[发明专利]扭矩可控锻炼机器装置以及产生可变负载的方法

说明书

本公开教导一种新颖的锻炼装置。该装置不产生负载动量。该装置基于依次串联的弹性扭矩传感器并且包含具有减速齿轮的智能伺服驱动器，以控制可变速的旋转马达轴。马达、齿轮减速器、弹簧、角度测量传感器和智能马达控制器的组合是用于锻炼设备的基础的串联弹性致动器。锻炼设备还包含用于在用户和扭矩传感器之间提供界面的负载传递机构。该装置允许在没有硬件配置的情况下进行等速、等角、等张和可变力的锻炼模式。

相关申请

本公开要求于2014年10月9日提交的名称为用于平面扭力弹簧的弹性扭矩传感器(Elastic Torque Sensor for Planar Torsion Spring)的临时申请(作为申请S/N 62/061815)和于2015年1月1日提交的名称为同心弧花键旋转弹簧(Concentric Arc SplineRotational Spring)的临时申请(作为申请S/N 62/099191)的优先权。这些临时申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及用于等速锻炼、等角锻炼和等张锻炼的锻炼机器装置的领域。

背景技术

锻炼机器是已知的。许多锻炼机器利用重物的组合，该重物通过缆绳和带轮连接到负载传递系统。其他使用圆柱形弹簧。其他装置利用材料(诸如钢杆)的变形来提供阻力。其他类型利用摩擦阻力。

等角锻炼。这是通过传统重物的提升而经受的运动。无论重物相对于用户的位置如何，重物保持不变。这允许用户在执行手臂卷曲时利用运动重物通过水平位置的惯性优势。因此，当重物从底部位置(在膝盖处)运动到腰部时，由用户施加的力下降。创建了动量。重物的速度不保持恒定。重物(等角锻炼)不能通过位置变化而改变。因此，重物不能实现最佳力量分布。

等速锻炼。该装置以恒定的速度运动。用户对装置推或拉，并且在申请人的装置的情况下，测量和记录用户的力。机器以恒定的速度进行运动。力变化而负载传递机构速度保持不变。

等张锻炼。负载传递机构处于固定的位置。用户尝试使机构运动。该机构不运动。在申请人的装置中，感测并记录施加到静止的负载传递机构的力。这种测量是对静止负载传递机构或其他不可运动物体的压或拉之间的重要区别。力变化而负载传递机构位置保持恒定。

位置根据力控制。机器不以恒定速度运动。该装置不控制装置的速度。速度由用户控制。相反，装置旋转速度是受控的以通过用户的运动范围以受控的方式改变阻力。无论速度如何，该装置维持期望的力。在用户运动范围内的，机器可以基于负载传递机构位置来改变施加到用户的力量。

为了本申请的目的，“力”、“扭矩”和“负载”是可互换地用于描述施加到装置的使用者的力。

发明内容

该当前公开教导设备或部件的组合以创建一种新颖的运动装置。与许多其他运动设备不同，本申请人的公开创建了不产生动量(即，对速度变化的阻力)的负载。在现有技术中，一旦用户使重物运动，则运动的重物抵抗速度变化。这使得重物的持续提升更容易。重量(质量)和用户使重物运动的速度的组合是动量。

本申请人的装置是独特在于它将无惯性运动和其他装置部件结合，其他装置部件包括但不限于新颖的扭矩传感器、串联弹性致动器(在下文中称为“串联弹性致动器(series elastic actuator)”或“SEA”)和齿轮减速器。串联弹性致动器被定义为包含马达、齿轮减速器、扭力弹簧和(多个)位置传感器。在一个实施例中，马达可以是伺服马达。装置的无惯性运动意味着由装置(使用电动马达、齿轮和旋转扭力弹簧)产生的力与重力无关。由该设备施加的力与使用者所经受的负载的位置无关。

应当理解，惯性会扭曲锻炼体验。其使设置在用户肌肉上的负载扭曲，从而导致训练效率较低和伤害可能性增加。因此，用户不经受惯性对有效的锻炼时段而言是有利的。