CN101185798B - 轨迹导引式运动训练系统 - Google Patents

Abstract

一种轨迹导引式运动训练系统，其主要包含一导引轨迹形成单元与一控制单元，该导引轨迹形成单元可在该控制单元的控制下形成变化的导引轨迹，以导引一使用者依循该轨迹进行运动，并可配合不同难度及运动轨迹的训练模式，侦测使用者动作状态，而提供客观数据作为训练结果参考。

Description

轨迹导引式运动训练系统

技术领域

本发明关于一种轨迹导引式运动训练系统，尤指一种利用可控制的循环式运行轨迹(例如圆形或椭圆形)导引使用者肢体运动并侦测使用者动作状态的系统及其控制方法。

背景技术

太极拳是一种广泛流传且有益身心的运动，无论一般学习者或学术上的研究，皆对于其运动效果给予极佳的评价。推手运动是太极拳的训练方法之一，除了可达到一定的运动量及基本动作演练之外，也训练身体感觉的敏感度及平衡与协调能力的训练，以增进身体的反应速度与灵敏度。

传统训练方式中，推手运动须以两人对练为原则；两人面对面以手腕互相轻触，并使接触点以近似圆形或椭圆形的路径绕行，周而复始，运用手部、腕部甚至小臂的触觉而感测对方的动态，并作出适当应变，过程中两人的手必须保持轻微接触，但又不可互相施力抵抗，因此必须有相当敏锐的体感觉及协调性与反应能力，是一全身性的良好运动。惟此运动必须两人互相搭配练习，无法单独演练，另一方面，练习者也没有客观的学习评量数据可供参考，使此运动推广受到限制。

因此历年来本领域所提供的相关的运动设施，以期能突破上述的限制，而有助该太极拳运动的推广普及；如中国TW219301号专利与中国专利CN00218198.4、CN393202770.9，皆各揭示一种太极推手模拟装置，然此等辅助装置皆为被动式的固定设施，并未提供互动或可调整编程的导引系统，因而无法发挥有效的运动训练效果。

而中国TW161402号专利的太极拳运动装置虽揭示一种提供往复动作拳套的机构以提供使用者运用太极拳式闪躲或套招对打的练习；然而此等机构并未设有任何侦测使用者动作的元件或方法，且无法依使用者的需求调整运行轨迹及模式，而使其训练功效难臻理想。

发明内容

有鉴于上述的需要及前案设备无法克服的问题，本发明旨在提供一轨迹导引式运动训练系统，以模拟推手运动中练习者的一方为目的，配合不同难度及运动轨迹的训练模式，提供客观数据作为训练结果参考。

本发明技术方案：

本发明提供一种轨迹导引式运动训练系统，其主要包含一导引轨迹形成单元与一控制单元，该控制单元可控制该轨迹形成变化的导引轨迹，并侦测一使用者相对于该导引轨迹形成单元的动作，其特征在于：

该导引轨迹形成单元包含一基座、动力源、传动轴、曲柄组及与曲柄组枢接的一连杆组；该动力源在该控制单元的控制下带动传动轴使得曲柄组旋转，使该连杆组以该曲柄组为枢点相对于该产生基座运动，而于连杆的末端产生一循环式轨迹。

本发明进步效果：

透过使用本发明的轨迹导引式运动训练系统着重于推手训练中身体平衡与协调能力的训练，以便使用者通过练习增进身体的反应速度与灵敏度。

同时，透过使用本发明的轨迹导引式运动训练系统使推手运动不必受限于练习对手的配合，使用者可随时随地不受拘束地进行练习。

此外，本发明的轨迹导引式运动训练系统运用可编程调整的连杆机构形成富有变化的导引轨迹，可配合使用者的需要，充分导引其进行有效的运动训练。

并且，经由本发明的轨迹导引式运动训练系统配合感测元件的运用，能够侦知使用者的动作状况，以适时提醒使用者动作施力的缺失，或将侦测结果输出作为训练的参考。

附图说明

图1：是本发明轨迹导引式运动训练装置的立体外观图。

图2：是本发明轨迹导引式运动训练装置上半部的立体分解图。

图3：是本发明轨迹导引式运动训练装置下半部的立体分解图。

图4：是本发明轨迹导引式运动训练装置上半部的组合图。

图5：是本发明轨迹导引式运动训练装置上半部的俯视图。

图6：是本发明轨迹导引式运动训练装置中第三连杆伸出臂相对于该主框架向外伸长的动作示意图。

图7：是本发明轨迹导引式运动训练装置中第四连杆枢轴组滑移的动作示意图。

图8：是据本发明轨迹导引式运动训练装置的一种实施方式，显示马达部分加装一飞轮系统的示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图7，其所说明本发明轨迹导引式运动训练系统的一种实施方式，该系统主要包含一导引轨迹形成单元及一控制单元，兹将其结构关联分别叙述如下：

如图1、图2中可见，根据本实施例，该导引轨迹形成单元包含一基座10，其上设有一动力源11，该动力源11可为一电动马达或带有减速机的电动马达，并连接一传动轴12，该动力源11与传动轴12之间可装设有一扭力限制器(未绘示)作为安全装置或一传动机构(未绘示)，例如联轴器或皮带轮组；该传动轴12进一步连接一曲柄组13，并有一连杆组枢设于该曲柄组13之上。

现请参照图4、图5，该连杆组主要包含一第一连杆14、一第二连杆15、一第三连杆16、一第四连杆17及一枢轴组18；各该连杆枢接于其毗连的连杆，以构成一平行四边形的连杆组合；其中，该第一连杆14以其中央部位的一曲柄枢接点g与该曲柄组13枢接，而其一端与该第二连杆15枢接于一第一枢接点a；该第二连杆15的远离该第一枢接点a的一端与该第三连杆16枢接于一第二枢接点b；该第三连杆16的远离该第二枢接点b的一端与该第四连杆17枢接于一第三枢接点c；以及该第四连杆17的远离该第三枢接点c的一端与该第一连杆14枢接于一第四枢接点d，而构成一大致为平行四边形的连杆组。该第四连杆17延伸于该第四枢接点d后的末端以一枢轴组18与该基座10枢连于一枢轴组枢接点f。当以上的连杆组产生运动时，于该第三连杆16邻近于该第二枢接点b的末端e产生一循环式轨迹。

此外，根据本实施例，该第三连杆16进一步包含一主框架162及一伸出臂161；该主框架162以前述的第二枢接点b、第三枢接点c与该第二连杆15及第四连杆17枢接，而该伸出臂161可滑动地设置于该主框架162内部，并与一固定于主框架162的致动器163连接，因而该伸出臂161可在该致动器163的控制下相对于该主框架162伸缩，而使前述的第三枢接点c与第三连杆末端e间的距离产生增长或缩短的变化，如图6所示。

并且，根据本实施例，该第四连杆17与该枢轴组18的结合处可为滑动式的结合方式，而该第四连杆17更进一步连结一固定于该枢轴组18的致动器171，使该第四连杆17可于该致动器171的驱动下与该枢轴组18产生相对滑移，而使前述的第四枢接点d与枢轴组枢接点f间的距离产生增长或缩短的变化。图7所示说明该第四连杆17于该致动器的推动下滑移，而使该连杆组的连杆间距离关系产生变化。

根据以上结构，当该动力源11驱动该传动轴12并带动该曲柄组13转动时，可使该连杆组产生移动；而该第三连杆16与第四连杆17个别或结合的长度变化使该第三连杆末端e产生变化各异的循环移动轨迹。

现请参阅图5，据上所述，当第二枢接点b与第三枢接点c的距离等于第一枢接点a与第四枢接点d的距离bc＝ad，且第一枢接点a与第二枢接点b的距离等于第三枢接点c与第四枢接点d的距离ab＝cd时，于该第三连杆末端e处可得到一近似椭圆的轨迹；而当第三枢接点c与第三连杆末端e的距离除以曲柄枢接点g与第四枢接点d的距离ce/dg等于第三枢接点c与枢轴组枢接点f的距离除以第四枢接点d与枢轴组枢接点f的距离cf/df，该第三连杆末端e可得到一正圆形轨迹。

在本发明的一种实施方式中，各该连杆下方可设置分别枢接于连杆及基座且长度可伸缩的一轨道19或一连杆191，使各该连杆及轨道得以其与基座的枢接点为轴心，分别作水平方向摆动，以支撑该连杆组的重量。

另外，本发明的轨迹导引式运动训练系统并包括一装设于该第三连杆末端e处的导引装置40，以供使用者的肢体可以接触或倚靠该装置以便跟随该第三连杆末端e的移动轨迹移动。根据本发明的一种实施方式，该导引装置40可为一摇杆机构，该摇杆机构包括一摇杆401及一固定座体402，该摇杆401受外力推动时可相对于固定座体402作任意方向偏摆，且当外力卸除时可自动回复常态位置。而该摇杆401进一步包含一触控感测元件或电路，可侦知使用者手部施力与接触的相关资讯，并与前述的控制单元为讯号的连结。

此外，本发明的轨迹导引式运动训练系统可能设有一飞轮系统以稳定该传动轴的转速；如图8所示，该飞轮系统包含一设于该基座的一飞轮轴24、一枢设于飞轮轴上的飞轮组23、一设于该传动轴12上的皮带轮22及一连结该皮带轮22与该飞轮组23的传动皮带25。

本发明的轨迹导引式运动训练系统并可包括一位于该基座10下方的一支撑结构20与一底座30，其结构如图1及图3所绘示；该支撑结构20可为一具有升降功能的机构，其利用如一设于该支撑结构20的致动器201与设于该底座30的滑轨301组成；如图所示，该支撑结构20为一X形结构，其上端枢设于该基座10底部，而其下端一侧枢设于该底座30，另一侧滑设于该滑轨301中；当该致动器201启动时，使该支撑结构20的下端于该滑轨301上移动，以达成使得基座10相对于底座30的垂直高度调整的作用。

本发明的轨迹导引式运动训练系统更包括一控制单元，该控制单元包括一与前述的动力源11、第三连杆16的致动器163、第四连杆17的致动器171及支撑结构20的致动器201为操作的连结的控制电路、一与该导引装置40为讯号连结的侦测系统、一资料库、一运算单元与一输入装置、一显示装置及一警示装置各与前述的控制电路、资料库及运算单元连结，该控制单元可包含以下功能：

1.轨迹控制：指该控制单元表现于第三连杆末端(e)运行轨迹的大小、形状、高度的控制，包含定轨迹模式与变轨迹模式。于定轨迹模式下，运行轨迹的大小、形状、高度于训练过程中保持不变。于变轨迹模式下，运行轨迹的大小、形状、高度等变数可于训练过程中在设定的变化幅度内加以变化，变化的方式可为定时或不定时变化，且配合单项或多项变数同时作改变。

2.速度控制：指连杆组运行速度的控制，包含定速模式与变速模式。于定速模式下，运行速度于设定时间内逐渐加速至指定速度后，维持该速度稳定的运行。于变速模式下，运行速度于设定时限内逐渐加速至指定速度后维持预设的一段时间，然后在设定的变化幅度内定时或不定时增速或减速。

3.动作侦测：指本发明导引使用者肢体运行时，可经由导引装置40上所装设的触控感测元件或电路侦测使用者手部与该导引件之间的相对运动而产生回馈讯号，侦知使用者肢体与导引元件的相对位置关系，藉以判断使用者肢体在跟随导引元件运行的过程中，两者的速度与轨迹路径的一致性。

4.资料库：本发明的轨迹导引式运动训练系统可含有一个或多个资料库，建立人体生理条件与运行速度、轨迹、误动作容许次数…等的对应关系资料，可供使用者使用该输入装置输入生理条件资料后，自动快速设定训练参数使或依据该运动生理学资料库及该使用者生理资料库自动编写运作程式。

5.运算单元，可利用前述资料库的资讯为参数运算该使用者动作侦测单元侦测的结果并将之转换为一特定讯号，当动作超前或落后程度达设定的容许值以上时判定为失误，将一警告资讯显示于该显示装置或警示装置，并可分别记录超前或落后失误的次数与发生时间点。

如上所述，该输入装置、显示装置及警示装置系各与前述的控制电路、资料库及运算单元连结，因此可依设计的需要配合各项功能而发挥资料输入、资讯告知、动作提示等功效。

虽然本案是以一个最佳实施例做说明，但精于此技艺者能在不脱离本案精神与范畴下做各种不同形式的改变。以上所举实施仅用以说明本案而已，非用以限制本案的范围。举凡不违本案精神所从事的种种修改或变化，俱属本案申请专利范围。

Claims (8)

1.一种轨迹导引式运动训练系统，包含一导引轨迹形成单元与一控制单元，该控制单元可控制该轨迹形成变化的导引轨迹，并侦测一使用者相对于该导引轨迹形成单元的动作，

该导引轨迹形成单元包含一基座(10)、动力源(11)、传动轴(12)、曲柄组(13)及与曲柄组(13)枢接的一连杆组；该连杆组包含一第一连杆(14)、一第二连杆(15)、一第三连杆(16)、一第四连杆(17)及一枢轴组(18)；该第一连杆(14)与该曲柄组(13)枢接，且该枢轴组(18)与该基座(10)枢接，该动力源(11)在该控制单元的控制下带动传动轴(12)使得曲柄组(13)旋转，使该连杆组以该曲柄组(13)为枢点相对于该基座(10)产生运动，而使第三连杆(16)的一端产生一循环式轨迹；其特征在于：

该第四连杆(17)与该枢轴组(18)为滑动的结合方式，使得该第四连杆(17)与该枢轴组(18)可产生相对滑移；且该第四连杆(17)进一步包含一固定于该枢轴组(18)的致动器(171)，该致动器(171)在该控制单元的控制下带动该第四连杆(17)与该枢轴组(18)产生相对滑移。

2.如权利要求1所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：进一步包含一飞轮系统以稳定该传动轴(12)的转速；该飞轮系统包含一设于该基座(10)的一飞轮轴(24)、一枢设于飞轮轴(24)的飞轮组(23)、一设于该传动轴(12)上的皮带轮(22)及一连结该皮带轮(22)与该飞轮组(23)的传动皮带(25)。

3.如权利要求1所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该第三连杆(16)包含一主框架(162)、一伸出臂(161)及一固定于该主框架(162)并可驱动该伸出臂(161)的致动器(163)；该致动器(163)可在该控制单元的控制下使该伸出臂(161)与该主框架(162)产生相对位移而使该第三连杆(16)的长度可为伸缩的变化。

4.如权利要求1所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该基座(10)下方设有一支撑结构(20)与一底座(30)，且该支撑结构(20)为一具有升降功能的机构，因此该基座(10)相对于底座(30)的垂直高度可于该控制单元的控制下作调整。

5.如权利要求1所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该第三连杆(16)的一端设有一导引装置(40)，使得使用者的肢体可以接触或倚靠该装置以便跟随其移动，而该导引装置(40)为一摇杆机构，该摇杆机构包含一摇杆(401)及一固定座体(402)；该摇杆受外力推动时可相对于该固定座体为任意方向偏摆，并可将偏摆角度转换为一讯号传送至该控制单元，当外力卸除时摇杆(401)可自动回复常态位置，而该摇杆(401)进一步包含一侦知使用者手部施力与接触的相关资讯并与前述的控制单元为讯号的连结的触控感测元件或电路。

6.如权利要求1所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该控制单元包含：

一导引轨迹控制单元，控制一硬体设备的一导引元件在运行过程中产生一固定的或可程式控制的导引轨迹，用以导引使用者肢体依循导引轨迹的路径运行；

一运转速度控制单元，以定速或可程式控制的变速方式来控制运行的速度；以及

一使用者动作侦测单元，侦测使用者肢体与导引元件的相对位置关系，藉以判断使用者肢体在跟随导引元件运行的过程中，两者速度与轨迹路径的一致性。

7.如权利要求6所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该控制单元包含资料库单元及运算单元，使该控制单元可依据该运动生理学资料库及该使用者生理资料库自动编写运作程式，而该运算单元可利用前述资料库的资讯为参数运算该使用者动作侦测单元侦测的结果。

8.如权利要求6所述的轨迹导引式运动训练系统，其特征在于：该控制单元包含一输入装置、一显示装置及一警示装置。

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