CN1176833A

CN1176833A - 多功能智能健身器

Info

Publication number: CN1176833A
Application number: CN 97108467
Authority: CN
Inventors: 杨波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-15
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-03-25

Abstract

本发明涉及一种多功能智能健身器,含有健身器主体和心率传感器;在健身器主体上及其相对应的机械运动部分对应设有速度传感器定块和动块;速度传感器与心率传感器的电信号与设在健身器主体上的健身控制盘内的健身运动信号处理电路相连;该健身器可实现自动控制健身者的最佳有氧健身运动量,并可实现随机自动调整机械运动部分的阻尼负荷,从而使户内健身运动户外化,使其更具有趣味性、娱乐性和真实感,并可用于运动员训练的仿真模拟运动使用。

Description

多功能智能健身器

本发明涉及一种多功能智能健身器。

随着当今社会经济的飞速发展，人们工作的日益繁忙，人们要象过去一样经常进行户外健身运动已几乎不可能，大多数人开始从不锻炼走向室内健身运动。因而，各种健身器材随着人们要求的变化，已迅速发展。现有的健身器械主要有健力车、跑步机、划船器、骑行器或其结合、举重、登山、拉力等类运动器械。在上述各类健身器械上大多设有机械式的定时器和测速器来分别确定运动时间和速度，或通过液晶电子仪表来显示这些数据，健身者在使用这类器械时，容易感到枯燥、乏味，从而影响锻炼的趣味性、娱乐性和锻炼效果。因此，国内外以游戏机与健身器相结合的健身器较多。如在国外，采用在健身器械上安装摄像器将健身者的影像摄取并结合计算机内设定的模拟图像数据，通过电视显示模拟运动画面；但该类健身器械造价高，售价昂贵。在中国专利92112757.x中公开了一种健身游戏机，其特点是将健身器械在使用时的运动形变的信息取出来用以代替电视游戏机的手动操纵信号，从而使健身者在健身运动的同时，可玩电视游戏机，该健身游戏机虽可增加趣味性，但无法测量健身者的最佳运动量，及实时产生模拟运动画面，因而对健身运动中的最佳有氧健身运动量的自动控制并无作用。另在中国专利94107897.3公开了一种结合家用电视游戏机使用的健身装置，其结构是在健身装置上安装干簧管开关，使健身装置运动时，干簧管开关能产生脉冲信号，并送到连接电路中；连接电路如果在一定时间内未收到脉冲信号，将通过游戏机15芯扩展插座传送干扰信号，使游戏机无法正常操作；游戏者只要不停运动健身装置，即可正常进行电视游戏。其缺点与上述专利相同。另外，无论目前何种健身器的机械运动部分的阻尼负荷均无法作到自动随机调节。

本发明的目的是为了提供一种根据有氧健身运动数学模型设计的软件可将采集的身高、体重、年令、静心率进行运算后输出健身者的最佳有氧健身运动量，结合模拟运动画面的图像数据可通过显示终端实时显示模拟运动画面，并根据传感器测定的人体的心率、速度信号经处理后使健身者的运动量控制在最佳有氧健身运动量范围，且实时显示脉拍、行程、时间以及运动成绩及热量消耗、累计运动量、成绩等，还可根据国家运动量运动成绩模型而进行比赛运动，从而使健身运动充满趣味性、娱乐性使户内健身运动达到户外健身之功效，并能对健身运动的最佳运动量实现有效的自动监控目的和随机自动调节机械运动部分阻尼负荷的多功能智能健身器。

本发明的目的可通过如下措施来实现：

一种多功能智能健身器，含有健身器主体和心率传感器；在健身器主体上及其相对应的机械运动部分对应设有速度传感器定块和动块；速度传感器与心率传感器的电信号与设在健身器主体上的健身控制盘内的健身运动信号处理电路相连；健身运动信号处理电路是由心率、速度信号滤波、放大、整形电路、键盘电路、电源电路、CPU微处理器及其程序存储器、数据存储器、时钟、译码、逻辑控制电路、图像产生电路及射频调制电路组成；另由CPU微处理器输出的模拟运动画面的随机信号经D/A转换、放大处理后的电信号与健身器主体的机械运动阻尼感应件相连。

本发明的目的还可通过如下措施来实现：

在多功能智能键身器的CPU微处理器的程序存储器内存储有根据有氧健身运动数学模型和国家运动员等级数学模型而设定的健身运动软件；其中有氧健身运动数学模型是采用体尔费尔德公式即：Vo2max(ml/kg·min)＝43.82-0.32×年龄-0.27×体重+0.18×身高-0.165×静心率；计算出最大摄氧量Vo2max，将Vo2max乘以年龄修正系数，即可得出修正后的最大摄氧量V′o2max，根据V′o2max选择有氧工作能力等级，并根据最高心率＝220-年龄，来确定靶心率范围，靶心率上限＝最高心率×0.85，靶心率的下限＝最高心率×0.70；然后根据V′o2max确定的有氧工作能力等级选择最佳的靶心率范围；另国家运动员等级数学模型是根据国家各级运动员的成绩设定的。

在所述的健身控制盘上设有心率传感器速度传感器接口以及电源输入接口，在控制盘上还设有音频输出口、视频输出口和射频输出口以及按键。

当所述的健身器分别为跑步机、骑行车时，在跑步机的滚筒轮、骑行车的中轴飞轮上设有刹车带，刹车带的一端固定在车体上，另一端与一阻尼感应磁块相连，在与阻尼感应磁块的正对面车体上设有阻尼感应线圈，阻尼感应线圈与运动信号处理电路中的微处理器CPU的模拟运动画面的随机信号相联。

当所述的健身器为划船器时，在其阻尼杆内的活塞上设有电磁比例流量阀，电磁比例流量阀与运动信号处理电路中的微处理器CPU的划船器画面的随机信号相连。

所述的速度传感器可为电磁感应传感器、行程开关、光偶传感器、测速电机、光电编码器、红外传感器等。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、本发明在健身器的固定部分相对其运动部分设有速度传感器，将速度传感器结合健身器上现有的心率传感器的电信号经滤波、放大、整形处理后，输入至CPU微处理器，由CPU处理器内的健身运动软件的有氧健身运动数学模型对健身者的年龄、身高、体重、静心率计算后输出健身者的最佳有氧健身运动的靶心率范围，并由CPU处理器控制图像产生电路即时显示模拟运动画面后，由健身者的速度信号控制运动画面的健身者的运动并使其心率达到最佳靶心率范围，并即时显示行程、时间、脉拍、速率；从而可实现最佳健身效果的自动控制，并可使健身运动具有趣味性、娱乐性、使户内健身运动具有户外健身之功效。

2、本发明的健身运动软件中还设有根据国家运动员的运动成绩设定的数学模型，可使运动员在室内即能做到室外模拟训练的效果。

3、本发明的模拟运动画面的背景丰富、生动、趣味性强，还可进行当次和累次运动记录包括行程、时间、热量消耗、成绩、次数等，并还可进行心率测试，因而其功能多。

4、本发明在健身器的机械运动部分设置有阻尼，其阻尼的调节可根据模拟运动画面的随机信号进行调节，从而使健身运动更具真实感，使运动员的室内仿真训练成为可能。

5、本发明的结构简单、制造成本低、可大规模推广进入家庭化。

本发明的具体结构由以下附图给出

图1是本发明的结构示意图

1-健身器主体 2-健身控制盘3-心率传感器 4-机械运动部分

5-速度传感器动块 6-速度传感器定块 16-阻尼杆

图2是本发明的A向示意图

图3是本发明的结构原理框图

图4是本发明的电路原理框图

图5是本发明的CPU微处理器及其处理电路的实施例电路图

图6是本发明的图像产生电路的实施例电路图

图7是本发明的存贮器扩展电路的实施例电路图

图8是本发明的射频调制电路的实施例电路图

图9是本发明的心率、速度信号滤波、放大、整形电路的实施例电路图

图10是本发明的电源电路的实施例电路图

图11是本发明的健身运动软件流程图

图12是本发明的控制盘结构示意图

7-按键 8-音频输出口 9-视频输出口 10-射频输出口

图13是本发明的I放大示意图

11-跑步机滚筒轮 12-刹车带 13-阻尼感应磁块 14-阻尼感应线圈

图14是本发明的II放大剖视图

15-骑行车中轴飞轮

图15是本发明的划船器阻尼杆液路流程图

17-活塞 18-电磁比例流量阀

图16是本发明的划船器阻尼杆结构示意图

图17是本发明的另一实施例结构示意图

19-划船器

本发明还将结合附图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17实施例作进一步详述：

参照图1、2、3、4，该健身器为组合式健身器，该健身器包括跑步机、划船器、骑行车，其机械运动部分4为跑步机的滚筒轮、划船器的座椅、骑行车的中轴，在其上相对健身器主体1上对应设有速度传感器动块5和定块6；速度传感器5、6与心率传感器3的电信号与设在健身器主体1上的健身控制盘2内的健身运动信号处理电路相连；健身运动信号处理电路是由心率、速度信号滤波、放大、整形电路、键盘电路、电源电路、CPU微处理器及其程序存储器、数据存储器、时钟、译码、逻辑控制电路、图像产生电路及射频调制电路组成；另由CPU微处理器输出的模拟运动画面的随机信号经D/A转换、放大处理后的电信号与健身器主体1的机械运动阻尼感应件相连；本发明的运动信号处理电路及D/A转换电路可为常规电路。

参照图9，健身控制盘2内的运动信号处理电路中的心率、速度信号滤波、放大、整形电路是将心率传感器3、速度传感器5、6输出的电信号分别与由运放器U12A、电阻RB 1、2、3、4、电容CB1、2以及运放器U12C、电阻RB9、10、11、12、电容CB5、6组成的滤波器的运放器的U12A、U12C的3、10脚相连，由滤波器进行滤波、放大后的电信号由运放器U12A、U12C的1、8脚输出电信号分别与由运放器U12B、U12D的5、12脚相连，并由其7、14脚分别输出的放大信号与由双方非门U13A、U13B以及U13C、U13D组成的整形电路中的与非门U13A、U13C的2、10脚相连，由与非门U13B、U13D的6、11脚分别输出心率、速度电信号。

参照图5、6，将心率、速度滤波、放大、整形电路输出的心率、速度电信号经与中央微处理器CPU相连，并由CPU内部对心率、速度的数字音频信号进行D/A转换，并与CPU外的电阻R1、2、3、4相连，再从其AUP端输出音频电信号AUDIO，该电信号分别与控制盘2的音频端口8和射频调制电路的AUDIO INPUT端相连；在微处理器CPU的CLK端与有由三极管Q1、Q2、晶振OSC及电阻R6、7、8、9、电容C1、2、3组成的时钟电路中的三极管Q2的射电极上的电容C4相连，另外时钟电路的电容C3还与图像产生电路中的PPU处理的CLK端相连；在微处理器CPU的RDY及A13、14、15脚与两译码器U3A、U3B的1A、1B、2A、2B脚相连，且译码器U3B的输出电信号分别与RAM、ROM、图像产生电路中的PPU处理器的CE脚、VRAM相连。图像产生电路中的PPU处理器的数据线与中央微处理器CPU的数据总线相连，其地址线A0、1、2端与微处理器CPU的地址线A0、1、2端相连，在PPU上还设有ADO-AD7端与八位锁存器U5相联，八位锁存器U5与PPU上的PA8-12端一起与VROM、VRAM相连；由PPU处理器输出VIDEO信号。

参照图7，是将CPU处理器和PPU处理器的ROM和VROM存贮器的空间进行扩展，使ROM和VROM的存贮空间扩展到512KB。

参照图8，由CPU处理器AUP端输出的AUDIO INPUT信号与三极管Q4的基极相连，由其放大后经耦合器T1与由PPU输出的VIDEO信号合成；另由三极管Q5、电容CA15、电感L3构成射频振荡器产生振荡频率，经耦合器T2耦合，使由前级送来的音频AUDIO、视频VIDEO信号调制在射频上，通过电感L1、L2加感后从控制盘2的射频输出口10输出。

参照图10，220V交流电压经变压器TM1变压后，再由BR1桥式整流，再经电容CE1滤波后，由稳压块U14稳压在5V上。

参照图，在CPU微处理器的程序存储器内存储有根据有氧健身运动数学模型和国家运动员等级数学模型而设定的健身运动软件；其中有氧健身运动数学模型是采用体尔费尔德公式即：Vo2max(ml/kg·min)＝43.82-0.32×年龄-0.27×体重+0.18×身高-0.165×静心率；计算出最大摄氧量Vo2max，将Vo2max乘以年龄修正系数，即可得出修正后的最大摄氧量V′o2max，根据V′o2max选择有氧工作能力等级，并根据最高心率＝220-年龄，来确定靶心率范围，靶心率上限＝最高心率×0.85，靶心率的下限＝最高心率×0.70；然后根据V′o2max确定的有氧工作能力等级选择最佳的靶心率范围；另国家运动员等级数学模型是根据国家各级运动员的成绩设定的。

参照图12，在健身控制盘2上设有心率传感器3、速度传感器5、6的接口以及电源输入接口，在控制盘2上还设有音频输出口8、视频输出口9和射频输出口10及按键7；按键7通过键盘电路与CPU微处理器相联。

参照图13、14，当健身器分别为跑步机、骑行车时，在跑步机的滚筒轮11、骑行车的中轴飞轮15上设有刹车带12，刹车带12的一端固定在车体上，另一端与一阻尼感应磁块13相连，在与阻尼感应磁块13的正对面车体上设有阻尼感应线圈14，阻尼感应线圈14与运动信号处理电路中的微处理器CPU的模拟运动画面的随机信号相联。

参照图17，该实施例为一划船器，在划船器19的座椅相对于机架对应设有速度传感器动块5、定块6，将速度传感器5、6与其上的健身控制盘2相连；由健身控制盘2控制显示终端显示划船模拟运动画面。参照圈15、16，另在其阻尼杆16内的活塞17上设有电磁比例流量阀18，电磁比例流量阀18与运动信号处理电路中的微处理器CPU的划船器画面的随机信号相连。

Claims

1、一种多功能智能健身器，含有健身器主体(1)和心率传感器(3)；其特征是在健身器主体(1)上及其相对应的机械运动部分对应设有速度传感器定块(6)和动块(5)；速度传感器(5)(6)与心率传感器(3)的电信号与设在健身器主体(1)上的健身控制盘(2)内的健身运动信号处理电路相连；健身运动信号处理电路是由心率、速度信号滤波、放大、整形电路、键盘电路、电源电路、CPU微处理器及其程序存储器、数据存储器、时钟、译码、逻辑控制电路、图像产生电路及射频调制电路组成；另由CPU微处理器输出的模拟运动画面的随机信号经D/A转换、放大处理后的电信号与健身器主体(1)的机械运动阻尼感应件相连。

2、如权利要求1所述的多功能智能键身器，其特征是在CPU微处理器的程序存储器内存储有根据有氧健身运动数学模型和国家运动员等级数学模型而设计的健身运动软件；其中有氧健身运动数学模型是采用体尔费尔德公式即：Vo2max(ml/kg·min)＝43.82-0.32×年龄-0.27×体重+0.18×身高-0.165×静心率；计算出最大摄氧量Vo2max，将Vo2max乘以年龄修正系数，即可得出修正后的最大摄氧量V′o2max，根据V′o2max选择有氧工作能力等级，并根据最高心率＝220-年龄，来确定靶心率范围，靶心率上限＝最高心率×0.85，靶心率的下限＝最高心率×0.70；然后根据V′o2max确定的有氧工作能力等级选择最佳的靶心率范围；另国家运动员等级数学模型是根据国家各级运动员的成绩设定的。

3、如权利要求1所述的多功能智能健身器，其特征是在健身控制盘(2)上设有心率传感器(3)、速度传感器(5)(6)的接口以及电源输入接口，在控制盘(2)上还设有音频输出口(8)、视频输出口(9)和射频输出口(10)，另在控制盘(2)上还设有按键(7)。

4、如权利要求1所述的多功能智能健身器，其特征是当健身器分别为跑步机、骑行车时，在跑步机的滚筒轮(11)、骑行车的中轴飞轮(15)上设有刹车带(12)，刹车带(12)的一端固定在车体上，另一端与一阻尼感应磁块(13)相连，在与阻尼感应磁块(13)的正对面车体上设有阻尼感应线圈(14)，阻尼感应线圈(14)与运动信号处理电路中的微处理器CPU的模拟运动画面的随机信号相联。

5、如权利要求1所述的多功能智能健身器，其特征是当健身器为划船器时，在其阻尼杆(16)内的活塞(17)上设有电磁比例流量阀(18)，电磁比例流量阀(18)与运动信号处理电路中的微处理器CPU的划船器画面的随机信号相连。

6、如权利要求1所述的多功能智能健身器，其特征是速度传感器(5)(6)可为电磁感应传感器、行程开关、光偶传感器、测速电机、光电编码器、红外传感器等。