чтобы вращаться вокруг оси 374, при этом они обвиты передними гибкими элементами 406 (406R, 406L), так чтобы передавать усилие на кривошипные направляющие 372 и, в конечном счете, на кривошипы 370. В представленном примере кривошипные направляющие 372 гибких элементов содержат шкив. В других вариантах осуществления кривошипные направляющие 372 гибких элементов альтернативно могут содержать шпульку или диск, относительно которых гибкий элемент перемещается или скользит без вращения кривошипной направляющей 372 гибкого элемента.
Система 330 противодействия создает дополнительное сопротивление поворотному перемещению кривошипной системы 328. Конкретно в представленном примере система 330 противодействия создает избирательно регулируемое пошагово изменяющееся сопротивление вращению кривошипов 370 кривошипной системы 328. Система 330 противодействия включает в себя ремень 380, вариатор 390 скорости, ремень 388 и источник 392 создания противодействия. В показанном варианте осуществления вариатор 390 скорости содержит ступенчатый шкив. Ремень 380 обвивает один из кривошипов 370 и меньшее из колес вариатора 390 скорости. Ремень 388 обвивает большее из колес вариатора 390 скорости, а также вал источника 392 создания противодействия. Крепление источника 392 создания противодействия к передней опоре 352, примыкая к кривошипам 370, при наличии горизонтальной оси вращения позволяет создать более компактную и эффективную конструкцию тренажера 320. В других вариантах осуществления для функционального соединения кривошипов 370 с источником 392 создания противодействия могут быть использованы цепи и цепные колеса, зубчатые передачи и другие механизмы передачи движения.
Источник 392 создания противодействия содержит механизм, выполненный с возможностью вращения, преодолевая избирательно регулируемое сопротивление. В одном варианте осуществления источник 392 создания противодействия содержит металлическую пластину, а также один или несколько магнитов, образующие тормозной механизм вихревого действия. В одном варианте осуществления один или несколько магнитов содержат электромагниты, позволяющие избирательно регулировать напряженность магнитного поля для контролирования и изменения противодействия вращению кривошипов 370. В другом варианте осуществления источник 392 создания противодействия может содержать электрогенератор. В еще одном варианте осуществления источник 392 создания противодействия может содержать две поверхности, пребывающие во фрикционном контакте друг с другом, чтобы создать фрикционное сопротивление вращению кривошипов 370. В следующем варианте осуществления может применяться пневматический тормоз. В других вариантах осуществления могут использоваться иные тормозные устройства или механизмы противодействия.
Поскольку в системе 330 противодействия используется двухступенчатая передача движения между кривошипами 369 и источником 392 создания противодействия, схема или архитектура кривошипной системы 328 и системы 330 противодействия становятся более компактными, при этом отношение скоростей между кривошипами 370 и источником 392 создания противодействия (примерно 12:1) позволяет улучшить электрические рабочие характеристики. В других вариантах осуществления может применяться одноступенчатая трансмиссия или трансмиссия, имеющая более двух ступеней передачи движения. В других вариантах осуществления система 330 противодействия может иметь иные конфигурации или может отсутствовать. Например, в ином варианте осуществления трансмиссия системы 330 противодействия может включать в себя зубчатые передачи, цепи и цепные колеса и т.п.
Как наилучшим образом показано на фиг. 17, 17А и 20, соединительная система 334 функционально связывает или соединяет систему 338 регулировки высоты шага с опорными звеньями 360 для ног или упорами 362 для ступней. Соединительная система 334 включает в себя передние концевые крепления 398R, 398L гибкого элемента (которые совместно будем называть передними концевыми креплениями 398 гибкого элемента), передние гибкие элементы 406R, 406L (которые совместно будем называть передними гибкими элементами 406), крепления 401R, 401L гибких элементов, внутренние по отношению к штанге для создания крутящего момента (которые совместно будем называть креплениями 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента), крепления 400R, 400L гибких элементов, внешние по отношению к штанге для создания крутящего момента (которые совместно будем называть креплениями 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента), задние гибкие элементы 404R, 404L (которые совместно будем называть задними гибкими элементами 404), задние направляющие элементы 402R, 402L (которые совместно будем называть задними направляющими элементами 402), а также крепления 412R, 412L гибких элементов к упорам для ступней (которые совместно будем называть креплениями 412 гибких элементов к упорам для ступней).
Передние гибкие элементы 406 и задние гибкие элементы 404 содержат плоские ремни, выполненные из полимерного материала, армированного волокнами. В одном варианте осуществления элементы 404 и 406 содержат полиуретан, армированный волокном Кевлар. Полимер, армированный волокнами, обеспечивает повышенную износостойкость гибких элементов 404 и 406. В другом варианте осуществления один или несколько передних гибких элементов 406 и задних гибких элементов 404 могут содержать поддающиеся изгибу звенья, такие как провода, проволоки, веревки, ремни, нити, цепи и т.п. В другом варианте осуществления один или несколько передних гибких элементов 406 и задних гибких элементов 404 могут содержать ремни, выполненные из материалов, отличных от полимерного материала, армированного волокнами.
Как показано на фиг. 20, переднее концевое крепление 398 гибкого элемента (известное также как «неподвижный конец» (dead end)) содержит крепление или место крепления, к которому крепится конец переднего гибкого элемента 406. В представленном примере концевое крепление 398 для каждой из соединительных систем 334 обеспечивается механизмом 338 регулировки высоты шага. В других вариантах осуществления, в которых механизм 338 регулировки высоты шага отсутствует, переднее концевое крепление 398 гибкого элемента может обеспечиваться частью рамы 324. В некоторых других вариантах осуществления, в которых концы гибких элементов 406 непосредственно крепятся к кривошипам 370 и не обвивают кривошипные направляющие 372 гибких элементов, концевое крепление 398 может быть создано на кривошипах 370.
Крепления 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента, содержат втулочные концы штанг 359 для создания крутящего момента, ближайшие к осевой линии поперечного вала 349 в продольном направлении. Крепления 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента, содержат втулочные концы штанг 359 для создания крутящего момента, ближайшие к концам поперечного вала 349 в продольном направлении.
Передние гибкие элементы 406 обвиты вокруг кривошипных направляющих 372 гибких элементов и также обвиты вокруг креплений 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента, снизу в направлении их задней стороны. Как показано на виде слева тренажера 320, передние гибкие элементы 406 обвиты вокруг креплений 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента, по направлению против часовой стрелки. Задние концы передних гибких элементов 406 крепятся к креплениям 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента. Передние концы задних гибких элементов 404 крепятся к креплениям 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента. Задние гибкие элементы 404 обвиты вокруг креплений 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента, сверху в направлении передней стороны против часовой стрелки, как показано на виде слева тренажера 320. Способ крепления передних гибких элементов 406 к креплениям 401 гибких элементов, внутренних по отношению к штанге для создания крутящего момента, и задних гибких элементов 404 к креплениям 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента, служит латеральной передаче крутящего момента в прямом и обратном направлении между элементами 406 и 404 через штангу 359 для создания крутящего момента по принципу намотки/размотки.
Как показано на фиг. 20, крепления 400 гибких элементов, внешних по отношению к штанге для создания крутящего момента, направляют перемещение задних гибких элементов 404 во внутреннее пространство боковых консолей 356 и в направлении задних направляющих элементов 402.
В представленном примере задние направляющие элементы 402 содержат шкивы, опертые с возможностью вращения на боковые консоли 356 рамы 324 проксимально к заднему концу тренажера 320 по существу вертикально над упорами 362 для ступней, когда упоры 362 для ступней выровнены в продольном направлении. В других вариантах осуществления каждый из задних направляющих элементов 402 альтернативно может содержать поверхность с низким коэффициентом трения, которая не вращается и относительно которой гибкий элемент 404 перемещается или скользит.
Как показано на фиг. 20, каждый из направляющих элементов 402 дополнительно направляет гибкий элемент 404 через отверстие из внутреннего пространства боковой консоли 56 по существу в вертикальном направлении вниз к опорным звеньям 360 для ног и упорам 362 для ступней. В представленном примере направляющие элементы 402 вращаются вокруг по существу горизонтальной оси 410. Хотя соединительные системы 334, как показано, имеют один направляющий элемент 402, в других вариантах осуществления соединительные системы 334 в качестве альтернативы могут включать в себя большее или меньшее число таких направляющих элементов.
В представленном примере задний конец задних гибких элементов 404 крепится к опорному звену 360 для ног с помощью крепления 412 в месте, противоположном в поперечном направлении упору 362 для ступней, вблизи от переднего конца упора 362 для ступней или проксимально к нему. В представленном примере каждое крепление 412 включает в себя тело, которое скользит (посредством регулировки винтом) вверх и вниз относительно вертлюжного блока, закрепленного на соответствующем звене 360, при этом гибкий элемент 404 неподвижно закреплен или зафиксирован на этом теле крепления. Каждое крепление 412 позволяет отрегулировать местоположение звеньев 360, так чтобы они располагались вровень друг с другом. В других вариантах осуществления крепления 412 могут содержать другие механизмы крепления, например зажимы, замки и т.п. В другом варианте осуществления гибкий элемент 404 может крепиться к креплению 412, как описывалось применительно к тренажеру 20.
Каждый гибкий элемент 404 проходит от крепления 412 по существу в вертикальном направлении до зацепления с задней направляющей 402. Задний гибкий элемент 404 частично обвивает заднюю направляющую 402 во внутреннем пространстве одной из боковых консолей 356. Задний гибкий элемент 404 проходит через внутреннее пространство боковой консоли 356 до зацепления с креплением 400 гибкого элемента, внешнего по отношению к штанге для создания крутящего момента. Движение передается от заднего гибкого элемента 404 переднему гибкому элементу 406 через штангу 359 для создания крутящего момента. Передний гибкий элемент 406 проходит от крепления 401 гибкого элемента, внутреннего по отношению к штанге для создания крутящего момента, и обвивает кривошипные направляющие 372 гибких элементов. Наконец, передний конец каждого переднего гибкого элемента 406 крепится к одному из передних концевых креплений 398.
Поскольку в каждой из соединительных систем 334 применяются гибкие элементы (404 и 406), а не жесткие негибкие звенья или элементы, усилия могут более плавно передаваться по криволинейным траекториям, что позволяет выстроить соединительные системы 334 и кривошипную систему 328 более компактно и сделать их менее сложными и дорогостоящими. Кроме того, гибкие элементы (404 и 406) также имеют меньший диаметр по сравнению с жесткими элементами, что позволяет передавать усилия от соединительных узлов 326 на кривошипную систему 328 в еще более компактном виде. В других вариантах осуществления, по меньшей мере, сегменты или участки передних гибких элементов 406 или задних гибких элементов 404 альтернативно могут заменяться жесткими негибкими звеньями или элементами.
Механизм 338 регулировки высоты шага выполнен с возможностью обеспечения опорных звеньев 360 для ног и упоров 362 для ступней множеством различных верхних и нижних пределов движения по вертикали, выбираемых пользователем. Механизм 338 регулировки позволяет человеку отрегулировать максимальную высоту шага или максимальную глубину провала шага на траектории, по которой левая и правая опоры 360 для ног могут перемещаться.
Как показано на фиг. 21-23, механизм 338 регулировки высоты шага содержит регулировочное звено 414 и привод 416, соединенные с помощью соединительного звена 417. Механизм 338 регулировки высоты шага изменяет местоположение передних концевых креплений 398 гибкого элемента, что, в свою очередь, изменяет траектории передних гибких элементов 406 и задних гибких элементов 404 и регулирует положения упоров 362 для ступней.
Регулировочное звено 414 совершает поворот в вертикальном направлении вокруг горизонтальной оси в центре его крепления к раме 324. Передние концевые крепления 398 гибкого элемента расположены на переднем конце регулировочного звена 414. Задний конец регулировочного звена 414 соединен с приводом 416 с помощью соединительного звена 417. Как показано на виде слева тренажера 320, перемещение соединительного звена 417 в нижнем направлении приводит к повороту регулировочного звена 414 по часовой стрелке, что увеличивает высоту положения по вертикали передних концевых креплений 398 гибкого элемента. В представленном примере поворотная ось регулировочного звена 414 совпадает с осью 374 кривошипной системы 328. В результате перемещение передних концевых креплений 398 гибкого элемента из самого нижнего положения в самое верхнее положение приводит к увеличению общей высоты шага или расстояния с множеством приращений, которые имеют место в верхнем конце диапазона перемещений. Другими словами, верхний предел или наивысшая точка по вертикали, достигаемая упорами 326 для ступней в процессе их движения, повысится на величину, примерно равную общему увеличению расстояния, равного высоте шага. Самая нижняя точка, до которой опускаются упоры 326 для ступней, понижается лишь минимально. Например, если высота шага или размах по высоте увеличивается на отрезок X, наивысшая точка расположения упоров 326 для ступней по вертикали может увеличиться на величину 4/5 X, в то время как самая нижняя точка по вертикали снизится лишь на расстояние 1/5 X. В результате соединительные узлы 320 могут поддерживаться на более низкой высоте, при этом снижается риск касания «дна» соединительными узлами 320 или их упорами 326 для ступней в результате регулировки высоты шага.
В других вариантах осуществления регулировочное звено 414 и кривошипная система 328 могут совершать поворот или вращение вокруг различных осей. Например, оси регулировочного звена 414 и кривошипной системы 328 могут быть смещены так, что изменение высоты шага или амплитуды шага (расстояния между наивысшей и самой низкой точками траектории движения упоров 326 для ступней) имеют одинаковое распределение, так что увеличение или уменьшение высоты шага или амплитуды приведет к тому, что наивысшая по вертикали точка и самая низкая по вертикали точка траектории движения упоров 326 для ступней повысятся и понизятся по существу на одинаковую величину. В некоторых других вариантах осуществления оси регулировочного звена 414 и кривошипной системы 328 могут быть смещены так, что изменение высоты шага или амплитуды шага в существенной степени достигается на нижнем конце диапазона перемещения, при этом крайняя нижняя точка подъема изменяется в значительно большей степени по сравнению с величиной, на которую изменяется наивысшая точка подъема упоров 326 для ступней.
Хотя передние концевые крепления 398 гибкого элемента показаны движущимися синхронно, передние концевые крепления 398 гибкого элемента могут поддерживаться так, чтобы они могли перемещаться независимо друг от друга в различные местоположения, либо путем вращения либо путем поступательного перемещения. В других вариантах осуществления звено регулировки высоты шага может перемещаться линейно посредством пазового механизма или механизма скольжения. В общем, расположение механизма 338 регулировки высоты шага на передней опоре 352 с возможностью вертикального перемещения передних концевых креплений 398 гибкого элемента позволяет создать более компактную и эффективную конструкцию.
Привод 416 и соединительное звено 417 содержат механизм, выполненный с возможностью вращения или перемещения регулировочного звена 414 между множеством различных положений, так чтобы позиционировать и удерживать передние концевые крепления 398 гибкого элемента в различных положениях относительно рамы 324, кривошипов 370 и кривошипных направляющих 372 гибких элементов. В одном варианте осуществления привод 416 содержит двигатель, выполненный с возможностью приведения во вращательное движение резьбового вала либо винта, находящегося в резьбовом зацеплении с гайкой, либо звена с внутренней резьбой, соединенного со звеном 414. Вращение резьбового вала или винта приводит к тому, что звено 414 поднимается и опускается, совершая поворот вокруг оси 374. В других вариантах осуществления привод 416 и соединительное звено 417 могут содержать иное средство для подъема и опускания звена 414. Например, привод 416 альтернативно может содержать гидроцилиндр или пневмоцилиндр в сборе. В еще одном варианте осуществления привод 416 может содержать электромагнит. В некоторых других вариантах осуществления привод 416 может содержать различные зубчатые или кулачковые механизмы.
Хотя, как показано, привод 417 крепится к раме 324 сзади стойки 352 и дополнительно крепится к звену 414 сзади поворотной оси звена 414, в других вариантах осуществления привод 417 альтернативно может крепиться к звену 414 спереди поворотной оси звена 414, на той же стороне поворотной оси, где находятся крепления 398. В еще одном варианте осуществления привод 417 может поддерживаться на передней стороне передней стойки 352 или на другой части рамы 324.
На фиг. 24А и 24В схематично показана регулировка расстояния хода, достигаемая с помощью изменения положения передних концевых креплений 398 гибкого элемента. На обеих фигурах показан примерный вид сбоку отдельных компонентов механизма 338 регулировки высоты шага, кривошипной системы 328, соединительной системы 334 и соединительных узлов 326. Как показано на фиг. 24А и 24В, изменение положения переднего концевого крепления 398 гибкого элемента изменяет величину или степень обвивки передним гибким элементом 406 соответствующей кривошипной направляющей 372 гибкого элемента. Такое изменение величины обвивки изменяет расстояние хода или диапазон перемещения упора 362 для ступни. В одном варианте осуществления может регулироваться максимальная высота шага, максимальная глубина провала шага или одновременно максимальная высота и максимальная глубина провала шага на интервале перемещений упоров 62 для ступней.
На фиг. 24А показано примерное ориентационное положение компонент, когда регулировочное звено 414 совершило поворот для позиционирования передних концевых креплений 398 гибкого элемента в их самой нижней точке L1. Полученная в результате высота шага представляет собой «малое расстояние хода», TD1, которое является разностью уровней положения одного из упоров 362 для ступней в точке H1 и положения другого упора 362 для ступни в точке D1. На фиг. 24В показано примерное ориентационное положение компонент, когда регулировочное звено 414 совершило поворот для позиционирования передних концевых креплений 398 гибкого элемента в их наивысшей точке L2. Полученная в результате высота шага представляет собой «большое расстояние хода», TD2, которое является разностью уровней положения одного из упоров 362 для ступней в точке Н2 и положения другого упора 362 для ступни в точке D2.
Как показано на фиг. 24А, когда переднее концевое крепление 398 гибкого элемента находится в самом низком положении L1, объединенные передний гибкий элемент 406 и задний гибкий элемент 404 на одной стороне тренажера 320 проходят по траектории Р1, в результате чего упор 362 для ступни занимает положение в точке H1. Объединенные передний гибкий элемент 406 и задний гибкий элемент 404 на противоположной стороне тренажера 320 проходят по траектории Р2, в результате чего упор 362 для ступни занимает положение в точке D1. Расстояние между первым положением H1 упора 362 для ступни и вторым положением D1 упора 362 для ступни представляет собой величину TD1, «малое расстояние хода». Величина TD1 представляет минимальную высоту шага.
Как показано на фиг. 24В, когда переднее концевое крепление 398 гибкого элемента находится в наивысшем положении L2, объединенные передний гибкий элемент 406 и задний гибкий элемент 404 на одной стороне тренажера 320 проходят по траектории Р3, в результате чего упор 362 для ступни занимает положение в точке Н2. Объединенные передний гибкий элемент 406 и задний гибкий элемент 404 на противоположной стороне тренажера 320 проходят по траектории Р4, в результате чего упор 362 для ступни занимает положение в точке D2. Расстояние между первым положением Н2 упора 362 для ступни и вторым положением D2 упора 362 для ступни представляет собой величину TD2, «большое расстояние хода». Величина TD2 представляет максимальную высоту шага.
В процессе вращения регулировочного звена 414 степень обвивки переднего гибкого элемента 406 вокруг кривошипной направляющей 372 гибких элементов изменяется. По мере того как вертикальное положение передних концевых креплений 398 гибкого элемента повышается от L1 до L2, степень обвивки увеличивается, что, в свою очередь, изменяет траекторию движения передних гибких элементов 406.
Каждый передний гибкий элемент 406 взаимодействует с соответствующим задним гибким элементом 404 на штанге 359 для создания крутящего момента. Передний гибкий элемент 406R обвит вокруг крепления 401R гибкого элемента, внутреннего по отношению к штанге для создания крутящего момента, и крепится к нему. Задний гибкий элемент 404R обвит вокруг крепления 400R гибкого элемента, внешнего по отношению к штанге для создания крутящего момента, и крепится к нему. Вращение штанг 359 для создания крутящего момента вокруг поперечного вала 349 передает движение между передним гибким элементом 406 и задним гибким элементом 404. Общая длина пути каждого сочетания переднего гибкого элемента 406 и заднего гибкого элемента 404 остается по существу неизменной. Изменение положения переднего концевого крепления 398 гибкого элемента приводит к соответствующему изменению положения крепления 412 гибких элементов на упоре для ступни, что приводит к изменению положения упоров 362 для ступней.
Увеличение угла обвивки переднего гибкого элемента 406 вокруг кривошипной направляющей 372 гибких элементов увеличивает выигрыш в величине прилагаемого усилия пользователя к кривошипу. Наоборот, уменьшение угла обвивки уменьшает выигрыш в величине прилагаемого усилия пользователя к кривошипу. Путем регулировки положения переднего концевого крепления 398 гибкого элемента максимальная высота и/или максимальная глубина, до которых упор 362 для ступней способен подниматься или опускаться, может регулироваться. Таким же образом полный диапазон перемещения или полное расстояние хода, на которое перемещается упор 362 для ступней, также может регулироваться.
Регулировочное звено 414 может совершать вращение между непрерывным множеством различных положений и может удерживаться в любом из положений этого непрерывного множества. В других вариантах осуществления регулировочное звено 414 в качестве альтернативы может совершать поворот между множеством определенных дискретных положений, разнесенных на различные заданные углы вокруг поворотной оси. В таком альтернативном варианте осуществления могут использоваться канавки, стопоры или другие механизмы фиксации для определения отдельных разнесенных положений, в которых регулировочное звено 414 может удерживаться.
Привод 416 содержит механизм, выполненный с возможностью перемещения регулировочного звена 414. В представленном примере привод 416 содержит силовой привод, приводимый в действие электрической энергией. В одном варианте осуществления привод 416 содержит электродвигатель, выполненный с возможностью приведения в действие конструкции на основе червячного или ходового винта для создания линейного перемещения с целью приведения во вращение регулировочного звена 414 вокруг оси 374. В другом варианте осуществления привод 416 может содержать электродвигатель, такой как шаговый двигатель, серводвигатель и т.п., непосредственно соединенный с валом, закрепленным на регулировочном звене 414 вдоль оси 374, или соединенный с валом, закрепленным на регулировочном звене 414, с помощью редуктора или понижающей зубчатой передачи, для избирательного вращения регулировочного звена 414. В еще одних вариантах осуществления привод 416 может содержать электромагнит или гидроцилиндр либо пневмоцилиндр, функционально связанные с регулировочным звеном 414, так чтобы приводить во вращение регулировочное звено 414.
Согласно одному варианту осуществления силовой привод 416 изменяет положение регулировочного звена 414 для регулировки высоты шага в ответ на управляющие сигналы с блока 446 управления, связанного с дисплеем 342. В одном варианте осуществления такая регулировка может осуществляться в ответ на нажатие человеком кнопки, перемещение ползунка, задействование переключателя, поступление голосовой команды в блок программного обеспечения распознавания речи через микрофон или иное устройство ввода. В другом варианте осуществления такая регулировка может выполняться согласно запрограммированному или заданному порядку выполнения упражнений, заложенному в ЗУ, при котором высота шага должна регулироваться в ходе выполнения плановых упражнений. Поскольку такая регулировка обеспечивается силовым приводом и не требуется, чтобы пользователь отделял или демонтировал какую-либо часть тренажера 320, такая регулировка может выполняться «на ходу» во время выполнения упражнений в процессе перемещения упоров 362 для ступней вдоль своей траектории. Другими словами, заданный порядок выполнения упражнений или тренировки прерывать не требуется.
В других вариантах осуществления привод 416 в качестве альтернативы может содержать пассивный привод. Например, привод 416 альтернативно может быть выполнен с возможностью приведения в действие вручную, при этом усилие или движение, сообщаемое человеком, механически передается на регулировочное звено 414 для изменения положения регулировочного звена 414. По завершению регулировки регулировочное звено 414 может удерживаться на месте с помощью одного или нескольких крюков, зажимов, захватов, фиксаторов или поверхностей трения.
Хотя регулировочное звено 414 показано как звено, приводимое во вращение, так чтобы изменить положение концевых креплений 398 и так чтобы отрегулировать высоту шага, задаваемого тренажером 320, в других вариантах осуществления позиционирование может регулироваться иными способами. Например, в одном варианте осуществления концевые крепления 398 в качестве альтернативы могут линейно перемещаться или могут быть выполнены с возможностью скольжения или поступательного перемещения между различными положениями относительно рамы 324 и относительно кривошипных направляющих 372.
Система 340 противодействия в горизонтальном направлении содержит систему, выполненную с возможностью приложения дополнительного сопротивления горизонтальному перемещению опорных звеньев 360 для ног и упоров 362 для ступней. На фиг. 21-23 система 340 противодействия в горизонтальном направлении показана более подробно. На фиг. 23 показан вид сзади тренажера 320, где ряд деталей удален, чтобы открыть вид сзади системы 340 противодействия в горизонтальном направлении. В представленном примере система 340 противодействия в горизонтальном направлении крепится к задней стороне передней стойки 352 и построена по существу по вертикальной схеме, так что участки системы 340 противодействия вращаются вокруг одной или нескольких горизонтальных осей. Такая схема построения позволяет создать более компактную и эффективную конструкцию тренажера 320. В других вариантах осуществления система 340 противодействия может крепиться к другой стороне передней стойки 352 или к другому участку рамы 324.
Система 340 противодействия в горизонтальном направлении содержит соединительные элементы 428R, 428L (совместно называемые соединительными элементами 428), верхние крепления 426R, 426L элементов (совместно называемые верхними креплениями 426 элементов), нижние крепления 427R, 427L элементов (совместно называемые нижними креплениями 427 элементов), источник 430 создания противодействия и коромысло 424.
Соединительные элементы 428 содержат жесткие связи или стержни. Каждый из соединительных элементов 428 имеет верхний конец, крепящийся к одному из верхних креплений 426 элементов, и нижний конец, крепящийся к одному из нижних креплений 427 элементов, расположенных по существу на коромысле 424. Элемент 428R зафиксирован на креплениях 426R и 427R. Элемент 428L зафиксирован на креплениях 426L и 427RL. Верхние крепления 426 элементов крепятся к втулкам 361, связанным с соединительными узлами 326. Нижние крепления 427 элементов функционально связаны с коромыслом 424. В представленном примере крепления 426 и 427 содержат вертлюг, универсальные или пятовые шарниры и т.п. Соединительные узлы 326 вращаются в противоположных направлениях в ответ на усилия, прилагаемые выполняющим физические упражнения человеком посредством качающихся рычагов 327 и опор 360 для ног. Когда один из соединительных узлов 326 совершает поворот по часовой стрелке, если смотреть с левой стороны тренажера 320, верхнее крепление 426 элементов, закрепленное на соединительном узле 326, соответственно совершает поворот. Поворот приводит к тому, что крепление 426 элементов занимает более высокое вертикальное положение, создает направленное вверх усилие, приложенное к элементу 428, присоединенному к креплению 426 элементов, и вызывает его перемещение. Перемещение вверх элемента 428 приводит к соответствующему перемещению нижнего крепления 427 элементов. Перемещение нижнего крепления 427 элементов вызывает перемещение коромысла 424, функционально связанного с источником 430 создания противодействия. В других вариантах осуществления крепления 426 могут быть зафиксированы на других участках соединительных узлов 326.
Коромысло 424 и ремень 422 функционально связывают элементы 428 с источником 430 создания противодействия. Коромысло 424 приводится во вращение перемещением элементов 428, преодолевая сопротивление, обеспечиваемое источником 430 создания противодействия.
Источник 430 создания противодействия содержит механизм, выполненный с возможностью вращения, преодолевая избирательно регулируемое сопротивление. В одном варианте осуществления источник 430 создания противодействия содержит металлическую пластину, а также один или несколько магнитов, образующие тормозной механизм вихревого действия. В одном варианте осуществления один или несколько магнитов содержат электромагниты, позволяющие избирательно регулировать напряженность магнитного поля для контролирования и изменения противодействия вращению втулок 361 соединительных узлов 326. В другом варианте осуществления источник 430 создания противодействия может содержать электрогенератор. В еще одном варианте осуществления источник 430 создания противодействия может содержать две поверхности, пребывающие во фрикционном контакте друг с другом, чтобы создать сопротивление вращению втулок 361. В следующем варианте осуществления может применяться пневматический тормоз. В других вариантах осуществления могут использоваться иные тормозные устройства или механизмы противодействия. В одном варианте осуществления сопротивление, прикладываемое источником 430 создания противодействия в горизонтальном направлении, может избирательно регулироваться человеком, использующим тренажер 320. В одном варианте осуществления сопротивление может регулироваться в ответ на управляющие сигналы, генерируемые блоком управления, связанным с дисплеем 24, в ответ на подачу команды человеком, выполняющим физические упражнения, или в ответ на команды, заложенные в установленной схеме выполнения упражнений или тренировки. В некоторых вариантах осуществления система 340 противодействия в горизонтальном направлении может отсутствовать.
Дисплей 42 содержит механизм, обеспечивающий возможность взаимодействия между тренажером 20 и человеком, выполняющим физические упражнения. Как схематично показано на фиг. 17, дисплей 342 содержит входы 440, выходы 442, интерфейс 444 связи, а также блок 446 управления (каждый из которых схематично показан на фиг. 1). Входы 440 содержат один или несколько механизмов, выполненных с возможностью обеспечения поступления команд или информации на тренажер 20 от человека. В одном варианте осуществления такие входы могут содержать сенсорный экран, одну или несколько нажимных кнопок, один или несколько ползунков, тумблеры, микрофон и программное обеспечение распознавания речи и т.п.
Выходы 442 содержат одно или несколько устройств, выполненных с возможностью выдачи информации человеку. В одном варианте осуществления выходы 442 могут содержать экран дисплея, светоизлучающие диоды, устройства, генерирующие акустические сигналы или звук и т.п. Интерфейс 444 связи содержит механизм, позволяющий установить связь между тренажером 20 и внешними системами или устройствами, такими как сеть, Интернет или другой тренажер. Интерфейс 444 связи может быть выполнен с возможностью установления проводной или беспроводной связи.
Блок 446 управления содержит один или несколько блоков обработки данных, выполненных с возможностью приема информации или команд с входов 440 или интерфейса 144 связи, а также информации или данных от различных датчиков, связанных с тренажером 320. Блок 446 управления далее анализирует полученную информацию и выдает управляющие сигналы, управляя отображением информации на дисплее 442, передачей данных или информации, или запросов информации посредством интерфейса 444 связи, а также работой источников 392, 430 создания противодействия и привода 416.
В контексте настоящего описания термин «блок обработки данных» означает блок обработки данных, доступный в настоящее время или который будет разработан в будущем, выполняющий последовательности команд, содержащихся в ЗУ. Выполнение последовательностей команд приводит к выполнению блоком обработки данных этапов, таких как генерирование сигналов управления. Команды могут быть загружены в память с произвольной выборкой (RAM) для выполнения блоком обработки данных из постоянного запоминающего устройства (ROM), устройства массовой памяти или иного накопителя для долгосрочного хранения информации. В других вариантах осуществления для реализации описанных функций вместо программного обеспечения или в сочетании с ним могут использоваться аппаратные средства. Например, блок 444 управления может быть реализован в виде части одной или нескольких специализированных интегральных схем (ASIC). Если не оговорено особо, блок управления не ограничен каким-либо конкретным сочетанием аппаратного и программного обеспечения или каким-либо определенным источником поступления команд, выполняемых блоком обработки данных.
В процессе эксплуатации тренажера 320 человек становится на платформу 348, обычно держась за боковые консоли 356. Продолжая держаться за боковые консоли 356, человек затем становится на упоры 362 для ступней. Далее человек, выполняющий физические упражнения, вводит посредством входов 448 требуемую программу тренировки или выполнения упражнений либо выбирает предварительно загруженную программу тренировки или выполнения упражнений. В ответ на данный ввод данных блок 446 управления может выдать управляющие сигналы по регулировке величины сопротивления, прилагаемого источниками 392 и 430 создания противодействия. Кроме того, блок 446 управления может выдать управляющие сигналы, заставляющие силовой привод 416 изменить положение передних концевых креплений 398 гибких элементов для регулировки высоты шага. В ходе выполнения программы упражнений человек, выполняющий физические упражнения, может принять решение отрегулировать свой шаг или траекторию выполнения шага. Это достигается тем, что человек просто прикладывает иное усилие к упору 362 для ступней и соединительным узлам 326. Кроме того, человек, выполняющий физические упражнения, может принять решение увеличить или уменьшить высоту шага. Чтобы это сделать, человек может просто ввести изменение, используя вход 440, при этом блок 446 управления выдаст управляющие сигналы, заставляющие привод 416 изменить положение регулировочного звена 414 для регулировки высоты шага. Как отмечалось ранее, такая регулировка может быть осуществлена «на ходу» в процессе выполнения упражнений. В других вариантах осуществления блок 446 управления может автоматически регулировать сопротивление, прилагаемое одним или обоими источниками 392, 430 создания противодействия, а также высоту шага, контролируемую с помощью механизма 338 регулировки высоты шага, согласно загруженной программе тренировки или выполнения упражнений. Такие изменения могут быть выполнены на основе отрезка времени, прошедшего с начала тренировки, на основе времени, оставшегося до конца тренировки, на основе распознанных биометрических характеристик человека, выполняющего физические упражнения, или на основе того, решены или не решены поставленные задачи в отношении скоростей, силовых нагрузок и траекторий движений. Поскольку тренажер 320 позволяет автоматически регулировать максимальную высоту шага или максимальную глубину провала шага с помощью блока 446 управления или регулировать человеком в ходе выполнения упражнений, тренажер 320 предоставляет возможность выбора более гибких или универсальных режимов выполнения упражнений и проведения тренировки, доставляющей большее удовольствие.
Хотя настоящее раскрытие представлено со ссылками на примеры вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны изменения в форме и деталях, не отходя от сущности и объема изобретения. Например, хотя различные примеры вариантов осуществления могут быть описаны как включающие в себя один или несколько признаков, обеспечивающих одно или несколько преимуществ, предполагается, что описанные признаки можно поменять местами между собой или, в альтернативном варианте, объединить друг с другом в описанных примерах вариантов осуществления или в других альтернативных вариантах осуществления. Поскольку технология настоящего раскрытия относительно сложна, не все изменения в технологии можно заранее предвидеть. Настоящее раскрытие, представленное со ссылками на примеры вариантов осуществления и изложенное в нижеследующей формуле изобретения, следует понимать как можно шире. Например, если не указано иначе, пункт формулы изобретения, в котором упомянут единственный конкретный элемент, также охватывает множество таких конкретных элементов.