CN109701208A - 一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备及方法，包括心电检测模块、血压测量模块、肌肉和脂肪测量模块、控制处理模块、磁阻调节模块、人机交互模块、电源模块、划船器主体和云端数据库。发明中的训练设备根据老年健身者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，智能生成合理的和有效的肌肉训练方案。在训练过程中，本发明实时监测老年健身者的心率，通过调整训练强度而达到对心率的调整，并实时监测老年健身者的动态心电和动态血压，对可能发生的运动风险进行预测。结束训练后，会对该次训练进行打分评价，并对可能造成训练未完成的原因进行分析，并结合云端数据库中的历史训练结果进行只能分析，实时调整训练方案，使得训练更加有效和科学性。

Description

一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备及方法

技术领域

本发明主要涉及老年人肌肉训练设备并结合健身、体育科研、生物力学技术领域，具体为基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备及方法。

背景技术

身体肌肉会随着年龄的增长而萎缩，肌肉萎缩是指横纹肌营养障碍，肌肉纤维变细甚至消失等导致的肌肉体积缩小。运动或阻力训练能有效地增强肌肉力量以及阻止肌肉萎缩。

但老年人运动存在风险。跑步和登山等有氧运动有摔倒的风险并对老人的关节也是巨大的负担。健身房的器械训练更是有受伤的风险，例如肌肉拉伤。此外，随着心血管功能的退化，不适当的运动可能会诱发心血管疾病，例如脑出血、心绞痛和心脏骤停等突发性心血管疾病。

在进行划船训练时，每一个屈伸的划臂动作，都能使约90％的伸肌得到锻炼。能有效的让全身更可能多的肌肉参与到运动中来。同时背部肌肉也会有明显的锻炼效果，能让脊背在体前屈和体后伸当中有更大的活动范围，使脊柱的各个关节得到锻炼。这不但能提高肌肉的弹性，也能增强其韧性。

全球第一台划船器于1968年在芬兰由唐特力(TUNTURI)发明，1975年唐特力将电子功能表用于划船器上，1985年唐特力又发明了可监测心率的划船器，为划船器的智能化打下了基础。目前市场上的智能划船器已经可以做到阻力调节，例如APPOLLO AR，和心率监测，例如唐特力。在目前已公开的专利文献中，发明多针对于划船器自身结构的创新，例如CN304865719S划船器(水阻)、CN208097191U一种阻尼结构及其双阻尼划船器和CN108653985A电控划船器及其工作方法。但这些产品或专利文献中没有任何一款划船器是针对老年健身者的，以及根据老年健身者的动态心率实时调节阻力，以及通过对心电数据和血压数据的监测对可能发生的突发性心血管疾病进行预测，也无法实现训练方案的评估和优化调整。

发明内容

本发明技术解决问题：是针对现有技术的空缺和不完备，提供一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备及方法，该设备可根据老年健身者的基础身体参数生成针对性的训练方案，并在训练过程中根据老年健身者实时动态心电和动态血压数据的反馈实时调整训练方案，并对训练中的风险进行预警，在训练完成后会根据训练完成状况进行评估，为下一次训练做出优化调整，使老年健身者肌肉训练更加科学、有效和安全。

本发明采用的技术方案是：一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备，包括心电检测模块、血压测量模块、肌肉和脂肪测量模块、控制处理模块、磁阻调节模块、人机交互模块、电源模块和划船器主体。其特征在于：

所述心电监测模块用于实时获取老年健身者的心电数据，包括静态心电数据和动态心电数据，并发送给所述控制处理模块；

所述血压测量模块用于获取所述老年健身者的血压数据，包括静态血压数据和动态血压数据，并发送给所述控制处理模块；

所述肌肉与脂肪测量模块是四块测量电极组成，并用于获取所述老年健身者的肌肉和脂肪数据后传递给所述控制处理模块；

所述控制处理模块根据所接收的心电数据、血压数据、肌肉和脂肪的重量和分布进行动态分析，得出老年健身者所需划船动作的阻力和训练时长，从而生成肌肉训练方案，并将其反馈给磁阻调节模块和划船器主体；

所述磁阻调节模块是在接收到控制处理模块的实时数据后，根据肌肉训练方案实时调整划船动作的阻力；

所述人机交互模块用于外部数据的采集和导入、内部数据的实时显示和实现对所述智能化老年人肌肉训练设备的人工控制，外部数据包括老年健身者的性别、年龄、身高、体重和心血管疾病史，内部数据包括老年健身者的静态和动态心电数据、静态和动态血压数据以及肌肉和脂肪的重量和分布；

所述电源模块包括肌肉和脂肪测量电源转化器、控制单元低压电源转换器和划船器主体电源转换器，用于为相应模块提供电源；

所述划船器主体为一磁阻划船器，用于执行所述控制处理模块给定的肌肉训练方案。

所述云端数据库用于储存老年健身者的各项信息，包括性别、年龄、身高、体重、心电数据、血压数据、肌肉和脂肪的重量和分布和每次训练结果，云端数据库中还存有不同运动方案和运动风险系统，运动风险系统包括心电风险信号和血压风险信号。

本发明的基于划船动作的智能化老年人肌肉训练方法，包括以下步骤：

(1)打开电源，等待设备初始化完成；

(2)老年健身者登陆系统后，系统通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要领；

(3)训练前，老年健身者需要进行测试，获取其各项参数，包括：静态心电、静态血压、身体肌肉重量与分布和身体脂肪重量和分布，测试步骤按照下述进行：

第一步：所述老年健身者在所述划船器主体外保持站立姿势，带上心电测试器，静止5分钟，完成心电测试；

第二步：所述老年健身者坐在所述划船器上，戴上血压绑带，所述划船器主体左侧血压绑带戴于左上臂，测量肱动脉处血压，所述划船器主体右侧血压绑带戴于脚踝处，测量脚踝血压；

第三步：所述老年健身者脱去鞋袜立于所述划船器主体两侧踏板上，双手握住手柄做前平举姿势，测量身体肌肉和脂肪的重量和分布；

(4)完成训练前测试后，根据老年健身者的心电、血压、肌肉和脂肪数据，结合历史训练方案和训练记录，方案和记录包括老年健身者自身的和数据库中其他人的，进行数据分析，所述控制处理模块对训练中的向心阻力、离心阻力、速率进行组合，并结合的训练组数以及每组的时长，生成初步的针对性的训练方案，如果该老年健身者首次使用该设备则需要先进行注册；

(5)老年健身者根据系统生成的训练方案，进行划船动作训练，在训练过程中，老年健身者需要保持佩戴心电监测模块和血压测量模块，系统实时采集训练时动态心电数据和动态血压数据，所述控制处理模块根据老年健身者的实时动态心电数据和动态血压数据实时调整其训练强度以及时长，若若实时数据出现心电风险信号和血压风险信号时，运动风险系统会发出警告，并终止训练；

(6)提示训练方案完成情况，并对训练方案完成质量进行评价，当训练方案完成质量较低时，系统会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训方法；

(7)训练结束后，训练结果将自动上传至云端数据库，并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整和更新训练方案，每隔一个月，会对老年健身的肌肉重量和分布进行评估，并根据评估结果及时调整之后的训练方案。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)不同于以往的训练划船器，只让健身者依据自身的感觉或者经验去设置训练方案。本发明针对于老年健身者，根据其身体参数，包括肌肉和脂肪重量及分布、静态心电数据和静态血压数据，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对训练强度，包括向心阻力、离心阻力、训练组数和每组时长进行智能组合，生成合理的和有效的的老年人肌肉训练方案。

(2)以往的老年健身者在健身运动中没有安全的保障，尤其是在突发的心血管疾病方面，以往的设备只能做到监测数据，而不能依据监测的数据对训练中的老年健身者进行实时干预。在本发明中，云端数据库中存有心电和血压风险资料，设备会实时采集老年健身者的动态心电和动态血压数据，并通过该数据实时对训练强度进行调整，将其控制在老年健身者可承受的范围内，并预警血压或心电的风险信号，使训练更加安全。

(3)以往训练者在训练结束后，只能从自身的感受去判断训练是否有效或合理，无法科学的调整训练方案。在本发明中，每次训练结束后，设备都会对此次训练进行评价，对可能造成训练方案未完成或未达标的原因进行分析，并将此次训练结果与以往的训练结果进行比较，实时调整训练方案，使训练更加有效和科学。

附图说明

图1是本发明的设备结构示意图；

图2是本发明的系统使用方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明设备由心电检测模块1、血压测量模块2、肌肉和脂肪测量模块3、控制处理模块4、磁阻调节模块5、人机交互模块6、电源模块7和划船器主体8所组成，其中心电监测模块1为无线连接，血压测量模块中的血压带(用于测量肱动脉压)2a由皮管连接于划船器主体8左侧下方，血压测量模块中的血压带(用于测量踝动脉压)2b由皮管连接于划船器主体8右侧下方，肌肉和脂肪测量模块3位于划船器主体8中的手柄与脚踏板上，控制处理模块4置于划船器主体8显示屏内部，磁阻调节模块5位于划船器主体圆形机体内部，人机交互模块6位于划船器主体8的显示屏上，电源模块连接7与划船器主体上，云端数据库9与划船器主体为无线连接。

图2是本发明的设备使用方法流程图，使用一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备时，具体方法步骤如下：

步骤1、打开电源，等待设备初始化完成，并连接云端数据库；

步骤2、老年健身者登陆系统后，设备通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要领；

步骤3、训练前，老年健身者需要通过所述人机交互模块输入外部数据，包括性别、年龄、身高、体重和有无心血管疾病，随后老年健身者需要进行测试，获取其各项参数，包括：静态心电、静态血压、身体肌肉重量与分布和身体脂肪重量和分布，测试步骤按照下述进行：

第一步：所述老年健身者在所述划船器主体外保持站立姿势，带上心电测试器，静止5分钟，完成心电测试；

第二步：所述老年健身者坐在所述划船器上，戴上血压绑带，所述划船器主体左侧血压绑带戴于左上臂，测量肱动脉处血压，所述划船器主体右侧血压绑带戴于脚踝处，测量脚踝血压；

第三步：所述老年健身者脱去鞋袜立于所述划船器主体两侧踏板上，双手握住手柄做前平举姿势，测量身体肌肉和脂肪的重量和分布；

步骤4、完成训练前测试后，根据老年健身者的各项参数并根据已有数据库模型对训练中的向心阻力、离心阻力、速率进行组合，并结合的训练组数以及每组的时长，生成初步的针对性的训练方案，其中阻力分为1-10个等级；

步骤5、老年健身者根据系统生成的训练方案，进行划船动作训练，在训练过程中，老年健身者需要佩戴心电监测模块和血压测量模块，系统实时采集训练时动态心电数据和动态血压数据，所述控制处理模块根据老年健身者的实时动态心电数据和动态血压数据实时调整其训练强度，具体方法如下：

(1)根据每位老年健身者所测的年龄、身高、静态心电、静态血压、肌肉和脂肪数据，并结合数据库中其他老年健身者的训练经验，生成其训练强度下限Lv0和训练强度上限Lv1；

(2)通过所述静态心电得到所述老年健身者的静态心率，并设置为HRrest，依据年龄计算出其最大安全心率，设置为HRmax；

(3)利用所述心电监测模块测量所述老年健身者的动态心电，将其中动态心率设置为HRsport；

(4)通过所述老年健身者的静态肱动脉血压和踝动脉血压，并通过数据库中所储存的其他老年健身者的动态肱动脉血压和动态踝动脉血压，计算出所述老年健身者训练中的最大安全肱动脉血压BPs1和最大安全踝动脉血压BPs2；

(5)利用公式(1)和式(2)分别获得所述健身者训练中的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1：

HRsport0＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv0； (1)

HRsport1＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv1； (2)

HRsport0表示训练中的心率下限值，HRsport1表示训练中的心率上限值，HRrest表示静态心率值，HRmax表示最大安全心率值，Lv0表示训练强度下限值，Lv1表示训练强度上限值。

(6)获得所述健身者训练中的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1之差作为心率的控制目标范围，并对所述健身者的训练时长进行分段处理，获得热身阶段、起步阶段、高峰阶段、维持阶段和调整阶段，各个阶段训练由所述控制处理模块控制训练中的阻力和训练时长来调整；

所述起步阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的40％-50％，其中训练阻力为1-3；

所述高峰阶段的心率参考值为所述心率差值的80％-90％；其中训练阻力为8-10；

所述维持阶段的心率参考值为述心率差值的70％-80％；其中训练阻力为4-7；

所述调整阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的20％，其中训练阻力为1-3，并逐步下降到所述心率下限HRsport0；

在训练过程中，训练强度可由专家依据老年健身者的情况的进行干预调整；

(7)在出现如下情况时，所述控制处理模块将通过人机交互模块做出停止训练的指令：

a、训练中肱动脉血压超过BPs1，训练中踝动脉血压超过BPs2；

b、训练中动态心电数据出现风险信号，例如：训练中的心率超过最大安全心率HRmax，心电数据出现缺血性J波、T波电交替和尼加拉瓜瀑布样T波。

步骤6、提示训练完成，对老年健身者的训练结果进行评价，评价依据训练完成情况进行打分，1-100分，评分项目包括：训练方案中的离心阻力、向心阻力、训练组数和每组时长，当老年健身者完成训练方案中每一项时，会得到满分，未完成项目会依据未完成情况扣除相应的分数，当训练方案未完成时，设备会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法；

步骤7、训练结束后，结果将自动上传至云端数据库，训练结果通过报表形式展现给老年健身者，并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时更新数据库，并调整和更新训练方案，每隔一个月，会对老年健身的肌肉重量和分布进行评估，并根据评估结果及时调整之后的训练方案。

Claims (2)

1.一种基于划船动作的智能化老年人肌肉训练设备，其特征在于：包括，心电检测模块、血压测量模块、肌肉和脂肪测量模块、控制处理模块、磁阻调节模块、人机交互模块、电源模块、划船器主体和云端数据库；

所述心电监测模块，用于实时获取老年健身者的心电数据，包括静态心电数据和动态心电数据，并发送给所述控制处理模块；

所述血压测量模块，用于获取所述老年健身者的血压数据，包括静态血压数据和动态血压数据，并发送给所述控制处理模块；

所述肌肉与脂肪测量模块，是四块测量电极组成，并用于获取所述老年健身者的肌肉和脂肪数据后传递给所述控制处理模块；

所述控制处理模块，根据所接收的心电数据、血压数据、肌肉和脂肪的重量和分布进行动态分析，得出老年健身者所需划船器主体的阻力和训练时长，从而生成肌肉训练方案，并将其反馈给磁阻调节模块和划船器主体；

所述磁阻调节模块，在接收到控制处理模块的实时数据后，根据肌肉训练方案实时调整划船动作的阻力；

所述人机交互模块，用于外部数据的采集和导入、内部数据的实时显示和实现对所述智能化老年人肌肉训练设备的人工控制，外部数据包括老年健身者的性别、年龄、身高、体重和心血管疾病史，内部数据包括老年健身者的静态和动态心电数据、静态和动态血压数据以及肌肉和脂肪的重量和分布；

所述电源模块，包括肌肉和脂肪测量电源转化器、控制单元低压电源转换器和划船器主体电源转换器，用于为相应模块提供电源；

所述划船器主体，为一磁阻划船器，用于执行所述控制处理模块给定的肌肉训练方案；

所述云端数据库，用于储存老年健身者的各项信息，包括性别、年龄、身高、体重、心电数据、血压数据、肌肉和脂肪的重量和分布和每次训练结果，云端数据库中还存有不同运动方案和运动风险系统，运动风险系统包括心电风险信号和血压风险信号。

2.采用权利要求1所述设备进行基于划船动作的智能化老年人肌肉训练方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)打开电源模块，等待设备初始化完成，并连接上云端数据库；

(2)老年健身者登陆系统后，系统通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要领；

(3)训练前，老年健身者需要进行测试，以获取其各项参数，包括：静态心电、静态血压、肌肉和脂肪的重量和分布，测试步骤按照下述进行：

(31)所述老年健身者在所述划船器主体外保持站立姿势，佩戴心电测试模块，静止5分钟，完成心电测试；

(32)所述老年健身者坐在所述划船器上，戴上血压绑带，所述划船器主体左侧血压绑带戴于左上臂，测量肱动脉处血压，所述划船器主体右侧血压绑带戴于脚踝处，测量脚踝血压；

(33)所述老年健身者脱去鞋袜立于所述划船器主体两侧踏板的电极上，双手握住手柄的电极处做前平举姿势，测量身体肌肉和脂肪的重量和分布；

(4)完成训练前测试后，根据老年健身者的各项参数，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，所述控制处理模块对训练强度进行调整，训练强度包括：向心阻力、离心阻力、训练组数和每组的时长，生成初步的针对性的训练方案，如果该老年健身者首次使用该设备则需要先进行注册，并匹配数据库中已存在的模型形成训练方案；

(5)老年健身者根据系统生成的训练方案，进行划船动作训练，在训练过程中，实时采集训练时反馈的数据，包括动态心电数据和动态血压数据，所述控制处理模块根据老年健身者的实时动态心电数据和动态血压数据实时调整其训练强度，若实时数据出现心电风险信号和血压风险信号时，运动风险系统会发出警告，并终止训练；

(6)提示训练方案完成情况，并对训练方案完成质量进行评价，当训练方案完成质量较低时，系统会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练方法；

(7)训练结束后，训练结果将自动上传至云端数据库，训练结果通过报表形式展现给老年健身者；并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整和更新训练方案。