下肢模拟健身装置.pdf

一种下肢模拟健身装置，其具有：(-)左腿部联动装置和右腿部联动装置，所述左腿部联动装置和右腿部联动装置中的每一个都包括：(i)上腿部构件，其枢转地连接到框架，以围绕上部枢转点枢转，其中上部枢转点限定侧向延伸的上部枢转轴；和(ii)下腿部构件，其在远离上部枢转点的位置处直接枢转地连接到上腿部构件，以围绕下部枢转点枢转；和(-)脚支撑件，其在远离相应的下部枢转点的位置处附接到每个下腿部构件。本发明的特征在于上腿部构件、下腿部构件、上部枢转轴、下部枢转轴、使用者的髋部区域、使用者的膝关节、与下腿部构件相连的偏置的阻尼装置和互连下腿部连杆和偏置的阻尼装置的互连构件之间的符合人体工程学的协作空间方位和关系。

权利要求书
1.  一种健身装置，其具有：
(-)具有前端和后端的框架，其中，所述框架构造并布置成供使用 者从后端进入所述健身装置；
(-)左腿部联动装置和右腿部联动装置，所述左腿部联动装置和右 腿部联动装置中的每一个都包括：(i)上腿部构件，所述上腿部构件枢 转地连接到所述框架，以围绕上部枢转点枢转，其中上部枢转点限定 侧向延伸的上部枢转轴；和(ii)下腿部构件，所述下腿部构件在远离 所述上部枢转点的位置处直接枢转地连接到所述上腿部构件，以围绕 下部枢转点枢转；和
(-)脚支撑件，所述脚支撑件在远离相应的下部枢转点的位置处附 接到每个下腿部构件，
所述健身装置的特征在于以下特征的符合人体工程学的协作组 合：
(a)所述上腿部构件的相互连接，用于同步异相地围绕上部枢转 点枢转，
(b)分离且独立的下腿部构件，用于围绕下部枢转点相对于彼此 自主地枢转，和
(c)接头-枢转空间相关性，所述相关性选自以下中的至少一个；
(i)上部枢转轴定位成穿过直立且面朝前的适合的使用者的髋 部区域或者位于所述髋部区域的后面，其中，该适合的使用者在脚 支撑件水平且竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚支撑件上，和
(ii)第一下部枢转点和第二下部枢转点中的每一个均定位成接 近直立且面朝前的适合的使用者的膝关节中的一个，其中，该适合 的使用者在脚支撑件水平且竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚 支撑件上。

2.  如权利要求1所述的健身装置，其中，接头-枢转空间相关性是 上部枢转轴定位成穿过直立且面朝前的适合的使用者的髋部区域或者 位于所述髋部区域的后面，其中，该适合的使用者在脚支撑件水平且 竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚支撑件上。

3.  如权利要求1所述的健身装置，其中，接头-枢转空间相关性是 第一下部枢转点和第二下部枢转点中的每一个均定位成接近直立且面 朝前的适合的使用者的膝关节中的一个，其中，该适合的使用者在脚 支撑件水平且竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚支撑件上。

4.  如权利要求1所述的健身装置，其中，接头-枢转空间相关性是 (i)上部枢转轴定位成穿过直立且面朝前的适合的使用者的髋部区域或 者位于所述髋部区域的后面，其中，该适合的使用者在脚支撑件水平 且竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚支撑件上，和(ii)第一下部枢 转点和第二下部枢转点中的每一个均定位成接近直立且面朝前的适合 的使用者的膝关节中的一个，其中，该适合的使用者在脚支撑件水平 且竖直地对齐的状态下被支撑在所述脚支撑件上。

5.  如权利要求1所述的健身装置，其中，每个下腿部构件均与偏 置的阻尼装置相连，用于每个下腿部构件围绕下部枢转点朝向一个方 向的偏压枢转，并用于每个下腿部构件围绕下部枢转点在相反方向上 的阻尼枢转。

6.  如权利要求5所述的健身装置，其中，每个偏置的阻尼装置施 加的偏压力都是能够调节的。

7.  如权利要求5所述的健身装置，其中，偏置的阻尼装置施加的 阻尼力是能够调节的。

8.  如权利要求6所述的健身装置，其中，偏置的阻尼装置施加的 阻尼力是能够调节的。

9.  如权利要求1所述的健身装置，所述健身装置还包括在框架的 前端附近附接到框架的控制台。

10.  如权利要求1所述的健身装置，其中，(i)每个上腿部构件都 围绕相关的上部枢转点枢转，并且连接到相关的下腿部构件，所述相 关的下腿部构件围绕相关的下部枢转点枢转，和(ii)相对于相关的下 腿部构件围绕相关的下部枢转点的枢转，每个上腿部构件都自主地围 绕相关的上部枢转点枢转，由此(iii)每个上腿部构件围绕相关的上部 枢转点的枢转致使相关的下部枢转点围绕上部枢转点枢转，而不引起 相关的下腿部构件围绕相关的下部枢转点枢转。

11.  如权利要求1所述的健身装置，其中，(i)每个下腿部构件围 绕相关的下部枢转点枢转并且连接到相关的上腿部构件，该相关的上 腿部构件围绕相关的上部枢转点枢转，并且(ii)相对于相关的上腿部 构件围绕相关的上部枢转点的枢转，每个下腿部构件都自主地围绕相 关的下部枢转点枢转，由此(iii)每个下腿部构件围绕相关的下部枢转 点的枢转不引起相关的上腿部构件围绕相关的上部枢转点枢转。

12.  如权利要求10所述的健身装置，其中，相对于相关的上腿部 构件围绕相关的上部枢转点的枢转，每个下腿部构件都自主地围绕相 关的下部枢转点枢转，由此每个下腿部构件围绕相关的下部枢转点的 枢转不引起相关的上腿部构件围绕相关的上部枢转点枢转。

13.  一种健身装置，其具有：
(-)具有前端和后端的框架，其中，所述框架构造并布置成供使用 者从后端进入所述健身装置；
(-)左腿部联动装置和右腿部联动装置，所述左腿部联动装置和右 腿部联动装置中的每一个都包括：(i)上腿部构件，所述上腿部构件枢 转地连接到所述框架，以围绕上部枢转点枢转，其中上部枢转点限定 侧向延伸的上部枢转轴；和(ii)下腿部构件，所述下腿部构件在远离 所述上部枢转点的位置处直接枢转地连接到所述上腿部构件，以围绕 下部枢转点枢转；和
(-)脚支撑件，所述脚支撑件在远离相应的下部枢转点的位置处附 接到每个下腿部构件，
所述健身装置的特征在于以下特征的符合人体工程学的协作组 合：
(a)所述上腿部构件的相互连接，用于同步异相地围绕上部枢转 点枢转，
(b)分离且独立的下腿部构件，用于围绕下部枢转点相对于彼此 自主地枢转，和
(c)偏置的阻尼系统，所述阻尼系统用于实现每个下腿部构件围绕 下部枢转点朝向一个方向的偏压枢转，并用于实现每个下腿部构件围 绕下部枢转点在相反的方向上的阻尼枢转。

14.  如权利要求13所述的健身装置，其中，偏置的阻尼系统包括 一对偏置的阻尼机构，每个偏置的阻尼机构至少包括：
(a)具有相反的第一端和第二端的偏置的阻尼装置，该偏置的阻 尼装置在第一端附近枢转地连接到框架，
(b)具有相反的第一端和第二端的的互连构件，所述互连构件在 第二端附近枢转地连接到下腿部构件中的一个，和
(c)曲柄，其在曲柄上的中心枢转点处枢转地连接到框架，所述曲 柄具有：向前延伸的第一部分，该第一部分枢转地连接到互连构件的 第一端，以围绕第一曲柄枢转点枢转；和向后延伸的第二部分，该第 二部分枢转地连接到偏置的阻尼装置的第二端，以围绕第二曲柄枢转 点枢转。

15.  如权利要求14所述的健身装置，其中，在下腿部构件围绕下 部枢转点枢转时，第一曲柄枢转点沿着行进路径往复运动，其中该行 进路径的至少一部分位于上部枢转点的前面。

16.  如权利要求15所述的健身装置，其中，在第一曲柄枢转点沿 着行进路径行进时，曲柄上的中心枢转点位于上部枢转轴的后面，并 且从曲柄上的中心枢转点延伸到第一曲柄枢转点的假想直线段横穿上 部枢转轴。

17.  一种健身装置，其具有：
(-)具有前端和后端的框架，
(-)控制台，该控制台附接到框架的前端，并且靠近框架的前端，
(-)左腿部联动装置和右腿部联动装置，左腿部联动装置和右腿部 联动装置中的每一个都包括：(i)上腿部构件，该上腿部构件枢转地连 接到框架，以围绕上部枢转点枢转；和(ii)下腿部构件，该下腿部构 件在远离上部枢转点的位置处直接枢转地连接到上腿部构件，以围绕 下部枢转点枢转，其中，上部枢转点和下部枢转点限定腿部线段的端 点，和
(-)脚支撑件，该脚支撑件在远离相应的下部枢转点的位置处附接 到每个下腿部构件，
其特征在于：
(a)单独且独立的下腿部构件，用于围绕下部枢转点相对于彼此 自主枢转，和
(b)偏置的阻尼系统，该偏置的阻尼系统用于实现每个下腿部构 件围绕下部枢转点朝向一个方向的偏压枢转，并用于实现每个下腿部 构件围绕下部枢转点在相反的方向上的阻尼枢转，所述偏置的阻尼系 统包括与每个下腿部构件相连的偏置的阻尼机构，每个偏置的阻尼机 构至少包括：
(i)连接到框架的偏置的阻尼装置，
(ii)互连构件，其具有相反的第一端和第二端，并且在第二 端附近在互连枢转点处枢转地连接到下腿部构件中的一个，和
(iii)曲柄，该曲柄在曲柄上的中心枢转点处枢转地连接到 框架，所述曲柄具有：向前延伸的第一部分，该第一部分枢转地 连接到互连构件的第一端，以围绕第一曲柄枢转点枢转；和向后 延伸的第二部分，该第二部分与偏置的阻尼装置相连，并且其中， 互连枢转点和第一曲柄枢转点限定作用线段的端点，和
(iv)当直立且面朝前的适合的使用者在脚支撑件水平且竖直 地对准的状态下被支撑在脚支撑件上时，所述作用线段与腿部线 段相交，由此脚支撑件处于最低位置。

18.  如权利要求17所述的健身装置，其中，当脚支撑件位于最低 位置的前面时，作用线段与腿部线段连续相交。

19.  如权利要求17所述的健身装置，其中，互连构件是刚性互连 构件。

20.  如权利要求17所述的健身装置，其中，每个偏置的阻尼装置 都具有相反的第一端和第二端，其中每个偏置的阻尼装置的第一端枢 转地连接到框架，每个偏置的阻尼装置的第二端枢转地连接到曲柄的 向后延伸的第二部分。

说明书下肢模拟健身装置
背景技术
健身行业长期以来需要一种固定的低冲击的健身器械，该健身器 械能够在锻炼期间适应并顺从使用者的自然步态、步幅和步速，(下文 中将这种健身器械称作“使用者顺从的健身器械”)。跑步机适应使用者 定义的步态和步幅(即，不受控制的行进路径)，但是，对于器械决定 的步速而言是高冲击性的。椭圆形健身器械具有较低的冲击性并且适 应使用者定义的步速，但是椭圆形健身器械具有器械决定的步态和步 幅(即限定了行进路径)。
已经尝试通过使用模拟人的腿部的腿部联动装置来获得一种顺应 使用者的健身器械(即，一种健身器械，其具有静止的框架，该框架 支撑一对腿部联动装置，其中每一个腿部联动装置都具有(i)上连杆， 其在上端附近枢转地连接到框架；(ii)下连杆，其在上端附近枢转地 连接到上连杆的下端；和(iii)脚支撑件，其位于每个下连杆的下端上)。 美国专利5,290,211、5,499,956、5,735,773、5,911,649、6,036,622、 6,045,487、6,152,859(图29)、7,645,215、7,833,134、8,109,861 和8,409,058中示出并描述了示例性的下肢模拟固定健身器械，这些 美国专利公开的内容在此以引用的方式并入到本说明书中。虽然这些 下肢模拟固定健身器械构成了实现顺应使用者的健身器械的巨大进 步，但是这些下肢模拟固定健身器械在商业上都不太成功，原因在于， 它们在行走和跑动期间施加无法与使用者本身所期望的与环境的自然 交互很好地协作的作用力和反作用力。
因此，仍然需要一种固定的顺应使用者的健身器械，该健身器械 以符合人体工程学的方式顺应使用者的与生俱来的跨步运动。
发明内容
本发明涉及一种能够变化的步态健身装置，其具有完全或部分自 主的右腿连杆和左腿连杆，并且具有以符合人体工程学的方式定位的 髋部枢转点和/或膝关节枢转点。
可以通过如下方式获得这样一种固定的下肢模拟健身器械：为健 身器械提供左-右自主大腿和/或小腿连杆，该左-右自主大腿和/或小腿 连杆具有以符合人体工程学的方式对准的髋部和/或小腿枢转点，其中 自主且符合人体工程学的对准的每种组合都在器械和其操作者之间的 相互作用方面具有某些独特的微小改进，通过上述方式获得的固定的 下肢模拟健身器械能够提供灵活的脚支撑运动，这种灵活的脚制成运 动顺应使用者的自然的、与生俱来的符合人体工程学的跨步运动，这 与使得使用者适应器械选择的跨步运动完全不同。
在第一方面中，健身器械是一种固定的下肢模拟健身器械，其中， (i)通过以下方式中的至少一种来确定使用者在器械上的方位：(-)构 造框架，以使框架允许使用者从框架的后端进入到健身器械上，和(-) 提供显示器，该显示器安装在框架上，用于显示被支撑在脚支撑件上 的直立且面朝前的使用者能够看到的信息，(ii)第一和第二髋部枢转 点限定侧向延伸的上部枢转轴，(iii)左腿部联动装置和右腿部联动装 置选择性地相互作用，以便进行以下两种枢转中的至少一种：(-)大腿 构件相对于彼此围绕髋部枢转点自主地枢转，而小腿构件相互连接， 以便围绕膝关节枢转点同步异相地枢转；和(-)小腿构件围绕膝关节 枢转点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接，以围绕髋部枢 转点同步异相地枢转，和(iv)大腿构件、小腿构件和脚支撑件被支撑、 构造并布置成使得上部枢转轴将穿过直立且面朝前的适合的使用者髋 部区域或者位于该髋部区域的后面，其中，该适合的使用者在脚支撑 件水平且竖直地对准的状态下被支撑在脚支撑件上。
在本发明的第一方面的第一实施例中，大腿构件围绕髋部枢转点 相对于彼此自主地枢转，而小腿构件相互连接成围绕膝关节枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第一方面的第二实施例中，小腿构件围绕膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接成围绕髋部枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第一方面的第三实施例中，左腿联动装置和右腿联动 装置围绕髋部枢转点和膝关节枢转点两者相对于彼此自主地枢转。
在一个替代的描述中，第三实施例具有：(i)围绕各自的髋部枢转 点相对于彼此自主地枢转的大腿构件，和(ii)围绕各自的膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转的小腿构件。
在第二方面中，健身器械是固定的下肢模拟健身器械，其中，(i) 通过以下方式中的至少一种来确定使用者在器械上的方位：(-)构造框 架，以使框架允许使用者从框架的后端进入到健身器械上，和(-)提 供显示器，该显示器安装在框架上，用于显示被支撑在脚支撑件上的 直立且面朝前的使用者能够看到的信息，(ii)左腿部联动装置和右腿 部联动装置选择性地相互作用，以便进行以下枢转中的至少一种枢转： (-)大腿构件相对于彼此围绕髋部枢转点自主地枢转，而小腿构件相互 连接，以便围绕膝关节枢转点同步异相地枢转；和(-)小腿构件围绕 膝关节枢转点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接，以围绕 髋部枢转点同步异相地枢转，和(iii)大腿构件、小腿构件和脚支撑件 被支撑、构造并布置成使得第一和第二下部枢转轴中的每一个均定位 在直立且面朝前的适合的使用者的膝关节中的一个附近，其中，该适 合的使用者在脚支撑件水平且竖直地对准的状态下被支撑在脚支撑件 上。
在本发明的第二方面的第一实施例中，大腿构件围绕髋部枢转点 相对于彼此自主地枢转，而小腿构件相互连接成围绕膝关节枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第二方面的第二实施例中，小腿构件围绕膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接成围绕髋部枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第二方面的第三实施例中，左腿部联动装置和右腿部 联动装置围绕髋部枢转点和膝关节枢转点两者相对于彼此自主地枢 转。
在一个替代的描述中，第三实施例具有：(i)围绕各自的髋部枢转 点相对于彼此自主地枢转的大腿构件，和(ii)围绕各自的膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转的小腿构件。
在第三方面中，健身器械是一个固定的下肢模拟健身器械，其中， (i)通过以下方式中的至少一种来确定使用者在器械上的方位：(-)构 造框架，以使框架允许使用者从框架的后端进入到健身器械上，和(-) 提供显示器，该显示器安装在框架上，用于显示被支撑在脚支撑件上 的直立且面朝前的使用者能够看到的信息，(ii)第一和第二髋部枢转 点限定侧向延伸的上部枢转轴，(iii)左腿部联动装置和右腿部联动装 置选择性地相互作用，以便进行以下两种枢转中的至少一种：(-)大腿 构件相对于彼此围绕髋部枢转点自主地枢转，而小腿构件相互连接， 以便围绕膝关节枢转点同步异相地枢转；和(-)小腿构件围绕膝关节 枢转点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接，以围绕髋部枢 转点同步异相地枢转，和(iii)大腿构件、小腿构件和脚支撑件被支撑、 构造并布置成使得，相对于在脚支撑件水平且竖直地对准的状态下被 支撑在脚支撑件上的直立且面朝前的适合的使用者，上部枢转轴将穿 过髋部区域或位于髋部区域的后面，并且第一和第二下部枢转轴分别 定位在一个膝关节的附近。
在本发明的第三方面的第一实施例中，大腿构件围绕髋部枢转点 相对于彼此自主地枢转，而小腿构件相互连接成围绕膝关节枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第三方面的第二实施例中，小腿构件围绕膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转，而大腿构件相互连接成围绕髋部枢转点同 步异相地枢转。
在本发明的第三方面的第三实施例中，左腿部联动装置和右腿部 联动装置围绕髋部枢转点和膝关节枢转点两者自主地枢转。
在一个替代的描述中，第三实施例具有：(i)围绕各自的髋部枢转 点相对于彼此自主地枢转的大腿构件，和(ii)围绕各自的膝关节枢转 点相对于彼此自主地枢转的小腿构件。
附图说明
每个附图均示出了本发明的部件，这些部件相互以适当的比例显 示在这些附图中。示出了被支撑在本发明的脚支撑件上的人的那些附 图以与人成适当比例的方式示出了健身器械，其中，附图中示出的人 身高为6英尺2英寸，裤长(inseam)为32英寸，体重为178磅，并 且穿9.8美国码的鞋。
图1是本发明的一个实施例的前侧等距视图。
图2是图1中示出的本发明的后侧等距视图。
图3是图1中示出的本发明的后视图。
图4是图1中示出的本发明的右视图。
图5是图1中示出的具有示例性尺寸的本发明的右视图，其中距 离的单位是毫米，角的单位是度。
图6是图1中示出的本发明的右视图，其中，框架的多个部分被 移除以便于看到内部部件。
图7是图1中示出的本发明的后侧等距视图，其中，保护罩被移 除以便于看到内部部件。
图8是图7中示出的本发明的左视图。
图9是图7中示出的本发明的前部的近距的后侧等距视图，包括 控制台、手臂联动装置和扶手。
图10是使用健身器械的人看到的图9中示出的本发明的前部。
图11是图7中示出的本发明的右侧的枢转-歧管(manifold)区域 的近距内部前侧等距视图。
图12是图7中示出的本发明的左侧的枢转-歧管区域的近距前侧等 距视图。
图13是图7中示出的本发明的左侧的枢转-歧管区域的另一个放大 的主视图。
图14是图7中示出的本发明的能够调节的偏置的阻尼部件的近距 后侧等距视图。
图15示出了图14中所示的本发明的能够调节的偏压阻尼部件， 其中左侧的偏置的阻尼部件正在进行手动调节。
图16是图14中示出的本发明的右侧枢轴-歧管区域和能够调节的 偏置的阻尼部件之间的相互作用的进一步放大的内部后侧等距视图。
图17是图14中示出的本发明的左侧枢轴-歧管区域和能够调节的 偏置的阻尼部件之间的相互作用的进一步放大的内部后侧等距视图。
图18是图7中示出的本发明的传送棒部件的近距后侧等距视图。
图19是图7中示出的本发明的传送棒部件的另一个放大的后侧等 距视图。
图20是图7中示出的本发明的传送棒部件的又一个放大的后侧等 距视图。
图21图7中示出的本发明的右小腿构件的近距后侧等距视图，其 中包括右脚支撑件。
图22图7中示出的右脚支撑件的底部的近距等距视图。
图23图7中示出的本发明的前侧等距视图，其配备有任选的一对 选定的哑铃，哑铃被支撑在任选的搁板上，搁板附接到健身器械的框 架。
图24是图23中示出的支撑在右侧搁板上的右侧选定的哑铃的近 距后侧等距视图。
图25是图7中示出的本发明的基座部分的后侧等距视图，其配备 有一对任选的弹性带锻炼手柄，每个手柄都附接到位于框架的右侧支 柱和左侧支柱的下端上的D型环。
图26是图7中示出的本发明的上部的近距前侧等距视图，其配备 有一对任选的弹性带锻炼手柄，两个手柄均附接到手柄上的单个沿侧 向居中的D型环。
图27是图7中示出的本发明的左视图，其中直立且面朝前的适合 的使用者被支撑在脚支撑件上并且脚支撑件大致水平对准且在竖直方 向几乎完全对准。
图28是图7中示出的本发明的前侧等距视图，其中直立且面朝前 的适合的使用者被支撑在脚支撑件上并且脚支撑件水平且竖直地对 准。
图29是图7中示出的本发明的后侧等距视图，其中面朝前的适合 的使用者在健身器械中行走。
图30是图7中示出的本发明的后侧等距视图，其中面朝前的适合 的使用者在健身器械上跑步。
图31是图7中示出的本发明的左视图，其中面朝前的适合的使用 者在健身器械上跑步。
图32是图7中示出的本发明的另一个左视图，其中面朝前的适合 的使用者在健身器械上跑步。
图33是图23中示出的本发明的后视图，其中适合的使用者准备 使用选定的哑铃进行力量训练。
图34是图23中示出的本发明的后视图，其中适合的使用者正在 使用选定的哑铃进行力量训练。
图35是图25中示出的本发明的主视图，其中适合的使用者正在 使用一对弹性带锻炼手柄进行力量训练，该一对弹性带锻炼手柄附接 到位于框架的右支柱和左支柱的下端部上的D型环。
图36是图25中示出的本发明的后视图，其中适合的使用者正在 使用一对弹性带锻炼手柄进行力量训练，该一对弹性带锻炼手柄附接 到位于框架的右支柱和左支柱的下端部上的D型环。
图37是图25中示出的本发明的主视图，其中适合的使用者正在 使用一对弹性带锻炼手柄进行力量训练，该一对弹性带锻炼手柄附接 到位于框架的右支柱和左支柱的上端部上的D型环。
图38是图26中示出的本发明的主视图，其中适合的使用者正在 使用一对弹性带锻炼手柄进行力量训练，该一对弹性带锻炼手柄附接 到扶手上的D型环。
具体实施方式
定义
本说明书以及权利要求中使用的术语“休息位置”指的是当直立面 朝前的使用者仅通过脚支撑件支撑并且脚支撑件水平且竖直地对准时 的腿部连杆的位置。
本说明书以及权利要求中使用的术语“适合的使用者”指的是体质 适合于在规定的健身器械上进行符合人体工程学的锻炼的使用者。
本说明书以及权利要求中使用的短语“定位成接近膝关节”指的是 在与膝盖骨的最靠前的表面相距在四英寸半径的旁矢状平面 (parasagittal plane)内，而不考虑左右横向距离。
本说明书以及权利要求中使用的“固定的下肢模拟健身器械”指的 是这样一种健身器械，该健身器械具有固定框架，所述固定框架支撑 一对腿部联动装置(即左联动装置和右联动装置)，每个腿部联动装置 都具有(i)上部或者大腿连杆，该上部或者大腿连杆在其靠近其上端 部的位置处在上部或髋部枢转点处枢转地连接到框架，(ii)下部或者 小腿连杆，该下部或者小腿连杆在其上端部附近在下部或膝关节枢转 点处枢转地连接到大腿连杆的下端部，和(iii)脚支撑件，其位于每个 小腿连杆的下端部上，并且构造成用于在锻炼期间支撑处于站立位置 的使用者。
术语
100   下肢模拟健身器械
100a  健身器械的前端
100b  健身器械的后端
110   框架
110r  右侧支柱
110s  左侧支柱
110t  横跨(step-over)支撑梁
110h  水平环状扶手
110v  竖直环状横梁扶手
110w  支腿
112   D型环
1121  靠近每个支柱下端的D型环
1122  靠近每个支柱上端的D型环
1123  靠近扶手的侧向中心的D型环
114   自由重量支撑搁板
116   大腿构件止挡件
118r  位于右腿部联动装置动力传送毂上的保护罩
118s  位于左腿部联动装置动力传送毂上的保护罩
118t  位于传送棒上的保护罩
119   框架中的进入开口
120   腿部联动装置
120r  右腿连杆
120s  左腿连杆
121   腿部连杆的大腿构件
121a  大腿构件的上端
121b  大腿构件的下端
121r  右侧大腿构件
121s  左侧大腿构件
121t1 从大腿构件的上端延伸的第一凸部
121t2 从大腿构件的上端延伸的第二凸部
122   腿部连杆的小腿构件
122a  小腿构件的上端
122b  小腿构件的下端
122r  右侧小腿构件
122s  左侧小腿构件
123   小腿构件延伸臂
123r  右侧小腿构件延伸臂
123s  左侧小腿构件延伸臂
124   脚支撑件
124r  右侧脚支撑件
124s  左侧脚支撑件
130   动力传递系统
131   大腿连接构件
131r  右侧大腿连接构件
131r1 右侧大腿连接构件的第一端
131r2 右侧大腿连接构件的第二端
131s  左侧大腿连接构件
131s1 左侧大腿连接构件的第一端
131s2 左侧大腿连接构件的第二端
131t  中心枢转大腿运动传送棒
131t1 大腿运动传送棒的第一端
131t2 大腿运动传送棒的第二端
132   小腿运动偏置的阻尼系统
132u  小腿偏置的阻尼装置(例如液压伸缩阻尼弹簧收缩偏置的 活塞和液压缸)
132v  互连构件
132w  曲柄
134   曲柄止动件
140   控制台
220   手臂联动装置
221   枢转臂构件
221a  枢转臂构件的上端
221b  枢转臂构件的下端
221r  右枢转臂构件
221s  左枢转臂构件
222   手臂连接构件
222r  右臂连接构件
222s  左臂连接构件
310   选定的哑铃
320   弹性带锻炼把手
P1    髋部枢转点
P1r   右髋部枢转点
P1s   左髋部枢转点
P1x   通过髋部枢转点的侧向轴
P2    膝关节枢转点
P2r   右膝关节枢转点
P2s   左膝关节枢转点
P3r   右大腿构件-大腿连接构件枢转点
P3s   左大腿构件-大腿连接构件枢转点
P4c  传送棒上的中心枢轴
P4r  传送棒上的右枢轴
P4s  传送棒上的左枢轴
P5r  右小腿构件延伸臂-互连构件枢转点
P5s  左小腿构件延伸臂-互连构件枢转点
P6a  曲柄上的第一端枢轴
P6b  曲柄上的第二端枢轴
P6c  曲柄上的中心枢轴
P7   小腿偏置的阻尼器-框架枢转点
P8r  右铰接臂构件枢转点
P8s  左铰接臂构件枢转点
P8x  穿过铰接臂构件枢转点的侧向轴
P9r  右铰接臂构件-臂连接构件枢转点
P9s  左铰接臂构件-臂连接构件枢转点
P10r 右臂连接构件-大腿构件枢转点
P10s 左臂连接构件-大腿构件枢转点
x    侧向方向
y    纵向方向
z    横向方向
H    人或使用者
构造
参照附图，尤其是附图1-38，本发明涉及一种下肢模拟健身器械 100，其具有完全或部分自主的右腿和左腿联动装置120以及符合人体 工程学的方式定位的髋部枢转点P1和/或膝关节枢转点P2。腿部联动 装置120上的自主连杆优选地连接到偏置的阻尼系统132，该阻尼系统 132构造并布置成用于在使用者H向对应的脚支撑件124施加动力(通 常为向下的动力)时阻尼或者抵抗自主连杆的运动，并且在使用者H 从对应的脚支撑件124运动离开(通常是提升离开脚支撑件124)时偏 压该自主连杆，以使自主连接装置跟随使用者H的运动。
整体参照附图1-8，下肢模拟固定健身器械100相对于健身器械100 的中矢面是对称的，以便提供成镜像关系的右侧(r)和左侧(s)。为 简单期间，详细讨论将大致总体地参照右(r)部件和左(s)部件，而 附图将会分别地对相应的右(r)部件和左边(s)部件进行编号。
下肢模拟固定健身器械100包括了框架110、腿部联动装置120、 动力传递系统130和控制台140。所述健身器械100还任选且优选地包 括手臂联动装置220和用于促进接近和使用力量训练部件(例如选定 的(selectorized)哑铃310和弹性带运动把手320)的部件。
健身器械100包括框架110。整体在图1-8中示出的示例性框架110 限定了健身器械100的相对不可接近的前端100a和健身器械100的可 接近的后端100b，所述后端100b限定了位于框架110中的进入开口 119。框架110包括：沿纵向y延伸的接近框架110的后端110b的右侧 支柱110r和左侧支柱110s；沿侧向X延伸的横跨支撑梁110t，支撑梁 110t连接右侧支柱110r的底部和左侧支柱110s的底部；水平环状扶手 110h，该水平环状扶手110h连接右侧支柱110r的顶部和左侧支柱110s 的顶部；沿侧向X延伸的竖直环状横梁扶手110v，其附接到水平环状 扶手110h的前端；和沿横向Z延伸的支腿110w，支腿110w从右侧支 柱110r和左侧支柱110s中的每一个向前延伸。
健身器械100包括右腿联动装置120r和左腿联动装置120s。图1-8 中示出了一对示例性的腿部联动装置120。每个腿部联动装置120均包 括：大腿构件121，该大腿构件121在其上端121a附近在髋部枢转点 P1处枢转地附接到框架110；小腿构件122，该小腿构件122在其上端 122a附近在膝关节枢转点P2处枢转地附接大腿构件121的下端121b； 和脚支撑件124，该脚支撑件124连接到小腿构件122的下端122b。 右髋部枢转点P1r和左髋部枢转点P1s限定侧向髋部枢转轴P1x，该侧向 髋部枢转轴P1x在使用健身器械100期间保持静止。
弹性止挡件116(其优选地由高硬度橡胶制成)可以安装在右侧支 柱110r和左侧支柱110s的前表面上，以防止大腿构件121r、121s过 度旋转而撞击右侧支柱110r和左侧支柱110s。
大腿构件121、小腿构件122和脚支撑件124应当构造并布置成使 得(1)侧向髋部枢轴P1x将穿过直立面朝前的适合的使用者H的髋部 区域或者位于该髋部区域的后面，其中该适合的使用者H被支撑在脚 支撑件124上，并且所述脚支撑件124水平且竖直地对准；并且/或者 使得(2)每个膝关节枢转点P2被定位成接近直立的面朝前的适合的使 用者H的对应的膝关节，其中，该适合的使用者H被支撑在脚支撑件 124上，并且所述脚支撑件124水平且竖直地对准。
位于右腿联动装置120r和左腿联动装置120s的每个右大腿构件 121r和左大腿构件121s以及右小腿构件122r和左小腿构件122s都应 当连接到动力传递系统，该动力传递系统选自左-右运动传递系统131 或者偏置的阻尼系统132。图1-38中示出的示例性健身器械100对于 大腿构件121使用左-右运动传递系统131，并且对于小腿构件使用偏 置的阻尼系统132。其它组合也是可行的，例如对于大腿构件121使用 偏置的阻尼系统132，而对于小腿构件使用左-右运动传递系统131，对 于大腿构件121和小腿构件122两者都使用左-右运动传递系统131， 以及对于大腿构件121和小腿构件122两者都使用偏置的阻尼系统 132。这些组合中的每一个都在健身器械和其操作者之间的相互作用方 面具有某些独特的改进。
图6、7和18-20整体示出了结合大腿构件121配置的示例性左- 右运动传递系统131。右连接器(articulator)构件131r和左连接器构 件131s在第一端131r1和131s1处在右枢转点P3r和左枢转点P3s处枢转 地附接到从相应的右大腿构件121r和左大腿构件121s的上端121a突 出的第二凸部121t2。连接器构件131r和131s能够被便利地以受保护 的方式容纳在对应的支柱110r和110s内，以便向下延伸到每个支柱 110r和110s的底部并接近横跨支撑梁110t。
右连接器构件131r和左连接器构件131s中的每一个均在另一端 131r2和131s2处枢转地连接到沿侧向x延伸的中心枢转运动传送棒131t 的相对的端部131t1和131t2，以分别围绕枢转点P4r和P4s枢转。中心 枢转运动传送棒131t在中心处在枢转点P4c处枢转地附接到横跨支撑 梁110t，由此通过使用者H施加的其中一个大腿构件121的运动所产 生的其中一个连接器构件131的纵向y往复运动将致使中心枢转运动 传送棒131t围绕枢转点P4c枢转，由此使另一个连接器构件131进行相 同的沿着相反的纵向y往复运动，从而使另一个大腿构件121相应地 围绕对应的髋部枢转点P1枢转。
图5-8和14-17整体示出了一个示例性的结合小腿构件122配置的 偏置的阻尼系统132。小腿构件122r和122s中的每一个的枢转运动均 通过小腿构件延伸臂123、互连构件132v和曲柄134而独立连接到偏 置的阻尼装置132u，并由该偏置的阻尼装置132u独立地控制，其中， 该曲柄134在中心枢转点P6c处在对应的支柱110r和110s的顶部附近 枢转地附接到框架110，并且该偏置的阻尼装置132u例如是图中所示 的液压伸缩阻尼的弹簧收缩偏置活塞和液压缸。
小腿构件延伸臂123刚性地固定到小腿构件122，用于与小腿构件 122一起围绕膝关节枢转点P2枢转。小腿构件延伸臂123的远端枢转 地附接到互连构件132v的一端，以便围绕枢转点P5枢转。互连构件 132v的另一端枢转地附接到曲柄134的一端，以便围绕曲柄134上的 第一枢转点P6a枢转。曲柄134的另一端枢转地附接到偏置的阻尼装置 132u，以便围绕第二枢转点P6b枢转，对于图中所示的实施例而言，该 第二枢转点P6b是液压伸缩阻尼的弹簧收缩偏置活塞和液压缸的活塞 杆部件。偏置的阻尼装置132u的相反端枢转地附接到框架，以便围绕 枢转点P7枢转，从而适应通过曲柄134的枢转而施加在偏置的阻尼装 置132u的适度的横向x运动。
各种适合的偏置的阻尼装置(其或者集成到单个装置，或者作为 单独的偏压和阻尼装置使用)可以容易地从许多供应商购买。由偏置 的阻尼装置132u施加的用于获得使用者H和健身器械100之间的期望 水平的相互作用的偏压和阻尼力的选择很大程度上取决于预期的使用 者H的大小和健身器械100的构造，尤其是健身器械100的影响健身 器械100上的与偏置的阻尼装置132u相连的各种杠杆臂的尺寸的多个 方面的设计。作为示例，已经发现具有以下性能规格的液压阻尼弹簧 偏置的活塞和液压缸适于与具有图5中所示尺寸的健身器械100一起 使用。力可调节的偏置的阻尼装置132u是优选的，因为它允许使用者 H基于使用者H的高度、重量、年龄、健康水平等以及个人喜好来定 制这个特征。
阻尼力：
最小设定：55±5Kgf
最大设定：145±15Kgf
具有以下测试参数：
在25-30℃温度下
安装有弹簧
初始长度：小孔中心到小孔中心540mm
最终长度：小孔中心到小孔中心640mm
曲柄滑块的曲柄速度测试设定：29.4rpm
等效峰值速度：155mm/秒
弹簧力：
弹簧刚度：7lbs/in
初始弹簧力：35lbs力
在操作过程中，小腿构件122围绕膝关节枢转点P2的枢转以及由 于对应的大腿构件121围绕髋部枢转点P1枢转而产生的膝关节枢转点 P2相对于框架110的较小程度的运动使互连构件132v相对线性地沿纵 向y平移。互连构件132v的这个线性运动致使曲柄134围绕中心枢转 点P6c枢转，由此实现活塞在液压缸内沿相反方向的相对线性地沿纵向 y平移。
弹性止挡件134(优选由高硬度橡胶制成)可以设置在右侧支柱 110r和左侧支柱110s的后表面上，以便防止曲柄132w过度旋转并撞 击右侧支柱110r和左侧支柱110s。
健身器械100配备有控制台140，该控制台140配备有符合标准工 业惯例的显示器和用户输入设备。控制台140可以方便地安装在水平 环状扶手110h面对位于健身器械100的后部的进入开口110的前端上。
健身器械100任选但优选地配备有用于允许上肢锻炼的枢转臂联 动装置220。枢转臂联动装置220的枢转优选与腿部联动装置120的运 动相联动。图1-10、12和13示出了一个示例性的枢转臂联动装置。右 枢转臂构件221r和左枢转臂构件221s在下端221b处枢转地附接在竖 直环状横梁扶手110v的右端和左端附近，以便分别围绕右枢转点P8r和左枢转点P8s枢转。右臂连接构件222r和左臂连接构件222s在一端 枢转地附接到对应的枢转臂构件221r和221s，以便分别围绕枢转点P9r和P9s枢转。连接构件222r和222s的另一端枢转地附接到从相应的右 大腿构件121r和左大腿构件121s的上端121a突出的第一凸部121t1， 以便分别围绕枢转点P10r和P10s枢转。
在操作过程中，大腿构件121围绕髋部枢转点P1的枢转致使相连 接的连接构件222相对线性地沿横向z平移。连接构件222的这个线性 运动致使所附接的枢转臂构件221围绕枢转点P8枢转，由此致使连接 构件222沿着与所互连的大腿构件121相反的横向z方向前后往复运 动。
参照图1-4，应当在分别靠近右侧支柱110r和左侧支柱110s的上 端的腿联动动力传送毂上设置保护罩118r和118s。还应当在安装在横 跨支撑梁110t传送棒131t上设置保护罩118t。
可以在框架110上设置D型环112或者类似的连接装置，以将弹 性带锻炼把手320或者其它类似的力量训练设备连接到框架110上。图 1-8、24-26和35-38示出了D型环112在框架110上的示例性放置，其 中，第一对1121位于在右侧支柱110r和左侧支柱110s的下端处，第二 对1122位于右侧支柱110r和左侧支柱110s的上端，并且一个单独的环 1123位于水平环状扶手110h的沿侧向x的中心。
如图23、24和33-38中所示那样，搁板114可以设置在框架的每 一侧上，以便在容易进入且方便的位置支撑自由重量，例如选定的哑 铃310。