使用磁流变流体离合器装置的力量训练设备.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201680049269.6 (22)申请日 2016.08.24 (30)优先权数据 62/208,963 2015.08.24 US 62/334,039 2016.05.10 US (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2018.02.24 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/CA2016/050995 2016.08.24 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2017/031585 EN 2017.03.02 (71)申请人 埃索欧耐迪克超动力 地址 加拿大魁北克

2、 (72)发明人 帕斯卡尔拉罗斯 马克登宁格 吉弗尔朱利奥 吉恩-塞巴斯蒂安普兰特 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限 责任公司 11240 代理人 陈鹏 李静 (51)Int.Cl. A63B 21/06(2006.01) A63B 24/00(2006.01) A63B 71/06(2006.01) (54)发明名称 使用磁流变流体离合器装置的力量训练设 备 (57)摘要 一种利用力量训练设备在力量训练辅助用 户的系统， 包括扭矩源。 一个或多个磁流变(MR) 流体离合器装置具有耦接至扭矩源的输入部， 以 接收来自扭矩源的扭矩， MR流体离合器装置可控 制为经由其输出部传递可变

3、量的扭矩。 调制接口 将至少一个MR流体离合器装置的输出部耦接至 训练设备的力传递装置。 一个或多个传感器提供 指示用户的训练动作的信息。 训练处理器包括： 训练量计算器模块， 用于接收指示训练动作的信 息并且用于表征训练动作； 训练辅助控制器模 块， 用于从训练动作的表征确定力辅助的水平； 以及辅助生成器模块， 在以所述水平对训练设备 的力传递装置施加力辅助以辅助用户进行训练 动作时， 辅助生成器模块用于控制至少一个MR流 体离合器装置。 还提供了一种利用MR流体离合器 装置辅助用户进行力量训练的方法。 权利要求书3页 说明书16页 附图15页 CN 107921307 A 2018.04.

4、17 CN 107921307 A 1.一种利用力量的训练设备在力量训练中辅助用户的系统， 包括： 至少一个扭矩源； 至少一个磁流变(MR)流体离合器装置， 具有耦接至所述至少一个扭矩源的输入部， 以 从所述至少一个扭矩源接收扭矩， 所述MR流体离合器装置能控制为经由其输出部传递可变 的量的扭矩； 调制接口， 将所述至少一个MR流体离合器装置的所述输出部耦接至所述训练设备的力 传递装置； 至少一个传感器， 用于提供指示用户的训练动作的信息； 以及 训练处理器单元， 至少包括： 训练量计算器模块， 用于接收指示所述训练动作的所述信 息并且用于表征所述训练动作； 训练辅助控制器模块， 用于从所述训

5、练动作的表征来确定 力辅助的水平； 以及辅助生成器模块， 在对所述训练设备的所述力传递装置施加该水平的 力辅助以在所述训练动作中辅助所述用户时， 所述辅助生成器模块控制所述至少一个MR流 体离合器装置。 2.根据权利要求1所述的系统， 其中， 所述训练量计算器通过测量所述力传递装置的速 度、 所述力传递装置的行进距离、 以及所述力传递装置上的张力中的至少一项来表征所述 训练动作。 3.根据权利要求1所述的系统， 其中， 所述训练辅助控制器在所述训练动作的全跨度内 记录所述训练动作的表征， 并且限定所述训练动作的所述全跨度的辅助曲线， 其中， 根据所 述辅助曲线来确定所述力辅助的水平。 4.根据

6、权利要求3所述的系统， 其中， 所述辅助曲线包括： 在所述训练动作的所述全跨 度内将所述训练动作转换成等动力的训练动作。 5.根据权利要求3和4中任一项所述的系统， 其中， 所述辅助曲线包括： 随着所述训练动 作的全跨度的重复次数的增加， 增加或减少辅助的水平。 6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统， 其中， 所述调制接口具有与齿条啮合的齿 轮， 所述齿条被配置为连接至所述力传递装置的至少一个线缆的端部。 7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统， 其中， 所述调制接口具有绞盘， 所述力传递 装置的线缆缠绕在所述绞盘上。 8.根据权利要求1至5中任一项所述的系统， 其中， 所述调制接口具有

7、滑轮， 所述滑轮连 接至所述力传递装置的线缆的端部。 9.根据权利要求1至5中任一项所述的系统， 其中， 所述调制接口连接至跑台的锻炼表 面， 所述锻炼表面是所述力传递装置。 10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统， 其中， 所述至少一个MR流体离合器装置通 过所述调制接口耦接至所述力传递装置， 因此， 所述至少一个MR流体离合器装置传递扭矩， 以减少所述用户的所述训练动作的力。 11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统， 其中， 所述辅助生成器模块维持所述至 少一个MR流体离合器装置处于能滑移模式， 以在无来自所述至少一个MR流体离合器装置的 辅助的情况下， 使得所述力传递装置将力传

8、递至所述用户。 12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统， 其中， 所述训练量计算器模块从指示所 述训练动作的信息中检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值， 并且所述辅助生成器模 权 利 要 求 书 1/3 页 2 CN 107921307 A 2 块控制所述至少一个MR流体离合器装置以减少被传递至所述用户的力。 13.根据权利要求1至12中任一项所述的系统， 包括各自与相应的调制接口相关联的多 个MR流体离合器装置， 并且所述系统进一步包括单个扭矩源， 该多个MR流体离合器装置中 每个的输入部均共用地连接至该单个扭矩源。 14.根据权利要求13所述的系统， 其中， 所述多个MR流体离合器

9、装置中的两个耦接至共 用的力传递装置， 这两个MR流体离合器装置在所述训练动作的移动的相对的方向上施加力 辅助。 15.根据权利要求1至14中任一项所述的系统， 其中， 所述训练处理器单元进一步包括 虚拟现实训练环境模块， 所述虚拟现实训练环境模块向所述训练辅助控制器模块提供虚拟 现实辅助指示， 所述训练辅助控制器模块根据所述虚拟现实辅助指示来确定所述力辅助的 水平。 16.一种力量训练装置， 包括： 根据权利要求1至15中任一项所述的系统； 至少一个用户界面， 适于在训练动作过程中手动地操纵； 力传递装置， 至少将所述至少一个用户界面连接至所述调制接口， 以在所述至少一个 用户界面与所述调制

10、接口之间传递力。 17.根据权利要求16所述的系统， 其中， 当从属于权利要求6至8中任一项时， 所述力传 递装置包括含至少一个线缆的线缆传递装置。 18.根据权利要求16所述的系统， 其中， 当从属于权利要求6至8中任一项时， 所述至少 一个用户界面位于线缆传递装置的第一端处， 所述系统进一步包括位于所述线缆传递装置 的第二端处的负荷， 所述调制接口位于所述线缆传递装置的该第一端与该第二端之间。 19.根据权利要求16所述的系统， 其中， 当从属于权利要求9时， 所述力传递装置包括跑 台的锻炼表面。 20.一种在力量训练中辅助用户的方法， 包括： 获得指示用户在力量的训练设备的力传递装置上的

11、训练动作的信息； 从所述信息中表征所述训练动作； 从所述表征确定在所述训练动作中辅助所述用户所需的力辅助的水平； 控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至所述训练设备的力传递装置， 以对所述训 练设备的所述力传递装置施加力辅助， 从而在所述训练动作中辅助所述用户。 21.根据权利要求20所述的方法， 其中， 获得指示所述训练动作的信息的步骤包括： 获 得所述力传递装置的速度、 所述力传递装置的行进距离、 以及所述力传递装置上的张力中 的至少一项。 22.根据权利要求20和21中任一项所述的方法， 其中， 获得指示所述训练动作的信息的 步骤包括： 测定所述信息。 23.根据权利要求20至22中任

12、一项所述的方法， 其中， 表征所述训练动作的步骤包括： 检测速度和减速度中至少一项超过预定阈值， 并且进一步地， 其中， 控制所述至少一个MR流 体离合器装置的步骤包括： 减少传递给所述用户的力。 24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法， 进一步包括： 记录在所述训练动作的全跨度内所述训练动作的表征； 权 利 要 求 书 2/3 页 3 CN 107921307 A 3 限定所述训练动作的所述全跨度的辅助曲线； 并且 其中， 确定所述力辅助的水平的步骤包括： 根据所述辅助曲线来确定所述力辅助的水 平。 25.根据权利要求24所述的方法， 其中， 限定所述辅助曲线的步骤包括： 在所述训练

13、动 作的所述全跨度内， 将所述训练动作转换成等动力的训练动作。 26.根据权利要求24和25中任一项所述的方法， 其中， 限定所述辅助曲线的步骤包括： 随着所述全跨度的重复次数的增加， 增加或减少辅助的水平。 27.根据权利要求20至26中任一项所述的方法， 其中， 所述方法以重复的方式在所述训 练动作的相对的方向上执行， 并且其中， 控制至少一个MR流体离合器装置将力传递至所述 训练设备的力传递装置的步骤包括： 控制两个所述MR流体离合器装置在所述相对的方向上 重复地施加力辅助。 28.根据权利要求20至27中任一项所述的方法， 进一步包括： 接收虚拟现实辅助指示， 并且其中， 确定所述力辅

14、助的水平的步骤包括： 根据所述虚拟现实辅助指示来确定所述力 辅助的水平。 29.一种举重器材， 包括： 力传递装置； 握持件， 位于所述力传递装置的用户端； 至少一个扭矩源； 至少一个磁流变(MR)流体离合器装置， 具有耦接至所述至少一个扭矩源的输入部， 以 接收来自所述至少一个扭矩源的扭矩， 所述MR流体离合器装置能控制为经由其输出部传递 可变的量的扭矩； 调制接口， 将所述至少一个MR流体离合器装置的所述输出部耦接至所述力传递装置； 以及 用户界面， 配置为使所述用户控制所述可变的量的扭矩。 30.根据权利要求29所述的举重器材， 其中， 所述调制接口具有与齿条啮合的齿轮， 所 述齿条被配

15、置为连接至所述力传递装置的至少一个线缆的端部。 31.根据权利要求29所述的举重器材， 其中， 所述调制接口具有绞盘， 所述力传递装置 的线缆缠绕在所述绞盘上。 32.根据权利要求29所述的举重器材， 其中， 所述调制接口具有滑轮， 所述滑轮连接至 所述力传递装置的线缆的端部。 权 利 要 求 书 3/3 页 4 CN 107921307 A 4 使用磁流变流体离合器装置的力量训练设备 0001 相关申请的交叉引证 0002 本申请要求保护于2015年8月24日提交的美国临时专利申请第62/208,963号及于 2016年5月10日提交的美国临时专利申请第62/334,039号的优先权， 通过

16、引证将两者内容 结合在此。 技术领域 0003 本申请整体涉及用户强化肌肉力量和/或改善其健康的锻炼中使用的诸如体操器 材、 举重器材或机器、 肌肉锻炼器材、 机能训练器材等的力量训练设备。 背景技术 0004 力量训练设备已经存在若干年。 在其最简单的表现形式中， 力量训练设备采用单 一自由度(DOF)健身器材的形式。 力量训练设备可以具有不同的名称， 诸如， 体操器材、 举重 器材、 肌肉锻炼器材、 机能训练器材等， 统称为力量训练设备。 在更为复杂的应用中， 力量设 备可以整合多个DOF。 出于训练身体各部位之目的而构建训练设备， 从而增强力量、 某些肌 肉的抗性、 心肌血管系统的性能、

17、 或认知能力的训练， 仅列出了少数。 0005 个人在家庭中并且在体育馆中广泛使用力量训练设备， 以获得力量和/或有氧练 习。 其还用于损伤或局部损伤身体部位的康复。 就负重器材而言， 力量训练现在已经发展至 通常包括一个或多个练习设备的使用， 为了更易于使用和更安全。 例如， 美国专利第3,858, 807号公开了提供与由人类关节和肌肉生长的相兼容的非线性力调制的凸轮。 此外， 近年 来， 已经开发了许多类型的练习设备， 诸如， 固定自行车、 划船设备、 跑台、 越野滑雪教练、 ab 设备、 以及健身中心等。 例如， 健身中心特别流行用于锻炼肌肉。 尽管现有练习及设备可以 有助于使身体生长，

18、 然而， 不清晰的是， 在体能方面， 尤其当结合训练的心理方面时， 却不一 定是最佳的。 无数个常规力量训练设备使用重力效应提供线性力调制或个人致力于强化其 身体力量的力。 同样， 弹簧设备能够与重力效应相比较， 在于其力调制是线性的或单向的。 甚至具有改变重量运动比的滑轮和凸轮的设备也不可以提供最佳的训练条件。 0006 健身操的简单并且已熟知的形式是卷曲， 这种运动涉及近似160度的运动范围内 的旋转。 在卷曲开始时， 运动近似水平、 平直向前； 近似在中途， 这种练习的运动是竖直、 平 直向上； 并且在练习结束时， 运动近似再次水平， 但是， 是在相反方向上的运动。 在这个练习 的整个运

19、动过程中， 力调制在直向下方向上一般是竖直的。 尽管力调制保持恒定， 然而， 由 于运动从开始位置发展至中间点， 所以练习人员可能感觉运动变得沉重， 并且之后运动变 得轻便。 在卷曲的正常结束位置， 无任何力调制。 在该点， 可以几乎不确定地保持该位置， 且 上臂的弯曲肌肉部位根本不需要任何力量。 在卷曲过程中， 因为通过仅在力调制发生竖直 运动的无限小的点处提供直接的力调制， 重量的力矩臂随着运动的进展而恒定地变化， 所 以才发生此情形。 对常规力量训练设备的最新研究表明， 在许多情况下， 仅在有限的运动范 围内提供直接的力调制， 并且在许多常规设备中， 任意点处不需要直接的力调制， 并且直

20、接 的力调制不根据时间而改变。 说 明 书 1/16 页 5 CN 107921307 A 5 0007 如果由涉及人类肌肉产生的正常力量与由诸如卷曲等练习提供的明显变化的力 调制相匹配， 则感觉运动是平稳的， 即， 运动范围内的任意点处的力调制比任意其他点处的 力调制看似更重。 然而， 事实上， 因为由肌肉产生的力量并不与力调制的变化相匹配， 所以 某些点处的力调制感觉比其他点处的力调制更重； 遭遇所谓的卡点(sticking point)， 即， 感觉重量更重的点。 与此同时， 存在力调制的运动几乎无或无力调制的点。 应注意， 除刚刚 描述的运动的机械原理之外， 肌肉的力还根据弯曲角度而变

21、化。 作为实施例， 半弯曲比完全 伸展时的肌肉更强壮。 还应注意， 肌肉的力还可以取决于运动的方向及力的施加方向。 肌肉 处于同心(肌肉收缩)运动与离心(肌肉伸展)运动时不具有相同的力量。 例如， 可通过至少 四种方式训练臂， 即， 通过在一个方向上施加的力进行收缩和伸展， 并且还通过在相反方向 上施加的力进行收缩和伸展。 还能够几乎以无限数目的组合训练肌肉的力(即， 可以添加旋 转运动)， 因此， 一件器材对给定运动的训练进行优化具有挑战性。 此种改善方式是添加力 调制供应装置， 诸如， 涡流致动器、 摩擦制动器、 电磁制动器、 或交流发电机等。 在肌肉的同 心运动过程中， 该力调制设备可以

22、提供制动力， 而致动器则可以不与所有点处的肌肉力完 美地匹配。 这些调制方法通常是依赖于时间的。 考虑到优化训练可以根据时间、 根据身体位 置以及力方向而改变负荷， 所以存在改善的空间。 此外， 许多人可以在同一件器材上进行训 练的事实增加了达到最佳个人训练的复杂性。 对于单个DOF如果复杂性高， 则当添加多个 DOF进行训练时， 则甚至更复杂。 0008 当考虑到将致动器整合到多DOF训练设备中时， 尤其需要新类型的致动器。 在该设 备中， 为了确保平稳的运动， 致动器应具有比人身体更高的带宽。 高带宽将使得系统对用户 更为适合。 具有低带宽的系统将不能足够快速地适应用户运动的变化， 因此，

23、 由于变化是波 动的， 所以用户可以感知与他/她连接的机械设备的存在。 例如， 如果对用户施加的力施加 成比例的阻力的设备尝试在厚的介质中建立运动幻想并且系统具有低带宽， 所以阻力将不 能足够快速地适应并且在用户感受到的所施加的力中产生延迟。 致动器的带宽越高， 训练 设备与身体的交互越直接并且自然。 带宽越高， 系统的致动越适合并且感受越自然。 未来， 虚拟现实训练将需要具有致动系统的多DOF设备， 即， 比人类肌肉具有更高的带宽。 出于此 目的， 虚拟训练设备中必须使用新类型的致动器。 发明内容 0009 本公开的目的是提供一种采用磁流变(MR)流体致动器、 以改变身体部位及肌肉上 的力的

24、新型力量训练设备及力量训练方法。 0010 本公开的另一目的是提供这样一种力量训练设备， 即， 设备中的力调制的方向连 续自动、 同时、 并且根据涉及的身体部位的运动方向而改变。 0011 本公开的又一目的是提供这样一种力量训练设备， 即， 能够主动对身体施加运动， 以产生类似等动力的训练、 离心训练、 动态可变的力调制训练、 动态力量训练、 或动态可变 的动力学力训练， 仅列出了少数训练。 0012 本公开的又一目的是提供一种包括与锻炼效能有关的信息的显示器的锻炼装置。 0013 因此， 根据本公开的第一实施方式， 提供一种利用力量训练设备辅助用户进行力 量训练的系统， 包括： 至少一个扭矩

25、源； 至少一个磁流变(MR)流体离合器装置， 具有耦接至 该至少一个扭矩源的输入部， 以接收来自至少一个扭矩源的扭矩， MR流体离合器装置可控 说 明 书 2/16 页 6 CN 107921307 A 6 制为经由其输出部传递可变量的扭矩； 调制接口， 将至少一个MR流体离合器装置的输出部 耦接至训练设备的力传递装置； 至少一个传感器， 用于提供指示用户的训练动作的信息； 以 及训练处理器单元， 至少包括： 训练量计算器模块， 用于接收指示训练动作的信息并且用于 表征该训练动作； 训练辅助控制器模块， 用于从训练动作的表征来确定力辅助的水平； 以及 辅助生成器模块， 在以所述水平对训练设备的

26、力传递装置施加力辅助以辅助用户进行训练 动作时， 辅助生成器模块用于控制至少一个MR流体离合器装置。 0014 进一步地， 根据第一实施方式， 训练量计算器通过测量力传递装置的速度、 力传递 装置的行进距离、 以及力传递装置的张力中的至少一项而表征训练动作。 0015 仍进一步地， 根据第一实施方式， 训练辅助控制器在训练动作的全跨度内记录训 练动作的表征， 并且限定关于训练动作的全跨度的辅助曲线， 其中， 根据辅助曲线而确定力 辅助的水平。 0016 仍进一步地， 根据第一实施方式， 辅助曲线包括： 在训练动作的全跨度内， 将训练 动作转换成等动力的训练动作。 0017 仍进一步地， 根据第

27、一实施方式， 辅助曲线包括： 随着训练动作的全跨度的重复次 数的增加， 增加或减少辅助的水平。 0018 仍进一步地， 根据第一实施方式， 调制接口具有与齿条啮合的齿轮， 齿条被配置为 连接至力传递装置的至少一个线缆的端部。 0019 仍进一步地， 根据第一实施方式， 调制接口具有绞盘， 力传递装置的线缆缠绕在绞 盘上。 0020 仍进一步地， 根据第一实施方式， 调制接口具有滑轮， 该滑轮连接至力传递装置的 线缆的端部。 0021 仍进一步地， 根据第一实施方式， 调制接口连接至跑台(treadmill， 跑步机)的锻 炼表面， 该锻炼表面是力传递装置。 0022 仍进一步地， 根据第一实施

28、方式， 通过调制接口将至少一个MR流体离合器装置耦 接至力传递装置， 因此， 至少一个MR流体离合器装置传递扭矩， 以减少训练动作对用户的 力。 0023 仍进一步地， 根据第一实施方式， 辅助生成器模块维持至少一个MR流体离合器装 置处于滑移模式， 以在无来自至少一个MR流体离合器装置的辅助的情况下使得力传递装置 将力传递至用户。 0024 仍进一步地， 根据第一实施方式， 训练量计算器模块从指示训练动作的信息中检 测速度和减速度中至少一项超过预定阈值， 并且辅助生成器模块控制至少一个MR流体离合 器装置来减少被传递给用户的力。 0025 仍进一步地， 根据第一实施方式， 多个MR流体离合器

29、装置各自与相应的调制接口 相关联， 并且进一步包括单个扭矩源中， 多个MR流体离合器装置中每个的输入均共同连接 至单个扭矩源中。 0026 仍进一步地， 根据第一实施方式， 多个MR流体离合器装置中的两个耦接至共同的 力传递装置， 这两个MR流体离合器装置在训练动作的运动的相对的方向上施加力辅助。 0027 仍进一步地， 根据第一实施方式， 训练处理器单元进一步包括向训练辅助控制器 模块提供虚拟现实辅助指示的虚拟现实训练环境模块， 训练辅助控制器模块根据虚拟现实 说 明 书 3/16 页 7 CN 107921307 A 7 辅助指示确定力辅助的水平。 0028 根据本公开的第二实施方式， 提

30、供一种力量训练装置， 包括： 上述所述系统； 至少 一个用户界面， 被适配成在训练动作过程中手动地操纵； 力传递装置， 至少将至少一个用户 界面连接至调制接口， 以在至少一个用户界面与调制接口之间传递力。 0029 进一步地， 根据第二实施方式， 力传递装置包括含至少一个线缆的线缆传递装置。 0030 仍进一步地， 根据第二实施方式， 至少一个用户界面处于线缆传递装置的第一端， 系统进一步包括位于线缆传递装置的第二端处的负荷， 调制接口位于线缆传递装置的第一 端与第二端之间。 0031 仍进一步地， 根据第二实施方式， 力传递装置包括跑台的锻炼表面。 0032 根据本公开的第三实施方式， 提供

31、一种辅助用户进行力量训练的方法， 包括： 获得 指示用户在力量训练设备的力传递装置上的训练动作的信息； 从信息中表征训练动作； 从 表征中确定辅助用户进行训练动作所需的力辅助的水平； 控制至少一个MR流体离合器装置 将力传递至训练设备的力传递装置， 以对训练设备的力传递装置施加力辅助， 从而辅助用 户进行训练动作。 0033 进一步地， 根据第三实施方式， 获得指示训练动作的信息包括： 获得力传递装置的 速度、 力传递装置的行进距离、 以及力传递装置的张力中的至少一项。 0034 仍进一步地， 根据第三实施方式， 获得指示训练动作的信息包括： 测定信息。 0035 仍进一步地， 根据第三实施方

32、式， 表征训练动作的步骤包括： 检测速度和减速度中 至少一项超过预定阈值， 并且进一步地， 其中， 控制至少一个MR流体离合器装置的步骤包 括： 减少传递给用户的力。 0036 仍进一步地， 根据第三实施方式， 方法可以包括： 在训练动作的全跨度内记录训练 动作的表征； 限定关于训练动作的全跨度的辅助曲线， 并且其中， 确定力辅助的水平的步骤 包括： 根据辅助曲线确定力辅助的水平。 0037 仍进一步地， 根据第三实施方式， 限定辅助曲线的步骤包括： 在训练动作的全跨度 内， 将训练动作转换成等动力训练动作。 0038 仍进一步地， 根据第三实施方式， 限定辅助曲线的步骤包括： 随着全跨度的重

33、复次 数的增加， 增加或减少辅助的水平。 0039 仍进一步地， 根据第三实施方式， 该方法以重复方式在训练动作的相对的方向上 执行， 并且其中， 控制至少一个MR流体离合器装置从而将力传递至训练设备的力传递装置 的步骤包括： 控制两个所述MR流体离合器装置在相对的方向上重复地施加力辅助。 0040 仍进一步地， 根据第三实施方式， 进一步包括： 接收虚拟现实辅助指示， 并且其中， 确定力辅助的水平的步骤包括： 根据虚拟现实辅助指示来确定力辅助的水平。 0041 根据本公开的第四实施方式， 提供一种举重器材， 包括： 力传递装置； 握持件， 位于 力传递装置的用户端处； 至少一个扭矩源； 至少

34、一个磁流变(MR)流体离合器装置， 具有耦接 到至少一个扭矩源的输入部， 以接收来自至少一个扭矩源的扭矩， MR流体离合器装置可控 制为经由其输出部传递可变量的扭矩； 调制接口， 将至少一个MR流体离合器装置的输出部 耦接至力传递装置； 以及用户界面， 被配置为使用户控制可变量的扭矩。 0042 仍进一步地， 根据第四实施方式， 调制接口具有与齿条啮合的齿轮， 齿条被配置为 连接至力传递装置的至少一个线缆的端部。 说 明 书 4/16 页 8 CN 107921307 A 8 0043 仍进一步地， 根据第四实施方式， 调制接口具有绞盘， 力传递装置的线缆缠绕在绞 盘上。 0044 仍进一步地

35、， 根据第四实施方式， 调制接口具有滑轮， 该滑轮连接至力传递装置的 线缆的端部。 0045 通过下列力量训练设备提供根据本公开的这些目标及其他目标、 特征、 以及优点， 包括： 框架或架构； 用户致动装置， 连接至框架或架构， 以使用户在训练过程中接合或移动； 以及MR流体致动装置或MR流体致动器， 操作地连接至用户致动装置， 以对其运动施加可控 制的调制。 MR流体调制装置可以包括： MR流体， 具有可控粘性； 外壳， 连接至装置框架或架构 或定位在远处并且包含MR流体； 以及可旋转轴， 从外壳向外延伸并且操作地连接在MR流体 与用户致动装置之间。 0046 诸如根据程序控制进行操作的微处

36、理器等控制装置可以操作地连接至MR流体力 调制装置， 以致使基于所选择的力调制程序对MR流体施加预定的场强度。 相应地， 用户致动 装置的移动所需的致动可容易地提供并且在练习执行过程中也可以改变。 0047 力量训练设备可以进一步包括显示器， 并且可以操作地连接至控制装置。 控制装 置还可以包括用于允许输入程序的装置。 此外， 传感器可以与MR流体力调制装置相关联并 且可以连接至控制装置， 以在锻炼过程中生成并且在显示器上显示用户的锻炼水平(work level)。 0048 因此， 根据本公开， 提供一种先进力量训练设备， 包括与其连接的至少一个MR致动 器装置， 所述磁流变致动器与控制装置

37、电通信， 以响应控制器的输入而调制施加在某些身 体部位的负荷。 附图说明 0049 图1是与身体具有一个接触点的力量训练器材的概念示意图； 0050 图2A是根据本公开的具有在单个调制度内执行手动训练的、 具有MR流体离合器装 置的磁流变(MR)致动器的概念示意图； 0051 图2B是根据本公开的具有额外外力源的在单个调制度内执行手动训练的、 具有MR 流体离合器装置的MR致动器的概念示意图； 0052 图3是使用图2B中的致动器的训练装置的示意图； 0053 图4是示出根据本公开的使用两个调制度进行手动致动的MR流体离合器装置的力 调制的概念示意图； 0054 图5是说明一些不同的训练方法的

38、图表； 0055 图6A是单个DOF滚动式腹肌训练设备的示意图； 0056 图6B是用于腹肌训练的单个DOF训练设备的示意图； 0057 图7是使用经由绞盘进行MR流体致动的系统的示意图； 0058 图8是使用有多个输入/输出的MR流体致动的手动致动训练设备的立体图； 0059 图9是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DOF力量训练设备的 示意图； 0060 图10是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DOF力量训练外骨骼 的示意图； 说 明 书 5/16 页 9 CN 107921307 A 9 0061 图11是使用远程定位的MR致动器的具有多个身体接触点的多DO

39、F可穿戴式力量训 练设备的示意图； 0062 图12是由本公开的各种实施方式使用的通用MR流体离合器装置的示意图； 0063 图13A是根据本公开的使用MR流体离合器装置的线缆驱动训练设备中的动力分配 布置的示意图； 0064 图13B是根据本公开的使用MR流体离合器装置的调制外力源的线缆驱动训练设备 中的动力分配布置的示意图； 0065 图14是使用具有用于端执行器的对抗性移置的一对MR流体离合器装置的共同动 力源的线缆驱动训练设备的示意图； 0066 图15是使用具有用于在两个旋转自由度上端执行器位移的MR流体离合器装置的 共同动力源的线缆驱动系统的示意图； 0067 图16是使用具有用于

40、端执行器的对抗性移置的一对MR流体离合器装置的共同动 力源的流体驱动训练设备的示意图； 0068 图17是根据本公开的使用齿条和小齿轮在单个调制度内对手动训练进行调制的 MR流体力的概念示意图； 0069 图17A是用于保持线缆中的张力的张力机构的示意图； 0070 图17B是用于保持线缆中的张力的具有旋转至平移转换的另一张力机构的示意 图； 0071 图17C是旋转至旋转布置的用于保持线缆中张力的另一张力机构的示意图； 0072 图18是单个自由度与单个致动度的用于动力跑台的MR流体力调制的概念示意图。 0073 图19是图18中的跑台使用的具有单个致动度的MR流体离合器装置的示意图； 00

41、74 图20是用于动力跑台的MR流体力调制的概念示意图， 其中对于单个马达旋转方向 具有可逆旋转能力； 0075 图21是图20的跑台中使用的MR流体离合器装置的示意图； 0076 图22是提供多个自由度的用于跑台的MR流体力调制的概念示意图； 0077 图23是封闭类型的MR流体离合器装置的示意图； 0078 图24是具有一个致动度的线缆MR流体致动器的示意图； 0079 图25是具有两个致动度的线缆MR流体致动器的示意图； 以及 0080 图26是用于控制训练设备的控制器的示意图。 具体实施方式 0081 参考图1， 示出了本公开的一般性构思。 在构思中， 可以在身体接触点或握持件10 上

42、产生高至3个平移DOF与3个旋转DOF效果(effort)(力、 扭矩)。 在与人体的接触点处可以 产生这种效果， 即， 需要训练力的地方。 与身体的许多接触点是可能的， 因此， 设想了具有很 多DOF的力训练设备。 通过MR致动器(未示出)可以产生一个或一个以上的DOF力， 以训练身 体部位。 0082 参考图2A， 示出了本公开的一般性构思。 在施加给用户的力FI的上下文中， 在锻炼 过程中， 以磁流变(MR)流体离合器装置21为特征的MR致动器20用于通过从动力或扭矩源22 传递力FMR而向施加给用户的力FI提供某种调制， 以相对于输入力增强或减少移动握持件10 说 明 书 6/16 页

43、 10 CN 107921307 A 10 所需的力， 即， 单个调制度。 动力源22可以包括可能的布置之中的电动机和减速齿轮箱， 包 括不同类型的致动(例如， 液压、 气动、 电机等)。 动力源22与MR流体离合器装置21的组合构 成了MR致动器20。 可以由传感器23指示握持件10的位置， 诸如， 位置编码器23等。 为此， 锻炼 力可能获益于MR流体离合器的表征， 诸如， 减少或增加自输入部至输出部的力或压力的能 力、 关于高动态响应的低输出惯性、 由此高带宽等。 在图2A的实施方式中， 示出了位于MR致 动器20的输出部与握持件10之间的线缆24与线轴25， 但是， 可以使用其他机械力

44、传递装置。 线缆24是力量训练设备的力传递装置的一部分， 而线轴25是调制接口的一部分， MR致动器 20的致动通过线轴25耦接至力传递装置。 MR致动器技术以比人体肌肉的带宽更高的带宽及 更佳的力-重量比进行操作， 因此， 希望将诸如MR致动器20的MR致动器与线缆、 手动致动的 液压和/或气动传递装置进行组合。 在诸如健身系统与虚拟训练设备等各种应用中， 可以使 用一般性构思。 在其最简单的形式中， 使用MR致动器20作为举重器材。 握持件10采用由用户 处理的任何适当接口， 由于附接至线缆端部(例如， 把手、 奥林匹克杆、 曲柄、 三头肌下压机、 三头肌绳、 镫柄等)， 所以也被称为线缆

45、附接件。 动力源22有足够的动力来产生经由MR流体 离合器装置21传递的扭矩， 以使得等同举重器材的重量范围相等(例如， 0lb-220lb)。 MR致 动器20可以具有表示等同重量的刻度的表盘(例如， 分压计)。 因此， 用户可以将表盘调制至 或将分压计值设置成所需的重量。 因此， MR致动器20对线缆24产生与所需重量相等的力。 与 常规举重器材的1:1重量负荷比不同(即， 器材具有与负荷等同的重量)， 这种布置的优点在 于MR致动器20具有低重量负荷比(即， 称重与产生的负荷之比)。 因此， 由于此产生的诸如轻 便性等优点， 使用MR致动器20的举重器材比常规举重器材轻许多。 0083

46、参考图2B， 示出了图2A中表示施加给用户的力FI抵抗(work against)另一力源F0 的系统的变形。 在抵抗力F0所需的施加给用户的力FI的上下文中， 以MR流体离合器装置21为 特征的MR致动器20， 可以用于通过传递来自动力源22的力FMR而向施加给用户的力FI提供某 种调制， 以增强或减少训练动作过程中(例如， 牵引/推送冲程和相对的释放冲程)相对于输 入力移动握持件10所需的力， 即， 单个调制度。 在该实施例中， 通过使用绞盘滑轮25(调制接 口)将MR力传递至线缆24， 但是， 可以使用其他机械传递装置。 0084 参考图3， 训练设备30的一个实施例是整合了图2B中的系

47、统的划船机。 用户通过提 升重物31进行训练。 使用重物31的竖直移动来训练用户的双腿。 在F0保持恒定的同时， MR致 动器20对训练力FI进行调制。 当MR致动器20不提供任何力时， F0FI。 然而， 用户的双腿在所 有的挠曲角度处并非具有相同的力。 因此， 可以改变FMR， 以根据双腿的位置调制训练力FI， 从而与用户双腿的最大力进行更好地匹配并且由此增加训练的益处。 FMR还能够随着时间而 改变， 以调制肌肉的疲惫感。 在正常操作中， 训练设备30可以在训练动作的跨度内通过对扶 手10施加等动力移动而计算肌肉的最大力。 一旦获知在所有点处的测量值， 则能够将测量 值输入以最佳点训练肌

48、肉的训练程序中。 示出的训练设备30在同心移动中通常可以训练肌 肉(腿顶部上的肌肉接触的地方)。 通过公开的布置， 训练设备30还能够通过迫使双腿弯曲 而对相同的肌肉进行离心训练。 因此， 训练设备30能够既支持离心训练并且又支持同心训 练、 根据时间并且根据用户适配训练。 当转变点处(即， MR流体离合器装置21处的力需要反 向的地方)所需的带宽低于组合的马达与传递装置带宽时， 能够在训练设备30中设置单个 MR致动器20。 通过马达22的旋转方向反向或通过具有多个MR流体离合器装置21可以完成训 练扶手上的力方向的反向， 以助于在两个方向上进行训练动作。 说 明 书 7/16 页 11 C

49、N 107921307 A 11 0085 参考图4， 示出了本公开的一般性构思， 例如， 使用一对MR流体离合器装置21在相 对的方向上产生力FMR， 以将来自马达M的致动传递至施加给用户的力FI并且传递至输出力 FO。 因此， 生成具有两个对抗的MR流体离合器装置21的MR致动器(与MR致动器20的一个马 达/一个MR流体离合器装置不同)。 具有两个对抗的MR流体离合器装置21的该MR致动器可以 用于提供比由单个MR流体离合器装置21产生的带宽更高的带宽。 旋转至旋转转换器或旋转 至线性转换器可以用于将MR流体离合器装置21对接至施加给用户的力FI以及输出力FO。 一 般性的构思中可能无力FO。 在这种条件下， FI等于FMR。 0086 参考图5， 示出了不同类型的训练曲线。 图5论证了以与等压方式不同的等动力方 式进行训练。 在负荷不根据关节处的弯曲角度而改变的等压训练中， 在肌肉的最弱角度水 平处施加了最大的有效力。