一種有助于鍛煉并緩解背痛的器械的制作方法

專利名稱：一種有助于鍛煉并緩解背痛的器械的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍛煉用器械，該器械可以緩解背痛，并可增強下肢和上體的力量和延展性。
本發明是我個人經驗的成果。在過去的若干年里，我都患有下背疼痛癥。我使用過鍛煉療法，并做過各種各樣的練習，以緩解我的背痛。然而因為這些方法或是不適用于我的背痛，或是不方便，我所有的嘗試都沒能達到滿意的效果。
終于快到了背痛使我幾乎想要躺倒的時候，這影響了我所有其他必須的活動。我也傾向于少做些鍛煉，因為鍛煉時我的背部承受更大的壓力，所以鍛煉并不能真正幫助我。在家里、工作場所、健身中心，我嘗試過各種現有類型的步行機(treadmill)和自行車練習器。然而，嘗試過的所有設備都不能有效地緩解我的背痛。
我想通過改變行走姿勢，使上體的重力轉移到雙手上，以緩解我的背痛，并使上體得到有效的鍛煉。然而，在他們的產品上，無論手怎樣放置支撐，都無法實現我的想法。
涉及降低脊椎負載或加強上體伸展的現有技術不能有效地解決上述問題。于1991年1月22日公布的Iam等人的美國專利4,986,261揭示了一種脊椎無負載狀態的行走器械，于1999年1月6日公布的Dudley的美國專利5,704,881揭示了一種用于平衡作用在脊椎上的重力的器械，1992年5月5日公布的Fisher等人的美國專利5,110,117揭示了一種帶有旋轉手柄供鍛煉臂部的步行機。任何專利都沒有揭示過類似我的本發明中所說明的用于緩解背痛的裝置、或能達到一定的姿勢以做伸展和力量練習的裝置。
將該水平手把桿設置在我的腰部高度之下，并且把我的上體重力轉移到把桿上，使我的脊椎向前彎曲，起到伸展脊椎的作用。通過使用雙手把我身體的重力轉移到把桿上，降低了我的脊椎的軸向負載。在這樣的條件下行走，對我的下背部帶來了良好的按摩效果，緩解了我的疼痛。
手把桿相對于行走皮帶的相關位置導致一些姿勢，其對我的上體和下肢都提供了額外的伸展和增強效果。
我的所有試驗和我使用常規鍛煉器材的經驗一起，導致了我的這一發明。
本器械基本包括二剛性垂直支柱，每一支柱在一根剛性導軌上定位并鎖定在所需的位置。導軌設置在步行機皮帶框架的左側和右側。其構成供本描述之用的基本裝置。垂直支柱的若干單個附件，獨立地或適當地加以組合，可提供有效的練習。
第一件附件是具有適宜截面的剛性水平手支撐把桿，在用雙手努力使身體對抗重力時，供抓握之用，并(令使用者)感到舒適。水平把桿與皮帶的運動方向垂直。
因而，上述器械便于沿皮帶長度方向的任意位置及垂直支撐物允許的任意高度定位。把桿和支撐物能夠支撐使用者整個身體的重量。
雖然有若干可能的位置來適應個人需要，我們還是考慮以下四種基本位置以供理解其操作。1.前-中位置；2.前-下位置；3.中-中位置；4.中-上位置。
在位置1時，手把桿靠近皮帶的前緣，高度位于使用者的腰和膝之間。使用者將雙手置于手把桿上，并沿把桿伸展到舒適的位置，然后努力如所需要地下壓，以在按想要的速度行走時，降低下背部的負載。身體可以稍向前彎曲，以伸展脊椎。用這種動作能鍛煉身體上部和下肢兩部分的肌肉，而且迅速放松下背部。
在位置2時，手把桿被降低到使用者的膝蓋高度之下。用這一位置，使用者的脊椎變得更加水平，體重引起的對脊椎的軸向壓力顯著地減小。體重將被更均勻地轉移到雙手和雙腿上，使脊椎被伸展，同時也鍛煉了臂部和肩部的肌肉。行走時，盡可能地向后伸展雙腿，可以增強對跟腱的拉伸。
在位置3時，手把桿被升高到肩膀高度以上，且支柱被移動到更靠近步行機中部的位置。使用者通過向下拉把桿而對把桿施加向下的力，從而將負載從下背部轉移到把桿上。而且，使用者可以按需要調整施加在把桿上的負載，以獲得最好的效果。
在位置4，把桿被升高到最高水平，使用者的雙臂幾乎完全向上伸展。較高的位置使臂部和上體得到伸展，類似于引體向上，可以降低脊椎的負載以便輕松地行走。該方式也有助于伸展脊椎。在該位置，使用者幾乎被手把桿懸掛起來，降低了脊椎和腿關節上的重力。
步行機可以向前或向后傾斜，以在練習身體的不同部位時，獲得增強和伸展的效果。這樣便于利用手支撐物來調節對抗重力的力量，同時進行上坡和下坡行走。其產生的各種姿勢及各種鍛煉，是常規步行機沒有提供的。坡度可以比常規步行機所提供的更陡。
本發明的另一個目的是通過一對擺臂附件來方便手臂的自然運動。它們可以被安裝在垂直支撐物上，通常處于肩膀高度。該附件的臂是樞軸安裝的，以提供整圈的轉動、以及所需的接近或離開使用者的搖擺。轉動或搖擺的各個方向的阻尼及自由度都可以按需要調節。另外，可調整臂的長度以適應個人需要。而且，提供的減震裝置在重力轉移時將降低震動。該附件可以令使用者以不同的姿勢行走時，擺臂更加自然。
本發明一個附加的目的是提供一種可調整平臺，以提供各種實用的功能，如作為書本、電視、顯示器、或控制器的支架。使用者可以按需要對其進行更符合人機工程學的定位和定向。所述控制器可以包括有線或無線裝置，其控制各種視覺的、感覺的、以及運動的設備的各種功能。
本發明的另一個目的是可以適應于使用者的一條腿的功能有殘疾的情況。一個用來放腳的附件可以被設置在一個支柱上的方便的高度，使用者將會感覺到它對于一條腿的倚靠來說是必需的。附加的彈簧作用將在另一條腿和身體的其它部位做動作時提供所需的緩沖墊效果。
本發明的另一目的是提供一種可調節附件，供空氣循環設備用，諸如風扇或空調的該設備可以使排汗減至最小，并有助于加大運動量。該附件可以沿支柱被定向和鎖定在一個方便的高度。
本發明的另一目的是提供所有附件的程序化功能，諸如手把桿和垂直支撐物的自動和定期的移動，從而能夠更有效地進行練習來取得需要的效果。可測量各個輸入參數，以監測和控制該器械安全、有效地動作。
本發明的另一目的是提供一種費用經濟(cost-effective)的方案。允許進行大多數上述練習的所述基本器械僅增加一筆小的額外費用，就能作為一個附件和現有的步行機或自行車結合。其制造和部件裝配也很容易。提供部件的自動和動力驅動的完整器械，可以使用現有技術制造。


圖10所示為框架的立體圖。
圖1立體地示出了本發明的一個優選實施方案，顯示出該器械具有一手把桿、一手擺臂、一應用平臺以及一風扇組件。垂直支撐支柱3固定在導軌1上大約中間的位置，導軌1設置在步行機的行走皮帶9的左右兩側。利用剛性橫桿接頭2，支柱3可以沿著導軌1滑動和鎖定。剛性導軌接頭2也可以包含一個馬達驅動的齒輪裝置、氣動裝置或鋼索裝置，用以沿導軌1移動支柱3，并沿支柱3垂直移動任何附件。導軌1還可以包括有多個齒(cogs)、帶螺紋的驅動軸或鋼索和滑輪，以便于上述移動。
手把桿5以接頭4在某個上部的高度上鎖定到位，固定到垂直支撐支柱3上。手把桿可以繞其軸旋轉，還可以選擇彈性裝置或摩擦裝置來改變這種旋轉的阻尼。該旋轉可對使用者的腕部和前臂提供額外的鍛煉，可以單獨使用，也可以結合其他練習一起使用。
一對手擺臂11，其可以高度在支柱3上大約為使用者肩部高度的位置，以便于練習時使臂部自然地運動。手擺臂通過接頭12與支柱3以樞軸連接。該樞軸裝置使手擺臂可繞兩個與支柱垂直的軸旋轉。通過摩擦裝置或彈性裝置，可以獨立地且可選擇地調節繞這兩個軸旋轉的阻尼。除可供鍛煉臂部之外，通過調整擺臂接頭12的高度，手擺臂還方便了選擇性地把上體的重力轉移到雙手上。圖8和圖9詳細地示出了手擺臂。
一套風扇組件15，通過可延展支撐臂14而樞軸連接在支柱3的所需高度上。從而可以將風扇組件15定位和定向，以向正在鍛煉的使用者輸送舒適的氣流。
可調的多用平臺8，用平臺接頭6沿支柱3而固定在所需高度。平臺8樞軸安裝在平臺臂7上，并沿平臺臂7的長度方向鎖定。該平臺組件提供給使用者舒適的高度和方向。平臺8的每一側均可以用于支撐一個或多個元件，如電子控制器、監控裝置、電視、書本、電腦等。平臺8給這些元件的放置提供了人機工程學手段。
圖2是圖1實施方案的側視圖。其示出了導軌1、導軌接頭2、支柱3、手把桿接頭4、平臺接頭6、平臺支撐臂7、多用平臺8、在旋轉位置的手擺臂11、手擺臂接頭12、風扇組件支撐臂14、風扇組件15，以及風扇組件接頭16。
圖3示出了一個實施方案，其包含有供左右兩手時用的手及腋下(underarm)支撐物21。在進行練習時，這些支撐物提供了可選擇的途徑(means)體重通過腋下和前臂，轉移到支柱3上。支撐接頭22提供了沿支柱3而鎖定在一個所需高度的手段。支柱3方便地設置在步行機皮帶的中部。支撐物21上可設置成合適的形狀并設有減震裝置，以向腋下和雙手提供舒適的支撐。圖3也示出了供腳或腿休息的裝置，供因為暫時或永久的殘疾而不能使用一條下肢的使用者使用。
圖4、圖5、圖6和圖7示出了沿支柱3，用接頭6，使手把桿5處于四個不同的示范性位置的情況，在練習時，可供使用者獲得不同的效果。
圖4中，手把桿5在前-中位置。支柱3被鎖定在前部位置，手把桿5被鎖定在低于使用者的腰部、并高于使用者的膝部的高度上。使用者以舒適的寬度將雙手置于手把桿上，然后按需要努力下壓，以在按照需要的速度行走時，減輕下背部的負載。身體可向前稍彎，以伸展脊椎。用這種動作能鍛煉身體上部和下部兩部分的肌肉，而且能迅速放松下背部。
圖5中，手把桿在前-下位置。支柱3被鎖定在前部位置，手把桿5被鎖定在低于使用者的膝部的高度上。用這種位置，使用者的脊椎變得更加水平，體重引起的對脊椎的軸向壓力顯著地減小。體重將被均勻地轉移到雙手和雙腿上，使脊椎伸展，同時也鍛煉了臂部和肩部的肌肉。行走時，盡可能地向后伸展雙腿，可以增強對跟腱的拉伸。
圖6中，手把桿在中-中位置。支柱3被鎖定在前部位置，手把桿5被鎖定在高于使用者的腰部、并低于使用者的肩部的高度上。使用者通過向下按壓把桿而施加向下的壓力，將負載從背部轉移到把桿上。而且，使用者可按需要調整施加在把桿上的負載，以獲得最好的效果。
圖7中，手把桿在中-上位置。支柱3被鎖定在前部位置，手把桿5被鎖定在使用者雙手幾乎完全縱向伸展的高度上。較高的位置使臂部和上體得到伸展，類似于引體向上，可以降低脊椎的負載，使行走更舒適。該方式也有助于伸展脊椎。在該位置，使用者幾乎被手把桿懸掛起來，降低了脊椎和腿關節上的重力。
圖8和圖9詳細地示出了圖1中的手擺臂11。圖8是側視圖，圖9是前視圖。旋鈕31是調節前后搖擺運動阻尼的裝置。旋鈕32是調節左右搖擺運動阻尼的裝置。旋鈕33是調節擺臂長度以適應使用者需要的裝置。旋鈕34是一種供在搖擺和將上體負載轉移至把手35時，通過調節內置彈簧的反向力來調節減震阻尼的裝置。
圖10所示為本器械的框架的立體圖，其包含一個具有兩個側導軌1、導軌接頭2、和垂直支撐支柱3的基座。該框架以及任何上述附件的組合，都可以被用于現有的步行機或自行車練習器之中，以供以上描述的部分或全部練習之用。
權利要求
1.一種上體鍛煉器械，包括一支撐框架，至少一框架附件單元，和一鍛煉設備，所述框架具有一大體處于水平平面的基座，所述基座具有相對于使用者練習時的大體定向的一左邊緣，一右邊緣，一前邊緣和一后邊緣，所述框架具有一可選擇地移動所述框架附件單元的裝置，和一剛性地將所述框架附件單元固定在所需位置的裝置，所述可選擇移動的裝置包括水平移動裝置和垂直移動裝置，所述水平移動裝置設置在所述基本框架的所述前邊緣和所述后邊緣之間，所述垂直移動裝置設置在使用者的腳高度和使用者的手所能夠到的最高限之間。
2.如權利要求1的器械，其中所述框架附件單元是一個手支撐把桿，使用者可用雙手將上體的重力轉移至該手把桿上，以減輕脊椎的軸向負載。
3.如權利要求1的器械，其中所述框架附件單元是一個手擺臂，在自然地擺動雙手的運動中，使用者可以將上體重力轉移到該手擺臂上，從而減輕脊椎上的軸向負載。
4.如權利要求1的器械，其中所述框架附件單元是一個多用平臺，從而提供了具有多種支撐功能的人機工程學放置手段。
5.如權利要求1的器械，其中所述框架附件單元是一個空氣循環設備，從而增加使用者的舒適感，而使鍛煉時間更長。
6.如權利要求1的器械，其中所述框架附件單元是一個放腳裝置(footrest)，從而供使用者放置他/她的一條殘疾的下肢。
7.如權利要求1的器械，其中所述水平移動裝置包含一沿所述左邊緣或所述右邊緣設置的剛性導軌，一導軌接頭可移動地安裝在所述導軌上，所述垂直移動裝置包含一剛性支柱，實質上與所述導軌垂直，和所述導軌接頭剛性連接，一沿著所述垂直支柱滑動所述框架附件單元的裝置，一將所述附件單元鎖定在所需高度的裝置。
8.如權利要求1的器械，其中所述鍛煉設備是步行機。
9.如權利要求1的裝置，其中所述鍛煉設備是自行車練習器。
10.如權利要求1的裝置，是所述支柱沿著支撐導軌不連續或連續滑動移動的裝置，以及所述手把桿沿著所述支柱移動的裝置。
11.如權利要求10的器械，其中所述移動的裝置通過馬達驅動軸、馬達驅動鋼索和氣動泵的任意組合來實現。
12.如權利要求11的器械，其中所述移動的裝置設置選定時間段，而且所述移動是周期性的，以便于使用者選擇改變鍛煉姿勢。
13.如權利要求1的器械，以及一套感知設備，其監控各參數，諸如使用者重力負載分配、脈搏監控、該器械的各個單元移動的障礙感知；以及對從所述感知設備來的信號進行反應的裝置，從而使該器械安全有效地操作。
14.如權利要求4的器械，其中所述多用平臺通過至少一條支撐臂與所述支柱連接，所述支撐臂具有一個在選定方位剛性地連接所述支柱的裝置、一個通過所述支撐臂樞軸固定所述平臺的裝置、一個將所述平臺鎖定在選定方位的裝置，且所述平臺及所述支撐臂均具有多條邊。
15.如權利要求14的器械，其中所述支撐臂具有一個調節所述多用平臺至接近所述支柱的裝置。
16.如權利要求6的器械，其中所述放腳裝置具有減震裝置，且該減震裝置具有可調震動阻尼。
17.如權利要求3的器械，其中所述手擺臂具有在需要高度處樞軸連接到所述支柱上的裝置，且所述樞軸連接裝置提供圍繞至少一個大體垂直于所述支柱的軸的旋轉，從而令使用者的雙臂可以自然地擺動。
18.如權利要求17的器械，其中所述旋轉運動包含向該運動施加選定阻尼的裝置，且該阻尼是由彈性或摩擦反向力提供的。
19.如權利要求3的器械，其中所述擺臂具有減震裝置。
20.如權利要求19的器械，其中所述減震裝置進一步具有選擇性地調節震動阻尼的裝置。
21.權利要求3的器械，其中所述擺臂具有選擇性地調節長度的裝置，從而令使用者可以按需要調節長度。
22.如權利要求2的器械，其中所述手把桿具有支撐使用者手臂或腋下的裝置，且具有調節接近使用者的裝置，從而令使用者能夠將上體重力由脊椎轉移至雙手或腋下。
23.如權利要求2的器械，其中所述手把桿可以繞自身的軸旋轉，從而令使用者能夠鍛煉他/她的手腕和前臂。
24.如權利要求23的器械，其中所述旋轉具有施加選定阻尼的裝置，且該阻尼是由摩擦或彈性反向力提供的。
25.如權利要求5的器械，其中所述空氣循環設備通過至少一條支撐臂與所述支柱連接，所述支撐臂具有一個在選定方位與所述支柱剛性連接的裝置、一個在選定方位鎖定所述空氣循環設備的裝置。
26.一種在鍛煉時降低下背部負載的方法，所述方法包括權利要求2的器械，其中所述鍛煉設備是步行機，所述使用者在所述步行機行走表面的上面，所述使用者握住所述手把桿，所述使用者通過在所述手把桿上施加向下的力，將選定的部分上體重力從脊椎分配到手把桿上。
27.如權利要求26的方法，其中所述手把桿位于低于所述使用者膝部的高度，從而在降低由上體重力造成的脊椎軸向壓力和彎曲形成的懸臂力(cantilever force)的同時，伸展脊椎，所述使用者充分遠地向后伸展與行走表面一起移動的腿并使腳跟靠在該行走表面上，從而對跟腱進行拉伸。
28.如權利要求26的方法，其中所述手把桿位于所述使用者腰部和膝部之間的高度，從而令使用者在以常規的行走方式移動雙腿的同時，得以將他或她的脊椎彎曲到需要的程度。
29.如權利要求26的方法，其中所述手把桿位于所述使用者的腰部和頭部之間的高度，從而令使用者在直立姿勢時，得以將部分上體重力從脊椎轉移至雙手。
30.如權利要求26的方法，其中所述手把桿位于使用者頭部高度之上的高度，從而令使用者處于直立、且雙手向上伸展的姿勢時，得以通過把所述手把桿向下拉，而將部分上體的重力從脊椎轉移至雙手。
全文摘要
使用本器械,可以使受到背痛困擾的人們有效地緩解疼痛。普通使用者也可以使用本器械進行力量和伸展練習,該功能在通常的諸如步行機之類的設備上是不具備的。通用框架(1)以及多個附件(8,11)組合,構成有效的鍛煉器械(9)。在進行鍛煉時,使用者的重力由脊椎或下背部轉移至雙手。普通的站立姿勢對下背部造成很大的壓力,在做動作時,將使這種情況變得更糟。通過適當地放置雙手,并選擇性地將上體的重量分配到雙手上,使用者將能夠按需要控制下背部或脊椎上的重力減除量,從而獲得最好的效果和舒適感。
文檔編號A63B23/12GK1379692SQ00814268
公開日2002年11月13日 申請日期2000年9月16日 優先權日1999年10月14日
發明者B·R·瓦蒂 申請人:B·R·瓦蒂