相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月14日提交的美国临时专利申请 61/786,007的优先权。
技术领域
本公开涉及锻炼器材。更具体地，本公开涉及包括飞轮的力量 训练器材及相关方法。
背景技术
尽管存在许多种人们可以参与的锻炼活动，然而锻炼可以广义 地分为有氧锻炼类别和无氧锻炼类别。有氧锻炼通常是指使锻炼者 的心率和呼吸在持久时间段内大体上增加。这种类型的锻炼通常旨 在增强心血管性能。这种锻炼通常包括对于个体的运动的低阻力或 适中阻力。例如，有氧锻炼包括诸如走路、跑步、慢跑、游泳或骑 车长远距离和持久时间段的活动。
无氧锻炼通常是指加强骨骼肌的锻炼并且通常涉及通过在相对 短的时间段期间显著用力和/或通过相对少次数的重复使目标肌肉 弯曲或收缩。例如，无氧锻炼包括诸如举重训练、俯卧撑、仰卧起 坐、引体向上或一系列短跑之类的活动。
当在家中或在健身房锻炼时，有氧锻炼和无氧锻炼通常涉及使 用不同类型器材。例如，有氧锻炼通常涉及诸如跑步机、椭圆机和 自行车(传统的和固定式)的器材，而无氧锻炼通常涉及使用自由 重量调节器材(free weights)、配重片(weight stacks)或其它缆绳 和滑轮阻力型系统。
通常，个体将其健身计划安排成包括有氧活动和无氧活动。例 如，一个人可以在一周中的两或三天做无氧锻炼(例如举重和其它 力量训练锻炼)，而在一周中的其余几天做有氧锻炼(例如跑步、骑 车)。在其它情形下，个体可以在同一天既做有氧活动又做无氧活动。
将有氧活动和无氧活动相结合的难点之一在于个体高效且有效 地跟踪其进展的能力。例如，许多个体使用有氧锻炼器材(诸如跑 步机或椭圆机)来自动地跟踪在使用该器材期间他们所燃烧的卡路 里。然而，当进行力量训练类运动时，更难追踪或计算这样的信息。
在Dalebout等人的美国专利No.5,527,245和Dalebout等人的 美国专利No.7,740,563中描述了尝试将有氧锻炼与无氧锻炼结合的 器材的一对示例。这些专利描述了阻力型力量训练设备，该阻力型 力量训练设备在一种实例下与跑步机组合，而在另一种实例下与椭 圆机设备组合。
鉴于如上所述，理想的是，以简单且有效并且可适于有氧活动 和无氧活动的方式提供用于追踪锻炼期间个人的进展的能力。此外， 行业内部通常希望对锻炼器材提供新特征和增强的性能。
发明内容
在本公开的一个方面中，力量训练设备包括基座构件和与基座 构件耦接的塔结构。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与塔结构枢转地耦接的至少一个臂。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括飞轮和与所述至少一个臂相关联的缆绳和滑轮系统，其 中，缆绳和滑轮系统中的至少一个的移位引起飞轮的旋转。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与飞轮相关联并被配置成对飞轮的旋转施加选定的阻力 的制动机构。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括具有磁制动机构的制动机构。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与飞轮相关联的扭矩传感器。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括具有至少一个输入装置和至少一个输出装置的控制台。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与制动机构通信的控制台，其中，至少一个输入装置控 制由制动机构施加至飞轮的阻力的量。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与扭矩传感器通信的控制台，其中，至少一个输出装置 响应于飞轮的旋转而提供对用户所消耗的功的量的指示。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括以瓦特为单位提供对所消耗的功的量的指示的至少一个 输出装置。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括具有与飞轮相关联的驱动机构的力量训练设备。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括经由驱动带与飞轮耦接的离合器机构。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括离合器机构，该离合器机构能够使得飞轮响应于至少一 个缆绳在第一限定方向上的移位而沿第一旋转方向的旋转，并且响 应于至少一个缆绳在第二限定方向上的移位而不对飞轮产生影响， 其中，第二限定方向与第一限定方向相反。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括驱动机构，该驱动机构具有与缆绳和滑轮系统耦接的驱 动链，其中，驱动链绕多个链轮延伸，其中，该多个链轮包括能够 相对于塔移位的至少一个链轮。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括与能够移位的至少一个链轮耦接的至少一个偏置构件。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括其中至少一个臂包括一对臂的实施方式，其中，缆绳和 滑轮系统包括与一对臂中的第一臂耦接的第一滑轮和与第二臂耦接 的第二滑轮，其中，第一缆绳延伸穿过第一滑轮，第二缆绳延伸穿 过第二滑轮。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括相对于彼此保持固定的角度位置的一对臂。
在本公开的另一方面中，实施力量训练的方法包括对缆绳施加 力以及使缆绳以第一方向移位，并响应于缆绳的移位而引起飞轮的 旋转。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括施加至飞轮的阻力和施加至飞轮的扭矩(其通过诸如传 感器来测量)。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括至少部分地基于所测量的扭矩以瓦特为单位计算所做的 功。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括通过使用磁制动器施加阻力来对飞轮施加阻力。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括由被选择性地改变的磁制动器施加的阻力。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括对缆绳施加力(包括穿过滑轮拉动缆绳)以及在穿过滑 轮拉动缆绳之前将滑轮选择性地定位在各种位置中的一个位置处。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括在锻炼期间跟踪消耗的功的方法，该方法包括：进行有 氧锻炼活动、确定在有氧锻炼活动期间消耗的功以及以瓦特为单位 表示消耗的功。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括下述实施方式：在该实施方式中，进行无氧锻炼活动、 确定无氧锻炼活动期间所消耗的功以及以瓦特为单位表示该消耗的 功。
在可以与本文中的任意方面组合的一个或更多个其它方面中， 还可以包括对有氧活动期间消耗的功的量和无氧活动期间消耗的功 的量求和。
附图说明
附图示出了本方法和系统的各种实施方式并且是说明书的一部 分。所示出的实施方式仅作为本系统和方法的示例并不限制其范围。
图1是力量训练设备的立体图；
图2是图1所示的力量训练设备的第一侧视图；
图3是图1所示的力量训练设备的另一侧视图；
图4A和图4B分别示出了图1所示的包括各种部件的设备在设 备处于第一状态时的侧视图和后视图；
图5A和图5B分别示出了图1所示的包括各种部件的设备在设 备处于第二状态时的侧视图和后视图；
贯穿附图，相同的附图标记指示相似但不必相同的元件。
实施本发明的最佳方式
参照图1至图3，提供了一种力量训练设备100。根据某些实施 方式，设备100包括基座构件102以及耦接至基座构件102并从基 座构件102向上延伸的塔或支承结构104。基座可以被配置成包括 从彼此延伸离开的多条腿106A至106C，从而为设备100提供稳固 的基座或平台并且在使用设备100进行锻炼的人对其施加力时支承 设备100。在图1至图3所示的实施方式中，基座构件102包括三 条腿。然而，应当指出，也可以设想其它配置。
一对臂108A和108B通过轴承110或其它机械结构枢转地耦接至 塔104。轴承110使得臂108A和108B能够如方向箭头112(图1)所 指示的相对于塔104和基座构件102绕限定轴线113旋转(图2和图3)。 在一个实施方式中，臂108A和108B可以被配置成在其绕轴线112旋 转时相对于彼此保持恒定角度关系(例如，臂108A和108B可以沿彼 此大致相反的方向连续延伸)。在另一实施方式中，每个臂108A和 108B能够独立于另一臂选择性地定位(手动地，或通过马达或其它致 动器(未示出))，使得每个臂108A和108B可以相对于彼此以各种角 度中的任意角度定位。
设备100还包括：一对滑轮114A和114B，其枢转地连接至每个 臂106A和106B的端部。缆绳116A和116B延伸穿过每个滑轮114A 和114B并且与手柄118A和118B耦接。如下面将更详细描述的，手 柄118A,118B、缆绳116A,116B以及滑轮114A,114B是缆绳/滑轮系统 的一部分，该缆绳/滑轮系统对使用设备100以进行力量训练的个体提 供阻力。
从图2和图3可以看出，飞轮120耦接至基座构件102或塔104 之一(或者耦接至这两者)并被配置成绕轴122旋转。阻力或制动机 构124被定位成邻近飞轮122，并且能够选择性地调节以将所需水平 的阻力施加至飞轮120的旋转。在一个实施方式中，可以使用各种类 型的制动机构124(包括对飞轮120施加摩擦的带或垫)。在一个实施 方式中，可以使用磁制动器(被称为涡流制动器)来提供施加至飞轮 120的阻力并可调节阻力的水平。
当制动机构124被配置成磁机构时，其可以包括与塔104枢转地 耦接的臂126并且包含用于提供期望的磁通量的多个磁体。当臂126 相对于塔104(因而相对于飞轮120)旋转时，飞轮120旋转穿过的磁 通量变化，因而改变了飞轮120所承受的旋转阻力的量。
飞轮120在被配置成与磁制动机构相互作用时，可以包括铁质部 件、非铁部件或这两者。在一个实施方式中，飞轮120可以包括相对 致密的铁质部件以给予飞轮期望水平的转动惯量。飞轮120还可以包 括非铁质部件以在与磁制动机构一起使用时提供增强的制动阻力。例 如，一个实施方式可以包括由铸铁(铁质材料)形成的部分以对由铝 质材料形成的另一部分提供期望的转动惯量(以响应于磁机构提供增 强的制动)。勒尔的美国专利申请公开No.2012/0088638(申请号： 13/267,719)描述了一种这样结构的飞轮以及相关联的磁制动机构，该 申请的全部公开内容通过引用并入本文。
扭矩传感器128可以与轴122相关联，以确定驱动机构(如下所 述)施加至飞轮的扭矩的量。可以采用各种类型的扭矩传感器。扭矩 传感器的一个示例包括在施罗德等人的美国专利No.7,011,326中所描 述的扭矩传感器，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。扭矩传 感器的另一个示例包括在清水的美国专利No.7,584,673中所描述的扭 矩传感器，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。
该设备还包括控制面板130，控制面板130可以被定位成邻近轴承 110或一些其它方便的位置(例如，在塔104上)。控制面板130可以 包括各种输入装置132(例如，按钮、开关或拨盘)和输出装置134 (例如，LED灯、显示器、警报器)以提供与设备100的使用者的交 互措施。控制面板还可以包括用于与其它装置通信的连接。控制器可 以包括处理器和存储器以在下述方面提供各种功能：控制设备100的 部件(例如制动机构)、与各种部件(例如扭矩传感器)通信以及进行 将在下面讨论的某些计算。
在一个示例中，控制面板130的输入装置132可用于设置期望的 阻力水平，该期望的阻力水平通过控制与制动机构124相关联的致动 构件而被施加至飞轮120。输出装置134(例如显示器)可以指示电流 或所选水平的阻力。控制面板130的输出装置134还可以基于例如由 扭矩传感器128所测量的施加至飞轮120的扭矩，来提供所计算出的 一段时间内所做功的量的指示。
现在参照图4A和图4B，示出了具有可以设置在塔104内或以其 它方式布置成协助驱动飞轮120的各种部件的设备100的侧视图和后 视图。应当指出，出于清楚和方便的目的，图4B没有描绘臂108A和 108B(及其相关联的部件)。驱动机构140可以包括具有输入轴144 和输出轴146的离合器142。驱动带148(或驱动链或其它类似的驱动 结构)可以绕输出轴146延伸并且还可以绕飞轮120的轴122(或与 轴耦接的相关联的滑轮)延伸。离合器被配置成使得当输入轴144沿 第一指定方向旋转时，输出轴146同样沿指定方向旋转以使驱动带148 偏移，并且最终沿期望的方向驱动飞轮120。然而，如果输入轴144 沿与第一方向相反的第二方向旋转，其不对输出轴146产生影响。相 反，输出轴能够以其初始指定方向继续旋转并且不会反转方向。要指 出的是，在其它实施方式中，离合器142可以直接耦接至飞轮120。
驱动链150(或驱动带或缆绳或其它适当的结构)具有耦接至缆绳 116A和116B的第一端152，其中，缆绳116A和116B延伸穿过滑轮 114A和114B并且延伸穿过臂108A和108B或者邻近臂108A和108B 延伸。驱动链150延伸穿过若干滑轮或链轮，这些滑轮或链轮包括例 如第一链轮154、输入轴144(或与其耦接的相关联的滑轮或链轮)以 及第二链轮156。驱动链150的第二端158可以被固定至例如机架或 与塔104相关联的其它部件。在图4A和图4B所示的实施方式中，第 一链轮154能够绕相对于塔104固定的轴线旋转。第二链轮156能够 绕相对于塔104可移位的轴线旋转。例如，可以在第二链轮156与塔 104(或塔104的一些部件)之间耦接一个或更多个偏置构件160，使 得链轮156相对于塔104移位。可以使用引导构件来帮助限制或控制 链轮沿期望路径的移位。
简单地参照图5A和图5B，与图4A和图4B所描绘的示图相似的 示图分别示出了处于第二位置或状态的一些部件。具体地，图5A描绘 了由于运动期间个体施加力而产生的手柄118A的移位。手柄118A的 移位导致相关联的缆绳116A的移位并且最终导致驱动链150的移位。 如图5A所示，驱动链150的第一部分如方向箭头170所指示的朝向第 一链轮154向上移位，而驱动链150的第二部分如方向箭头172所指 示的离开第二链轮156并且朝向输入轴144向下移位。要指出的是， 从图5A和图5B可以看出，驱动链的移位还包括第二链轮156克服偏 置构件160的力的向下移位。驱动链150的移位导致输入轴144的旋 转、致动驱动机构140，使得驱动带148驱动飞轮120。
当释放施加至手柄118A的力时，偏置构件160将第二链轮156拉 回至其先前的位置，从而使各种部件(例如，驱动链150、缆绳116A 和手柄118A)回到图4A和图4B所示的位置。然而，如上面所指出 的，由于离合器机构142的方向优先(directional preference)，驱动 链150返回至其先前位置不会使飞轮120沿相反方向旋转或以其它方 式阻碍其继续旋转。要指出的是，尽管关于一个特定手柄(即，118A) 被移位描述了图5A和图5B所示的示例，然而相同的功能适于对其它 手柄(即，118B)的移位或适于大致同时移位两个手柄。
工业实用性
在锻炼期间，许多个体希望集中在无氧力量训练上或希望结合无 氧力量训练与有氧健身。混合有氧活动与无氧活动的难点之一是个体 高效且有效地跟踪其进展的能力。例如，许多个体使用有氧锻炼器材 (诸如跑步机、椭圆机或计步器)来帮助跟踪其在使用这种器材期间 他们所燃烧的卡路里。然而，更困难的是在进行力量训练类锻炼时追 踪或计算这类信息。
本文提供的锻炼设备提供了一种力量训练设备，该力量训练设备 能够实现各种锻炼同时还提供追踪个体在其锻炼时段期间的所做功的 能力。通过将可调节臂相对于塔定位在不同的位置处，可以进行不同 类型的锻炼。例如，由于臂/滑轮的可调节性，锻炼设备可以用于进行 下述锻炼，这些锻炼包括但不限于站立式腹部卷曲、弯曲和其它二头 肌锻炼、滑轮下拉、推胸、上斜和下斜推举、上举、三头肌伸展锻炼、 肩部伸展、伸腿、曲腿、外扩及内收锻炼以及包括所提供示例的变型 的各种其它运动。
此外，与力量训练设备一起使用飞轮提供了形式与常规力量训练 锻炼不同的阻力，这种形式的阻力可以被测量、跟踪以及包含在计划 的锻炼安排中。飞轮与诸如磁制动器的制动机构结合使得在锻炼期间 在设定期望阻力时具有相当大的灵活性。在许多常规的力量训练锻炼 中，(例如，通过自由重量、配重片或阻力带)所提供的阻力的量仅在 设定的增量(例如5或10磅的增量)时是可调节的。使用具有可变阻 力制动机构的飞轮的能够实现阻力在两个限定界限之间的连续范围中 的微调。
与飞轮结合使用扭矩传感器能够实现功、功率或能量的计算，使 得例如设备的使用者可以在使用该锻炼设备时确定他们的执行水平。 在一个特定示例中，锻炼时段期间所消耗的功率可以以瓦特表示(即， 焦耳/秒(J/s)或牛顿米/秒(N*m/s))。机器的使用者可以从与锻炼设 备相关联的显示器(或其它输出装置)观察锻炼时段期间所消耗的功 率，并且然后将其执行与目标或基准进行比较。
与仅仅给定锻炼时段期间完成的重复次数相比，这种跟踪无氧锻 炼计划期间所付出的努力的方式提供了对个体进展的更深刻的理解。 必要时，可以采用其它单元来跟踪锻炼时段期间个体所消耗的能量。 例如，代替以瓦特(功率单位)表示健身情况，可以以焦耳(功单位) 表示健身情况。
该信息可以与来自包括有氧锻炼的其它健身活动的信息一起使 用，从而在期望时段中一致地监控个体的执行情况。例如，除了以卡 路里表示个体在跑步机或椭圆机上的执行情况，这些执行情况可以相 似地以瓦特为单位(或其它选定单位)提供，使得所有类型的锻炼活 动可以被一致地监控。然后，个体可以例如基于待完成的功的量定制 其锻炼日程，而不管在有氧活动或无氧活动期间是否做功。
在于2013年1月30日提交的美国专利申请No.13/754,361中陈述 了可以与本文描述的锻炼设备结合使用的定制健身的一个示例，该专 利申请的全部公开内容通过引用并入本文。在布朗等人的美国专利No. 6,746,371中陈述了在各种锻炼设备上跟踪健身并且可以与本文描述的 锻炼设备结合使用的一个特定示例，该专利申请的全部公开内容通过 引用并入本文。