CN114711774A - 一种自动肌力测试装置和自动肌力测试方法 - Google Patents

Abstract

一种自动肌力测试装置,包括阻力提供装置,和所述阻力提供装置相连的致动该阻力提供装置的致动装置,控制阻力提供装置提供阻力随时间阻力大小增加的调节装置,其特征在于,还包括检测使用者力竭的力竭检测装置,使得在所述调节装置的调节下,所述使用者通过所述致动装置施力致动该阻力提供装置以便在预定的时间内由检测装置检测到所述使用者力竭,并由所述力竭检测装置记录此时的阻力。还涉及一种自动肌力测试方法。

Description

一种自动肌力测试装置和自动肌力测试方法

技术领域

本发明涉及智能健身领域，特别是一种自动肌力测试装置。

背景技术

健康的体魄是人们工作和生活的基础，拥有健康的体魄需要人们进行合适且有效的身体锻炼。健身教练通常会具有科学的健身理论知识和人体体质判断的能力。因此，在健身场馆里，健身教练会根据健身者的人体的情况、每种健身器材的特性，为健身者量身定制一套适合健身者的健身方案。为确保健身质量，健身教练还需要在可能的情况下，监督健身者按照健身方案进行健身，实时地根据健身者的情况为健身者提供建议或者实时调整健身方案。健身教练还需要有良好的沟通能力，促使健身者严格按照健身方案来进行健身。

通常地，在制定健身计划之前，健身教练会根据锻炼者进行一系列的身体状态测试以确定适合其可以承受的运动强度的健身计划，这一系列的检查包括心肺能力、肌力能力、姿态检查、基础围度和身体成分构成等(脂肪含量、蛋白质含量等)。

健身房教练使用相对比较普遍的诸如Inbody类的检查仪器可以提供相当一部分功能的检查，比如身体成分和心肺能力，而肌力检查一般使用1RM测试方法，基础围度的测试使用皮尺等工具完成，另外还有姿态检查一般是健身教练肉眼识别来完成。

在做完基础体测之后健身教练根据体测结果制定其健身计划，一般而言对于减脂塑性运动需求的锻炼者来说，一种结合力量训练和有氧训练的计划通常是比较有益的，其力量训练部分主要为负重抗阻形式的训练，需要锻炼者对抗一定的阻力来达到刺激肌肉生长以提升其耐力和爆发力的目的，随着锻炼者对于该计划的执行，其耐力和爆发力会随着增长，其对抗的阻力值也会随着调整。

如图1的传统的健身方案体测技术中，体测方案3通常需要配合健身教练利用多种工具多个检查环节互相配合执行。对于心肺测试通常用作12分配速跑或者台阶测试来测定心肺能力；成分测试多借助基于电阻技术的体测仪测定人体肌肉、脂肪、蛋白质、水等含量，在成分测试中韩国厂商的Inbody体测仪比较常见；1RM的肌力检查过程通常需要一个健身教练作为安全守护在检查过程中辅助保护以免发生意外伤害；姿态评估通常需要教练对比正常中立位来评估；围度测试多借助皮尺、体脂卡尺等工具，通常一次体测流程复杂代价不菲，而且有的检查部分还存在安全风险。

健身教练通常根据基础评估2和3的结果做出体测报告4，并依据其开具运动处方5，通常来说一个运动处方包括有氧部分6和力训部分7，锻炼者在力训部分7可以借助哑铃、壶铃等固定重量的自由工具阻力源来完成，也可以借助小飞鸟等半自由器械及史密斯龙门架等固定器械来完成，而一般这些器械对于锻炼者来说在一次锻炼的多个动作循环中或者多次锻炼中需要不断重复调整阻力配重，而这对锻炼者是极为不友好的，额外增加了锻炼的学习成本。

如图3所示，一种智能体测系统和健身方法，包括肌力测试、围度测试、心肺测试和姿态评估，解决现有体测环节冗余繁杂的问题，大幅降低了运动学习成本，为健身者提供科学方便智能的健身指导服务，有利于锻炼者进行科学健身。

通常意义的肌力测试是在规定动作规定配重规定次数下测试身体某个部位的肌耐力，传统健身方案中1RM的卧推力量是20kg的意义是：以配重20kg做卧推动作10次可以达到力竭的状态，以表述胸肌的肌耐力程度。

在通过智能健身设备做肌力测试时，可以采用传统测试方法，首先根据问卷和健康筛查预测其某种动作下(比如卧推)大概的负载能力(比如是10kg)，然后通过智能健身设备设定为等重模式，以固定重量开始测试预设的固定次数(通常为12次或者8次)直至力竭，如果预测重量和固定次数完成时并未力竭或者未完成时即达到力竭，则此次肌力测试失败，需要休息足够长的时间以待身体募集能量恢复至测试前同等水平后调整配重再重新测试，如此成功完成若干次测试后取得平均值即得到此次的12RM肌力测试值，在通过12RM和1RM的关系换算得到该动作下身体某个部位大概的1RM肌力值。

因此亟需一种一次性就能完成肌力检测的解决方案。

发明内容

本发明基于智能化健身设备实现智能化、综合性的自我体测功能，解决了传统健身中体测的复杂性、不安全性问题，使得用户可以依赖健身设备极简地完成居家训练前的自我体测，极大程度简化了体测工具使用、降低用户体测成本，实现一机完成体测，使得体测结果更具有健身指导意义。

因此本发明申请人提供了如下解决方案：

一种自动肌力测试装置,包括阻力提供装置,和所述阻力提供装置相连的致动该阻力提供装置的致动装置,控制阻力提供装置提供阻力随时间阻力大小增加的调节装置,其特征在于,还包括检测使用者力竭的力竭检测装置,使得在所述调节装置的调节下,所述使用者通过所述致动装置施力致动该阻力提供装置以便在预定的时间内由检测装置检测到所述使用者力竭,并由所述力竭检测装置记录此时的阻力。

在本发明的一个优选实施例中,所述力竭检测装置为检测致动装置收回方向的行程的行程检测装置,使得一旦检测到所述行程超出预定回程阈值时则确认为所述使用者力竭。

在本发明的一个优选实施例中,所述力竭检测装置一旦检测到使用者力竭则通知所述阻力提供装置,所述阻力提供装置停止提供阻力。

在本发明的一个优选实施例中,所述致动装置包括与阻力提供装置相连的拉绳,和与所述拉绳相连的用于与使用者根据喜好选择的锻炼器材适配的适配装置。

本发明还涉及一种自动肌力测试方法，包括如下步骤：

步骤1，检测使用者是否握持输入装置并发力；

步骤2，一旦检测到来自使用者的发力，控制阻力随时间该阻力的大小增加；

步骤3，检测使用者发力的变化；

步骤4，检测使用者发力的时间；

步骤5，根据步骤3或者步骤4所检测的结果，任何一个一旦达到设定值则记录此时的阻力值。在检测发力时，可以根据测试者使用致动单元拉出拉绳50厘米以上。

在本发明的一个优选实施例中,所述输入装置包括对称设置成在使用者使用时在人体两侧的拉绳。

在本发明的一个优选实施例中,提供阻力的阻力提供装置包括电机,和与所述电机相连的缠绕所述拉绳的绞盘。

在本发明的一个优选实施例中,所述阻力提供装置还包括根据所述拉绳行程缠绕传感器出线的传感器绕线盘和与该传感器绕线盘相连的磁铁,和通过测量磁场强度获得磁铁旋转角度的测量磁场强度的传感器。

在本发明的一个优选实施例中,所述绳索的行程L＝ω*r,其中ω为磁铁旋转角度,r为所述传感器出线绕线盘的半径。

在本发明的一个优选实施例中,还包含测试使用者围度的步骤。

附图说明

图1示出了现有技术的健身方案体测方法；

图2a为本发明所涉及的设备的简示图；

图2b为实施本发明涉及的设备组成的简示图；

图2c为实施本发明的阻力结构简示图，图2b和2c所示的智能健身设备，避免框图中绳索交错，将阻力源电机300、与电机连接的绞盘301和缠绕在绞盘上的绳索304组成的阻力结构拆分到图2b右侧的图2c；

图3为现有技术中健身的流程图；

图4为本发明的设备的测量拉绳出线长度的传感装置的简示图；

图5为本发明的方法的简示图。其中，

附图标记	术语名称
		10	第三绳索位置传感器
20	第二绳索位置传感器
		100	电机控制器
105	可替换的致动单元
		106	绳索锁止转向装置绳索锁止转向装置(右)
107	第三绳索(右)
		108	绳索锁止转向装置绳索锁止转向装置(左)
109	连接头(适配装置)
		110	第三绳索(左)
300	阻力源电机
		301	绞盘
302	磁铁
		303	传感器板
304	第一绳索
		400	第一联动滑轮-联动支架
401	第一联动滑轮-动滑轮(下)
		402	第一联动滑轮-动滑轮(上)
403	第一定滑轮
		404	第三定滑轮
405	第二定滑轮
		406	第二定滑轮(中)
407	第二联动滑轮
		500	安卓主板
600	散热装置
		700	显示屏
800	摄像头
		900	麦克风
1000	音箱
		1205	第二绳索
1206	下摆臂

具体实施方式

本发明提供了一种基于电子配重的安全简单的健身设备，包括伺服电机阻力单元，MCU控制单元，传动单元，绳索，致动单元，摄像头、麦克风、音响等外设系统。如图2a是设备的外观视图，图2b是设备内部正面视图。

在图2a中可以看到本发明的智能健身设备的外部布局，包括在正面设置的磁吸式摄像头遮挡片704和在其背后设置的摄像头705，在侧面设置的物理开关701，麦克风702和分贝仪703，正面在所述摄像头705上还设置了显示屏706。

如图2b所示，示意地显示了本发明的智能健身设备的外部与使用者直接发生接触的部分，内部的传动部分以及声音图像的采集和输出部分。可以看到下摆臂1206，其中设置有第二绳索1205以及与该第二绳索1205相连用于连接可替换的致动单元(未给附图标记)以便给使用者运动时提供阻力实现期望的运动效果。同时在所述智能健身设备上部还设有第三绳索110，包括左右两侧各一个，与所述第三绳索相连的可替换的致动单元105，使用者因此可以握持所述可替换的致动单元105进行训练，其中绳索锁止转向装置(左右两侧各一106，108)包括自由端和固定端，从附图2b中可以看到，其自由端具有豁口以便卡住非工作状态的可替换的致动单元105，而在所述可替换的致动单元105被使用者使用时，该绳索锁止转向装置起到控制转向的作用。所述固定端与所述智能健身设备的侧面相连(未示出)，通常为可前后枢转连接，从而在不使用时将可替换的致动单元105隐藏。所述可替换的致动单元105可以为拉环、杠铃杆等。

另外所述绳索锁止转向装置还可以沿着竖直方向上下移动，从而可以根据使用者的身高移到相应的水平位置，以便于使用者在测试自己的身体各部分的围度时使用。

通过所述第二绳索1205和第三绳索110也可以实现本发明的测试，譬如围度测试、肌力测试。在进行围度测试时，所述绳索缠绕使用者的身体待测部分，例如腰部，第二绳索1205的自由端围绕腰部一周后再搭接到所述第二绳索1205上，此时形成的闭合环的长度就可以由本健身设备内置的绳索伸出的长度而得出。实际中根据经验值可以扣除掉多余伸出的长度值。

在进行肌力测试时，通过所述第二绳索1205或者第三绳索110传导使用者的极限力或者爆发力，借助本发明的设备中的阻力结构，如图2b和图4所示，包括阻力源电机300、绞盘302和绳索304的阻力结构为使用者提供阻力，该阻力根据需要可以是恒定的、线性增加的或者其他函数关系的变化。这对于本领域技术人员而言是容易实现的。

图2b中的第三绳索位置传感器(行程测量位置传感器)10详细地在图4中进行了说明。

在安卓主板500设置有计算机程序，电机控制器100与所述安卓主板500电连接以便接收命令，并且与电机300电连接从而控制所述电机发力。

可以看到在可替换的致动单元105与电机300之间设有传动单元，该传动单元由动滑轮和定滑轮401～407组成，也即通过所述传动单元将绳索和电机连接：当通过致动单元105拉动任意发力器绳索110、107、1205时，都会带动动滑轮401向下运动，此时与联动支架400连接的绞盘上的绳索304被拉动，从而带动电机转动，实现对抗电磁阻力。

特别需要说明的是绳索锁止转向装置106、108可沿着所述设备两侧上下滑动，绳索110、107分别从两个绳索锁止转向装置穿过，绳索末端带有连接头(适配器)109与可替换的致动单元105连接。还可以看到，在所述设备上设有摄像头800，以及位置传感器10，所述位置传感器10包括测量绳索110、107拉出长度的磁传感器，在图4中详细示出，在下面进行说明。

在工作时，由致动单元105拉动所述绳索110、107，从而带动动滑轮组407向上运动，进而导致与滑轮组支架底部连接的传感器出线804跟随所述绳索110、107运动相同距离，因而致动了图4所示的传感器绕线盘801旋转，内嵌在转轴末端的磁铁802也跟着一起旋转，传感器板803固定不动，通过测量磁场强度可以得到磁铁旋转的角度ω，根据公式L＝ω*r，其中r为传感器绕线盘801的半径，得到传感器出线804长度，其等于绳索被拉出的长度。传感器板与电机控制器100电连接，控制器100可获得长度数值传递给安卓主板500上运行的计算机程序。

在图4中详细示出了位置传感器10，包括传感器绕线盘801，在该传感器绕线盘801上缠绕传感器出线804，所述绕线盘801与所述磁铁802同轴安装，在该磁铁802对面设置有传感器板803。

在实际使用时，锻炼者通过拉动智能健身器械的致动单元获得肌力和心肺测试，通过测量绳索长度代替皮尺测量围度，通过智能健身器械摄像头采集身体图像特征并在系统中对比正常中立位获得姿态评估。

根据本发明的一种优化的肌力测试方法，无需预测其自身某种动作(比如卧推)大概的负载能力，进入健身设备计算机程序的肌力测试页面：此页面提示测试者做好热身活动，点击开始测试按钮且倒计时(例如卧推动作准备时间是10秒)后，电机的发力大小将从1KG开始，每秒增加1KG直到电机最大发力例如40KG。当测试者做好准备动作后，倒计时结束开始测试，然后以某种动作(比如卧推)拉动致动器对抗逐渐增大的电机阻力，保持不让绳索回收。当测试者力竭，力量无法支撑当前的电机发力大小时，测试者缓慢向设备方向回收制动器(卧推动作使用杠铃杆连接穿过下摆臂1206伸出的绳索，此时下摆臂与地面平行，设备方向即下摆臂方向即地面方向)，电机控制器实时监测绳索长度，此时发现其长度变小且变化超过阈值例如2cm，判定测试结束，或者在电机某个阻力值下坚持了10秒钟，此时的电机发力即为1RM值。测试结束，电机卸力到0，使测试者可以轻松放回制动器，避免受伤。在肌力测试页面，会向用户详细介绍测试方法及注意事项，帮助用户安全快速地完成测试。

根据本发明的另一种肌力测试方法，通过智能健身设备采集的锻炼者身体数据(性别年龄身高体重运动经验等)来估算锻炼者大致的1RM肌力值。估算方法采用以下公式：

f＝G(W*K*n*s)

其中f为G动作1RM的肌力函数，W为体重，通过智能健身设备采集用户信息获得；K为1RM转化系数，通过匹配智能健身设备预设系数表获得；n为致动器系数，通过监测致动器是单边还是双边来获得；s是运动水平系数，通过智能健身设备采集用户信息，匹配预设系数表获得。

通过以上方法获得用户基础动作G的1RM肌力值，然后再根据以下公式获得该用户全动作库支持的1RM肌力值：

F＝f(S，x)

其中F是该用户基于其某个动作G下1RM肌力函数f的函数，变量S是全动作库，x是S对应肌肉的1RM肌力系数，全动作库S和对应肌力系数x通过匹配智能健身设备预设动作库和肌力系数表获得。

在运动科学中，肌肉力量的测试还包括爆发力的测试，爆发力在物理学知识中可以表达为力乘以速度的计算公式，因此使用此智能健身设备可以对上肢爆发力进行测试：进入健身设备计算机程序的爆发力测试页面，此页面提示测试者做好热身活动，及按照说明进行测试，防止受伤。具体测试方法如下：电机控制器不控制电机发力，测试者通过致动单元拉动绳索带动电机旋转，电机工作在发电机状态，转动速度越快，产生的电磁阻力越大。在一个实施例中，测试者可以选择拉手105连接设备绳索锁止转向装置106中伸出的绳索107，使用右臂全力快速拉出绳索。因为随着速度变快，测试者遇到的阻力变大，阻力达到测试者极限力量后，无法使电机转动速度加快，所以上述一次全力拉动过程中，通过对单位时间内绳索长度变化的不断测量可以计算出绳索速度，记录其最大值和此时对应的电机阻力大小。提示测试者短暂休息后，可再次尝试重复测试2次，每次做好准备积攒上肢力量，尽量比上次拉动的速度更快。取3次测试中速度最大值及速度最大时对应的阻力值进行计算，代表测试者的爆发力并记录，在经过训练后可再次测试进行对比。

在本发明的一种优选实施例中，还包括心肺测试，锻炼者拉动致动器手柄，以设定的配重(比如2kg)、配速(比如30次/分钟)和时长(比如1分钟)来通过绑定的第三方包括心率测定的生理传感器(手环或者手表)采集其平均运动心率。

一种自动肌力测试装置,包括阻力提供装置,和所述阻力提供装置相连的致动该阻力提供装置的致动装置,控制阻力提供装置提供阻力随时间阻力大小增加的调节装置,其特征在于,还包括检测使用者力竭的力竭检测装置,使得在所述调节装置的调节下,所述使用者通过所述致动装置施力致动该阻力提供装置以便在预定的时间内由检测装置检测到所述使用者力竭,并由所述力竭检测装置记录此时的阻力。

在本发明的一个优选实施例中,所述力竭检测装置为检测致动装置收回方向的行程的行程检测装置,使得一旦检测到所述行程超出预定回程阈值时则确认为所述使用者力竭。

在本发明的一个优选实施例中,所述力竭检测装置一旦检测到使用者力竭则通知所述阻力提供装置,所述阻力提供装置停止提供阻力。

在本发明的一个优选实施例中,所述致动装置包括与阻力提供装置相连的拉绳,和与所述拉绳相连的用于与使用者根据喜好选择的锻炼器材适配的适配装置。

本发明还涉及一种自动肌力测试方法，包括如下步骤：

步骤1，检测使用者是否握持输入装置并发力；

步骤2，一旦检测到来自使用者的发力，控制阻力随时间该阻力的大小增加；

步骤3，检测使用者发力的变化；

步骤4，检测使用者发力的时间；

步骤5，根据步骤3或者步骤4所检测的结果，任何一个一旦达到设定值则记录此时的阻力值。

在本发明的一个优选实施例中,所述输入装置包括对称设置成在使用者使用时在人体两侧的拉绳。

在本发明的一个优选实施例中,提供阻力的阻力提供装置包括电机,和与所述电机相连的缠绕所述拉绳的绞盘。

在本发明的一个优选实施例中,所述阻力提供装置还包括根据所述拉绳行程缠绕传感器出线的传感器绕线盘和与该传感器绕线盘相连的磁铁,和通过测量磁场强度获得磁铁旋转角度的测量磁场强度的传感器。

在本发明的一个优选实施例中,所述绳索的行程L＝ω*r,其中ω为磁铁旋转角度,r为所述传感器出线绕线盘的半径。

在本发明的一个优选实施例中,还包含测试使用者围度的步骤。

另外，通过智能健身设备运行的计算机程序指导用户按照指定步骤完成围度测量，例如测试腰围：首先提示用户进入程序的围度测试页面，此页面由电机控制器自动设置电机发力为0KG；然后使用测试围度的辅助致动单元，此致动单元类似一个长1～2cm、宽1cm的登山扣或钥匙扣结构，可以由软性材质例如橡胶制成。本例以使用面向设备站立时右侧的绳索锁止转向装置和绳索举例，将上述致动单元扣在绳索107与连接头109连接的位置，因为扣的宽度小于连接头直径，所以使用扣拉动绳索时不会脱落；接着将绳索锁止转向装置106滑动到腰部要测量腰围位置的高度，提示用户左腰紧贴绳索锁止转向装置106站在绳索锁止转向装置右侧即靠镜子一侧，背部贴紧镜面保持身体直立，从左腰位置通过致动单元拉出绳索并从后面绕腰部一周回到身体前方左腰位置，然后把扣再扣在与左腰部紧贴的绳索上，这样绳索就相当于无刻度的皮尺。提示用户保持不动3秒，电机控制器判定绳索107被拉出长度基本稳定，则通过程序提示用户测量完成，当前长度相当于皮尺刻度即腰围。因为绳索基本无弹性，所以只要用户保持姿势标准按要求完成测量，则误差不大，以后健身过程中可以按照此方法测量对比健身部位的围度数据，智能健身设备可以帮助用户记录数据。

测试围度数据包含以下项：

部位	围度测试
		身高
胸围
		腰围
臂围(大臂)
		臀围
腿围(大腿)

在姿态评估的测试方法中，通过摄像头采集用户在自然站立情况下的站姿，通过匹配智能健身设备预设人体中立位模型来评估该用户姿态问题，其中立位模型中对比包括以下内容：

其中，矢状面、额状面、中立位、内旋、外旋、屈曲、超伸等均以医学意义为评估标准。

上述各实施例仅是本发明的优选实施方式，在本技术领域内，凡是基于本发明技术方案上的变化和改进，在不超出所附权利要求书的保护范围，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种自动肌力测试装置,包括阻力提供装置,和所述阻力提供装置相连的致动该阻力提供装置的致动装置,控制阻力提供装置提供阻力随时间阻力大小增加的调节装置,其特征在于,还包括检测使用者力竭的力竭检测装置,使得在所述调节装置的调节下,所述使用者通过所述致动装置施力致动该阻力提供装置以便在预定的时间内由检测装置检测到所述使用者力竭,并由所述力竭检测装置记录此时的阻力。

2.根据权利要求1所述的自动肌力测试装置,其特征在于,所述力竭检测装置为检测致动装置收回方向的行程的行程检测装置,使得一旦检测到所述行程超出预定回程阈值时则确认为所述使用者力竭。

3.根据权利要求2所述的自动肌力测试装置,其特征在于,所述力竭检测装置一旦检测到使用者力竭则通知所述阻力提供装置,所述阻力提供装置停止提供阻力。

4.根据权利要求3所述的自动肌力测试装置,其特征在于,所述致动装置包括与阻力提供装置相连的拉绳,和与所述拉绳相连的用于与使用者根据喜好选择的锻炼器材适配的适配装置。

5.一种自动肌力测试方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，检测使用者是否握持输入装置并发力；

步骤2，一旦检测到来自使用者的发力，控制阻力随时间该阻力的大小增加；

步骤3，检测使用者发力的变化；

步骤4，检测使用者发力的时间；

步骤5，根据步骤3或者步骤4所检测的结果，任何一个一旦达到设定值则记录此时的阻力值。

6.根据权利要求5所述的自动肌力测试方法，其特征在于,所述输入装置包括对称设置成在使用者使用时在人体两侧的拉绳。

7.根据权利要求6所述的自动肌力测试方法,其特征在于,提供阻力的阻力提供装置包括电机,和与所述电机相连的缠绕所述拉绳的绞盘。

8.根据权利要求7所述的自动肌力测试方法，其特征在于,所述阻力提供装置还包括根据所述拉绳行程缠绕传感器出线的传感器绕线盘和与该传感器绕线盘相连的磁铁,和通过测量磁场强度获得磁铁旋转角度的测量磁场强度的传感器。

9.根据权利要求8所述的自动肌力测试方法,其特征在于,所述绳索的行程L＝ω*r,其中ω为磁铁旋转角度,r为所述传感器出线绕线盘的半径。

10.根据权利要求9所述的自动肌力测试方法，其特征在于，还包含测试使用者围度的步骤。

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