锻炼设备
1.本技术是国际申请日为2020年1月24日、中国国家申请号为202080010516.8(国际申请号为pct/us2020/015092)且发明名称为“用于交互式蹬踏型锻炼设备的系统和方法”的申请的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求于2019年1月25日提交的、名称为“systems and methods for an interactive pedaled exercise device(用于交互式蹬踏型锻炼设备的系统和方法)”的临时专利申请号62/796,952的优先权，该临时专利申请的全部公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
4.本公开总体上涉及蹬踏型锻炼设备。更具体地，本公开总体上涉及向连接至蹬踏型锻炼设备的交互式软件和/或显示器提供多个方向输入。
背景技术：5.循环运动可以是用于运输和/或运动的非常有效的动力输出，并且用于自行车、三轮车和其他陆基车辆；踏板船和其他水上交通工具；以及超轻型飞行器、微型飞行器和其他飞行器。类似地，循环运动的生物力学可以对用户产生较低的冲击，从而降低了关节损伤、骨骼损伤、肌肉损伤或其组合的风险。与诸如跑步的其他锻炼相比，循环运动可以避免对身体的反复冲击。因此，循环运动是用于健身和/或康复的常见锻炼技术。例如，椭圆跑步机、固定自行车、手推车和其他循环和/或旋转运动机器可以提供阻力训练或耐力训练而对用户的身体具有很小的冲击或没有冲击。
技术实现要素：6.在一些实施方式中，锻炼设备包括框架、由框架支承的手把、以及计算装置。手把包括：轭，该轭能够相对于框架移动；偏置元件，该偏置元件定位在轭与框架之间；以及传感器，该传感器被配置成测量轭的运动。
7.在一些实施方式中，锻炼设备包括框架、由框架支承的手把、由框架支承的传动系、以及计算装置。手把包括：轭，该轭能够相对于框架移动；偏置元件，该偏置元件定位在轭与框架之间；以及传感器，该传感器被配置成测量轭的运动。传动系包括：踏板，踏板能够绕踏板轴线旋转；以及传动系传感器，该传动系传感器定位在传动系中以测量踏板的运动。计算装置与手把传感器和传动系传感器进行数据通信。
8.在一些实施方式中，锻炼设备包括框架、由框架支承的手把、由框架支承的传动系、显示器、以及计算装置。手把包括：轭，该轭能够相对于框架移动；偏置元件，该偏置元件定位在轭与框架之间；以及传感器，该传感器被配置成测量轭的运动。传动系包括：踏板，踏板能够绕踏板轴线旋转；以及传动系传感器，传动系传感器定位在传动系中以测量踏板的运动。计算装置与手把传感器和传动系传感器进行数据通信，并且与显示器进行数据通信。
计算装置被配置成接收来自传动系传感器和手把传感器的方向输入并且部分地基于方向输入生成视觉信息，视觉信息被显示在显示器上。
9.提供本发明内容来以简化形式引入一系列构思，这些构思将在下面的具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作在确定所要求保护的主题的范围方面的辅助。
10.附加的特征和优点将在以下描述中进行阐述，并且部分将根据描述而明显，或者可以通过实践本文中的教示而获知。本发明的特征和优点可以借助于所附权利要求中具体指出的工具和组合来实现和获得。本发明的特征将从以下描述和所附权利要求而变得更加完全明显，或者可以通过如下文阐述的本发明的实践来获知。
附图说明
11.为了描述其中可以获得本公开的以上列举以及其他特征的方式，将通过参照附图中所示的本公开的特定实施方式来呈现更具体的描述。为了更好地理解，贯穿各个附图，相同的元件由相同的附图标记表示。虽然一些附图可以是示意性或扩大的概念表示，但是附图中的至少一些附图可以按比例绘制。理解的是，附图描绘了一些示例性实施方式，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和说明这些实施方式，在附图中：
12.图1是根据本公开的至少一个实施方式的交互式锻炼设备的立体图；
13.图2是根据本公开的至少一个实施方式的交互式锻炼设备的手把的立体图；
14.图3是根据本公开的至少一个实施方式的交互式锻炼设备的手把的前视图；
15.图4-1是根据本公开的至少一个实施方式的图2的手把的柱和杆的立体图；
16.图4-2是根据本公开的至少一个实施方式的快速断开连接的柱和杆的立体图；
17.图5是根据本公开的至少一个实施方式的图4的柱和杆的偏置元件的立体图；
18.图6-1是根据本公开的至少一个实施方式的图4的柱和杆的旋转机构的立体图；
19.图6-2是根据本公开的至少一个实施方式的另一柱和杆的旋转机构的立体图；
20.图6-3是根据本公开的至少一个实施方式的又一柱和杆的旋转机构的立体图；
21.图6-4是根据本公开的至少一个实施方式的另一柱和杆的旋转机构的立体图；
22.图6-5是根据本公开的至少一个实施方式的又一柱和杆的旋转机构的立体图；
23.图7是根据本公开的至少一个实施方式的另一交互式锻炼设备的立体图；
24.图8-1是根据本公开的至少一个实施方式的图7的交互式锻炼设备的传动系的立体图；
25.图8-2是根据本公开的至少一个实施方式的传动系传感器的详细视图；
26.图8-3是根据本公开的至少一个实施方式的另一传动系传感器的详细视图；
27.图9是示出了根据本公开的至少一个实施方式的接收用户输入的交互式锻炼设备的系统图；以及
28.图10是示出了根据本公开的至少一个实施方式的改变用户体验的交互式锻炼设备的系统图。
具体实施方式
29.在根据本公开的交互式锻炼设备的一些实施方式中，锻炼设备可以允许用户向交
互式软件输入多个方向输入。如本文中所描述的，锻炼设备可以接收方向输入以改变显示在与锻炼设备通信的显示器上的图像，以在锻炼期间向用户提供反馈和娱乐。
30.图1是根据本公开的健身自行车100的实施方式的立体图。健身自行车100可以包括支承传动系104和至少一个轮106的框架102。框架102还可以支承供用户就坐的座部108、供用户抓握的手把110、一个或更多个显示器112、或其组合。在一些实施方式中，显示器112由框架102支承。在其他实施方式中，显示器112与框架102分开，例如壁安装式显示器。在又一些其他实施方式中，显示器112是由用户佩戴的头戴式显示器(hmd)，例如虚拟现实hmd、混合现实hmd或增强现实hmd。在进一步的实施方式中，可以使用显示器112的组合。例如，可以使用由框架102支承的显示器112、与框架102分开的显示器112、以及hmd中的一者或更多者。
31.在一些实施方式中，健身自行车100可以使用一个或更多个显示器112来显示关于健身自行车100的操作的反馈或其他数据。在一些实施方式中，传动系104和/或手把110可以与显示器112(经由计算装置114)进行数据通信，使得显示器112呈现从传动系104和/或手把110上的一个或更多个传感器收集的实时信息或反馈。例如，显示器112可以对用户呈现关于节奏、瓦数、模拟距离、持续时间、模拟速度、阻力、倾斜度、心率、呼吸率、其他测量或计算数据或其组合的信息。在其他示例中，显示器112可以对用户呈现使用指令，例如用于(本地存储的或经由网络访问的)预定练习方案的练习指令；现场练习方案，例如经由网络连接广播的现场练习；或者模拟自行车骑行，例如真实世界自行车比赛的复制阶段。在又一其他示例中，显示器112可以在使用健身自行车100期间对用户呈现一个或更多个娱乐选项。
32.显示器112可以显示本地存储的视频和/或音频、经由网络连接串流的视频和/或音频、从连接的设备(例如智能电话、膝上型电脑或连接至显示器112的其他计算装置)接收的视频和/或音频、使用连接的或集成的设备动态生成的图像、或其他娱乐源。在其他实施方式中，健身自行车100可以在健身自行车上缺少显示器112，并且健身自行车100可以向外部或外围显示器或计算装置提供信息。例如，健身自行车100可以与智能电话、可佩戴设备、平板电脑、膝上型电脑或其他电子设备中的一者或更多者通信以允许用户记录他们的锻炼信息。
33.健身自行车100可以具有与健身自行车100的一个或更多个部件进行数据通信的计算装置114。例如，计算装置114可以允许健身自行车100收集来自传动系104的信息并实时显示这些信息。在其他示例中，计算装置114可以发送命令以启动框架102和/或传动系104的一个或更多个部件，从而改变健身自行车100的行为。例如，在训练课程期间，通过利用倾斜马达103使框架102倾斜，框架102可以移动以模拟在显示器112上显示的上坡或下坡(incline or decline)。类似地，传动系104可以变化以改变阻力、档位或其他特性，从而为用户模拟不同的体验。传动系104可以增加阻力以模拟爬山、穿越沙地或泥地和/或需要来自用户的更大能量输入的另一体验，和/或传动系104可以改变档位(例如，物理地或“虚拟地”)，并且由计算装置114计算的距离可以反映所选择的档位。
34.在一些实施方式中，手把110能够相对于框架102移动。用户可以使手把110相对于框架102移动以向计算装置114提供方向输入。例如，显示器112可以向用户呈现比如在计算机游戏中使用的动态生成的虚拟或混合环境的图像。虚拟环境的图像可以随着用户经由传
动系104(例如，通过蹬踏)和/或手把110(例如，通过使手把110相对于框架102倾斜或移动)提供方向输入而改变。
35.在一些示例中，手把110包括对手把110的运动和/或位置进行测量的一个或更多个传感器，例如加速计、陀螺仪、压力传感器或其他传感器。在一些实施方式中，传感器对手把110相对于框架102的运动和/或位置进行测量。在其他实施方式中，传感器对手把110相对于空间中的初始位置的运动和/或位置进行测量。在又一些其他实施方式中，传感器对手把110相对于重力方向的运动和/或位置进行测量。
36.在一些实施方式中，传感器以在具有上限值、下限值或者上限值和下限值的范围内的采样率测量手把110和/或传动系104的运动和/或位置，该采样率包括30赫兹(hz)、45hz、60hz、75hz、90hz、120hz、150hz、180hz、210hz、240hz中的任一者或它们之间的任何值。例如，采样率可以大于30hz。在其他示例中，采样率可以小于240hz。在又一些其他示例中，采样率可以在30hz与240hz之间。在其他示例中，采样率可以在60赫兹与120赫兹之间。在至少一个示例中，采样率为约65hz。
37.在一些实施方式中，传动系104和/或手把110可以与显示器112进行数据通信，使得传动系104和/或手把110可以改变和/或移动以模拟锻炼体验的一个或更多个部分。显示器112可以向用户呈现上坡并且传动系104可以在阻力上增加以反映模拟的上坡。在至少一个实施方式中，显示器112可以向用户呈现上坡，并且框架102可以向上倾斜，并且传动系104可以同时增加阻力以为用户创建沉浸式体验。在其他实施方式中，显示器112可以显示道路或轨道中的曲线，并且手把110可以相对于框架102倾斜或绕旋转轴线移动以模拟健身自行车100的倾斜或移动。换言之，显示器112和健身自行车100可以同步模拟实际骑行条件。
38.计算装置114可以在具有显示器112或不具有显示器112的情况下允许跟踪锻炼信息、记录锻炼信息、将锻炼信息传送至外部电子设备、或它们的组合。例如，计算装置114可以包括允许计算装置114将数据传送至随后可以由用户访问的第三方存储设备(例如，互联网和/或云存储)的通信装置。
39.在一些实施方式中，传动系104可以包括接收来自用户的输入力的输入部件以及将该力通过传动系104传递至使轮106移动的轮毂的驱动机构。在图1示出的实施方式中，输入部件是允许用户向带施加力的一组踏板116。带可以使轴120绕轮轴线124旋转。轴120的旋转可以通过轮毂122传递至轮106。在一些实施方式中，轮106可以是飞轮。
40.在一些实施方式中，当用户在虚拟或混合环境中“移动”时，计算装置114接收来自传动系104的信息和/或改变传动系104。例如，轮毂122可以响应于用户在虚拟环境中移动而改变传动系104的阻力。在特定示例中，用户可以移动手把以提供向上的方向输入，并且传动系104可以增加踏板116上的阻力以模拟向上蹬踏。出于安全的目的，制动器123可以定位在框架102上或者由框架102支承，并且制动器123被配置成使传动系104的轮106或其他部分停止或减慢。
41.在一些实施方式中，制动器123可以是摩擦制动器，例如阻力制动器、鼓式制动器、钳式制动器、悬臂制动器或盘式制动器，制动器123可以以机械的方式、以液压的方式、以气动的方式、以电子的方式、通过其他方式或其组合来致动。在其他实施方式中，制动器123可以是通过施加磁场来使轮106和/或传动系104的运动减慢和/或停止的磁制动器。在一些示
例中，可以通过用户旋转旋钮来移动制动器123而手动迫使制动器与轮106接触。在其他示例中，制动器123可以是盘式制动器，其中卡钳由手把110上的杆件液压致动。在又一些其他示例中，制动器可以由计算装置114响应于一个或更多个传感器来致动。
42.图2是手把210和允许手把210移动的支承柱226的实施方式的详细视图。柱226可以相对于健身自行车或其他锻炼设备的框架固定，使得手把210相对于柱226的运动使手把210相对于框架移动。手把210包括由杆230支承的轭228。杆230通过可移动连接而连接至柱226。
43.在示出的实施方式中，柱226具有两轴线式可移动连接。例如，轭228和杆230可以相对于柱226绕第一轴线232和正交于第一轴线232定向的第二轴线234移动。第一轴线232可以是框架的纵向轴线并且第二轴线234可以是框架的横向轴线。在这样的示例中，轭228绕第一轴线232的旋转使轭228相对于柱226和框架横向(即，左右)倾斜，而轭228绕第二轴线234的旋转使轭228相对于柱226和框架纵向(即，前后)倾斜。在其他示例中，轭228可以绕竖向的第三轴线236旋转，使得轭228能够沿杆230和/或柱226的方向扭转。
44.图3是图2的手把210的侧视图。在一些实施方式中，轭228是弯曲的轭228。例如，示出的实施方式示出了具有靠近杆230的下部部分238和终止于上部手把242的向上弯曲部分240的轭228。在另一示例中，弯曲的轭228可以具有向下弯曲的部分，例如常见于道路自行车的具有下部手把的下垂式手把。在其他实施方式中，轭228是平轭。例如，轭228从一端至另一端可以是大致直的，或者在杆230与轭228的一端之间是大致直的。在又一些其他实施方式中，轭228是具有杆端部抓握部的平轭228。例如，轭228可以是这样的平杆，该平杆具有从平杆向上延伸的杆端部抓握部。
45.轭228和杆230绕第一轴线232和第二轴线234旋转。在一些实施方式中，绕第一轴线232的运动范围和绕第二轴线234的运动范围相同。在其他实施方式中，绕第一轴线232的运动范围大于绕第二轴线234的运动范围。在又一些其他实施方式中，绕第一轴线232的运动范围小于绕第二轴线234的运动范围。
46.轭228相对于柱226沿各个方向绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244在具有上限值、下限值或上限值和下限值的范围内，包括5
°
、10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、90
°
中的任一者或它们之间的任何值。例如，从中心点沿各个方向绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244可以大于5
°
。在其他示例中，绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244可以小于90
°
。在又一些其他示例中，绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244可以在5
°
与90
°
之间。在其他示例中，绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244可以在20
°
与70
°
之间。在又一些其他示例中，绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244可以在30
°
与60
°
之间。在至少一个示例中，沿各个方向绕第一轴线232、第二轴线234或第三轴线236的运动范围244为至少45
°
可能是关键的。
47.在其他实施方式中，轭228可以以线性方式相对于柱226移动。例如，轭228可以沿第一轴线232、第二轴线234、第三轴线236的方向或它们之间的任何方向进行平移。在特定示例中，杆230可以沿第三轴线236的方向伸缩，使得轭228可以相对于柱226被推动或拉动。在一些实施方式中，平移轴线(例如，第三轴线236)可以与轭228和杆230一起倾斜，使得轭228能够相对于柱226被推动或拉动，同时使轭228相对于柱226旋转。
48.图4-1是图3的柱226和杆230的实施方式的详细视图。杆230具有将轭连接至杆230的安装支架246。在一些实施方式中，安装支架246将轭相对于杆230固定。在其他实施方式中，安装支架246允许轭相对于杆230沿至少一个方向运动。例如，安装支架246可以包括座圈轴承(race bearing)以允许轭相对于杆230旋转。
49.在一些实施方式中，柱226具有壳体248和底板250。底板250可以被紧固或连接至用于封围柱226的壳体248。在其他示例中，底板250可以是锻炼设备的与柱226连接的框架或其他部分的一部分。壳体248和/或底板250可以允许一个或更多个偏置构件至少部分地定位在柱226内，以在使用期间偏置和/或阻抑杆230和/或轭的运动。
50.在一些实施方式中，轭可以与一系列轭互换以使得能够针对用户偏好或者锻炼或娱乐系统的不同要求定制锻炼设备。图4-2是具有连接板231的杆230的实施方式的立体图。柱226可以保留本文描述的功能中的所有功能，同时轭228容易在不同的样式或构型之间改变。例如，图4-2的轭228包含定位在轭228上的多个按钮235或其他输入控制部。连接板231具有使得轭228的按钮235能够与柱226进行通信的电触点233。当轭228改变为具有不同构型的第二轭时，第二轭可以经由电触点233与柱226进行通信，从而也简化了手把的定制。
51.图5是其中移除壳体的图4-1的柱226的立体图。柱226包括将杆230相对于柱226朝向居中位置偏置的偏置元件252-1、252-2。在一些实施方式中，居中位置与柱226同轴或与柱226对齐。在其他实施方式中，居中位置与柱226成角度地定向。在任一情况下，居中位置是当用户从轭和杆230移除施加的力或其他输入时杆230和轭相对于柱226返回的稳定位置。
52.当用户向轭和杆230施加力时，杆230可以从居中位置绕第一轴线232和/或第二轴线234移动。偏置元件252-1、252-2可以抵抗杆230绕第一轴线232和/或第二轴线234的旋转并将杆230朝向居中位置往回偏置。在一些示例中，柱226具有关于第一轴线232来偏置杆230的至少一个第一偏置元件252-1。在其他示例中，柱226具有协同地工作以绕第一轴线232将杆230朝向居中位置偏置的多个第一偏置元件252-1。第一偏置元件252-1可以彼此相对地定位在位于柱226的顶部处的接触板254的任一侧上。例如，第一偏置元件252-1可以关于轴线、平面或另一偏置元件或柱226的其它部件成镜像。在一些实施方式中，第一偏置元件252-1包括弹簧。在其他实施方式中，第一偏置元件252-1包括活塞和气缸。在其他实施方式中，第一偏置元件252-1包括衬套。
53.在一些示例中，柱226具有关于第二轴线234来偏置杆230的至少一个第二偏置元件252-2。在其他示例中，柱226具有关于第二轴线234来偏置杆230的多个第二偏置元件252-2。第二偏置元件252-2可以彼此相对地定位在位于柱226的顶部处的接触板254的任一侧上。在一些实施方式中，第二偏置元件252-2包括弹簧。在其他实施方式中，第二偏置元件252-2包括活塞和气缸。在其他实施方式中，第二偏置元件252-2包括衬套。
54.第一偏置元件252-1和第二偏置元件252-2在接触板254与相对的基板256之间施加力。在一些实施方式中，基板256可以与底板250相同。在其他实施方式中，基板256可以与底板250不同。在至少一个示例中，基板256可以相对于底板250是可移动的以调节偏置元件252-1、252-2的预加载和/或阻尼。
55.在一些实施方式中，接触板254接触杆230的内环257和杆230的外环259。外环259可以是绕第一轴线232可旋转的并且内环257可以是绕第二轴线234可旋转的。
56.图6-1示出了柱226和杆的一部分，其中从内环257移除了外环。外环和内环257分别由第一轴258和第二轴260支承。第一轴258使得能够绕第一轴线232旋转并且第二轴260使得能够绕第二轴线234旋转。
57.如本文所描述的，柱226和/或杆包含至少一个传感器以测量杆和轭的运动和/或位置。在一些实施方式中，接触板254和/或基板256包括对在轭的运动期间由第一偏置元件252-1和第二偏置元件252-2施加的力的变化进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，接触板254和/或基板256包括对轭的运动和/或位置进行测量的加速度计或陀螺仪。
58.在一些实施方式中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2可以具有相等的弹簧常数。换言之，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2可以各自响应于第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的压缩和/或伸展而产生相等的恢复力。在其他实施方式中，偏置元件可以具有不同的弹簧常数以定制用户的体验和/或使得能够更容易地沿某些方向输入方向输入。
59.例如，图6-1中示出的第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的实施方式包括相对于用户在四个位置处定向的四个偏置元件。为了描述的目的，四个位置可以是北和南(彼此相对的第二偏置元件252-2)以及东和西(彼此相对的第一偏置元件252-1)。在一些示例中，东偏置元件和西偏置元件可以相等，从而从用户的角度对向左旋转和向右旋转提供相等的阻力。在一些示例中，东偏置元件和西偏置元件可以不相等以补偿用户的支配手，例如惯用右手的用户在东偏置元件上施加大于西偏置元件的力。
60.在其他示例中，北偏置元件和南偏置元件可以相等，从而从用户的角度对向前旋转和向后旋转提供相等的阻力。在一些示例中，北偏置元件和南偏置元件可以不相等以补偿可以由用户斜靠在手把上施加的不相等的杠杆作用。在这样的示例中，最靠近用户的南偏置元件可以具有更大的弹簧常数以提供更大的阻力，因为用户可以具有更大的杠杆作用来将轭的底部向下推动。例如，北偏置元件和南偏置元件(例如，第二偏置元件252-2)可以具有在1:4(即，南偏置元件具有的弹簧常数是北偏置元件的四倍大)与9:10(北偏置元件具有的弹簧常数是南偏置元件的90％)之间的弹簧常数比。在另一示例中，弹簧常数比可以为约2:3。
61.在一些实施方式中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的弹簧常数可以在具有以下上限值、下限值或上限值和下限值的范围内，包括50磅/英寸(lb/in)、75lb/in、100lb/in、125lb/in、150lb/in、175lb/in、200lb/in中的任一者或它们之间的任何值。例如，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2中的至少一者的弹簧常数可以大于50lb/in。在其他示例中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2中的至少一者的弹簧常数可以小于200lb/in。在又一些其他示例中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2中的至少一者的弹簧常数可以在50lb/in与200lb/in之间。在其他示例中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2中的至少一者的弹簧常数可以在75lb/in与175lb/in之间。在又一些其他示例中，第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2中的至少一者的弹簧常数可以在100lb/in与150lb/in之间。在至少一个示例中，北偏置元件、东偏置元件和西偏置元件的弹簧常数可以为约100lb/in并且南偏置元件(最靠近用户)可以为约150lb/in。
62.第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2可以与接触板254接触并向接触板
254施加力。在其他示例中，端盖251可以定位在第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的端部上并且定位在第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2与接触板254之间。端盖251可以使得第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的端部在接触板254随杆和/或轭移动时能够相对于接触板254滑动。因此，端盖251可以减少第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2和接触板254上的磨损，从而增加了锻炼设备的操作寿命。
63.尽管图6-1示出了包括螺旋弹簧的第一偏置元件252-1和/或第二偏置元件252-2的实施方式，但是也可以使用其他偏置元件。例如，图6-2示出了具有偏置元件252的柱226-1的另一实施方式，偏置元件252包括活塞和气缸，其中具有可压缩流体。虽然螺旋弹簧和具有可压缩流体的活塞和气缸在被压缩时可以提供恢复膨胀力，但是恢复力相对于压缩量的力曲线可以不同，从而为用户提供不同的触感和触觉体验。
64.类似地，图6-3示出了具有包括弹性拉伸带的偏置元件252的柱226-3的另一实施方式。拉伸带响应于压缩(由于杆和/或轭的运动)几乎不提供恢复力。然而，包括拉伸带的偏置元件252可以响应于偏置元件252的延伸而提供恢复力，从而为用户提供触感和触觉体验的另一选项。
65.图6-4是具有偏置元件252和可致动元件253的柱226-4的另一实施方式的立体图。当用户移动手把的轭时，偏置元件252提供恢复力，并且可致动元件253可以施加力以使轭移动和/或对偏置元件252进行预加载。例如，可致动元件253可以是马达、螺线管、活塞和气缸或沿偏置元件252的方向移动的其他选择性可移动元件。可致动元件253可以向偏置元件252施加压缩力，偏置元件252又可以施加力以使轭移动。在其他示例中，可致动元件253可以向偏置元件252施加压缩力以对偏置元件252进行预加载。经预加载的偏置元件252可以沿偏置元件的方向对轭的运动提供更大的阻力，这可以为用户提供不同的触感和触觉体验。
66.图6-5示出了具有绕中心杆255定位的仅单个偏置元件252的柱226-5的另一实施方式。轭沿任一旋转方向的倾斜将向偏置元件252施加压缩力。偏置元件252可以然后施加恢复力以绕任一旋转轴线将轭往回偏置至中心点。
67.除了通过手把的方向输入之外，用户还可以通过健身自行车的传动系提供方向和/或运动输入。图7是健身自行车300的另一实施方式的立体图。传动系可以包括一个或更多个传感器以将输入传输至计算装置314。在一些实施方式中，传动系304和手把310两者向计算装置314提供用户输入。在其他实施方式中，仅传动系304和手把310中的一者向计算装置314提供用户输入。
68.如本文中所描述的，手把310可以提供沿一个轴线、两个轴线或三个轴线的旋转和/或平移方向输入。传动系304可以提供沿踏板316的旋转轴线的输入。例如，用户可以使踏板316沿向前旋转方向或向后旋转方向绕踏板轴362移动。由于沿向前旋转方向蹬踏传动系304会直观上地使用户在自行车上向前移动，因此蹬踏传动系304可以向计算装置314提供向前方向的输入。在其他示例中，沿相反的向后旋转方向蹬踏传动系304可以向计算装置314提供向后方向的输入，就像向后蹬踏固定档位自行车将使用户沿向后方向移动一样。
69.图8-1是图7的传动系304的详细视图。图8-1示出了定位在踏板316的曲柄中的传感器364阵列的示例。传感器364阵列可以是刷型开关阵列，其借助于通过踏板316相对于传感器364移动的物理接触件来测量踏板316的运动和位置两者。在一些示例中，传感器364或
传感器364阵列测量踏板316的运动速率。在其他示例中，传感器364或传感器364阵列测量踏板316的运动方向。在又一些其他示例中，传感器364或传感器364阵列测量踏板316的运动方向和运动速率。
70.曲柄上的传感器阵列364可以使得用户能够以不同的旋转速度向前或向后蹬踏，并且向计算装置例如图7的计算装置314提供方向输入。图8-2示出了具有多个传感器464-1、464-2的磁簧开关传感器阵列的另一实施方式。磁体465被配置成当踏板转动时相对于传感器阵列旋转。当磁体465经过第一传感器464-1时，磁体465使第一传感器464-1中的簧片开关移动，并且传感器阵列检测磁体465(并且因此踏板)相对于第一传感器464-1的位置。当磁体465移动经过第二传感器464-2时，磁体465使第二传感器464-2中的簧片开关移动，并且传感器阵列检测磁体465相对于第二传感器464-2的位置。在一些实施方式中，当磁体465旋转地定位在第一传感器464-1与第二传感器464-2之间时，磁体465使第一传感器464-1和第二传感器464-2两者中的簧片开关移动，从而使得传感器阵列能够检测磁体465在第一传感器464-1与第二传感器464-2之间的位置。
71.图8-3是定位在传动系的曲柄处的传感器阵列的另一示例。传感器阵列包括多个感光器传感器564。光源565被配置成当踏板转动时相对于传感器阵列旋转。当光源565通过感光器传感器564时，光源565将光传递至感光器传感器564，并且传感器阵列检测光源565(并且因此踏板)相对于感光器传感器564的位置。
72.图9是示出了根据本公开的利用手把410和/或传动系404的示例交互式锻炼系统466的系统图。在其他实施方式中，根据本公开的交互式锻炼系统包括根据本公开的手把410，但是在传动系404上可能缺少传感器464。在又一些其他实施方式中，根据本公开的交互式锻炼系统包括根据本公开的传动系404，但是不包括可移动的手把410。
73.交互式锻炼系统466具有与显示器412进行数据通信的计算装置414。显示器412向用户提供由计算装置414生成或提供的视觉信息。计算装置414与手把410和传动系404中的至少一者进行数据通信。如关于图2至图6所描述的，手把410可以是可移动的，并且包括至少一个手把传感器。例如，手把410可以包括测量手把410的横向输入的横向传感器468和/或测量手把410的纵向输入的纵向传感器470。
74.在一些实施方式中，手把传感器(例如，横向传感器468、纵向传感器470)包括对由用户施加至手把410的力进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，手把传感器包括对手把410的位置或运动进行测量的加速度计或陀螺仪。手把传感器向计算装置414提供手把方向输入472。
75.在一些示例中，手把方向输入472可以包括沿手把410的一个轴线、两个轴线或三个轴线的旋转和/或平移信息。计算装置414接收手把方向输入472并且可以经由显示器412向用户提供至少部分地基于手把方向信息的视觉信息。
76.传动系404包括向计算装置414提供传动系方向输入474的至少一个传动系传感器464。传动系传感器464可以包括对由用户施加至踏板的力进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，传动系传感器464包括对踏板的位置或运动进行测量的加速度计或陀螺仪。在又一些其他实施方式中，传动系传感器464包括对踏板的位置和运动进行测量的开关阵列。传动系传感器464可以测量踏板运动的速度和方向，并且向计算装置414提供传动系方向输入474中的信息。
77.在一些实施方式中，交互式锻炼系统566的计算装置514发送命令以改变如图10所示的手把510和/或传动系504的运动、阻力、阻尼或其他特性。例如，显示器512可以向用户显示对应于在道路或路径上左转的视觉信息。计算装置514可以向手把510发送手把命令576。手把命令576可以指示第一偏置元件552-1施加力和/或改变第一偏置元件552-1的阻尼。在当前示例中，手把命令576可以指示第一偏置元件552-1改变手把510的中心点以将手把510向一侧迫压并且模拟显示在显示器512上的道路的左转。
78.在另一示例中，显示器512可以向用户提供对应于向上的道路或路径的视觉信息。计算装置514向手把510提供手把命令576以模拟向上的道路或路径。例如，手把命令576可以指示第二偏置元件552-2施加力和/或改变第二偏置元件552-2的阻尼。在当前示例中，手把命令576可以指示第二偏置元件552-2改变手把510的中心点以使手把510向后旋转并且模拟显示在显示器512上的向上的道路或路径。
79.在又一示例中，显示器512可以向用户提供对应于不平坦道路或路径的视觉信息。计算装置514向手把510提供手把命令576以模拟道路或路径的表面的可变性。例如，手把命令576可以指示第一偏置元件552-1和/或第二偏置元件552-2施加力和/或改变第一偏置元件552-1和/或第二偏置元件552-2的阻尼。在当前示例中，手把命令576可以指示第一偏置元件552-1和/或第二偏置元件552-27快速改变手把510的中心点以模拟手把在显示于显示器512上的鹅卵石、波纹状或其他粗糙的或者不平坦的道路或路径上的运动。
80.另外地或替选地，计算装置514可以向传动系504的一个或更多个部件发送传动系命令578以改变传动系相对于在显示器512上向用户显示的道路或路径的行为。计算装置514向传动系504提供传动系命令578以模拟向上的道路或路径。例如，传动系命令578可以指示制动器523和/或轮毂522施加扭矩和/或改变传动系504的阻力。在当前示例中，传动系命令578可以指示传动系504改变轮毂522的阻力以模拟显示在显示器512上的向上的道路或路径。
81.工业实用性
82.通常，本发明涉及在健身自行车上提供方向输入机构。在一些实施方式中，方向输入机构是健身自行车的手把。例如，手把可以相对于健身自行车的框架移动，并且运动的量提供方向输入。在其他示例中，手把与对施加至手把的力进行测量的压力传感器进行通信，并且力的量提供方向输入。在其他实施方式中，方向输入机构是健身自行车的传动系。例如，传动系包括用以对踏板的运动方向和/或速度进行测量的一个或更多个传感器。
83.健身自行车包括支承传动系和至少一个轮的框架。框架还可以支承用于供用户就坐的座部、用于供用户抓握的手把、一个或更多个显示器、或其组合。在一些实施方式中，显示器由框架支承。在其他实施方式中，显示器与框架分开，例如壁安装式显示器。在又一些其他实施方式中，显示器是由用户佩戴的头戴式显示器(hmd)，例如虚拟现实hmd、混合现实hmd或增强现实hmd。
84.在一些实施方式中，健身自行车可以使用一个或更多个显示器来显示关于健身自行车的操作的反馈或其他数据。在一些实施方式中，传动系和/或手把可以与显示器进行数据通信，使得显示器呈现从传动系和/或手把上的一个或更多个传感器收集的实时信息或反馈。例如，显示器可以向用户呈现关于节奏、瓦数、模拟距离、持续时间、模拟速度、阻力、倾斜度、心率、呼吸率、其他测量或计算的数据或其组合的信息。在其他示例中，显示器可以
向用户呈现使用指令，例如用于(本地存储的或经由网络访问的)预定练习方案的练习指令；现场练习方案，例如经由网络连接广播的现场练习；或模拟自行车骑行，例如真实世界自行车比赛的复制阶段。在又一示例中，显示器可以在健身自行车的使用期间向用户呈现一个或更多个娱乐选项。
85.显示器可以显示本地存储的视频和/或音频、经由网络连接串流的视频和/或音频流、从连接的设备(例如智能手机、笔记本电脑或连接至显示器的其他计算装置)显示的视频和/或音频、使用连接或集成的设备动态生成的图像或者其他娱乐资源。在其他实施方式中，健身自行车可以在健身自行车上缺少显示器，并且健身自行车可以向替代显示器或附加于显示器的外部或外围显示器或计算装置提供信息。例如，健身自行车可以与智能手机、可穿戴设备、平板电脑、笔记本电脑或其他电子设备进行通信，以使得用户能够记录他们的锻炼信息。
86.健身自行车具有与健身自行车的一个或更多个部件进行数据通信的计算装置。例如，计算装置可以允许健身自行车收集来自传动系和/或手把的信息并显示这些信息或基于传动系信息的视觉信息。在其他示例中，计算装置可以发送命令以启动锻炼设备的一个或更多个部件来改变锻炼设备的行为。例如，在训练课程期间，通过利用倾斜马达使框架倾斜，框架可以移动以模拟显示在显示器上的上坡或下坡。类似地，传动系可以变化以改变阻力、档位或其他特性，从而为用户模拟不同的体验。传动系可以增加阻力以模拟爬山、穿越沙地或泥地或者需要来自用户的更多能量的输入的其他体验，或者传动系可以改变档位(例如，物理地或“虚拟地”)并且由计算装置计算的距离可以反映所选择的档位。
87.在一些实施方式中，手把能够相对于框架移动。用户可以使手把相对于框架移动以向计算装置提供方向输入。例如，显示器可以向用户呈现比如在计算机游戏中使用的动态生成的虚拟或混合现实环境的图像。虚拟环境的图像可以随着用户经由传动系(例如，通过蹬踏)和/或手把(例如，通过使手把相对于框架倾斜或移动)提供方向输入而改变。
88.在一些示例中，手把包括对手把的运动和/或位置进行测量的一个或更多个传感器，例如加速度计、陀螺仪、压力传感器、扭矩传感器或其他传感器。在一些实施方式中，传感器对手把相对于框架的运动和/或位置进行测量。在其他实施方式中，传感器对手把相对于空间中的初始位置的运动和/或位置进行测量。在又一些其他实施方式中，传感器对手把相对于重力方向的运动和/或位置进行测量。
89.在一些实施方式中，传感器以在具有上限值、下限值或上限值和下限值的范围内的采样率测量手把和/或传动系的运动和/或位置，该采样频率包括30赫兹(hz)、45hz、60hz、75hz、90hz、120hz、150hz、180hz、210hz、240hz中的任一者或它们之间的任何值。例如，采样率可以大于30hz。在其他示例中，采样率可以小于240hz。在又一些其他示例中，采样率可以在30hz与240hz之间。在其他示例中，采样率可以在60赫兹与120赫兹之间。在至少一个示例中，采样率为约65hz。
90.在其他实施方式中，传动系和/或手把可以与显示器进行数据通信，使得传动系和/或手把可以改变和/或移动以模拟锻炼体验的一个或更多个部分。显示器可以向用户呈现上坡并且传动系可以在阻力上增加以反映模拟的上坡。在至少一个实施方式中，显示器可以向用户呈现上坡，并且框架可以向上倾斜，并且传动系可以同时增加阻力以为用户创建沉浸式体验。在其他实施方式中，显示器可以显示道路或轨道中的曲线，并且手把可以相
对于框架倾斜或绕旋转轴线移动以模拟健身自行车的倾斜或移动。
91.计算装置可以在具有显示器或不具有显示器的情况下允许跟踪锻炼信息、记录锻炼信息、将锻炼信息传送至外部电子设备、或其组合。例如，计算装置可以包括允许计算装置将数据传送至随后可以由用户访问的第三方存储设备(例如，互联网和/或云存储)的通信装置。
92.在一些实施方式中，传动系可以包括：输入部件，该输入部件接收来自用户的输入力；以及驱动机构，该驱动机构将力通过传动系传递至使轮移动的轮毂。输入部件可以是允许用户向带施加力的一组踏板。带可以使轴旋转。轴的旋转可以通过轮毂传递至轮。在一些实施方式中，轮可以是飞轮。
93.在一些实施方式中，当用户在虚拟或混合环境中“移动”时，计算装置接收来自传动系的信息和/或改变传动系。例如，轮毂可以响应于用户在虚拟环境中移动而改变传动系的阻力。在特定示例中，用户可以移动手把以提供向上的方向输入，并且传动系可以增加踏板上的阻力以模拟向上蹬踏。出于安全目的，制动器可以定位在框架上或者由框架支承，并且制动器被配置成使传动系的轮或其他部分停止或减慢。
94.在一些实施方式中，制动器可以是摩擦制动器，例如阻力制动器、鼓式制动器、钳式制动器、悬臂制动器或盘式制动器，制动器可以以机械的方式、以液压的方式、以气动的方式、以电子的方式、、通过其他方式或其组合来致动。在其他实施方式中，制动器可以是通过施加磁场来使轮和/或传动系的运动减慢和/或停止的磁制动器。在一些示例中，可以通过用户旋转旋钮来移动制动器而手动迫使制动器与轮接触。在其他示例中，制动器可以是盘式制动器，其中卡钳由手把上的杆件液压致动。在又一些其他示例中，制动器可以由计算装置响应于一个或更多个传感器来致动。
95.手把可以包括允许手把运动的支承柱。柱可以相对于健身自行车或其他锻炼设备的框架固定，使得手把相对于柱的运动使手把相对于框架移动。手把包括由杆支承的轭。杆通过可移动连接而连接至柱。
96.柱可以具有两轴线式可移动连接。例如，轭和杆可以相对于柱移动绕第一轴线和正交于第一轴线定向的第二轴线移动。第一轴线可以是框架的纵向轴线并且第二轴线可以是框架的横向轴线。在这样的示例中，轭绕第一轴线的旋转使轭相对于柱和框架横向(即，左右)倾斜，而轭绕第二轴线的旋转使轭相对于柱和框架纵向(即，前后)倾斜。在其他示例中，轭可以绕竖向轴线旋转，使得轭能够沿杆和/或柱的方向扭转。
97.在一些实施方式中，轭是弯曲的轭。例如，示出的实施方式示出了具有靠近杆的下部部分和终止于上部手把的向上弯曲部分的轭。在另一示例中，弯曲的轭可以具有向下弯曲的部分，例如常见于道路自行车的具有下部手把的下垂式手把。在其他实施方式中，轭是常见于山地自行车的平轭。例如，轭从一端至另一端可以是大致直的，或者在杆与轭的一端之间是大致直的。在又一些其他实施方式中，轭是具有杆端部抓握部的平轭。例如，轭可以是这样的平杆，该平杆具有从平杆向上延伸的杆端部抓握部。
98.轭和杆绕第一轴线和第二轴线旋转。在一些实施方式中，绕第一轴线的运动范围和绕第二轴线的运动范围相同。在其他实施方式中，绕第一轴线的运动范围大于绕第二轴线的运动范围。在又一些其他实施方式中，绕第一轴线的运动范围小于绕第二轴线的运动范围。
99.轭相对于柱沿各个方向绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围在具有以下上限值、下限值或上限值和下限值的范围内，包括5
°
、10
°
、20
°
、30
°
、40
°
、50
°
、60
°
、70
°
、80
°
、90
°
中的任一者或它们之间的任何值。例如，从中心点沿各个方向绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围可以大于5
°
。在其他示例中，绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围可以小于90
°
。在又一些其他示例中，绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围可以在5
°
与90
°
之间。在其他示例中，绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围可以在20
°
与70
°
之间。在又一些其他示例中，绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围可以在30
°
与60
°
之间。在至少一个示例中，沿各个方向绕第一轴线、第二轴线或第三轴线的运动范围为至少45
°
可能是关键的。
100.在其他实施方式中，轭可以以线性方式相对于柱移动。例如，轭可以沿第一轴线、第二轴线、第三轴线的方向或它们之间的任何方向进行平移。在特定示例中，杆可以沿第三轴线的方向伸缩，使得轭可以相对于柱被推动或拉动。在一些实施方式中，平移轴线(例如，第三轴线)可以与轭和杆一起倾斜，使得轭能够相对于柱被推动或拉动，同时使轭相对于柱旋转。
101.杆可以具有将轭连接至杆的安装支架。在一些实施方式中，安装支架将轭相对于杆固定。在其他实施方式中，安装支架允许轭相对于杆沿至少一个方向运动。例如，安装支架可以包括座圈轴承以允许轭相对于杆旋转。
102.在一些实施方式中，柱具有壳体和底板。底板可以被紧固或连接至用于封围柱的壳体。在其他示例中，底板可以是锻炼设备的与柱连接的框架或其他部分的一部分。壳体和/或底板可以允许一个或更多个偏置构件至少部分地定位在柱内，以在使用期间偏置和/或阻抑杆和/或轭的运动。
103.在一些实施方式中，轭可以与一系列轭互换以使得能够针对用户偏好或者锻炼或娱乐系统的不同要求定制锻炼设备。柱可以保留本文描述的功能中的所有功能，同时轭容易在不同样式或构型之间改变。例如，轭包含定位在轭上的多个按钮或其他输入控制部。连接板具有使得轭的按钮能够与柱进行通信的电触点。当轭改变为具有不同构型的第二轭时，第二轭可以经由电触点与柱进行通信，从而也简化了手把的定制。
104.柱包括将杆相对于柱朝向居中位置偏置的偏置元件。在一些实施方式中，居中位置与柱同轴或与柱对齐。在其他实施方式中，居中位置与柱成角度地定向。在任一情况下，居中位置是当用户从轭和杆移除施加的力或其他输入时杆和轭相对于柱返回到的稳定位置。
105.当用户向轭和杆施加力时，杆可以从居中位置绕第一轴线和/或第二轴线移动。偏置元件可以抵抗杆绕第一轴线和/或第二轴线的旋转并将杆朝向居中位置偏置。在一些示例中，柱具有关于第一轴线来偏置杆的至少一个第一偏置元件。在其他示例中，柱具有协同地工作以绕第一轴线将杆朝向居中位置偏置的多个第一偏置元件。第一偏置元件可以彼此相对地定位在位于柱的顶部处的接触板的任一侧上。在一些实施方式中，第一偏置元件包括弹簧。在其他实施方式中，第一偏置元件包括活塞和气缸。在其他实施方式中，第一偏置元件包括衬套。
106.在一些示例中，柱具有关于第二轴线来偏置杆的至少一个第二偏置元件。在其他示例中，柱具有关于第二轴线来偏置杆的多个第二偏置元件。第二偏置元件可以彼此相对
地定位在位于柱的顶部处的接触板的任一侧上。在一些实施方式中，第二偏置元件包括弹簧。在其他实施方式中，第二偏置元件包括活塞和气缸。在其他实施方式中，第二偏置元件包括衬套。
107.第一偏置元件和第二偏置元件在接触板与相对的基板之间施加力。在一些实施方式中，基板可以与底板相同。在其他实施方式中，基板可以与底板不同。在至少一个示例中，基板可以相对于底板是可移动的以调节偏置元件的预加载和/或阻尼。
108.在一些实施方式中，接触板接触杆的内环和杆的外环。内环可以是绕第一轴线可旋转的并且外环可以是绕第二轴线可旋转的。外环和内环分别由第一轴和第二轴支承。第一轴使得能够绕第一轴线旋转并且第二轴使得能够绕第二轴线旋转。
109.柱和/或杆包含至少一个传感器以测量杆和轭的运动和/或位置。在一些实施方式中，接触板和/或基板包括对在轭的运动期间由第一偏置元件和第二偏置元件施加的力的变化进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，接触板和/或基板包括对轭的运动和/或位置进行测量的加速度计或陀螺仪。
110.在一些实施方式中，第一偏置元件和/或第二偏置元件可以具有相等的弹簧常数。换言之，第一偏置元件和/或第二偏置元件可以各自响应于第一偏置元件和/或第二偏置元件的压缩和/或伸展而产生相等的恢复力。在其他实施方式中，偏置元件可以具有不同的弹簧常数以定制用户的体验和/或使得能够更容易地沿某些方向输入方向输入。
111.例如，第一偏置元件和/或第二偏置元件可以包括相对于用户在四个位置处定向的四个偏置元件。为了描述的目的，四个位置可以是北和南(彼此相对的第二偏置元件)以及东和西(彼此相对的第一偏置元件)。在一些示例中，东偏置元件和西偏置元件可以相等，从而从用户的角度对向左旋转和向右旋转提供相等的阻力。在一些示例中，东偏置元件和西偏置元件可以不相等以补偿用户的支配手，例如惯用右手的用户在东偏置元件上施加大于西偏置元件的力。
112.在其他示例中，北偏置元件和南偏置元件可以相等，从而从用户的角度对向前旋转和向后旋转提供相等的阻力。在一些示例中，北偏置元件和南偏置元件可以不相等以补偿可以由用户斜靠在手把上施加的不相等的杠杆作用。在这样的示例中，最靠近用户的南偏置元件可以具有更大的弹簧常数以提供更大的阻力，因为用户可以具有更大的杠杆作用来将轭的底部向下推动。例如，北偏置元件和南偏置元件(例如，第二偏置元件)可以具有在1:4(即，南偏置元件具有的弹簧常数是北偏置元件四倍大)与9:10(北偏置元件具有的弹簧常数是南偏置元件的90％)之间的弹簧常数比。在另一示例中，弹簧常数比可以为约2:3。
113.在一些实施方式中，第一偏置元件和/或第二偏置元件的弹簧常数可以在具有以下上限值、下限值或者上限值和下限值的范围内，包括50磅/英寸(lb/in)、75lb/in、100lb/in、125lb/in、150lb/in、175lb/in、200lb/in中的任一者或它们之间的任何值。例如，第一偏置元件和/或第二偏置元件中的至少一者的弹簧常数可以大于50lb/in。在其他示例中，第一偏置元件和/或第二偏置元件中的至少一者的弹簧常数可以小于200lb/in。在又一些其他示例中，第一偏置元件和/或第二偏置元件中的至少一者的弹簧常数可以在50lb/in与200lb/in之间。在其他示例中，第一偏置元件和/或第二偏置元件中的至少一者的弹簧常数可以在75lb/in与175lb/in之间。在又一些其他示例中，第一偏置元件和/或第二偏置元件中的至少一者的弹簧常数可以在100lb/in与150lb/in之间。在至少一个示例中，北偏置元
件、东偏置元件和西偏置元件的弹簧常数可以为约100lb/in并且南偏置元件(最靠近用户)可以为约150lb/in。
114.第一偏置元件和/或第二偏置元件可以与接触板接触并向接触板施加力。在其他示例中，端盖可以定位在第一偏置元件和/或第二偏置元件的端部上并且定位在第一偏置元件和/或第二偏置元件与接触板之间。端盖可以使得第一偏置元件和/或第二偏置元件的端部在接触板随杆和/或轭移动时能够相对于接触板滑动。因此，端盖可以减少第一偏置元件和/或第二偏置元件和接触板的磨损，从而增加锻炼设备的操作寿命。
115.第一偏置元件和/或第二偏置元件的实施方式可以包括螺旋弹簧，但是也可以使用其他偏置元件。例如，具有偏置元件的柱的另一实施方式包括活塞和气缸，其中具有可压缩流体。虽然螺旋弹簧和具有可压缩流体的活塞和气缸在被压缩时可以提供恢复膨胀力，但是恢复力相对于压缩量的力曲线可以不同，从而为用户提供不同的触感和触觉体验。
116.具有偏置元件的柱的另一实施方式包括弹性拉伸带。拉伸带响应于压缩(由于杆和/或轭的移动)几乎不提供恢复力。然而，包括拉伸带的偏置元件可以响应于偏置元件的延伸而提供恢复力，从而为用户提供触感和触觉体验的另一选项。
117.具有偏置元件的柱的又一实施方式可以包括可致动元件。当用户移动手把的轭时，偏置元件提供恢复力，并且可致动元件可以施加力以使轭移动和/或对偏置元件进行预加载。例如，可致动元件可以是马达、螺线管、活塞和气缸或沿偏置元件的方向移动的其他选择性可移动元件。可致动元件可以向偏置元件施加压缩力，偏置元件又可以施加力以使轭移动。在其他示例中，可致动元件可以向偏置元件施加压缩力以对偏置元件进行预加载。经预加载的偏置元件可以沿偏置元件的方向对轭的运动提供更大的阻力，这可以为用户提供不同的触感和触觉体验。
118.柱的另一实施方式可以包括绕中心杆定位的仅单个偏置元件。轭沿任一旋转方向的倾斜将向偏置元件施加压缩力。偏置元件可以然后施加恢复力以绕任一旋转轴线将轭往回偏置至中心点。
119.除了通过手把的方向输入之外，用户还可以通过健身自行车的传动系提供方向和/或运动输入。传动系可以包括一个或更多个传感器以将输入传输至计算装置。在一些实施方式中，传动系和手把两者向计算装置提供用户输入。在其他实施方式中，仅传动系和手把中的一者向计算装置提供用户输入。
120.手把可以提供沿一个轴线、两个轴线或三个轴线的旋转和/或平移方向输入。传动系可以提供沿踏板的旋转轴线的输入。例如，用户可以使踏板沿向前旋转方向或向后旋转方向绕踏板轴移动。由于沿向前旋转方向蹬踏传动系会直观上地使用户骑在自行车上向前移动，因此蹬踏传动系可以向计算装置提供向前方向的输入。在其他示例中，沿相反的向后旋转方向蹬踏传动系可以向计算装置提供向后方向的输入，就像向后蹬踏固定档位自行车将使用户沿向后方向移动一样。
121.传感器阵列可以定位在踏板的曲柄中。传感器阵列可以是刷型开关阵列，其借助于通过踏板相对于传感器移动的物理接触件来测量踏板的运动和位置两者。在一些示例中，传感器或传感器阵列测量踏板的运动速率。在其他示例中，传感器或传感器阵列测量踏板的运动方向。在又一些其他示例中，传感器或传感器阵列测量踏板的运动方向和运动速率。
122.曲柄上的传感器阵列可以使得用户能够以不同的旋转速度向前或向后蹬踏，并且向计算装置提供方向输入。在其他实施方式中，传动系传感器可以是具有多个传感器的磁簧开关传感器阵列。磁体被配置成当踏板转动时相对于传感器阵列旋转。当磁体经过第一传感器时，磁体使第一传感器中的簧片开关移动，并且传感器阵列检测磁体(并且因此踏板)相对于第一传感器的位置。当磁体移动经过第二传感器时，磁体使第二传感器中的簧片开关移动，并且传感器阵列检测磁体相对于第二传感器的位置。在一些实施方式中，当磁体旋转地定位在第一传感器与第二传感器之间时，磁体使第一传感器和第二传感器两者中的簧片开关移动，使得传感器阵列能够检测磁体在第一传感器与第二传感器之间的位置。
123.传动系传感器的另一示例是包括多个感光器传感器的传感器阵列。光源被配置成当踏板转动时相对于传感器阵列旋转。当光源通过感光器传感器时，光源将光传递至感光器传感器，并且传感器阵列检测光源(并且因此踏板)相对于感光器传感器的位置。
124.示例交互式锻炼系统利用手把和/或传动系。在其他实施方式中，根据本公开的交互式锻炼系统包括根据本公开的手把，但是在传动系上可能缺少传感器。在又一些其他实施方式中，根据本公开的交互式锻炼系统包括根据本公开的传动系，但是不包括可移动的手把。
125.交互式锻炼系统具有与显示器进行数据通信的计算装置。显示器向用户提供由计算装置生成或提供的视觉信息。计算装置与手把和传动系中的至少一者进行数据通信。手把可以是可移动的，并且包括至少一个手把传感器。例如，手把可以包括测量手把的横向输入的横向传感器和/或测量手把的纵向输入的纵向传感器。
126.在一些实施方式中，手把传感器包括对由用户施加至手把的力进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，手把传感器包括对手把的位置或运动进行测量的加速度计或陀螺仪。手把传感器向计算装置提供手把方向输入。
127.在一些示例中，手把方向输入可以包括沿手把的一个轴线、两个轴线或三个轴线的旋转和/或平移信息。计算装置接收手把方向输入并且可以经由显示器向用户提供至少部分地基于手把方向信息的视觉信息。
128.传动系包括向计算装置提供传动系方向输入的至少一个传动系传感器。传动系传感器可以包括对由用户施加至踏板的力进行测量的压力传感器。在其他实施方式中，传动系传感器包括对踏板的位置或运动进行测量的加速度计或陀螺仪。在又一些其他实施方式中，传动系传感器包括对踏板的位置和运动进行测量的开关阵列。传动系传感器可以测量踏板运动的速度和方向并向计算装置提供传动系方向输入中的信息。
129.在一些实施方式中，交互式锻炼系统的计算装置发送命令以改变手把和/或传动系的运动、阻力、阻尼或其他特性。例如，显示器可以向用户显示对应于在道路或路径上左转的视觉信息。计算装置可以向手把发送手把命令。手把命令可以指示第一偏置元件施加力和/或改变第一偏置元件的阻尼。在当前示例中，手把命令可以指示第一偏置元件改变手把的中心点以将手把向一侧迫压并且模拟显示在显示器上的道路的左转。
130.在另一示例中，显示器可以向用户提供对应于向上的道路或路径的视觉信息。计算装置向手把提供手把命令以模拟向上的道路或路径。例如，手把命令可以指示第二偏置元件施加力和/或改变第二偏置元件的阻尼。在当前示例中，手把命令可以指示第二偏置元件改变手把的中心点以使手把向后旋转并且模拟显示在显示器上的向上的道路或路径。
131.在又一示例中，显示器可以向用户提供对应于不平坦道路或路径的视觉信息。计算装置向手把提供手把命令以模拟道路或路径表面的可变性。例如，手把命令可以指示第一偏置元件和/或第二偏置元件施加力和/或改变第一偏置元件和/或第二偏置元件的阻尼。在当前示例中，手把命令可以指示第一偏置元件和/或第二偏置元件快速改变手把的中心点以模拟手把在显示于显示器上的鹅卵石、波纹状或其他粗糙的或者不平坦的道路或路径上的运动。
132.另外地或替选地，计算装置可以向传动系的一个或更多个部件发送传动系命令以改变传动系相对于在显示器上向用户显示的道路或路径的行为。计算装置向传动系提供传动系命令以模拟向上的道路或路径。例如，传动系命令可以指示制动器和/或轮毂施加扭矩和/或改变传动系的阻力。在当前示例中，传动系命令可以指示传动系改变轮毂的阻力以模拟显示在显示器上的向上的道路或路径。
133.在本公开的至少一个实施方式中，交互式锻炼设备可以包括向计算装置提供方向输入的一个或更多个机构，并且计算装置可以基于方向输入生成虚拟或混合现实环境。方向输入接收自具有用以对手把和/或传动系的位置和/或运动进行测量的至少一个传感器的可移动手把和/或传动系。
134.在前面的描述中，冠词“一”、“一种”和“该”意在存在一个或更多个元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意在是包括性的，并且指除了所列元件之外，还可以存在其他元件。另外，应当理解，对本公开的“一个实施方式”或“实施方式”的引用不意在被解释为排除也包含所叙述特征的附加实施方式的存在。例如，关于本文的实施方式描述的任何元件可以与本文描述的任何其他实施方式的任何元件组合。如本领域的普通技术人员在本公开的实施方式所涵盖的领域中将理解的，本文所陈述的数目、百分比、比率或其他值旨在包括所述值，并且还包括“约”或“近似于”所述值的其他值。因此，所述值应当被解释得足够宽泛，以涵盖至少足够接近所述值的值，以执行期望的功能或实现期望的结果。所述值至少包括在适合的制造或生产过程中预期的变化，并且可以包括在所述值的5％以内、1％以内、0.1％以内或0.01％以内的值。
135.鉴于本公开，本领域普通技术人员应当意识到等同构造不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本文公开的实施方式进行各种改变、替代和变更。包括功能性“手段功能”条款的等同构造旨在涵盖本文描述的执行所述功能的结构，包括以相同方式操作的结构等同物和提供相同功能的等同结构两者。申请人的明确意图是不对任何权利要求援引手段功能或其他功能性权利要求，除非“手段”一词与相关功能一起出现。落入权利要求的含义和范围内的对实施方式中的每一个添加、删除和修改将被权利要求所包含。
136.应当理解，前面描述中的任何方向或参照系仅是相对方向或运动。例如，对“前”和“后”或“顶”和“底”或“左”和“右”的任何引用仅是对相关元件的相对位置或移动的描述。
137.在不脱离本公开的精神或特征的情况下，本公开可以以其他形式实施。所描述的实施方式被认为是说明性的而非限制性的。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前面的描述来指示。在权利要求的等同含义和范围内的改变应当被包含在权利要求的范围内。
138.通过示例的方式，根据本公开的交互式锻炼设备可以根据以下部分中的任一部分
进行描述：
139.1.一种锻炼设备，包括：
140.框架；
141.由所述框架支承的手把，所述手把包括：
142.轭，所述轭能够相对于所述框架移动，
143.偏置元件，所述偏置元件定位在所述轭与所述框架之间，以及
144.传感器，所述传感器被配置成测量所述轭的运动；以及
145.计算装置，所述计算装置与所述传感器进行数据通信。
146.2.根据部分1所述的锻炼设备，所述偏置元件包括弹簧。
147.3.根据部分1所述的锻炼设备，所述传感器具有在30hz与240hz之间的采样率。
148.4.根据部分1所述的锻炼设备，所述偏置元件包括绕轴线彼此相对地定位以绕轴线将所述轭朝向中心点偏置的多个偏置元件。
149.5.根据部分1所述的锻炼设备，所述偏置元件是构造成绕第一轴线偏置所述轭的第一偏置元件，并且还包括构造成绕第二轴线偏置所述轭的第二偏置元件。
150.6.根据部分5所述的锻炼设备，所述第一偏置元件包括绕所述第一轴线彼此相对地定位以绕所述第一轴向将所述轭朝向中心点偏置的多个偏置元件，并且所述第二偏置元件包括绕所述第二轴线彼此相对地定位以绕所述第二轴线将所述轭朝向中心点偏置的多个偏置元件。
151.7.根据部分6所述的锻炼设备，所述第一偏置元件包括弹簧常数比在1:4与9:10之间的多个偏置元件。
152.8.根据部分1所述的锻炼设备，所述传感器是用以对施加至所述轭的力进行测量的压力传感器。
153.9.根据部分1所述的锻炼设备，所述手把围绕至少一个轴线具有大于5
°
的运动范围。
154.10.一种锻炼设备，包括：
155.框架；
156.由所述框架支承的手把，所述手把包括：
157.轭，所述轭能够相对于所述框架移动，
158.偏置元件，所述偏置元件定位在所述轭与所述框架之间，以及
159.手把传感器，所述手把传感器被配置成测量所述轭的运动；
160.由所述框架支承的传动系，所述传动系包括：
161.踏板，所述踏板能够绕踏板轴线旋转，以及
162.传动系传感器，所述传动系传感器定位在所述传动系中以测量所述踏板的运动；以及
163.计算装置，所述计算装置与所述手把传感器和所述传动系传感器进行数据通信。
164.11.根据部分10所述的锻炼设备，还包括与所述计算装置进行数据通信的显示器。
165.12.根据部分11所述的锻炼设备，所述显示器是头戴式显示器(hmd)。
166.13.根据部分10所述的锻炼设备，所述传动系传感器定位在所述踏板的曲柄中，所述传动系传感器测量所述踏板相对于所述框架的运动和位置。
167.14.根据部分13所述的锻炼设备，所述传动系传感器是传感器阵列。
168.15.根据部分10所述的锻炼设备，所述手把被配置成将手把方向输入从所述手把传感器发送至所述计算装置。
169.16.根据部分10所述的锻炼设备，所述传动系传感器被配置成向所述计算装置发送传动系方向输入。
170.17.根据部分10所述的锻炼设备，所述计算装置被配置成基于来自所述手把传感器和所述传动系传感器中的至少一者的方向输入生成视觉信息。
171.18.根据部分10所述的锻炼设备，所述计算装置被配置成向所述手把的所述偏置元件发送手把命令，所述手把命令指示所述偏置元件向所述轭施加力或阻力。
172.19.根据部分10所述的锻炼设备，所述计算装置被配置成向所述传动系发送传动系命令，所述传动系命令改变所述传动系的阻力。
173.20.一种交互式锻炼系统，包括：
174.框架；
175.由所述框架支承的手把，所述手把包括：
176.轭，所述轭能够相对于所述框架移动，
177.偏置元件，所述偏置元件定位在所述轭与所述框架之间，以及
178.手把传感器，所述手把传感器被配置成测量所述轭的运动；
179.由所述框架支承的传动系，所述传动系包括：
180.踏板，所述踏板能够绕踏板轴线旋转，以及
181.传动系传感器，所述传动系传感器定位在所述传动系中以测量所述踏板的运动；
182.显示器；以及
183.计算装置，所述计算装置与所述手把传感器、所述传动系传感器和所述显示器进行数据通信，所述计算装置被配置成接收来自所述传动系传感器和所述手把传感器的方向输入并且部分地基于所述方向输入生成视觉信息，所述视觉信息被显示在所述显示器上。
技术特征：1.一种锻炼设备，包括：框架；手把，所述手把包括：由所述框架支承的柱，所述柱包括偏置元件；连接至所述柱的杆；由所述杆支承的轭，其中，所述杆和所述轭能够相对于所述柱绕第一轴线和正交于所述第一轴线定向的第二轴线运动；以及手把传感器，所述手把传感器被配置成测量所述轭的运动；由所述框架支承的传动系，所述传动系包括：踏板，所述踏板能够绕踏板轴线旋转；以及传动系传感器,所述传动系传感器定位在所述传动系中以测量所述踏板的运动；以及计算装置，所述计算装置与所述手把传感器及所述传动系传感器进行数据通信。2.根据权利要求1所述的锻炼设备，其中，所述柱还包括位于所述柱的顶部处的接触板、位于所述柱的底部处的基板，并且其中，所述偏置元件定位在所述接触板与所述基板之间。3.根据权利要求1所述的锻炼设备，还包括与所述计算装置进行数据通信的显示器。4.根据权利要求3所述的锻炼设备，所述显示器是头戴式显示器(hmd)。5.根据权利要求1所述的锻炼设备，所述传动系传感器定位在所述踏板的曲柄中，所述传动系传感器测量所述踏板相对于所述框架的运动和位置。6.根据权利要求5所述的锻炼设备，所述传动系传感器是传感器阵列。7.根据权利要求1所述的锻炼设备，所述手把被配置成将手把方向输入从所述手把传感器发送至所述计算装置。8.根据权利要求1所述的锻炼设备，所述传动系传感器被配置成向所述计算装置发送传动系方向输入。9.根据权利要求1所述的锻炼设备，所述计算装置被配置成基于来自所述手把传感器和所述传动系传感器中的至少一者的方向输入而生成视觉信息。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的锻炼设备，所述计算装置被配置成向所述手把的所述偏置元件发送手把命令，所述手把命令指示所述偏置元件向所述轭施加力或阻力。
技术总结本发明涉及一种锻炼设备，包括框架、手把和由框架支承的传动系。手把包括：由框架支承的柱，该柱包括偏置元件；连接至的杆；由杆支承的轭，其中，杆和轭能够相对于柱绕第一轴线和正交于第一轴线定向的第二轴线运动；以及手把传感器，该手把传感器被配置成测量轭的运动。传动系包括：踏板，该踏板能够绕踏板轴线旋转；传动系传感器,该传动系传感器定位在传动系中以测量踏板的运动；以及计算装置，该计算装置与手把传感器和传动系传感器进行数据通信。与手把传感器和传动系传感器进行数据通信。与手把传感器和传动系传感器进行数据通信。
技术研发人员：瑞安
受保护的技术使用者：爱康有限公司
技术研发日：2020.01.24
技术公布日：2022/11/1
