CN110302497A - 可变换腿部运动方式的动力式运动器材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变换腿部运动方式的动力式运动器材，主要是以二驱动机构分别驱动左、右二踏板位移，并且以位置测定装置及受力测定装置测定踏板的位置及受力状况；另有一控制单元能控制所述驱动机构的驱动动作以及接收各测定装置的测定内容，并且储存有能供选择的多种运动方案；至少在特定的运作期间，控制单元会反复不断地依据踏板目前的位置及受力状况等资讯，判断左、右二踏板接着应该分别往什么方向位移，以符合或趋向符合一选定的运动方案所设定的踏板位移轨迹及踏板相互关系，并且即时控制所述驱动机构驱动踏板往所判断的方向位移。

Description

可变换腿部运动方式的动力式运动器材

技术领域

本发明与运动器材有关，特别是指一种可供进行腿部运动的运动器材。

背景技术

基本上，如固定式脚踏车、椭圆运动机、踏步机之类具有左、右二踏板的腿部运动器材，大多是供使用者以特定的腿部运动交替踩踏，使踏板沿着预定轨迹循环绕转或往复位移。先前技术中，某些椭圆运动机可通过调整构件位置来改变踏板位移轨迹的长轴仰角，另外某些椭圆运动机可适应使用者迈开脚步的力量而扩大或缩小踏板位移的前后幅度，主要都在变化腿部运动的位移量或运动难度。进而，目前市面上有些特定的运动器材，例如美国Precor公司的“Adaptive Motion Trainer”、Octane Fitness公司的“Zero Runner”、NordicTrack公司的“FreeStride”等，其中的左、右二踏板可适应使用者双脚的施力方式而产生不同形式的位移，典型来说可进行类似踏步机中的往复升降动作，以及类似椭圆运动机中的循环绕转动作，并可高度自由地控制踏板位移轨迹的形状及幅度，因而能大致模拟原地踏步、走路、慢跑、跑步等多种腿部运动。不过，由于机构上的限制，上述特定运动器材可能产生的踏板位移轨迹、踏板位移时的角度变化、左、右二踏板的相互关系等，通常会相互牵制而顾此失彼，很难同时重现人体在各种腿部运动中的理想脚部位移轨迹及脚部角度变化。此外，因为上述特定运动器材中的踏板的活动自由度较多，所以使用者通常要有较好的运动协调性，或至少需要一段时间去摸索及习惯踏板的动态，才能随心所欲进行各种腿部运动。

对比于一般运动器材是供使用者进行主动运动(active exercise)，常见于医疗复健用途的动力式运动器材则可让使用者进行被动运动(passive exercise)，例如，通过马达驱动左、右二踏板沿着圆形轨迹定速绕转，以带动使用者的双腿进行类似踩脚踏车的动作，或是通过可程序化控制的动力机构驱动左、右二踏板分别沿着预定轨迹位移及变化角度，以带动使用者的双腿进行标准或经过调校的走路动作。使用上述动力式运动器材时，使用者的双腿不需主动出力及协调控制，可完全任由动力机构带动其脚部位移，迫使双腿反复伸直、屈曲，以达到活动关节及伸缩肌肉、韧带的目的。

到目前为止，相关领域中仍然缺乏一种腿部运动器材，可让使用者由多种腿部运动中随意进行及变换所需的运动，各种运动中的脚部位移轨迹、脚部角度变化、左脚与右脚的相互关系等都能符合理想状态，而且，使用者是进行主动运动而非被动运动，也就是双腿必须主动出力及协调控制，才能以使左、右二踏板分别往预期的方向位移。

另外，例如韵律舞、瑜珈、武术等，由一位教练带领多位学员同时进行相同运动的团体训练方式由来已久，而近来也兴起一股利用腿部运动器材进行团体训练的风潮，也就是，在同一场所(通常是健身中心)，一位教练在多位学员前面使用一腿部运动器材进行运动，而每位学员也各自使用一相同的腿部运动器材，并且跟从教练的带领进行相同的运动，以完成预定的训练课程，其中，教练除了全程运动供学员效仿，还会不时以喊话的方式指示学员跟着其调高或调低运动器材的运动阻力、加快或减慢运动速度、变换不同的运动姿势等。更先进的，有业者将训练课程录制成影片，让学员可在家中的运动器材上播放前述影片，并且跟从影片中的教练带领进行相同的运动。然而，无论是现场的集团训练或是个人在家利用影片进行的训练，习知方式很难确保每位学员都能良好地跟从教练的示范及指示，在对应的时间进行与教练相同的运动。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可变换腿部运动方式的动力式运动器材，能让使用者由多种腿部运动中随意地进行及变换所需的运动，而且进行运动时需主动出力及协调控制，因此能获得主动运动的运动效果。

本发明的另一目的则在于提供一种运动系统，可供一教练带领至少一学员同步或非同步进行相同的运动，而且，前述运动系统能够有效协助学员在对应的时间进行与教练相同的运动，以获得预期的运动效果。

为达到上述目的，本发明所提供的一种可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于包含有：一架体；一左踏板，用于承载使用者的左脚；一右踏板，用于承载使用者的右脚；一左驱动机构，连接在所述架体与所述左踏板之间，能通过动力驱动所述左踏板相对于所述架体位移，而且至少能改变所述左踏板整体的高低位置及前后位置；一右驱动机构，连接在所述架体与所述右踏板之间，能通过动力驱动所述右踏板相对于所述架体位移，而且至少能改变所述右踏板整体的高低位置及前后位置；一位置测定装置，能测定所述左踏板及所述右踏板其中至少一个相对于所述架体的位置；一左受力测定装置，能测定所述左踏板的受力状况；一右受力测定装置，能测定所述右踏板的受力状况；一界面装置，能供使用者输入资讯；一控制单元，与所述左驱动机构、所述右驱动机构、所述位置测定装置、所述左受力测定装置、所述右受力测定装置及所述界面装置电性连接，能控制所述左驱动机构及所述右驱动机构的驱动动作、接收各所述测定装置的测定内容，以及接收使用者经由所述界面装置输入的资讯；此外，所述控制单元储存有能供使用者选择的多种运动方案，各所述运动方案设定有所述左踏板及所述右踏板的位移轨迹，以及所述左踏板与所述右踏板在所述位移轨迹上的相互关系；所述运动器材能供使用者踩站在所述左踏板及所述右踏板上进行主动的腿部运动；至少在一特定的运作期间，所述控制单元会反复不断地依据包含所述左踏板及所述右踏板其中至少一个目前的位置、所述左踏板目前的受力状况及所述右踏板目前的受力状况在内的资讯，判断所述左踏板及所述右踏板接着应该分别往什么方向位移，以符合或趋向符合一选定的所述运动方案所设定的所述位移轨迹及所述相互关系，并且即时控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板往所判断的方向位移，其中，所述左踏板及所述右踏板任一个的受力状况均会影响自身及另一个的位移动作。

上述本发明的技术方案中，所述左驱动机构还能驱动所述左踏板改变其相对于所述架体的角度；所述右驱动机构还能驱动所述右踏板改变其相对于所述架体的角度；各所述运动方案还设定有所述左踏板及所述右踏板在对应的所述位移轨迹上的角度变化；所述控制单元会依据选定的所述运动方案的设定内容，控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板在预定位置呈现预定角度。

所述左受力测定装置能感测使用者的左脚对所述左踏板的前半区域及后半区域的施力大小；所述右受力测定装置能感测使用者的右脚对所述右踏板的前半区域及后半区域的施力大小；所述控制单元能基于所述左受力测定装置的测定内容得到一视为作用在所述左踏板中间部位的净力的方向及大小，以及基于所述右受力测定装置的测定内容得到一视为作用在所述右踏板中间部位的净力的方向及大小。

至少一所述运动方案设定所述位移轨迹为一具有高低位移量及前后位移量的封闭轨迹，并且设定侧视下所述左踏板及所述右踏板在所述封闭轨迹上保持相对，此外，所述封闭轨迹定义有一正循环方向及一逆循环方向；所述控制单元进行所述判断时，如果选定的所述运动方案的位移轨迹为所述封闭轨迹，则当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述正循环方向上的受力大于另一个的对应于所述逆循环方向上的受力超过一预设的阻力值，所述控制单元会控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板往对应于所述正循环方向的方向位移。

当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述正循环方向上的受力大于另一个的对应于所述逆循环方向上的受力超过所述阻力值愈多，则所述左驱动机构及所述右驱动机构驱动所述左踏板及所述右踏板位移的速率愈快。

至少一所述运动方案设定所述位移轨迹为一具有相对二端的非封闭轨迹，并且设定当所述左踏板及所述右踏板其中一个位于所述非封闭轨迹的第一端时，另一个会位于所述非封闭轨迹的第二端，此外，所述非封闭轨迹的第一端高于第二端，并定义有一由所述第一端至所述第二端的下降方向，以及一由所述第二端至所述第一端的上升方向；所述控制单元进行所述判断时，如果选定的所述运动方案的位移轨迹为所述非封闭轨迹，则当所述左踏板的对应于所述下降方向上的受力大于所述右踏板的对应于所述下降方向上的受力超过一预设的阻力值，所述控制单元会控制所述左驱动机构驱动所述左踏板往对应于所述下降方向的方向位移，同时控制所述右驱动机构驱动所述右踏板往对应于所述上升方向的方向位移，反之，当所述右踏板的对应于所述下降方向上的受力大于所述左踏板的对应于所述下降方向上的受力超过阻力值，所述控制单元会控制所述右驱动机构驱动所述右踏板往对应于所述下降方向的方向位移，同时控制所述左驱动机构驱动所述左踏板往对应于所述上升方向的方向位移。

当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述下降方向上的受力大于另一个的对应于所述下降方向上的受力超过所述阻力值愈多，则所述左驱动机构及所述右驱动机构驱动所述左踏板及右踏板位移的速率愈快。

所述界面装置具有一能供使用者设定所述阻力值的设定界面。

所述运动器材还包含有一位移测定装置，能测定所述左踏板及所述右踏板其中至少一个相对于所述架体的位移速度或加速度；所述控制单元也与所述位移测定装置电性连接，能接收所述位移测定装置的测定内容；所述控制单元进行所述判断所依据的资讯，也包含所述左踏板及所述右踏板其中至少一个目前的位移速度或加速度。

所述运动器材还包含有一左握把、一右握把、一能驱动所述左握把位移的左握把驱动机构、一能驱动所述右握把位移的右握把驱动机构、一能测定所述二握把其中至少一个的位置的握把位置测定装置、一能测定所述左握把的受力状态的左握把受力测定装置，以及一能测定所述右握把的受力状态的右握把受力测定装置；所述控制单元能控制所述二握把驱动机构的驱动动作，以及接收所述握把位置测定装置及所述二握把受力测定装置的测定内容；至少一所述运动方案中还设定有所述二握把的位移轨迹、所述二握把在所述位移轨迹上的相互关系，以及所述二握把与所述二踏板的相互关系。

采用上述技术方案，使用者可通过所述界面装置选择所要进行的运动方案，由所述控制单元反复地依据左、右二踏板目前的位置及使用者对踏板的施力状况等资讯，即时控制踏板依据所述运动方案所设定的方式位移；或者，使用者可以不用通过所述界面装置选择运动方案，由所述控制单元反复地依据左、右二踏板目前的位置及使用者对踏板的施力状况等资讯，自动选定一合适的运动方案(包含维持目前的运动方案)，并且即时控制踏板依据所述运动方案所设定的方式位移。

附图说明

图1是本发明第一较佳实施例的动力式运动器材的构成示意图；

图2是本发明第一较佳实施例的动力式运动器材的机构部分的侧视图，并且示意一使用者借以进行腿部运动；

图3是本发明第二较佳实施例的动力式运动器材的机构部分的侧视图；

图4是本发明第三较佳实施例的动力式运动器材的机构部分的侧视图；

图5A至图5C示意依据踏板前半及后半区域的受力判定使用者脚部施力方向的三种状况；

图6A及图6B示意依据踏板枢轴的扭力判定使用者脚部施力方向的两种状况；

图7示意第一运动方案设定的踏板位移轨迹及左、右二踏板的相互关系；

图8示意第二运动方案设定的踏板位移轨迹及左、右二踏板的相互关系；

图9示意第三运动方案设定的踏板位移轨迹及左、右二踏板的相互关系；

图10示意第四运动方案设定的踏板位移轨迹及左、右二踏板的相互关系；

图11A及图11B示意依据踏板的受力状况决定由一位移轨迹变换成另一位移轨迹的两种状况；

图12是本发明提供的运动系统的示意图。

具体实施方式

现举以下实施例并结合附图对本发明的结构及功效进行详细说明。

请先参阅图1及图2，本发明第一较佳实施例的动力式运动器材1具有一架体10，架体10架立在地面上，具有相对的一左侧部12及一右侧部14，左侧部12与右侧部14之间形成一运动空间S，使用者可经由架体10的后端进入或退出运动空间S。架体10的前端顶侧设有一界面装置20及一握把组30。界面装置20如同一般运动器材中的控制台(console)，可输出资讯予使用者，并可供使用者输入资讯，例如通过LED阵列或液晶显示器输出使用导引、运动状况等资讯，以及通过按钮或触控荧幕让使用者输入运动参数、运作指令等资讯。握把组30可供运动中的使用者捉握，图中显示握把组30固定在架体10上，使用者在进行腿部运动时可捉握固定式握把组30以维持其上身稳定。本发明也可设置活动式握把组(取代固定式握把组，或是与固定式握把组并存)，让使用者在进行腿部运动的同时也能进行手部运动，此部分在后文中会进一步说明。

运动空间S内具有一用于承载使用者左脚的左踏板40L，以及一用于承载使用者右脚的右踏板40R。一左驱动机构50L连接在架体10的左侧部12与左踏板40L之间，一右驱动机构50R连接在架体10的右侧部14与右踏板40R之间，左驱动机构50L及右驱动机构50R可利用动力(例如电力、油压、气压等)分别驱动左踏板40L及右踏板40R相对于架体10位移，包含升降、进退、偏转等，必要时也可使左踏板40L及右踏板40R定位在所需位置及角度。

在本较佳实施例中，左驱动机构50L及右驱动机构50R各具有一第一偏转臂51及一第二偏转臂52，其中，第一偏转臂51的第一端(即图中的顶端)依据一对应于左右轴向的第一轴线(图中未示)枢接在架体10的左侧部12或右侧部14，第二偏转臂52的第一端(即图中的顶端)依据一对应于左右轴向的第二轴线(图中未示)枢接在第一偏转臂51的第二端(即图中的底端)。左踏板40L及右踏板40R分别依据一对应于左右轴向的第三轴线(图中未示)枢接在对应的第二偏转臂52的第二端(即图中的底端)内侧，各具有一供使用者单脚踩踏的顶面。各第一偏转臂51与架体10之间、各第二偏转臂52与对应的第一偏转臂51之间，以及各踏板40L、40R与对应的第二偏转臂52之间，分别设有一可通过伺服控制器或伺服驱动器驱控运转的伺服马达(图中未示)，由此可独立驱动各第一偏转臂51依据前述第一轴线以预定角速度偏转预定角度、独立驱动各第二偏转臂52依据前述第二轴线以预定角速度偏转预定角度，以及独立驱动各踏板40L、40R依据前述第三轴线以预定角速度偏转预定角度。通过适当组合第一偏转臂51及第二偏转臂52的上述偏转动作，即可驱动左踏板40L及右踏板40R各自在一YZ平面上以预定速率朝预定方向位移(注：YZ平面是指由Y轴及Z轴共同定义的平面，其中，Y轴代表上下轴向，Z轴代表前后轴向)，进而，通过不断地改变驱动位移的方向及速率，即可驱动各踏板40L、40R在其可能活动范围内沿着任意轨迹进行匀速或非匀速的位移。此外，通过(配合第二偏转臂52的角度)驱动踏板40L、40R相对于第二偏转臂52偏转，可控使各踏板40L、40R在特定位置呈现所需角度，例如使其顶面呈现水平，或是使其顶面以预定斜度朝向前上方或后上方。同一侧边的三组伺服马达均停止运转时，该侧边的踏板40L、40R会定位在当时的位置及角度。

由图2可以看出，本较佳实施例中的左驱动机构50L及右驱动机构50R的位置、结构及动作均大致对应于使用者的双腿。在制造面，此种机构有利于脚部运动轨迹及踏板驱控程序的设计，例如可依据人体工学(Ergonomics)及人体肌动学(Kinesiology)等相关知识设定第一偏转臂51(对应于人体大腿)、第二偏转臂52(对应于人体小腿)及踏板40L、40R(对应于人体脚部)的可能偏转范围及理想角度关系，借以设定合理、自然的踏板活动范围及角度变化，以及设计特定的踏板位移轨迹以带动使用者进行预期的腿部运动。在使用面，因为第一偏转臂51及第二偏转臂52仿现人体下肢的形状及动作，所以使用者进行腿部运动时会直觉互动，因而有较佳的使用者体验(user experience)。

当然，除了上述结构，本发明中的踏板驱动机构也可采用其他结构。例如，在图2所示结构的一种变型结构中(无图)，第一偏转臂改成以其前端枢接在架体的前端，第二偏转臂改成以其前端枢接在第一偏转臂的后端，踏板则是对应枢接在第二偏转臂的后端，如此，前述架体的左侧部及右侧部能够省略。以下再搭配图面举述两种不同型式的踏板驱动机构。要先声明的是，不同较佳实施例之间的相同或对应构件，会标示相同的符号。

请参阅图3，在本发明第二较佳实施例的动力式运动器材2中，左驱动机构50L及右驱动机构50R各具有一平移座53及一纵移座54，其中，平移座53以可沿着前后轴向(Z轴)直线位移的方式设在架体10的左侧部12或右侧部14，可被独立驱动而以预定速率向前或向后位移预定距离，纵移座54以可沿着上下轴向(Y轴)直线位移的方式设在平移座53上，可被独立驱动而以预定速率向上或向下位移预定距离。左踏板40L及右踏板40R分别依据一对应于左右轴向的轴线枢接在对应的纵移座54内侧，可被独立驱动而依据前述轴线以预定角速度偏转预定角度。通过适当组合平移座53的前后位移动作及纵移座54的上下位移动作，便可驱动左踏板40L及右踏板40R各自在一YZ平面上以预定速率朝预定方向位移，乃至沿着任意轨迹位移。通过驱动踏板40L、40R偏转，可控制踏板40L、40R在特定位置呈现所需角度。在图3所示结构的一种变型结构中(无图)，各驱动机构具有一可在架体上上下位移的纵移座及一可在前述纵移座上前后位移的平移座，踏板则是对应枢接在前述平移座上。

请参阅图4，在本发明第三较佳实施例的动力式运动器材3中，左驱动机构50L及右驱动机构50R各具有一偏转臂55及一位移座56，其中，偏转臂55的其中一端(本例为顶端)依据一对应于左右轴向的轴线(图中未示)枢接在架体10的左侧部12或右侧部14，可被独立驱动而依据前述轴线以预定角速度偏转预定角度，位移座56以可沿着偏转臂55的长轴向直线位移的方式设在偏转臂55上，可被独立驱动而以预定速率朝偏转臂55的第一端或第二端位移预定距离。左踏板40L及右踏板40R分别依据一对应于左右轴向的轴线枢接在对应的位移座56内侧，可被独立驱动而依据前述轴线以预定角速度偏转预定角度。通过适当组合偏转臂55的前述偏转动作及位移座56的前述直线位移动作，便可驱动左踏板40L及右踏板40R各自在一YZ平面上以预定速率朝预定方向位移，乃至沿着任意轨迹位移。通过(配合偏转臂55的角度)驱动踏板40L、40R偏转，可控制踏板40L、40R在特定位置呈现所需角度。

在上面揭示的几个较佳实施例中，驱动机构50L、50R仅能改变踏板40L、40R整体的高低位置及前后位置，换言之，各踏板40L、40R的可能活动范围及位移轨迹均被限定在一YZ平面上。如果上述驱动机构50L、50R本身的结构基本不变，但相对于架体10的方向关系稍加改变，例如使第一及第三较佳实施例中的偏转臂51、52、55的偏转轴线不对应于左右轴向(X轴)，或是使第二较佳实施例中的平移座53及/或纵移座54的直线位移轨迹具有左右方向的偏斜，则踏板40L、40R相对于架体10的左右位置即可改变，例如可被驱动往右后方或往左上方位移(注：踏板的可能活动范围及位移轨迹仍被限定在一平面上，但不是YZ平面)。

进而，本发明可能利用结构较复杂的驱动机构，使能驱动踏板沿着一位于三维曲面上的预定轨迹位移。举个最简单的例子：如前所述，图3中的驱动机构50L、50R各具有一可沿Z轴(前后轴向)位移的平移座53及一可沿Y轴(上下轴向)位移的纵移座54，如果各侧边再增加一个可沿X轴(左右轴向)位移的横移座(图中未示)，构成机器手臂(robotic arm)领域中的所谓笛卡儿坐标机器人(Cartesian coordinaterobot)，通过适当组合上下位移、前后位移及左右位移的动作，即可驱动各踏板40L、40R沿着三维空间中的任意轨迹位移。

另一方面，在上面揭示的几个较佳实施例中，踏板40L、40R本身的角度变化，仅能依据(例如穿过踏板后端或中间部位的)一对应于左右轴向的轴线进行偏转，即踏板前端相对于后端升高或降低。类似地，本发明可能利用结构较复杂的驱动机构，使能驱动踏板产生更丰富的角度变化，例如，驱动踏板40L、40R依据一对应于上下轴向的轴线偏转，使其前端相对于后端偏内或偏外，及/或驱动踏板40L、40R依据一对应于前后轴向的轴线偏转，使其内侧相对于外侧升高或降低。

在一个极端的例子中，本发明中的驱动机构采用机器手臂领域中的所谓六轴机器人(6-axis robot)，不仅能够驱动踏板在三维空间中任意位移，还能驱动踏板依据三个相互垂直的轴线适当偏转，使踏板顶面及长轴向呈现各种所需角度。本发明中的驱动机构并不限定使用电动马达等电动致动器，例如也可采用油压或气压伺服系统进行驱控。

接着将说明本发明的其他构件、整体动作及功能等。要先声明的是，以下的技术内容(即便参阅图1进行说明)，除非有特别指定或显然无法适用，否则均适用于本发明各较佳实施例的动力式运动器材1、2、3，以及采用其他驱动机构的各种可能实施结构。

如图1所示，前述动力式运动器材还具有二位置测定装置60、二角度测定装置70及二位移测定装置80，简单来说，各测定装置60、70、80可分别测定踏板40L、40R相对于架体10的位置、角度及位移。各测定装置60、70、80输出的测定内容，即对应于踏板位置、角度、位移的数值或讯号，可作为驱动踏板40L、40R位移(包含偏转)的回授。

二位置测定装置60可分别测定左踏板40L及右踏板40R相对于架体10的位置，包含高低位置及前后位置。在第一较佳实施例中，各位置测定装置60可能通过测定对应的驱动机构50L、50R的第一偏转臂51相对于架体10的角度以及第二偏转臂52相对于第一偏转臂51的角度，以推算出踏板40L、40R的位置，例如踏板40L、40R与第二偏转臂52相互枢接的部位的Y,Z坐标。其中，测定第一、第二偏转臂51、52角度的方法，例如可应用旋转编码器(rotaryencoder)或解角器(resolver)等习知技术感测前述伺服马达的转轴旋转方向、旋转圈数及角位置，以推算出受其决定的偏转臂51、52目前的角度。类似的手法也可应用于第二、第三较佳实施例的动力式运动器材2、3，即，测定图3中的平移座53的前后位置以及纵移座54的高低位置，或是测定图4中的偏转臂55的角度以及位移座56在偏转臂55上的位置，即可推算出对应的踏板40L、40R位置。当然，除了上述手法，实际上可通过测量或推算踏板40L、40R位置的手法还有很多，例如可应用红外线感测、超声波感测、电磁感测、光感测、影像感测等习知技术感测驱动机构50L、50R的构件位置或角度，或是直接感测踏板40L、40R的高低位置及前后位置等。

二角度测定装置70可分别测定左踏板40L及右踏板40R相对于架体10(或相对于地面)的角度。在第一较佳实施例中，各角度测定装置70可能通过测定对应的驱动机构50L、50R的第一偏转臂51相对于架体10的角度、第二偏转臂52相对于第一偏转臂51的角度，以及踏板40L、40R相对于第二偏转臂52的角度，以推算出踏板40L、40R的角度，例如踏板前端相对于后端的仰角/俯角。类似的手法也可应用于图3、图4的动力式运动器材2、3，不再赘述。当然，除了上述手法，实际上可通过测量或推算踏板40L、40R角度的手法还有很多，例如可直接在踏板40L、40R上装设习知的倾斜计(gradienter)或陀螺仪(gyroscope)等。

二位移测定装置80可分别测定左踏板40L及右踏板50R相对于架体10的位移速度(velocity)或加速度，包含位移的方向以及在该方向上的速率(speed)或速率变化。各位移测定装置80可能通过测定对应的驱动机构50L、50R的构件位移方向(包含旋向)及速率，以推算出踏板40L、40R的位移速度，例如在图3中，平移座53前后位移的向量及纵移座54上下位移的向量直接合成踏板40L、40R在YZ平面上的位移向量。或者，位移测定装置80可能利用位置测定装置(不限于上述较佳实施例的手法)持续测定踏板位置，基于相隔预定时间(例如0.1秒)的两个时间点上的位置差异，计算出踏板在该时间的平均速度，这里，位置测定装置60及特定运算模组构成了位移测定装置80。当然，除了上述手法，实际上可通过测量或推算踏板40L、40R位移速度或加速度的手法还有很多，例如直接在踏板40L、40R上装设习知的加速规(accelerometer)或螺陀仪等。

上面提及的位置测定装置60、角度测定装置70及位移测定装置80的可能实施方式，包含其中可能应用到的各种感测器、感测方法、角度或位置推算方法等，都是例如机械自动化控制、机器手臂、马达伺服系统等领域的成熟技术，容不在此详述。

在本发明中，左踏板40L的位置及位移与右踏板40R的位置及位移可能具有预定的相互关系(后详)，使得只要得知左踏板40L及右踏板40R其中一个目前的位置及位移速度(或加速度)，便能推算出另一个目前的位置及位移速度(或加速度)，因此，本发明的动力式运动器材可能仅有一位置测定装置及一位移测定装置，用于直接测定其中一踏板的位置及位移，并可藉以推算(间接测定)另一踏板的位置及位移。此外，在本发明中，各踏板40L、40R的位置与角度可能具有预定的配合关系(后详)，使得只要得知踏板40L、40R目前的位置，便能(例如通过查表法)求出踏板40L、40R目前的角度，因此，本发明的动力式运动器材可能没有角度测定装置70，或者说，位置测定装置60及特定运算模组构成了角度测定装置70。

如图1示意，前述动力式运动器材还具有一左受力测定装置45L及一右受力测定装置45R，可分别测定左踏板40L及右踏板40R的受力状况，质言之，可用于测定使用者进行腿部运动时的左脚对左踏板40L的施力状况以及右脚对右踏板40R的施力状况。实际上，各受力测定装置45L、45R可能在对应的踏板40L、40R的顶面下方设置习知的压力感测器(图中未示)，以感测垂直于踏板40L、40R顶面的压力大小。较佳地，各踏板40L、40R上分隔设置多个前述压力感测器，使能依据压力的分布状况判定踏板整体的受力方向及大小。例如，踏板的前半区域及后半区域各设有一前述压力感测器，可分别感测踏板前半区域及后半区域(的特定部位)所承受的压力，使能通过预定演算法得到一视为作用在踏板中间部位的净力，或者说是踏板整体的受力。请参阅图5A至图5C，以踏板40顶面呈现水平为例(注：标记40表示左踏板40L及右踏板40R均适用，下同)，如图5A示意，当踏板40的前半区域(图中右侧)及后半区域(图中左侧)受力相等，判定为踏板40的中间部位承受一垂直向下的净力N，或者说，判定为使用者脚部F对踏板40整体施加一垂直向下的净力N；如图5B示意，当踏板40前半区域的受力大于后半区域，判定为使用者脚部F对踏板40整体施加一向下且向后的净力N；如图5C示意，当踏板40后半区域的受力大于前半区域，判定为使用者脚部F对踏板40整体施加一向下且向前的净力N。净力N相对于踏板40的具体角度可依据踏板40前半区域及后半区域的受力比例决定。搭配上述踏板角度测定，可换算出净力N相对于架体10(或相对于地面)的角度。净力N的大小则可依据踏板40前半区域及后半区域的受力总和决定。

各受力测定装置45L、45R也可能在对应的踏板40L、40R与驱动装置50L、50R之间，例如对应前述第三轴线的枢轴部位，设置习知的重量感测器(图中未示)，以感测踏板40L、40R承载的重量。进而，受力测定装置45L、45R还可能在踏板40L、40R的枢轴上设置习知的扭力感测器(图中未示)，使能依据前述扭力判定踏板整体的受力方向。请参阅图6A及图6B，同样以踏板40顶面呈现水平为例，如图6A示意，当踏板40中间部位的枢轴承受一对应于图中顺时钟方向的扭力，代表踏板40前半区域(图中右侧)的受力大于后半区域(图中左侧)，判定为使用者脚部F对踏板40整体施加一向下且向后的净力N；如图6B所示，当前述枢轴承受一对应于图中逆时钟方向的扭力，代表踏板40后半区域的受力大于前半区域，判定为使用者脚部F对踏板40整体施加一向下且向前的净力N。净力N相对于踏板40的具体角度可依据前述扭力及前述重量的大小决定。

如图1所示，前述动力式运动器材还具有一控制单元90，控制单元90广义上是指能以预定方式处理电性讯号的相关硬件、软件、韧体总成，实际上通常以一内置特定程序的微控制器(MCU)作为处理核心。控制单元90与界面装置20电性连接，可控制界面装置20的输出内容，以及接收使用者经由界面装置20输入的资讯。控制单元90也与左驱动机构50L及右驱动机构50R电性连接，可控制左驱动机构50L及右驱动机构50R的驱动动作，实质上等于控制左踏板40L及右踏板40R的位移。控制单元90还与位置测定装置60、角度测定装置70、位移测定装置80、左受力测定装置45L及右受力测定装置45R电性连接，可接收各测定装置60、70、80、45L、45R的测定内容(即对应于踏板位置、角度、位移、受力的数值或讯号)。前述电性连接可能为有线连接也可能为无线连接，后者例如通过蓝牙或射频等无线通讯技术传输讯号。

控制单元90搭载有记忆体或其他电脑资料储存器(图中未示)，其中储存有多个运动方案，各运动方案设定有左踏板40L及右踏板40R的位移轨迹、左踏板40L及右踏板40R在前述位移轨迹上的角度变化，以及左踏板40L及右踏板40R在前述位移轨迹上的相互关系。前述位移轨迹的内容构成，可能是多个具有顺序关系的踏板位置(例如前述Y,Z坐标)，可能是多个连续的向量(例如朝什么方向前进多少距离)，也可能是一个或多个函数(例如对应于圆形、椭圆形或曲线的函数)。前述角度变化的内容构成，可能是与前述多个踏板位置一一对应的多个角度值，也可能是与前述多个向量一一对应的多组偏转参数(例如依据什么轴线以什么角速度偏转多少角度)。前述相互关系，指的是当左踏板40L及右踏板40R其中一个位于前述位移轨迹上的什么位置及/或往什么方向位移时，另一个应该位于前述位移轨迹上的什么位置及/或往什么方向位移。前述相互关系可能以对照表(lookup table)或函数的方式设定。

举例来说，控制单元90储存的多个运动方案当中包含一第一运动方案，其中设定左踏板40L及右踏板40R的位移轨迹(以下称第一位移轨迹)各为一在YZ平面上的圆形轨迹，而且如图7所示，左踏板40L及右踏板40R的第一位移轨迹T1在侧视下重叠。第一运动方案还设定侧视下左踏板40L及右踏板40R在第一位移轨迹T1上保持相对，例如，在图7的视角下，当其中一踏板位于第一位移轨迹T1上的三点钟位置(图中右端)时，另一踏板应该位于第一位移轨迹T1上的九点钟位置(图中左端)。换个观点来说，左踏板40L及右踏板40R的位移方向会恰好相反，例如，当其中一踏板沿着第一位移轨迹T1往空间的后下方(图中的左下方)位移时，另一踏板应该沿着第一位移轨迹T1往空间的前上方(图中的右上方)位移。第一位移轨迹T1定义有一正循环方向(图中的顺时钟方向)F及一逆循环方向(图中的逆时钟方向)R，左踏板40L及右踏板40R会同时依据正循环方向F或同时依据逆循环方向R位移。

另有一第二运动方案，如图8所示，其中所设定的第二位移轨迹T2为一在YZ平面上的椭圆形轨迹，前述椭圆形的长轴对应于前后轴向，即踏板40L、40R绕行一周的前后位移量大于高低位移量。另有一第三运动方案，如图9所示，其中所设定的第三位移轨迹T3同样为一在YZ平面上的椭圆形轨迹，但其长轴对应于上下轴向，即高低位移量大于前后位移量。前述第二及第三运动方案也都设定侧视下左踏板40L及右踏板40R在位移轨迹上位置相对、位移方向相反，例如，当其中一踏板由位移轨迹上的最高位置往前下方位移时，另一踏板应该由位移轨迹上的最低位置往后上方位移。第二及第三位移轨迹T2、T3也分别定义有互为反向的一正循环方向F及一逆循环方向R。包含第一位移轨迹T1在内，正循环方向F相对符合人体走路或跑步时的脚部循环方向，简单来说，当踏板40L、40R依据正循环方向F沿着位移轨迹T1、T2、T3循环绕转时，会是由后往前通过轨迹的最高点，并且由前往后通过轨迹的最低点。

图7至图9中的位移轨迹T1、T2、T3，其实只是为了方便解说本发明的运作方式而简单举例的范本。在设计实际上，为了提供自然舒适及具有预期效果的腿部运动，本发明中的运动方案所设定的踏板位移轨迹、踏板角度变化及左、右二踏板的相互关系，可能依据人体实际走路、慢跑或跑步时的脚部动作对应设定，也可能依据习知的椭圆运动机等腿部运动器材当中的踏板动作对应设定，例如，事先以习知的动作捕捉系统(motion capturesystem)捕捉人体在跑步机上走路、慢跑或跑步时的脚部动作，或是以电脑软件模拟习知腿部运动器材的运作并从中撷取踏板动作的资料，再转化为前述运动方案的设定内容。质言之，比起圆形或椭圆形等标准几何形状，本发明中的踏板位移轨迹更有可能是形状不规则的封闭轨迹。进而，如前所述，本发明中的踏板可能被适当的驱动机构驱动而沿着三维空间中的任意轨迹位移，因此，前述位移轨迹并不限定在一平面上，换言之，封闭轨迹可能构成一个曲面。

此外，本发明中的踏板位移轨迹也有可能是一具有相对二端的非封闭轨迹，例如，如图10所示，一第四运动方案设定第四位移轨迹T4为一弧线轨迹，前述弧线的第一端E1位于第二端E2的前上方。第四位移轨迹T4定义有一由较高的第一端E1至较低的第二端E2的下降方向D，以及一由第二端E2至第一端E1的上升方向U。前述第四运动方案还设定，当其中一踏板位于第四位移轨迹T4的其中一端时，另一踏板应该位于第四位移轨迹T4的另一端，以及，当其中一踏板依据上升方向U位移时，另一踏板应该依据下降方向D位移。此种踏板位移轨迹及左、右二踏板的相互关系，基本上是在模拟踏步机(stepper)类型的腿部运动器材的踏板动作。前述弧线可能改为直线。此外，非封闭轨迹也可能位于一曲面上。

除了上面提及的形态，本发明还可能设定各式各样的踏板位移轨迹，例如半圆形、“∞”形、三叶线(trifolium)、螺旋线(spiral)等较为特别的轨迹形状，或者，左、右二踏板的位移轨迹形状不同或侧视下不重叠，以带动进行丰富多样的腿部运动。

接着说明本发明的动力式运动器材的使用及运作方式。基本上，前述动力式运动器材可让使用者将双脚分别踩站在左踏板40L及右踏板40R上，并且将双手捉握在握把组30上，通过支撑脚部的踏板40L、40R相对于架体10位移，双腿进行对应的提脚、踩下、迈步等运动。这里该说明的是，基于驱动机构50L、50R的能力，前述动力式运动器材当然可以直接驱控踏板40L、40R沿着预定轨迹循环绕转或往复位移，强制带动使用者的脚部对应位移，使得使用者的腿部进行非自主的被动运动，但这部分并非本发明着眼的功能及目的。事实上，本发明的动力式运动器材主要是让使用者如同在使用一般的椭圆运动机或踏步机之类的腿部运动器材，必须主动出力使腿部伸直或屈曲，并且协调控制两脚的力量分配、施力时机及施力方向等，才能进行预期的腿部运动，获得预期的主动运动效果。

正常状况下，在无人使用前述动力式运动器材时，踏板40L、40R会被定位在预定位置及预定角度，以方便使用者进入运动空间S以及往前踩上踏板40L、40R，例如，其中一踏板以水平角度位于尽量接近地面的低处，另一踏板并排在旁边或是位于前方较高处。意思是，当一使用者结束其运动时，控制单元90会控制左驱动装置50L及右驱动装置50R分别驱动左踏板40L及右踏板40R位移至适当位置及适当角度，以方便该名使用者走下地面，以及方便下一使用者踩上踏板40L、40R。“控制单元90控制驱动装置50L、50R驱动踏板40L、40R位移”这类的句子，以下可能简略表述为“控制单元90控制踏板40L、40R位移”。

在前述动力式运动器材的第一种使用方式/运作模式下，使用者必须先通过界面装置20选择一个前述运动方案，或是选择多个运动方案的顺序组合。界面装置20可能显示运动方案的踏板轨迹形状等内容供使用者观看及选择。前述选择动作也可能隐含在通过界面装置20完成的各种互动中，例如，使用者形式上选择一个名为“5公里跑步”或“训练股四头肌”的运动程序，但其实质上可能是若干前述运动方案的顺序执行，使用者未必清楚其具体内容。依据踏板先前所在的位置及使用者选定的运动方案，在正式执行前述运动方案之前，控制单元90可能需要先控制踏板40L、40R位移至对应的位移轨迹上的适当位置，例如控制左踏板40L及右踏板40R分别沿着最短路径或适当切线到达对应的位移轨迹上，视需要再沿着轨迹位移适当距离，以到达预设的初始位置，或至少符合前述运动方案所设定的踏板相互关系。正式执行选定的运动方案时，控制单元90会持续接收位置测定装置60、角度测定装置70、位移测定装置80、左受力测定装置45L及右受力测定装置45R的测定内容，反复不断地依据包含左踏板40L及右踏板40R其中至少一个目前的位置、左踏板40L目前的受力状况及右踏板40R目前的受力状况在内的资讯，判断左踏板40L及右踏板40R接着应该分别往什么方向位移，以符合前述运动方案所设定的位移轨迹及相互关系，并且即时控制左踏板40L及右踏板40R往所判断的方向位移，其中，左踏板40L及右踏板40R任一个的受力状况均会影响自身及另一个的位移动作。

举例而言，如果使用者选定的运动方案的踏板位移轨迹为前述封闭轨迹(例如图7、图8、图9所示的第一、第二、第三位移轨迹T1、T2、T3)，则当左踏板40L及右踏板40R其中一个的对应于正循环方向F上的受力大于另一个的对应于逆循环方向R上的受力超过一预设的正循环阻力值，或是当左踏板40L的对应于正循环方向F上的受力与右踏板40R的对应于正循环方向F上的受力的总和超过前述正循环阻力值，控制单元90会控制左踏板40L及右踏板40R往对应于正循环方向F的方向位移；反之，当左踏板40L及右踏板40R其中一个的对应于逆循环方向R上的受力大于另一个的对应于正循环方向F上的受力超过一预设的逆循环阻力值，或是当左踏板40L的对应于逆循环方向R上的受力与右踏板40R的对应于逆循环方向R上的受力的总和超过前述逆循环阻力值，控制单元90会控制左踏板40L及右踏板40R往对应于逆循环方向R的方向位移。

关于踏板在前述正循环或逆循环方向上的受力大小，可采用如下的演算法：请参阅图7，在右踏板40R方面，向量RN代表“右踏板40R目前承受的净力”，切线RT是第一位移轨迹T1上的右踏板40R目前位置的切线，代表“右踏板40R由目前位置往前述正循环及逆循环方向的对应方向”，另一向量RC则是向量(净力)RN垂直投影在切线RT上的分力，代表“右踏板40R在前述正循环或逆环方向上的受力”；至于左踏板40L方面的净力LN、切线LT及分力LC定义相同，不再赘述；由图中可以看出，因为此刻的右踏板40R在正循环方向F上的受力(即RC)大于左踏板40L在逆循环方向R上的受力(即LC)，所以左踏板40L及右踏板40R会一同依据正循环方向沿着第一位移轨迹T1位移。同理，图8中的踏板40L、40R会一同依据正循环方向F沿着第二位移轨迹T2位移，图9中的踏板40L、40R会一同依据逆循环方向R沿着第三位移轨迹T3位移。

在前述封闭轨迹的状况，当左踏板40L及右踏板40R其中一个的对应于正循环方向F上的受力大于另一个的对应于逆循环方向R上的受力超过前述正循环阻力值愈多，或是当左踏板40L的对应于正循环方向F上的受力与右踏板40R的对应于正循环方向F上的受力的总合超过正循环阻力值愈多，则左踏板40L及右踏板40R受驱动位移的速率愈快；同样地，当左踏板40L及右踏板40R其中一个的对应于逆循环方向R上的受力大于另一个的对应于正循环方向F上的受力超过前述逆循环阻力值愈多，或是当左踏板40L的对应于逆循环方向R上的受力与右踏板40R的对应于逆循环方向R上的受力的总合超过逆循环阻力值愈多，则左踏板40L及右踏板40R受驱动位移的速率愈快。

界面装置20具有一可供使用者设定前述正循环阻力值及前述逆循环阻力值的设定界面(图中未示)。基本上，前述阻力值设定得愈高，使用者对踏板的施力(通常是左脚与右脚的施力差距)就必须愈大，才能使踏板以预期速率往预期方向位移。同一位移轨迹上的不同位置，可能会以设定的阻力值作为基数而乘上不同的系数，例如在圆形轨迹的前端及后端系数较大，在圆形轨迹的顶端及底端系数较小。本发明可能设计成正循环阻力值及逆循环阻力值相同，也可能设计成可分别调整或维持预定比例，例如同一位置上的逆循环阻力值总是高于正循环阻力值。

如果使用者选定的运动方案的踏板位移轨迹为前述非封闭轨迹(例如图10所示的第四运动轨迹T4)，则当左踏板40L的对应于下降方向D上的受力大于右踏板40R的对应于下降方向D上的受力超过一预设的阻力值，控制单元90会控制左踏板40L往对应于下降方向D的方向位移，同时控制右踏板40R往对应于上升方向U的方向位移；反之，当右踏板40R的对应于下降方向D上的受力大于左踏板40L的对应于下降方向D上的受力超过前述阻力值，控制单元90会控制右踏板40R往对应于下降方向D的方向位移，同时控制左踏板40L往对应于上升方向U的方向位移。关于踏板在前述下降方向上的受力大小，可采用上面揭示的“净力在切线方向上的分力”的演算法，不再赘述。

在前述非封闭轨迹的状况，当左踏板40L及右踏板40R其中一个的对应于下降方向D上的受力大于另一个的对应于下降方向D上的受力超过前述阻力值愈多，则左踏板40L及右踏板40R受驱动位移的速率愈快。前述阻力值也可经由界面装置20进行设定，同样地，阻力值设得愈高，踩动愈费力。

在前述动力式运动器材的另一种使用方式/运作模式下，当使用者在进行腿部运动时，控制单元90会反复不断地依据包含左踏板40L及右踏板40R其中至少一个目前的位置、左踏板40L目前的受力状况及右踏板40R目前的受力状况在内的资讯，自动选定一合适的运动方案(包含维持目前的运动方案)，判断左踏板40L及右踏板40R接着应该分别往什么方向位移，以符合或趋向符合选定的前述运动方案所设定的位移轨迹及相互关系，并且即时控制左踏板40L及右踏板40R往所判断的方向位移。

举例来说，如图11A所示，假设稍早之前左踏板40L及右踏板40R一直沿着圆形的第一位移轨迹T1循环绕转，但在过去几圈(例如二或三圈)，各踏板40L、40R在由圆形轨迹的顶端往前下方位移的过程中，所承受的净力N的方向明显偏往前方(注：比较基准可能是一预设的标准角度，或是稍早之前通过相同位置时的净力平均角度)，可推测为使用者想要扩展其腿部运动的前后位移量，所以控制单元90会自动选定位移轨迹呈横长形的前述第二运动方案，并且适当修正踏板40L、40R接下来几圈(例如二或三圈)的位移路径，使踏板40L、40R能沿着圆滑的过渡路径T逐渐趋近第二位移轨迹T2，进而变成沿着第二位移轨迹T2循环绕转。同理，如图11B所示，假设稍早之前踏板40L、40R一直沿着圆形的第一位移轨迹T1循环绕转，但在过去几圈，各踏板40L、40R在由圆形轨迹的前端往后下方位移的过程中，所承受的净力N的方向明显偏往下方，可推测为使用者想要扩展其腿部运动的高低位移量，所以控制单元90会自动选定位移轨迹呈纵长形的前述第三运动方案，并且控使踏板40L、40R逐渐变成沿着第三位移轨迹T3循环绕转。

除了上面例示的依据踏板受力方向推测使用者施力意图，控制单元90还可能单独或综合依据踏板受力大小的变化、左、右二踏板受力差异的变化、踏板位移速率的变化等，推测出使用者想往某个方向扩展或抑制其脚部运动范围的意图，以替使用者选换合适的运动方案。形状不同的二位移轨迹之间均可经由圆滑的路径修正而逐渐变换，包含不同的二封闭轨迹之间的变换，不同的二非封闭轨迹之间的变换，以及封闭轨迹与非封闭轨迹之间的变换。在前述第一种使用方式/运作模式中，如果使用者选择多种运动方案顺序执行，则在由前一运动方案变换至次一运动方案的过程，踏板也会沿着适当修正的过渡路径位移，逐渐趋近新的位移轨迹。再次重申，前述圆形及椭圆形轨迹仅是方便解说的范本，本发明的控制单元90可能存有许多运动方案及各式位移轨迹，使得能由一位移轨迹小幅度地变换成另一位移轨迹。甚至，控制单元90也可能在使用者进行运动的过程中，临时依据所推测的使用者意图，适当修改目前执行中的运动方案而产生一暂存性的运动方案，并以此临时产生的运动方案作为变换目标。

无论在上述第一种或第二种使用方式/运作模式下，使用者都可以在运动过程中随时通过界面装置20选择新的运动方案或是调整前述阻力值，控制单元90收到使用者的指令之后，会立即套用新的判断法则及控制方式，经过适当的缓冲期间逐渐变换成新的设定。

在前述两种使用方式/运作模式中，控制单元90进行前述判断所依据的资讯，还可能包含位移测定装置80的测定内容，即左踏板40L及右踏板40R其中至少一个目前的位移速度或加速度，以模拟传统腿部运动器材中的运动惯性。例如，当踏板依据正循环方向持续绕转时，使用者若想借由反向施力阻止或阻缓踏板继续绕转，则踏板快速绕转时会比踏板慢速绕转时更为费力、费时；以及，当依据使用者的施力状况而控使踏板由目前的位移轨迹变换成另一轨迹，踏板位移速度愈慢/愈快，刚偏离目前轨迹时的角度愈大/愈小。

经由以上对本发明若干较佳实施例的详细说明可知，本发明所提供的动力式运动器材可让使用者由运动形式不同(例如模拟原地踏步、走路、慢跑或跑步)、位移量不同(例如踏板位移轨迹的前后幅度较大或较小)、运动难度不同(例如踏板位移轨迹的长轴仰角较大或较小)等多种腿部运动中随意进行及变换所需的运动，各种腿部运动中的脚部位移轨迹、脚部角度变化、左脚与右脚的相互关系等，均会按照规划的理想状态进行，而且，使用者并非被驱动机构带动进行被动运动，而是如同在使用一般的椭圆运动机或踏步机之类的腿部运动器材，双腿必须主动出力及协调控制，才能使左、右二踏板分别往预期的方向位移，因此能获得主动运动的运动效果。

上面曾经提及，本发明的动力式运动器材可能设置活动式握把组，让使用者在进行腿部运动的同时也能进行手部运动。例如，在本发明的一较佳实施例中(无图)，动力式运动器材还包含有一左握把、一右握把、一可驱动左握把位移的左握把驱动机构、一可驱动右握把位移的右握把驱动机构、一可测定前述二握把其中至少一个的位置的握把位置测定装置、一可测定左握把的受力状态的左握把受力测定装置，以及一可测定右握把的受力状态的右握把受力测定装置；前述控制单元可控制前述二握把驱动机构的驱动动作，并且可接收前述握把位置测定装置及前述二握把受力测定装置的测定内容；简单来讲就是，仿照上面揭示的控制及监测左、右二踏板的手法，以另一套设备控制及监测左、右二握把，此部分因可类推，容不赘述；至少一前述运动方案中还设定有前述二握把的位移轨迹以及前述二握把在位移轨迹上的相互关系，此外，还设定有前述二握把与前述二踏板的相互关系；进行运动时，前述控制单元会依据前述二握把的位置及受力状况(即使用者手部对握把的施力状况)控制前述二握把的位移；而且，握把的受力会与踏板的受力合并判断，例如在某运动方案中，左握把往前/往后的受力与右踏板往后/往前的受力互为助力，右握把往前/往后的受力与左踏板往后/往前的受力互为助力，类似一般椭圆运动机中的手脚连动关系。

本发明还提供一种运动系统，可供一教练带领至少一学员进行相同的运动，如图12所示，前述运动系统包含一教练运动器材1A及至少一(图中例示四台)学员运动器材1B，教练运动器材1A及各学员运动器材1B均为本发明的前述动力式运动器材(图中以第一较佳实施例的动力式运动器材1为例)，各包含有前述架体、踏板、驱动机构、位置测定装置、受力测定装置及控制单元(图中未完整绘示，结构及功能同前，不再赘述)，其中，教练运动器材1A的控制单元与各学员运动器材1B的控制单元电性连接，前者可传送特定讯号给后者。使用前述运动系统时，教练使用教练运动器材1A进行运动，各学员分别使用一学员运动器材1B跟着教练一起运动。过程中，各学员运动器材1B所采行的运动方案会跟从教练运动器材1A所采行的运动方案，也就是说，当教练在教练运动器材1A上通过界面装置选择运动方案(前述第一种使用方式/运作模式，包含多种运动方案的顺序执行)，或是通过改变对踏板的施力方式而变换运动方案(前述第二种使用方式/运作模式)，教练运动器材1A的控制单元会将选定执行的运动方案的对应讯号传送至各学员运动器材1B的控制单元，使所有学员运动器材1B同步执行相同的运动方案，促使所有学员进行与教练相同的运动。教练运动器材1A也可能将前述阻力值的对应讯号传送至各学员运动器材1B，使所有学员运动器材1B的阻力值与教练运动器材1A的阻力值保持相同。

在另一较佳实施例中，教练的身上配戴一套肌电讯号感测装置(图中未示)，可感测教练肢体的肌电图(electromyography；EMG)讯号；各学员的身上配戴一套电气刺激装置(图中未示)，可对学员的肢体施加特定的电气刺激，促使学员的肢体产生对应动作，此部分为电气肌肉刺激(electrical muscle stimulation；EMS)领域的知识及技术；前述肌电讯号感测装置及各前述电气刺激装置通过控制单元(例如前述教练运动器材的控制单元及/或前述学员运动器材的控制单元)电性连接，前述控制单元可依据前述肌电讯号感测装置测得的肌电图讯号，控制各前述电气刺激装置对学员肢体施加对应的电气刺激，促使所有学员进行与教练相同的运动。

Claims (10)

1.一种可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于包含有：

一架体；

一左踏板，用于承载使用者的左脚；

一右踏板，用于承载使用者的右脚；

一左驱动机构，连接在所述架体与所述左踏板之间，能通过动力驱动所述左踏板相对于所述架体位移，而且至少能改变所述左踏板整体的高低位置及前后位置；

一右驱动机构，连接在所述架体与所述右踏板之间，能通过动力驱动所述右踏板相对于所述架体位移，而且至少能改变所述右踏板整体的高低位置及前后位置；

一位置测定装置，能测定所述左踏板及所述右踏板其中至少一个相对于所述架体的位置；

一左受力测定装置，能测定所述左踏板的受力状况；

一右受力测定装置，能测定所述右踏板的受力状况；

一界面装置，能供使用者输入资讯；

一控制单元，与所述左驱动机构、所述右驱动机构、所述位置测定装置、所述左受力测定装置、所述右受力测定装置及所述界面装置电性连接，能控制所述左驱动机构及所述右驱动机构的驱动动作、接收各所述测定装置的测定内容，以及接收使用者经由所述界面装置输入的资讯；此外，所述控制单元储存有能供使用者选择的多种运动方案，各所述运动方案设定有所述左踏板及所述右踏板的位移轨迹，以及所述左踏板与所述右踏板在所述位移轨迹上的相互关系；

所述运动器材能供使用者踩站在所述左踏板及所述右踏板上进行主动的腿部运动；至少在一特定的运作期间，所述控制单元会反复不断地依据包含所述左踏板及所述右踏板其中至少一个目前的位置、所述左踏板目前的受力状况及所述右踏板目前的受力状况在内的资讯，判断所述左踏板及所述右踏板接着应该分别往什么方向位移，以符合或趋向符合一选定的所述运动方案所设定的所述位移轨迹及所述相互关系，并且即时控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板往所判断的方向位移，其中，所述左踏板及所述右踏板任一个的受力状况均会影响自身及另一个的位移动作。

2.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：所述左驱动机构还能驱动所述左踏板改变其相对于所述架体的角度；所述右驱动机构还能驱动所述右踏板改变其相对于所述架体的角度；各所述运动方案还设定有所述左踏板及所述右踏板在对应的所述位移轨迹上的角度变化；所述控制单元会依据选定的所述运动方案的设定内容，控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板在预定位置呈现预定角度。

3.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：所述左受力测定装置能感测使用者的左脚对所述左踏板的前半区域及后半区域的施力大小；所述右受力测定装置能感测使用者的右脚对所述右踏板的前半区域及后半区域的施力大小；所述控制单元能基于所述左受力测定装置的测定内容得到一视为作用在所述左踏板中间部位的净力的方向及大小，以及基于所述右受力测定装置的测定内容得到一视为作用在所述右踏板中间部位的净力的方向及大小。

4.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：至少一所述运动方案设定所述位移轨迹为一具有高低位移量及前后位移量的封闭轨迹，并且设定侧视下所述左踏板及所述右踏板在所述封闭轨迹上保持相对，此外，所述封闭轨迹定义有一正循环方向及一逆循环方向；所述控制单元进行所述判断时，如果选定的所述运动方案的位移轨迹为所述封闭轨迹，则当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述正循环方向上的受力大于另一个的对应于所述逆循环方向上的受力超过一预设的阻力值，所述控制单元会控制所述左驱动机构及所述右驱动机构分别驱动所述左踏板及所述右踏板往对应于所述正循环方向的方向位移。

5.如权利要求4所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述正循环方向上的受力大于另一个的对应于所述逆循环方向上的受力超过所述阻力值愈多，则所述左驱动机构及所述右驱动机构驱动所述左踏板及所述右踏板位移的速率愈快。

6.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：至少一所述运动方案设定所述位移轨迹为一具有相对二端的非封闭轨迹，并且设定当所述左踏板及所述右踏板其中一个位于所述非封闭轨迹的第一端时，另一个会位于所述非封闭轨迹的第二端，此外，所述非封闭轨迹的第一端高于第二端，并定义有一由所述第一端至所述第二端的下降方向，以及一由所述第二端至所述第一端的上升方向；所述控制单元进行所述判断时，如果选定的所述运动方案的位移轨迹为所述非封闭轨迹，则当所述左踏板的对应于所述下降方向上的受力大于所述右踏板的对应于所述下降方向上的受力超过一预设的阻力值，所述控制单元会控制所述左驱动机构驱动所述左踏板往对应于所述下降方向的方向位移，同时控制所述右驱动机构驱动所述右踏板往对应于所述上升方向的方向位移，反之，当所述右踏板的对应于所述下降方向上的受力大于所述左踏板的对应于所述下降方向上的受力超过阻力值，所述控制单元会控制所述右驱动机构驱动所述右踏板往对应于所述下降方向的方向位移，同时控制所述左驱动机构驱动所述左踏板往对应于所述上升方向的方向位移。

7.如权利要求6所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：当所述左踏板及所述右踏板其中一个的对应于所述下降方向上的受力大于另一个的对应于所述下降方向上的受力超过所述阻力值愈多，则所述左驱动机构及所述右驱动机构驱动所述左踏板及右踏板位移的速率愈快。

8.如权利要求4、5、6或7所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：所述界面装置具有一能供使用者设定所述阻力值的设定界面。

9.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：所述运动器材还包含有一位移测定装置，能测定所述左踏板及所述右踏板其中至少一个相对于所述架体的位移速度或加速度；所述控制单元也与所述位移测定装置电性连接，能接收所述位移测定装置的测定内容；所述控制单元进行所述判断所依据的资讯，也包含所述左踏板及所述右踏板其中至少一个目前的位移速度或加速度。

10.如权利要求1所述的可变换腿部运动方式的动力式运动器材，其特征在于：所述运动器材还包含有一左握把、一右握把、一能驱动所述左握把位移的左握把驱动机构、一能驱动所述右握把位移的右握把驱动机构、一能测定所述二握把其中至少一个的位置的握把位置测定装置、一能测定所述左握把的受力状态的左握把受力测定装置，以及一能测定所述右握把的受力状态的右握把受力测定装置；所述控制单元能控制所述二握把驱动机构的驱动动作，以及接收所述握把位置测定装置及所述二握把受力测定装置的测定内容；至少一所述运动方案中还设定有所述二握把的位移轨迹、所述二握把在所述位移轨迹上的相互关系，以及所述二握把与所述二踏板的相互关系。