CN109464794A - 扭力量测系统及身体训练器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扭力量测系统及身体训练器，该扭力量测系统供应用于身体训练器的一训练器本体，该训练器本体包含一固定座、连接该固定座的一飞轮、驱动该飞轮的一扭力输出机构以及能提供阻力给该飞轮且能相对于该固定座位移的一刹车件，该扭力量测系统包含一量测装置与一运算装置，该量测装置包含一弹片与一应变规模组，该弹片连接在该刹车件与该固定座之间，且该弹片具有一设置面，该应变规模组设置于该弹片的该设置面，该应变规模组能对应于该弹片的应变量而产生一电阻变化，该运算装置根据该电阻变化而输出一扭力值，该扭力值反映该扭力输出机构所输出的扭力大小。

Description

扭力量测系统及身体训练器

技术领域

本发明是有关一种扭力量测系统及身体训练器，特别是指扭力量测系统及具有该扭力量测系统的身体训练器。

背景技术

传统身体训练器可提供使用者依据其体能状况而自行调整不等程度的扭力大小，以改变操作身体训练器时的难易程度，举例来说，身体训练器可为健身车，健身车主要包含有车架与设于车架的踏板、传动组件、飞轮与调整杆，调整杆的端部设有刹车件，刹车件可接触飞轮的周面以提供摩擦阻力，使用者可旋动该调整杆以改变施加于该飞轮的阻力大小，以及采踏所述踏板以提供一扭力，该扭力通过该传动组件驱动该飞轮转动。

使用者操作身体训练器时的运动效果与使用者提供的扭力大小息息相关，因此有必要量测使用者操作身体训练器时所提供的扭力大小。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一扭力量测系统及身体训练器，用以量测使用者操作身体训练器时所提供的扭力大小，进一步可供评估使用者的运动效果。

本发明提供的扭力量测系统供应用于一训练器本体，该训练器本体包含一固定座、连接该固定座的一飞轮、驱动该飞轮的一扭力输出机构以及能提供阻力给该飞轮且能相对于该固定座位移的一刹车件，该扭力量测系统包含：

一量测装置，该量测装置包含：

一弹片，该弹片包含一第一端、一第二端与一设置面，该第一端连接该刹车件，该第二端连接该固定座；以及

一应变规模组，该应变规模组设置于该弹片的该设置面，该应变规模组能对应于该弹片的应变量而产生一电阻变化；以及

一运算装置，该运算装置连线该量测装置，并且该运算装置能根据该电阻变化而输出一扭力值，该扭力值反映该扭力输出机构所输出的扭力大小。

如上所述的扭力量测系统，其中，所述量测装置包含：

一壳体，所述壳体设置在所述弹片上，且所述应变规模组位于所述壳体内；以及

一电路板，所述电路板设置在所述壳体内，且所述电路板的位置相对于所述应变规模组的位置，所述电路板包含一放大器电路与一模拟数字转换电路，所述放大器电路电连接所述应变规模组所形成的一桥式电路，所述放大器电路用以放大所述桥式电路基于所述电阻变化所产生的一输出电压，所述模拟数字转换电路电连接所述放大器电路，所述模拟数字转换电路用以将所述输出电压转换为数字形式的一量测值；

所述运算装置连接所述电路板，所述运算装置用以接收所述量测值，并且所述运算装置能根据所述量测值而输出所述扭力值。

如上所述的扭力量测系统，其中，所述壳体上形成一插槽，所述弹片穿设于所述插槽，通过所述插槽使所述壳体固定而结合于所述弹片上。

如上所述的扭力量测系统，其中，所述运算装置将所述量测值通过一运算式的运算后得到一重量值，所述重量值与所述飞轮的一半径值的乘积为所述扭力值。

如上所述的扭力量测系统，其中，所述运算式为线性运算式。

如上所述的扭力量测系统，其中，所述弹片为扁平长条状的不锈钢弹片。

本发明提供的身体训练器包含：

一训练器本体，该训练器本体包含：

一固定座；

一飞轮，该飞轮连接该固定座；

一扭力输出机构，该扭力输出机构连接该飞轮以驱动该飞轮；以及

一刹车件，该刹车件接触该飞轮以提供阻力给该飞轮，并且该刹车件能相对于该固定座位移：以及

一扭力量测系统，该扭力量测系统包含：

一弹片，该弹片包含一第一端、一第二端与一设置面，该第一端连接该刹车件，该第二端连接该固定座；以及

一应变规模组，该应变规模组设置于该弹片的该设置面，该应变规模组能对应于该弹片的应变量而产生一电阻变化；以及

一运算装置，该运算装置电连接该应变规模组，并且该运算装置能根据该电阻变化而输出一扭力值，该扭力值反映该扭力输出机构所输出的扭力大小。

如上所述的身体训练器，其中，所述量测装置包含：

一壳体，所述壳体设置在所述弹片上，且所述应变规模组位于所述壳体内，所述壳体上形成一插槽，所述弹片穿设于所述插槽，通过所述插槽使所述壳体固定而结合于所述弹片上；以及

一电路板，所述电路板设置在所述壳体内，且所述电路板的位置相对于所述应变规模组的位置，所述电路板包含一放大器电路与一模拟数字转换电路，所述放大器电路电连接所述应变规模组所形成的一桥式电路，所述放大器电路用以放大所述桥式电路基于所述电阻变化所产生的一输出电压，所述模拟数字转换电路电连接所述放大器电路，所述模拟数字转换电路用以将所述输出电压转换为数字形式的一量测值；

所述运算装置连接所述电路板，所述运算装置用以接收所述量测值，并且所述运算装置能根据所述量测值而输出所述扭力值。

如上所述的身体训练器，其中，所述运算装置将所述量测值通过一线性运算式的运算后得到一重量值，所述重量值与所述飞轮的一半径值的乘积为所述扭力值。

如上所述的身体训练器，其中，所述固定座为一车架；

所述飞轮连接所述固定座，且所述飞轮能相对于所述固定座转动；

所述扭力输出机构包含一齿盘、设置在所述齿盘的曲柄、设置在所述曲柄的踏板以及连接在所述齿盘与所述飞轮之间的链条；

所述刹车件连接一调整杆，所述调整杆设置在所述固定座上。

根据本发明，当使用者施加一扭力以驱动该飞轮转动时，因为该刹车件接触飞轮的周面以提供摩擦阻力，故转动中的飞轮可带动该刹车件以顺着飞轮转动方向微幅移动，进而使该弹片受到被拉伸的力量，则该弹片对应发生应变，该应变规模组产生的电阻变化对应于该弹片的应变量，该电阻变化与使用者所提供的扭力大小有关，以供该运算装置根据该电阻变化而输出扭力值。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1为本发明身体训练器的实施例的平面示意图。

图2为本发明量测装置连接在训练器本体的平面示意图。

图3为图2的A-A断面示意图。

图4为本发明扭力量测系统的电路方块示意图。

图5为本发明中量测值与配重块重量的波形示意图。

部分附图标号说明：

10训练器本体 11固定座

12飞轮 13扭力输出机构

131齿盘 132曲柄

133踏板 134链条

14刹车件 15调整杆

20量测装置 30运算装置

具体实施方式

为了对本发明的技术方案、目的和效果有更清楚的理解，现结合附图说明本发明的具体实施方式。

请参考图1，本发明身体训练器的实施例包含一训练器本体10与一扭力量测系统，该扭力量测系统供应用于该训练器本体10。

本发明实施例的训练器本体10是以踩踏式健身车为例，但不以此为限，健身车的结构是本发明技术领域的通常知识，举例来说，该训练器本体10可包含一固定座11、一飞轮12、一扭力输出机构13、一刹车件14与一调整杆15，该固定座11可为一车架，该飞轮12连接该固定座11而可相对于该固定座11转动，该扭力输出机构13连接该飞轮12以驱动该飞轮12转动，该扭力输出机构13可包含一齿盘131、设置在该齿盘131的曲柄132、设置在各曲柄132的踏板133以及连接在该齿盘131与该飞轮12之间的链条134，该调整杆15设置在该固定座11并连接该刹车件14，由该调整杆15控制该刹车件14相对于该固定座11位移，该刹车件14接触该飞轮12的周面以提供磨擦阻力给该飞轮12，举例来说，该刹车件14可为羊毛毡、牛皮或橡胶等形式，但不以此为限。

请参考图1，使用者可踩踏所述踏板133以提供一扭力，该扭力通过曲柄132、齿盘131与链条134传递，进而驱动该飞轮12转动，使用者可通过调整该调整杆15的升降幅度，以调整该刹车件14施加在该飞轮12的摩擦阻力大小。通过该刹车件14与该飞轮12之间的摩擦阻力，转动中的飞轮12可带动该刹车件14以顺着飞轮12转动方向而微幅偏移，当使用者施加的扭力越大，该飞轮12的转速越快，则该刹车件14的偏移幅度越大。由此可见，使用者所付出的扭力大小与该刹车件14的偏移幅度有关。

请参考图1与图2，该扭力量测系统包含一量测装置20与一运算装置30，该量测装置20包含一弹片21与一应变规模组(strain gauge)22，该弹片21可为扁平长条状的不锈钢弹片，但不以此为限。请配合参考图2与图3，该弹片21包含一第一端211、一第二端212与一设置面213，该第一端211连接该刹车件14，该第二端212连接该固定座11，该设置面213可位于该第一端211与该第二端212之间的中间位置，本发明实施例中，该弹片21的第一端211可通过例如螺丝的锁固组件23而固接该刹车件14，该固定座11可设有一固定块24，该弹片21的第二端212可通过锁固组件23而固接该固定块24。该应变规模组22可包含一片或多片应变规，所述应变规为薄片状元件，所述应变规贴附于该弹片21的设置面213或相对于该设置面213的另一表面，各应变规的电阻值与各应变规本身的应变量有关。

该量测装置20可进一步包含一电路板25与一壳体26，该壳体26可为一中空壳体，其设置在该弹片21的设置面213位置，使该应变规模组22位于该壳体26内，其中，该壳体26可形成插槽260，该弹片21可穿设于该插槽260，使该壳体26固定而结合于该弹片21。该电路板25设置在该壳体26内且其位置可相对于该应变规模组22的位置，使该电路板25与该应变规模组22之间形成一间隔，请参考图4，该电路板25包含一放大器电路251与一模拟数字转换电路252，该放大器电路251可通过例如导线的导体(图中未示)电连接该应变规模组22，其中，该应变规模组22可与设置在电路板25的电阻器形成一桥式电路(图中未示)，该桥式电路可例如为惠斯登电桥(Wheatstone bridge)，该桥式电路根据各应变规的电阻大小而产生一输出电压，该放大器电路251可放大该输出电压，该模拟数字转换电路252电连接该放大器电路251，以将模拟形式的该输出电压转换为数字形式的量测值，所以，该量测值可反映该弹片21的应变量。

该运算装置30可为一电脑或一监控仪表，该运算装置30可以有线或无线方式连线该量测装置20，该运算装置30根据该应变规模组22的电阻变化而输出一扭力值，本发明实施例中，该量测值与该应变规模组22的电阻变化有关，故根据该量测值而输出该扭力值，该扭力值反映该扭力输出机构13所输出的扭力大小，也就是使用者所施加的扭力大小。以下说明该运算装置30根据该量测值而输出该扭力值的实施例。

本发明实施例中，身体训练器于出厂前，制造者须对该量测装置20进行校验。校验时，可将量测装置20垂直摆放，将该弹片21的第一端211固定住，该第二端212可挂上不同重量的配重块，请配合参考图5，当一次挂上的配重块的重量是y′，则该量测装置20产生的量测值可为x′；当另一次挂上的配重块的重量是y″，则该量测装置20产生的量测值可为x″，故依据前述的x′、y′以及x″、y″可得到一线性运算式(Y＝aX+b，a、b为常数)，制造者可将该线性运算式与飞轮12的半径值输入及储存到该运算装置30。

综上所述，身体训练器于出厂后，该运算装置30具有该线性运算式与飞轮12的半径值。当使用者利用前述的身体训练器进行健身运动时，转动的飞轮12使刹车件14偏移，使该弹片21被拉伸，故该量测装置20对应产生一量测值x″′，该运算装置30将该量测值x″′代入该线性运算式的X进行运算，即可得到一重量值y″′。该运算装置30可计算一扭力值(T)，该扭力值(T)为该重量值y″′与该飞轮12的半径值的乘积，该扭力值(T)的单位是牛顿-米(N-m)，可反映使用者所输出的扭力大小。此外，该运算装置30更可根据该扭力值(T)计算使用者所消耗的能量(Watt)，表示如下：

其中，T为扭力值，r.p.m.为飞轮12的转速。需说明的是，飞轮12转速的侦测机制是本技术领域的通常知识，在此不详述。举例来说，该运算装置30可电连接一转速计，由该转速计侦测该飞轮12的转速，并由该运算装置30接收该转速计所产生的转速值。

借此，该运算装置30可将前述的乘积与能量通过一显示器呈现给使用者观看，作为参考之用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种扭力量测系统，其特征在于，所述扭力量测系统供应用于一训练器本体，所述训练器本体包含一固定座、连接所述固定座的一飞轮、驱动所述飞轮的一扭力输出机构以及能提供阻力给所述飞轮且能相对于所述固定座位移的一刹车件，所述扭力量测系统包含：

一量测装置，所述量测装置包含：

一弹片，所述弹片包含一第一端、一第二端与一设置面，所述第一端连接所述刹车件，所述第二端连接所述固定座；以及

一应变规模组，所述应变规模组设置于所述弹片的所述设置面，所述应变规模组能对应于所述弹片的应变量而产生一电阻变化；以及

一运算装置，所述运算装置连线所述量测装置，并且所述运算装置能根据所述电阻变化而输出一扭力值，所述扭力值反映所述扭力输出机构所输出的扭力大小。

2.根据权利要求1所述的扭力量测系统，其特征在于，所述量测装置包含：

一壳体，所述壳体设置在所述弹片上，且所述应变规模组位于所述壳体内；以及

一电路板，所述电路板设置在所述壳体内，且所述电路板的位置相对于所述应变规模组的位置，所述电路板包含一放大器电路与一模拟数字转换电路，所述放大器电路电连接所述应变规模组所形成的一桥式电路，所述放大器电路用以放大所述桥式电路基于所述电阻变化所产生的一输出电压，所述模拟数字转换电路电连接所述放大器电路，所述模拟数字转换电路用以将所述输出电压转换为数字形式的一量测值；

所述运算装置连接所述电路板，所述运算装置用以接收所述量测值，并且所述运算装置能根据所述量测值而输出所述扭力值。

3.根据权利要求2所述的扭力量测系统，其特征在于，所述壳体上形成一插槽，所述弹片穿设于所述插槽，通过所述插槽使所述壳体固定而结合于所述弹片上。

4.根据权利要求2或3所述的扭力量测系统，其特征在于，所述运算装置将所述量测值通过一运算式的运算后得到一重量值，所述重量值与所述飞轮的一半径值的乘积为所述扭力值。

5.根据权利要求4所述的扭力量测系统，其特征在于，所述运算式为线性运算式。

6.根据权利要求5所述的扭力量测系统，其特征在于，所述弹片为扁平长条状的不锈钢弹片。

7.一种身体训练器，其特征在于，所述身体训练器包含：

一训练器本体，所述训练器本体包含：

一固定座；

一飞轮，所述飞轮连接所述固定座；

一扭力输出机构，所述扭力输出机构连接所述飞轮以驱动所述飞轮；以及

一刹车件，所述刹车件接触所述飞轮以提供阻力给所述飞轮，并且所述刹车件能相对于所述固定座位移：以及

一扭力量测系统，所述扭力量测系统包含：

一弹片，所述弹片包含一第一端、一第二端与一设置面，所述第一端连接所述刹车件，所述第二端连接所述固定座；以及

一应变规模组，所述应变规模组设置于所述弹片的所述设置面，所述应变规模组能对应于所述弹片的应变量而产生一电阻变化；以及

一运算装置，所述运算装置电连接所述应变规模组，并且所述运算装置能根据所述电阻变化而输出一扭力值，所述扭力值反映所述扭力输出机构所输出的扭力大小。

8.根据权利要求7所述的身体训练器，其特征在于，所述量测装置包含：

一壳体，所述壳体设置在所述弹片上，且所述应变规模组位于所述壳体内，所述壳体上形成一插槽，所述弹片穿设于所述插槽，通过所述插槽使所述壳体固定而结合于所述弹片上；以及

一电路板，所述电路板设置在所述壳体内，且所述电路板的位置相对于所述应变规模组的位置，所述电路板包含一放大器电路与一模拟数字转换电路，所述放大器电路电连接所述应变规模组所形成的一桥式电路，所述放大器电路用以放大所述桥式电路基于所述电阻变化所产生的一输出电压，所述模拟数字转换电路电连接所述放大器电路，所述模拟数字转换电路用以将所述输出电压转换为数字形式的一量测值；

所述运算装置连接所述电路板，所述运算装置用以接收所述量测值，并且所述运算装置能根据所述量测值而输出所述扭力值。

9.根据权利要求8所述的身体训练器，其特征在于，所述运算装置将所述量测值通过一线性运算式的运算后得到一重量值，所述重量值与所述飞轮的一半径值的乘积为所述扭力值。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的身体训练器，其特征在于，所述固定座为一车架；

所述飞轮连接所述固定座，且所述飞轮能相对于所述固定座转动；

所述扭力输出机构包含一齿盘、设置在所述齿盘的曲柄、设置在所述曲柄的踏板以及连接在所述齿盘与所述飞轮之间的链条；

所述刹车件连接一调整杆，所述调整杆设置在所述固定座上。