JP5536952B2 - フィットネス器具 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダーの空気圧を運動負荷とするフィットネス器具と、このフィットネス器具を用いる運動管理システム及び運動管理方法に関する。

一般に、フィットネスクラブに設けられているバーベルやダンベルなどの筋力強化用フィットネス器具は決まった単位の重さを有する金属ウエートに連結されたレバーを押すか、引きながら重力の作用を克服する方向に運動するようになっている。このような金属ウエート形態のフィットネス器具は一つの器具において一方向にしか筋肉運動の效果がないという短所を有しており、また、人によって過度な重さに耐えられず、落としてしまうなどの場合、怪我のおそれが常に存在するという問題点がある。

このようないくつかの問題点を改善するために、近頃には金属ウエートではなく、油圧や空気圧を用いて運動ができるようにしたフィットネス器具が開発されている。油圧を用いるフィットネス器具は動力源が別になくて所望の油圧の強さの調節が不可能であり、ただ、油圧シリンダーのオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）の大きさを変化させ、使用者がレバーを押し引きする際に加える力及び進行速度を変えながら両方向に運動できるようになっている。空気圧を用いるフィットネス器具は、レバーを押すまたは引く時、コンプレッサーから一方向に提供される空気圧を克服する方法で筋力トレーニングをするようになり、空気圧の強さを調節して運動の強度を調節することができる。

しかし、従来の油圧または空気圧方式のフィットネス器具はシリンダー内においてピストンの位置によって油圧または空気圧が変わるため、油圧または空気圧を正確且つ一定に調節できず、精密なフィットネス器具としては相応しくないという問題点がある。さらに、フィットネスクラブではフィットネストレーナーが一定動作点で強制で押すか引いて運動負荷を追加することで、筋力トレーニングの效果を高める役割を果たしているが、従来の油圧または空気圧方式のフィットネス器具はこのような機能を有することができないため、向上した運動效果が期待できないだけでなく、フィットネストレーナーの瞬間的な運動負荷追加はむしろフィットネス器具の損傷を起こすか、寿命を短縮させる問題点がある。

また、従来の油圧または空気圧方式のフィットネス器具は、レバーを押す方向や引く方向に両方向運動をするのにあたって、両方向運動負荷を正確且つ效果的に制御できないという問題点がある。

なお、誤動作による安全上の問題を引き起こし得、製作費用が過大で、フィットネスクラブで一般人が汎用に使うには不向きであるという問題点がある。

一方、従来の金属ウエートフィットネス器具及び油圧または空圧方式のフィットネス器具は使用者が自分の経験または目標量によって直接運動負荷を設定するため、自分に合わない運動負荷で運動することによって筋肉損傷をもたらすおそれがある。さらに、運動負荷を自ら設定できない使用者、例えば、視覚障害者、老人や弱者、リハビリ治療者などの場合、フィットネス器具の使用において一般人より一層難しく、危険を伴うという問題点がある。

さらに、リハビリ治療者の場合、筋肉をリハビリするためにフィットネス器具を使っているが、行程間同一負荷を提供してむしろ筋肉の損傷部位に力が集中する問題を起こしてしまう。

また、一般に、フィットネスクラブで行われる運動プログラムは基本的な体力または身体測定の後、トレーナーの一方的な運動処方によって決められ、一度決まったプログラムは相当な期間が経ってからまた修正される。よって、会員の身体変化または状況変化に応じて運動プログラムを迅速に修正できない問題点がある。なお、会員のフィットネス器具の使用への運動データの蓄積が行われないことによって、運動経過をまともに評価できず、今後の運動プログラムがどんぶり勘定で行われる問題点がある。

なお、従来の金属ウエートを用いるフィットネス器具は、使用者またはトレーナーが運動荷重、運動回数、使用フィットネス器具の種類及び使用時間などを直接記録しなければならないので、運動データの管理が正確且つ容易に行われないという問題点がある。また、トレーナーがいないと運動プログラムの処方どおりに使用者の運動量を強制に督することができないという問題点がある。

本発明は、前記問題を解決するために案出されたものであって、空気圧を正確且つ一定に調節できる精密なフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明は筋力トレーニングの效果を高めることのできるフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明は両方向運動を行うのにあって、両方向運動負荷を正確且つ效果的に制御することのできるフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明は安全で、製作費用を低減することのできるフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明は使用者に合わせて運動負荷を自動で設定できるフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明は筋肉の損傷部位を考慮して筋肉を活性化できるフィットネス器具を提供することにその目的がある。

また、本発明はフィットネス器具使用者の運動データを正確に、信頼性のあるように収集して使用者の運動管理を体系的に行える運動管理システム及び運動管理方法を提供することにその目的がある。

また、本発明は使用者に運動管理情報を提供することに加え、運動処方によって運動量及び運動荷重を強制で制御できる運動管理システム及び運動管理方法を提供することにその目的がある。

本発明が解決しようとする課題は上述した課題に限られず、ここに言及されない本発明が解決しようとするまた他の課題は下記記載から本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解され得る。

本発明のシリンダーの空気圧を運動負荷とするフィットネス器具は、空気圧が運動負荷値によって維持されるエアシリンダー；エアシリンダーのピストンがシリンダー上部またはシリンダー下部の負荷増加設定位置に達する時、位置認識信号を発生させる位置認識センサー；位置認識信号の入力を受けて運動負荷値を増加させる負荷増加信号を発生させるコントローラー；及びコントローラーで設定される運動負荷値によってエアシリンダーの空気圧値を維持させるが、負荷増加信号の入力を受けて一定時間の間エアシリンダーの空気圧を１０〜２０％増加させる電空比例制御弁を含む。

また、本発明のエアシリンダーは単動式エアシリンダーであって、電空比例制御弁はピストンのヘッドによって区画される空気室のうち一方にだけ連結され、ピストンの位置が変更されても同一の運動負荷値においては同一の空気圧値を有するように行程間出入りする空気を調節することを特徴とする。

また、本発明のコントローラーは、運動負荷値を設定する負荷設定部と、負荷増加信号を発生させる負荷増加信号発生部と、運動機種を変更する機種変更部と、運動を非常停止させる非常停止部とを含むことを特徴とする。

また、本発明の電空比例制御弁は、停電時、開度を停電直前状態に維持させる動作によって、エアシリンダーの空気圧を維持させることを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、一端が電空比例制御弁に連結され、他端がエアシリンダーのピストンによって区画される上下部各空気室の空気出入口にそれぞれ連結され、電空比例制御弁から一方の空気室を選択的に連結することによって両方向運動負荷を提供する電空両方向ソレノイドバルブをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、空気を圧縮するコンプレッサー；コンプレッサーに連結されて漏油を防止し残圧を排気するソレノイドバルブ；ソレノイドバルブに連結されて圧縮される空気を蓄えるエアタンク；エアタンクと電空比例制御弁との間に連結され、エアタンクから排出される空気の空気圧を調節しフィルタリングするフィルターレギュレーター；及びコントローラー、コンプレッサー及びソレノイドバルブに外部電源を供給または遮断するオンオフスイッチをさらに含むことを特徴とする。

本発明による他のフィットネス器具は、内部の空気圧を運動負荷に提供するエアシリンダー；運動レバーに連結され、最大運動ストロークを測定するための第１行程課と、最大運動筋力値を測定するための第２行程課と、運動負荷値を補正するための第３行程を行うピストン；エアシリンダーまたはピストンに設けられ、ピストンの運動位置を感知して運動位置信号を発生させる位置認識センサー；ピストンのヘッドに設けられ、ピストンに加わる運動荷重を感知して運動荷重信号を発生させるロードセル；行程間時間を感知して運動時間信号を発生させるタイマー；第１行程時、エアシリンダーを無負荷値に設定し、運動位置信号によって最大運動ストロークを測定し、第２行程時、エアシリンダーを最大負荷値に設定し、運動荷重信号によって最大運動筋力値を測定し、第３行程時、最大運動ストロークと最大運動筋力値とを用いてエアシリンダーを基礎運動負荷値に設定し、第３行程時の運動位置信号と運動時間信号で測定される運動速度を用いて基礎運動負荷値を補正し、第４行程から正常運動負荷値を設定するコントローラー；及びコントローラーで設定される運動負荷値に比例してエアシリンダーの空気圧値を維持させる電空比例制御弁を含む。

また、本発明の位置認識センサーは、ピストンのヘッドに装着されるマグネチック部材と、エアシリンダーの長手方向に一定の間隔を置いて設けられ、マグネチック部材の接近によって動作するマグネチックスイッチとを含むことを特徴とする。

また、本発明の位置認識センサーは、ピストンのローダーに密着され、ローダーの移動に連動して回転するローラーと、ローラーに連結されて回転数及び回転方向によってピストンの位置を感知するエンコーダーとを含むことを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は第３行程以降から行程間運動位置による運動筋力値をデータに保存することを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、第３行程以降から行程間運動位置によって正常運動負荷値の大きさを調節して設定することを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、行程間ピストンの運動位置と、運動される筋肉部位とを対応させて、活性化しようとする筋肉部位に当たる運動位置での正常運動負荷値を上昇させることを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、正常運動負荷値を調節する入力パネルをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明のフィットネス器具は、運動を非常停止させる非常停止ボタンをさらに含み、非常停止ボタンの作動時、コントローラーは第４行程から提供される正常運動負荷値を無負荷値に急変更することを特徴とする。

また、本発明の運動管理システムは、内部の空気圧を運動荷重に提供する単動式エアシリンダーと、エアシリンダーに連結され、入力電圧値によってエアシリンダーの運動荷重を調節する電空比例制御弁と、エアシリンダーのピストン往復運動回数を感知する位置認識センサーと、入力電圧値及びピストン往復運動回数を運動荷重情報及び運動回数情報に変換するコントローラーとを備えるフィットネス器具；フィットネス器具から運動荷重情報と運動回数情報とを含む運動データを受信して運動統計データを生成し、運動統計データとあらかじめ設定された運動管理データとを比べて運動処方データを生成する中央サーバー装置；及び中央サーバー装置から運動統計データ、運動管理データ及び運動処方データを受信して表示する端末装置を含む。

また、本発明のフィットネス器具は運動種類別に複数台が備えられ、それぞれにはＲＦＩＤリーダー機が装着され、フィットネス器具使用者の所持するＲＦＩＤタグを認識することで、使用者を識別し、使用フィットネス器具を認識し、運動時間をチェックすることを特徴とする。

また、本発明の運動データは、使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報または運動時間情報のうち少なくとも一つ以上の情報をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明の運動管理データは、フィットネス器具管理情報、会員管理情報、会員運動管理情報または器具別会員筋力管理情報のうち少なくとも一つ以上の情報を含むことを特徴とする。

また、本発明の端末装置は、運動処方データによってフィットネス器具の運動荷重及び運動回数を強制制御するようにする運動制御データを入力して中央サーバー装置に送信し、フィットネス器具は中央サーバー装置から運動制御データを受信し、運動制御データの運動回数が達成されるまで、電空比例制御弁の入力電圧値を調節して運動制御データの運動荷重を維持し、運動回数の達成後にはエアシリンダーの空気圧を除去して運動制御を終了することを特徴とする。

本発明による運動管理方法は、内部の空気圧を運動荷重に提供する単動式エアシリンダーと、エアシリンダーに連結され入力電圧値によってエアシリンダーの運動荷重を調節する電空比例制御弁と、エアシリンダーのピストン往復運動回数を感知する位置認識センサーと、入力電圧値及びピストン往復運動回数を運動荷重情報及び運動回数情報に変換するコントローラーとを備えるフィットネス器具が、運動種類別に複数台備えられ、それぞれにはＲＦＩＤリーダー機が装着され、フィットネス器具使用者の所持するＲＦＩＤタグを認識することで、使用者を識別し、使用フィットネス器具を認識し、運動時間をチェックする段階；フィットネス器具から使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報、運動荷重情報、運動回数情報または運動時間情報のうち少なくとも一つ以上の情報を含む運動データを中央サーバー装置に受信して運動統計データを生成する段階；及び運動統計データとあらかじめ設定された運動管理データとを比べて運動処方データを生成し、それぞれを端末装置に表示する段階を含む。

また、本発明による運動管理方法は、運動処方データによってフィットネス器具の運動荷重及び運動回数を強制制御する運動制御データを入力する段階；フィットネス器具が運動制御データを受信し、運動制御データの運動回数が達成されるまで、電空比例制御弁の入力電圧値を調節して運動制御データの運動荷重を維持する段階；及び運動回数の達成後、エアシリンダーの空気圧を除去して運動制御を終了する段階をさらに含むことを特徴とする。

前記技術的解決方法によって、本発明によるフィットネス器具は空気圧を正確且つ一定に調節できる效果がある。

また、本発明によるフィットネス器具は筋力トレーニングの效果を高める效果がある。

また、本発明によるフィットネス器具は両方向運動をするのにあたって、両方向運動負荷を正確且つ效果的に制御できる效果がある。

また、本発明によるフィットネス器具は安全で、製作費用が低減できる效果がある。

また、本発明によるフィットネス器具は使用者に合わせて運動負荷を自動で設定できる效果がある。

また、本発明によるフィットネス器具は筋肉の損傷部位を考慮して筋肉を活性化することができる效果がある。

また、本発明の運動管理システム及び運動管理方法は、フィットネス器具使用者の運動データを正確に、信頼性のあるように収集して使用者の運動管理を体系的に行うことができる效果がある。
また、本発明の運動管理システム及び運動管理方法は、使用者に運動管理情報を提供することに加え、運動処方情報によって運動量及び運動荷重をトレーナーがいなくても制御し得る両方向管理が可能な效果がある。

本発明の一実施例によるエアシリンダーの作動原理を説明する図面である。 本発明の第１実施例によるフィットネス器具を概略的に示す図面である。 本発明の第１実施例によるフィットネス器具の各構成要素を機能ブロックで示すブロック図である。 本発明の第１実施例によるエアシリンダーに付着する位置認識センサーを説明する図面である。 本発明の第１実施例によるエアシリンダーの構造を説明する図面である。 本発明の第１実施例によるコントローラーを説明する図面である。 本発明の第２実施例によるフィットネス器具を説明する図面である。 本発明の第２実施例によるフィットネス器具の変形例を説明する図面である。 本発明の第３実施例によるフィットネス器具を概略的に示す図面である。 本発明の第３実施例によるフィットネス器具の各構成要素を機能ブロックで示すブロック図である。 本発明の第３実施例によるエアシリンダー及びピストンに付着する位置認識センサーを説明する図面である。 本発明の第３実施例によるフィットネス器具の行程間運動位置による運動筋力値を示すグラフである。 本発明の第３実施例によるフィットネス器具において行程間運動位置による運動負荷を示すグラフである。 本発明の第４実施例による運動管理システムを説明する図面である。 本発明の第４実施例による端末装置に表示される各種データを示す図面である。 本発明の第４実施例による端末装置に表示される各種データを示す図面である。 本発明の第４実施例による端末装置に表示される各種データを示す図面である。 本発明の第４実施例による運動管理方法を示すフローチャートである。

＜図面の主要部分の符号説明＞
１０１、２０１、３０１：運動器具部
１１０、３１０：エアシリンダー
１１１：下部空気室
１１１ａ：下部空気室の空気出入口
１１２：上部空気室
１１２ａ：上部空気室の空気出入口
１１３、３１３：ピストン
１１３ａ：マグネチックテープ
１１４：ハウジング
１１５：クレビス
１１６：位置認識センサー連結口
１２０、３２０、３２０‘：位置認識センサー
１３０、３５０：コントローラー
１３１：負荷表示窓
１３２：負荷設定ボタン
１３３：入力確認ボタン
１３４：機種変更ボタン
１３５：非常停止ボタン
１４０、３６０：電空比例制御弁
１５０、４１０：コンプレッサー
１６０、４２０：ソレノイドバルブ
１７０、４３０：エアタンク
１８０、４４０：フィルターレギュレーター
１９０、４５０：オンオフスイッチ
２１０：電空両方向ソレノイドバルブ
３０２：運動レバー
３２１：マグネチック部材
３２２：マグネチックスイッチ
３２３：ローラー
３２４：エンコーダー
３３０：ロードセル
３４０：タイマー
５００：フィットネス器具
６００：中央サーバー装置
７００：端末装置

以上のような本発明に対する技術的課題、技術的解決方法、有利な效果を含めた具体的な事項は次に記載する実施例及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付の図面と共に詳細に後述する実施例を参照すれば明確になる。

以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する 。

図１は、本発明の一実施例によるエアシリンダーの作動原理を説明する図面である。

図１に示すように、本発明の一実施例によるエアシリンダー（１１０）は一方の空気室（１１１、下部空気室）の吸気または排気動作のみを制御する構造であって、他方の空気室（１１２、上部空気室）は空気出入口（１１２ａ）が常に開放状態である。エアシリンダー（１１０）を上下垂直に設置すれば、下部空気室（１１１）が負荷側となり、この時の負荷は重力である。

単動式エアシリンダーにおいては、下部空気室（１１１）に投入される空気の圧力が下部空気室（１１１）の負荷と同じくなる時、均衡が保たれるが、これを空気のバランスが一致するという。例えば、内側φ８０のエアシリンダーに２ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を投入する際に平行を成す錘の重さはπｒ^２×圧力によって１００．４８ｋｇである。この時、吸気または排気動作による錘の位置の変化は圧力の変化ではなく流量の変化である。したがって、ピストン（１１３）がどの位置にあっても下部空気室（１１１）内部の負荷圧力は同一である。

本発明の一実施例では、これに基づいて下部空気室（１１１）側に空気の圧力を調節して投入すれば、使用者は空気の圧力だけの負荷で運動するようになる。この時、錘の代わりに使用者が下に引いていれば、１００．４８ｋｇ以下の力である時は、ピストン（１１３）が上がり、１００．４８ｋｇ以上の力である時は、ピストン（１１３）が下るようになる。

具体的に、空気バランスは単動エアシリンダーにだけ適用され、図１の（ａ）は空気バランス状態である。この時、負荷（Ｗ）は空気圧（Ｐ）と同じくなる（Ｗ＝Ｐ）。

この状態で、負荷、すなわち、Ａ１が押すと、図１の（ｂ）のようにピストン（１１３）の位置は下に下がり、内部空気圧はＡ１に当たる圧力だけ増加する。この時、Ａ１を除去すると、ピストン（１１３）は元の位置に上がる。これと反対に、Ａ１だけ持ち上げると、図１の（ｃ）のようにピストン（１１３）の位置は上がり、内部空気圧はＡ１に当たる圧力だけ下落する。この時、Ａ１を除去すると、ピストン（１１３）は元の位置に下がる。これをフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）と称する。これに基づいて、フィットネス器具を製作すれば、ピストンの位置によって空気圧の変化が異なって現れるが、これは従来の問題点で指摘したように、それぞれの位置で正確な空気圧で運動負荷を与えなければならないフィットネス器具として不適である。

したがって、図１の（ｂ）のようにピストン（１１３）の位置変化がある時には、内部空気圧がＰ＋Ａ１ではなくＰだけ存在するようにＡ１に当たる圧力だけ瞬間的に排気されれば、位置の変化だけあって内部空気圧はＰに維持される。これと反対に、図１の（ｃ）のようにピストン（１１３）の位置変化がある時には、内部空気圧がＰ−Ａ１ではなくＰだけ存在するようにＡ１に当たる圧力だけ瞬間的に吸気されれば、位置の変化だけあって内部空気圧はＰに維持される。

このように、本発明の一実施例によるエアシリンダー（１１０）は単動式エアシリンダーで構成され、行程間下部空気室（１１１）内に出入りする空気を調節することによって、ピストン（１１３）の位置が変更されても同一の運動負荷値では同一の空気圧値を有することができる。よって、本発明の一実施例によるフィットネス器具は空気圧を正確且つ一定に調節することができる。

一方、上部空気室（１１２）の空気出入口（１１２ａ）を制御し、下部空気室（１１１）の空気出入口（１１１ａ）を開放すれば、反対方向の運動に対して同一の效果を得ることができる。

＜第１実施例＞
図２及び図３は、本発明の第１実施例によるフィットネス器具を説明する図面である。具体的に、図２は本発明の第１実施例によるフィットネス器具を概略的に示す図面であり、図３は本発明の第１実施例によるフィットネス器具の各構成要素を機能ブロックで示すブロック図である。

図２及び図３に示すように、本発明の第１実施例によるフィットネス器具は、運動器具部（１０１）、エアシリンダー（１１０）、位置認識センサー（１２０）、コントローラー（１３０）、電空比例制御弁（１４０）、コンプレッサー（１５０）、ソレノイドバルブ（１６０）、エアタンク（１７０）、フィルターレギュレーター（１８０）及びオンオフスイッチ（１９０）を含む。

運動器具部（１０１）は運動負荷を提供する前記構成要素を除いて、一般的なフィットネス器具の構成要素、例えば、サポート椅子、レバー、支持台などで構成される。図２に示すように、本発明の第１実施例では肩筋肉トレーニングができるショルダープレス（ｓｈｏｕｌｄｅｒ ｐｒｅｓｓ）を一例に挙げて説明する。

エアシリンダー（１１０）は内部の空気圧がコントローラー（１３０）で設定される運動負荷値による空気圧に維持される。この空気圧でピストンを往復運動させることで使用者は一定の運動負荷で運動することができるようになる。本発明の第１実施例によるエアシリンダー（１１０）は単動式エアシリンダーであって、ピストンによって区画される上下部二つの空気室のうち運動負荷を提供しようとする側の空気室にだけ空気を人為的に吸気または排気して空気圧を一定に維持することで、設定された運動負荷を提供することに加え、必要に応じて吸気量または排気量を異ならせて空気圧を調節することで運動負荷を調節することができる。

位置認識センサー（１２０）はエアシリンダー（１１０）のピストンがシリンダー上部またはシリンダー下部の負荷増加設定位置に達する時、位置認識信号を発生させる。本発明の第１実施例では上述したフィットネストレーナーが一定動作点で運動負荷を追加で提供し筋力トレーニングの效果を高める機能をはかろうとする。このために、優先的に位置認識センサー（１２０）を備えて運動負荷を追加させるための負荷増加設定位置をあらかじめ定め、運動動作中、この位置に達したか否かを感知するようにする。この時、負荷増加設定位置は使用者の運動動作のうち最後の動作点、例えば、ショルダープレスの場合、上方へ押し上げる動作の最後の動作点に当たるピストンの位置であるシリンダー上部（図４の位置認識センサー（１２０）付着位置参照）に設定することが好ましい。これは、運動動作の最後にインパクトが加わる時、より一層筋力が向上することに起因する。この時、筋力トレーニングを效果的に向上させるための運動負荷の増加量は１０〜２０％程度が好ましい。

コントローラー（１３０）は位置認識センサー（１２０）から位置認識信号の入力を受け運動負荷値を増加させる負荷増加信号を発生させる。負荷増加信号には運動負荷の増加量（１０〜２０％）と運動負荷の増加時間（３〜５秒）などがあらかじめ設定されており、増加量及び増加時間は製作者または使用者が必要に応じて任意変更することができる。また、コントローラー（１３０）は使用者が所望の運動負荷値を設定し、フィットネス器具の機種によって運動負荷値を変更し、非常停止時、運動負荷値を０に設定する。ここに係るより具体的な説明は次の図６を通じて後述することにする。

電空比例制御弁（１４０）はコントローラー（１３０）で設定される運動負荷値によってエアシリンダー（１１０）の空気圧値を維持するが、コントローラー（１３０）から負荷増加信号の入力を受けて一定時間（３〜５秒）の間、エアシリンダー（１１０）の空気圧を１０〜２０％増加させる。また、電空比例制御弁（１４０）は単動式のエアシリンダー（１１０）の空気室のうち一方にだけ連結され、ピストンの位置が変更されても同一の運動負荷値では同一の空気圧値を有するように行程間出入りする空気を調節して空気圧を維持させる。電空比例制御弁は電圧信号に比例して空気圧を調節するバルブであって、本発明の第１実施例ではコントローラー（１３０）から電空比例制御弁（１４０）に印加される運動負荷値または負荷増加信号が特定電圧値を有する信号に当たり、運動負荷に作用するエアシリンダー（１１０）の空気圧が、電圧信号に比例する空気圧に当たる。例えば、０〜１２０ｋｇ単位の運動負荷値は０〜２４Ｖの電圧に切り替わる。すなわち、最大運動負荷値１２０ｋｇに当たる電圧値が２４Ｖに設定され、正常運動負荷値が自動設定され、４０ｋｇでセッティングされれば、コントローラー（１３０）は８Ｖの電圧を電空比例制御弁（１４０）に供給する。よって、本発明の第１実施例では電空比例制御弁（１４０）を採用することで、運動負荷値によって空気圧値を維持して精密な運動負荷を提供することができ、ひいては上述したように必要に応じて空気圧を所望の値に増加または減少させることも可能である。

一方、本発明において第１実施例による電空比例制御弁（１４０）は、停電時、バルブ開度を停電直前状態に維持する動作によって、エアシリンダー（１１０）の空気圧を維持させて事故の発生を防ぐことができる。よって、本発明において第１実施例によるフィットネス器具は従来の金属ウエート方式のフィットネス器具に比べてより安全である。

コンプレッサー（１５０、ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）はエアシリンダー（１１０）に空気圧を供給するための空気を圧縮する。コンプレッサー（１５０）は、本発明の第１実施例によるフィットネス器具を家庭やフィットネスクラブで使えるように、一般的に冷蔵庫用として使われている低騒音（４２ｄＢ）、小型のコンプレッサーを使う。

ソレノイドバルブ（１６０）はコンプレッサー（１５０）に連結されコンプレッサー（１５０）からエアタンク（１７０）への空気圧の流れを開閉する。また、ソレノイドバルブ（１６０）はコンプレッサー（１５０）に連結され漏油を防止し残圧を排気する。具体的に、コンプレッサー（１５０）は空気圧縮の動作時、内部のオイルが外部に流出される場合がしばしばある。ソレノイドバルブ（１６０）は３ポートの出入口を備え、二つのポートにはそれぞれコンプレッサー（１５０）とエアタンク（１７０）を連結し、残りの一つのポートとコンプレッサー（１５０）との間にはオイル戻し連結路を形成することで、漏出オイルをコンプレッサー（１５０）に戻して漏油を防止することができる。また、ソレノイドバルブ（１６０）は使用者がフィットネス器具の使用を終了し電源を遮断する時、コンプレッサー（１５０）からエアシリンダー（１１０）までの全体空圧路内にある残量の空気を排気する動作を行ない、フィットネス器具の空気圧を初期化し、次回使用時、残留空気によって運動負荷が瞬間的に提供されて事故が発生することを防ぐことができる。この時のソレノイドバルブ（１６０）も３ポートの出入口を備え、二つのポートにはそれぞれコンプレッサー（１５０）とエアタンク（１７０）とを連結し、残りの一つのポートは外部排気管を形成する。一方、漏油防止と残圧排気という二つの機能を共にするためには４ポートソレノイドバルブで構成し、ソレノイドバルブ（１６０）の開閉動作はコントローラー（１３０）によって制御可能である。

エアタンク（１７０）はソレノイドバルブ（１６０）に連結され圧縮される空気を蓄える。フィットネス器具は瞬間的な動作を繰り返す器具であって、この動作に合わせてコンプレッサー（１５０）から空気圧を直接提供するには無理がある。よって、本発明の第１実施例では圧縮空気を蓄えるエアタンク（１７０）を備えることで、空気圧を円滑に提供する。

フィルターレギュレーター（１８０）はエアタンク（１７０）と電空比例制御弁（１４０）との間に連結されエアタンク（１７０）から排出される空気の空気圧を調節しフィルタリングする。具体的に、エアタンク（１７０）と電空比例制御弁（１４０）との間の空気圧を合わせ、電空比例制御弁（１４０）に提供される空気をフィルタリングして不純物を除去する。

オンオフスイッチ（１９０）はコントローラー（１３０）、コンプレッサー（１５０）及びソレノイドバルブ（１６０）に外部電源（２２０Ｖ）を供給または遮断する。これによって、使用者は運動を始める前にオンオフスイッチ（１９０）をオン（ｏｎ）させることによって、フィットネス器具を動作させ得、運動終了後にオンオフスイッチ（１９０）をオフ（ｏｆｆ）させることによって、フィットネス器具を停止させることができる。また、必要に応じてはフィットネス器具を強制終了させることもできる。

このように構成される本発明の第１実施例によるフィットネス器具の動作手順を察してみると、まず、オンオフスイッチ（１９０）をオンさせることによってフィットネス器具に電源を供給する。オンオフスイッチ（１９０）によって供給される電源はコントローラー（１３０）、コンプレッサー（１５０）及びソレノイドバルブ（１６０）を動作させる。コンプレッサー（１５０）を通じて発生する空気圧はソレノイドバルブ（１６０）、エアタンク（１７０）、フィルターレギュレーター（１８０）及び電空比例制御弁（１４０）を通じて最終的にエアシリンダー（１１０）に提供される。この時、コントローラー（１３０）は使用者が設定する運動負荷値を電圧信号として電空比例制御弁（１４０）を制御し、電空比例制御弁（１４０）は、ピストンの移動に連動する吸気と排気動作で、運動負荷値による空気圧を維持させる。また、使用者の運動動作によってピストンが負荷増加設定位置に達すると、位置認識センサー（１２０）は位置認識信号をコントローラー（１３０）に伝送し、これによってコントローラー（１３０）は負荷増加信号を電空比例制御弁（１４０）に伝送する。電空比例制御弁（１４０）は負荷増加信号によってエアシリンダーの空気圧を増加させることで、フィットネス器具の運動負荷を増加させるようになる。

このように、本発明の第１実施例によるフィットネス器具は空気圧を正確且つ一定に調節することができ、筋力トレーニングの效果を高めることができる。

図４は本発明の第１実施例によるエアシリンダーに付着する位置認識センサーを説明する図面である。

図４に示すように、本発明の第１実施例では、ピストン（１１３）にマグネチックテープ（１１３ａ、ｍａｇｎｅｔｉｃｔａｐｅ）を付着し、エアシリンダー（１１０）の外壁の負荷増加設定位置に位置認識センサー（１２０）を付着することで、ピストン（１１３）が移動し、負荷増加設定位置に達すると、位置認識センサー（１２０）はこれを感知し位置認識信号を発生させるようになる。負荷増加設定位置は位置認識センサー（１２０）の付着位置によって決まり、必要に応じて変更可能である。このように、簡単な構成によって負荷増加設定位置に達するピストン（１１３）をよく感知することができる。

図５は本発明の第１実施例によるエアシリンダーの構造を説明する図面である。

図５に示すように、本発明の第１実施例によるエアシリンダー（１１０）はシリンダーを囲むハウジング（１１４）と、ピストンによって区画される上下部各空気室に連結されハウジング（１１４）の一端に並んで形成される一対の空気出入口（１１１ａ、１１２ａ）と、ハウジング（１１４）に一体に形成されるクレビス（１１５、ｃｌｅｖｉｓ）とを含む。また、図４で説明したように、位置認識センサーはシリンダー外壁に付着してハウジング（１１４）の内部に形成され、ハウジング（１１４）の一端には位置認識センサー連結口（１１６）が形成される。

このように、本発明の第１実施例では、エアシリンダー（１１０）の構造を簡単にし、使用の便宜性を図ることができる一方、フィットネス器具の製造費用を低減することができる。

図６は本発明の第１実施例によるコントローラーを説明する図面である。

図６に示すように、コントローラー（１３０）は運動負荷値を設定する負荷設定部と、負荷増加信号を発生させる負荷増加信号発生部と、運動機種を変更する機種変更部と、運動を非常停止させる非常停止部とを含む。

具体的に、負荷設定部は図６のように負荷表示窓（１３１）、負荷設定ボタン（１３２）及び入力確認ボタン（１３３）で構成され、運動する使用者が負荷を設定できるようにする機能部であって、０〜２４Ｖの電圧を電空比例制御弁に供給する。すなわち、使用者は負荷表示窓（１３１）に表示される運動負荷値をｋｇ単位で入力し、負荷設定部はこの数値を電圧に切り替えて電空比例制御弁に供給する。例えば、運動負荷値１２０ｋｇに当たる電圧値が２４Ｖに設定されていれば、使用者が負荷設定ボタン（１３２）を通じて４０ｋｇを入力した後、入力確認ボタン（１３３）を押せば、コントローラー（１３０）は８Ｖの電圧を電空比例制御弁に供給する。ここで、負荷設定は入力確認ボタン（１３３）による入力確認を通じてのみできるようにして使用者が負荷変更を認識できる。したがって、負荷変更による２次的な事故を予防することができる。

負荷増加信号発生部は上述した負荷増加信号を発生させる。図６には示されていないが、この機能を作動または中止できるボタンを用意することも可能である。

機種変更部は機種変更ボタン（１３４）で構成され、二つ以上の運動を並行できるフィットネス器具において、機種変更ボタン（１３４）を通じて所望の機種を選択し、選択される機種によって運動負荷の範囲、運動負荷増加量など諸設定値を変更する。

非常停止部は非常停止ボタン（１３５）で構成され、非常停止ボタン（１３５）を押せば、エアシリンダーの負荷荷重が瞬間的に０になって運動負荷が瞬時に除去される。よって、本発明の第１実施例によるフィットネス器具は従来の金属ウエートを用いるフィットネス器具に比べてより安全である。

＜第２実施例＞
図７は本発明の第２実施例によるフィットネス器具を説明する図面である。

図７に示すように、本発明の第２実施例によるフィットネス器具は運動器具部（１０１）、エアシリンダー（１１０）、位置認識センサー（１２０）、コントローラー（１３０）、電空比例制御弁（１４０）、電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）、コンプレッサー（１５０）、ソレノイドバルブ（１６０）、エアタンク（１７０）、フィルターレギュレーター（１８０）及びオンオフスイッチ（１９０）を含む。

本発明の第２実施例によるフィットネス器具の運動器具部（１０１）、エアシリンダー（１１０）、位置認識センサー（１２０）、コントローラー（１３０）、電空比例制御弁（１４０）、コンプレッサー（１５０）、ソレノイドバルブ（１６０）、エアタンク（１７０）、フィルターレギュレーター（１８０）及びオンオフスイッチ（１９０）は、本発明の第１実施例によるフィットネス器具の運動器具部（１０１）、エアシリンダー（１１０）、位置認識センサー（１２０）、コントローラー（１３０）、電空比例制御弁（１４０）、電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）、コンプレッサー（１５０）、ソレノイドバルブ（１６０）、エアタンク（１７０）、フィルターレギュレーター（１８０）及びオンオフスイッチ（１９０）と同一または類似の構造、機能及び動作特性を有するので、ここに係る具体的な説明は図２〜図６を参照して説明した本発明の第１実施例を参考することにし、以下では省略することにする。

電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）は一端が電空比例制御弁（１４０）に連結され、他端がエアシリンダー（１１０）の上下部各空気室（１１１、１１２）の空気出入口（１１１ａ、１１２ａ）にそれぞれ連結される。電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）は電気信号によって両空気出入口（１１１ａ、１１２ａ）のうち一方の空気出入口を電空比例制御弁（１４０）と選択的に連結し、他方の空気出入口を開放する。電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）は電気信号によって空気出入口の選択を自由に切り替えることができる。この時の電気信号はコントローラー（１３０）から供給される。本発明の第２実施例では電空両方向ソレノイドバルブ（２１０）をさらに装着することで、一つのフィットネス器具で二種類の運動ができる。例えば、図２に示す運動器具部（１０１）は、エアシリンダー（１１０）の上部空気室の空気圧を調節し、下部空気室の空気出入口を開放することで、ショルダープレスフィットネス器具を具現することができ、エアシリンダー（１１０）の下部空気室の空気圧を調節し、上部空気室の空気出入口を開放することで、プルダウン（ｐｕｌｌｄｏｗｎ）フィットネス器具を具現することができる。

このように、本発明の第２実施例によるフィットネス器具は電空両方向ソレノイドバルブを採用することによって両方向運動負荷を正確且つ效果的に制御できる。

図８は本発明の第２実施例によるフィットネス器具の変形例を説明する図面である。

図８に示すように、運動器具部（２０１）に前後方向に運動できる部品を追加で装着し、エアシリンダー及び電空両方向ソレノイドバルブをさらに備えることによって、二種の運動を複合的に行えるフィットネス器具を提供することができる。上述した機種変更ボタンは、この場合、上下運動と前後運動の切替の便宜を提供する。

＜第３実施例＞
図９及び図１０は本発明の第３実施例によるフィットネス器具を説明する図面である。具体的に、図９は本発明の第３実施例によるフィットネス器具を概略的に示した図面であり、図１０は本発明の第３実施例によるフィットネス器具の各構成要素を機能ブロックで示したブロック図である。

図９及び図１０に示すように、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は、運動器具部（３０１）、エアシリンダー（３１０）、位置認識センサー（３２０）、ロードセル（３３０）、タイマー（３４０）、コントローラー（３５０）、電空比例制御弁（３６０）、コンプレッサー（４１０）、ソレノイドバルブ（４２０）、エアタンク（４３０）、フィルターレギュレーター（４４０）及びオンオフスイッチ（４５０）を含む。

運動器具部（３０１）は運動負荷を提供する前記構成要素を除いて、一般的なフィットネス器具の構成要素、例えば、サポート椅子、運動レバー（３０２）、支持台などで構成される。図９に示すように、本発明の第３実施例では肩筋肉トレーニングができるショルダープレス（ｓｈｏｕｌｄｅｒｐｒｅｓｓ）を一例に挙げて説明することにする。

エアシリンダー（３１０）は内部の空気圧がコントローラー（３５０）で設定される運動負荷値による空気圧に維持される。この空気圧でピストン（３１３）を往復運動させることで使用者は一定の運動負荷で運動することができる。本発明の第３実施例によるエアシリンダー（３１０）は単動式エアシリンダーであって、ピストン（３１３）のヘッドによって区画される上下部二つの空気室のうち運動負荷を提供しようとする側の空気室にだけ空気を人為的に吸気または排気し空気圧を一定に維持することで設定された運動負荷を提供することに加え、必要に応じて吸気量または排気量を異ならせて空気圧を調節することによって運動負荷を調節することができる。

ピストン（３１３）は運動レバー（３０２）に連結され、エアシリンダー（３１０）で往復運動する行程を行う。ピストン（３１３）は最初運動負荷値を自動設定するために第１〜第３行程を行う。具体的に、最大運動ストロークを測定するための第１行程と、最大運動筋力値を測定するための第２行程と、運動負荷値を補正するための第３行程を行う。

位置認識センサー（３２０）はエアシリンダー（３１０）またはピストン（３１３）に設けられ、ピストン（３１３）の運動位置を感知して運動位置信号を発生させる。すなわち、本発明の第３実施例では位置認識センサー（３２０）を用い、ピストン（３１３）の運動のスタート点と運動の終了点を認識して運動ストロークを把握できるだけではなく、運動のスタート点と運動の終了点との間におけるピストン（３１３）の位地もリアルタイムで把握することができる。

ロードセル（３３０）はピストン（３１３）のヘッド前端またはヘッド後端に設けられ、ピストン（３１３）に加わる運動荷重を感知して運動荷重信号を発生させる。すなわち、ロードセル（３３０）には運動負荷に作用する空気圧による第１荷重と、使用者の筋力トレーニングに作用する反発力による第２荷重とが共に作用して運動荷重値として現れる。ここで、運動荷重値から運動負荷値を除去すれば、反発力として作用する使用者の運動筋力値が分かる。

タイマー（３４０）は行程間時間を感知して運動時間信号を発生させる。運動時間信号は運動位置信号と共にピストン（３１３）の運動速度の測定に使われる。

コントローラー（３５０）は電空比例制御弁（３６０）を制御する。すなわち、コントローラー（３５０）は設定しようとする運動負荷値に当たる電圧信号を電空比例制御弁（３６０）に供給する。また、コントローラー（３５０）は使用者に合わせた正常運動負荷値を自動で設定するためにピストン（３１３）の第１〜第３行程に連動し、エアシリンダー（３１０）を無負荷状態、最大運動負荷状態、基礎運動負荷状態に設定する一方、位置認識センサー（３２０）、ロードセル（３３０）及びタイマー（３４０）から各種情報を収集する。具体的に、第１行程時、エアシリンダー（３１０）を無負荷値に設定し、運動位置信号によって最大運動ストロークを測定し、第２行程時、エアシリンダー（３１０）を最大負荷値に設定し、運動荷重信号によって最大運動筋力値を測定する。第３行程時、最大運動ストロークと最大運動筋力値とを用いてエアシリンダー（３１０）を基礎運動負荷値に設定する一方、第３行程時の運動位置信号と運動時間信号とを用いて運動速度を測定し、運動速度によって基礎運動負荷値を補正して、第４行程から正常運動負荷値を設定することが可能になる。

電空比例制御弁（３６０）はコントローラー（３５０）で設定される運動負荷値に比例してエアシリンダー（３１０）の空気圧値を維持させる。すなわち、電空比例制御弁（３６０）はピストン（３１３）のヘッドによって区画されるエアシリンダー（３１０）の空気室のうち一方にだけ連結され、ピストン（３１３）の位置が変更されても同一の運動負荷値においては同一の空気圧値を有するように行程間出入りされる空気を調節する。

すなわち、本発明の第３実施例ではコントローラー（３５０）から電空比例制御弁（３６０）に印加される運動負荷値が特定電圧値を有する信号に当たり、運動負荷に作用するエアシリンダー（３１０）の空気圧が、電圧信号に比例する空気圧に当たる。よって、本発明の第３実施例では電空比例制御弁（３６０）を採用することで、運動負荷値によって空気圧値を維持し精密な運動負荷を提供することが可能で、ひいては必要に応じて空気圧を所望の値に増加または減少させることも可能である。

一方、本発明において第３実施例による電空比例制御弁（３６０）は、停電時、バルブ開度を停電直前状態に維持する動作で、エアシリンダー（３１０）の空気圧を、一定時間の間、そのまま維持させ、それによって事故発生を防止することができる。よって、本発明において第３実施例によるフィットネス器具は従来の金属ウエート方式のフィットネス器具に比べてより安全である。

コンプレッサー（４１０）はエアシリンダー（３１０）に空気圧を供給するための空気を圧縮する。コンプレッサー（４１０）は、本発明の第３実施例によるフィットネス器具を家庭やフィットネスクラブで使えるように、一般的に冷蔵庫用として使われている低騒音（４２ｄＢ）、小型のコンプレッサーを使う。

ソレノイドバルブ（４２０）はコンプレッサー（４１０）に連結され、コンプレッサー（４１０）からエアタンク（４３０）への空気圧の流れを開閉する。また、ソレノイドバルブ（４２０）はコンプレッサー（４１０）に連結され漏油を防止し残圧を排気する。

エアタンク（４３０）はソレノイドバルブ（４２０）に連結され圧縮される空気を蓄える。フィットネス器具は瞬間的な動作を繰り返す器具であって、この動作に合わせてコンプレッサー（４１０）から空気圧を直接提供するには無理がある。よって、本発明の第３実施例では圧縮空気を蓄えるエアタンク（４３０）を備えることで、空気圧を円滑に提供する。

フィルターレギュレーター（４４０）はエアタンク（４３０）と電空比例制御弁（３６０）との間に連結され、エアタンク（４３０）から排出される空気の空気圧を調節し、フィルタリングする。具体的に、エアタンク（４３０）と電空比例制御弁（３６０）の間の空気圧を合わせ、電空比例制御弁（３６０）に提供される空気をフィルタリングして不純物を除去する。

オンオフスイッチ（４５０）はコントローラー（３５０）、コンプレッサー（４１０）及びソレノイドバルブ（４２０）に外部電源（２２０Ｖ）を供給または遮断する。これによって、使用者は運動を始める前にオンオフスイッチ（４５０）にオン（ｏｎ）させることによって、フィットネス器具を動作させ得、運動終了後にオンオフスイッチ（４５０）をオフ（ｏｆｆ）させることによって、フィットネス器具を停止させることができる。また、必要に応じてはフィットネス器具を強制終了させることもできる。

図１１は本発明の第３実施例によるエアシリンダー及びピストンに付着する位置認識センサーを説明する図面である。

図１１の（ａ）に示すように、本発明の第３実施例による位置認識センサー（３２０）はピストン（３１３）のヘッドに装着されるマグネチック部材（３２１）と、エアシリンダー（３１０）の外壁に長手方向に一定の間隔を置いて設けられるマグネチックスイッチ（３２２）を含んで構成することが可能である。マグネチックスイッチ（３２２）はマグネチック部材（３２１）の接近によって動作するようになるので、マグネチックスイッチ（３２２）の動作によってピストン（３１３）の位置が分かる。

また、図１１の（ｂ）に示すように、本発明の第３実施例による位置認識センサー（３２０‘）はピストン（３１３）のローダーに密着され、ローダーの移動に連動して回転するローラー（３２３）と、ローラー（３２３）に連結され、回転数及び回転方向によってピストン（３１３）の位置を感知するエンコーダー（３２４）を含んで構成することが可能である。エンコーダー（３２４）は回転程度を精密に感知するセンサーであって、ピストン（３１３）の移動に連動してエンコーダー（３２４）が回転する構成によってピストン（３１３）の位置が精密に分かる。本発明の第３実施例では信頼度及び精密度を高めるため、マグネチック部材（３２１）及びマグネチックスイッチ（３２２）の構成と、ローラー（３２３）及びエンコーダー（３２４）の構成を共に使うことも可能である。

このように構成される本発明の第３実施例によるフィットネス器具の動作特性を察してみると次の通りである。

まず、使用者がフィットネス器具に着席した状態で、オンオフスイッチ（４５０）をオンさせることによってフィットネス器具に電源を供給する。オンオフスイッチ（４５０）によって供給される電源はコントローラー（３５０）、コンプレッサー（４１０）及びソレノイドバルブ（４２０）を動作させる。コンプレッサー（４１０）を通じて発生する空気圧はソレノイドバルブ（４２０）、エアタンク（４３０）、フィルターレギュレーター（４４０）及び電空比例制御弁（３６０）を通じて最終的にエアシリンダー（３１０）に提供される。

次に、コントローラー（３５０）が電空比例制御弁（３６０）を制御してエアシリンダー（３１０）を無負荷状態に維持させる。この状態で使用者が運動レバー（３０２）を押し上げる動作によってピストン（３１３）がエアシリンダー（３１０）の内側に進入する第１行程を行うようになる。運動レバー（３０２）を最大に押し上げた状態で位置認識センサー（３２０）を通じてピストン（３１３）のヘッドの位置を認識することで、コントローラー（３５０）は使用者の体格による最大運動ストロークを測定することができる。この後、ピストン（３１３）は次の動作のために戻される。

次に、コントローラー（３５０）が電空比例制御弁（３６０）を制御してエアシリンダー（３１０）を最大運動負荷状態に維持させる。この状態で使用者が運動レバー（３０２）を押し上げる動作によってピストン（３１３）がエアシリンダー（３１０）の内側に進入する第２行程を行うようになる。この時、第２行程は必ず第１行だけ進入する必要はなく、最大運動負荷に対する使用者の最大反発力が作用さえすればよい。運動荷重が最大に作用した状態でロードセル（３３０）を通じてピストン（３１３）に加わる運動荷重を認識することで、コントローラー（３５０）は使用者の体力による最大運動筋力値を測定することができる。この後、ピストン（３１３）は次の動作のために戻される。

次に、コントローラー（３５０）が最大運動ストロークと最大運動筋力値とを用いて使用者に合わせた基礎運動負荷値を設定する。例えば、最大運動ストロークに当たる行程区間内において、最大運動筋力値の３０％〜５０％に当たる値に基礎運動負荷値を設定する。リハビリ治療者または老人や弱者の場合には３０％程度が好ましく、一般使用者は５０％程度が好ましい。この割合は必要に応じて変更でき、前記３０％〜５０％から外れた範囲も設定可能である。

次に、コントローラー（３５０）が電空比例制御弁（３６０）を制御してエアシリンダー（３１０）を基礎運動負荷状態に維持させる。この状態で使用者が運動レバー（３０２）を押し上げる動作によってピストン（３１３）がエアシリンダー（３１０）の内側に進入する第３行程を行うようになる。この時、スタート点から終了点までの運動ストロークと、スタート点から終了点までの運動時間を用いて行程間運動速度を測定する。

次に、コントローラー（３５０）が測定された運動速度情報をあらかじめ設定された運動速度情報と比べ、測定された運動速度が低ければ基礎運動負荷値を減少させる補正を行ない、測定された運動速度が高ければ基礎運動負荷値を増加させる補正を行うようにする。この後、ピストン（３１３）は次の動作のために戻される。補正された基礎運動負荷値は正常運動負荷値になり、第４行程からは設定される正常運動負荷値が提供されて正常運動をするようになる。

これによって、使用者に適した運動負荷を自動で設定することができ、運動負荷を直接設定できない使用者、例えば、視覚障害者、老人や弱者、リハビリ治療者などの場合、別途の運動負荷値を入力しなくても便利に運動負荷を設定することができる。

図１２は本発明の第３実施例によるフィットネス器具の行程間運動位置による運動筋力値を示すグラフである。

図１２に示すように、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は空圧システムと、空圧システムに装着される位置認識センサー（３２０）とロードセル（３３０）とを備えることによって行程間運動位置による運動筋力値を容易に測定することができる。これによって、本発明の第３実施例では第３行程以降から行程間運動位置による運動筋力値をデータに保存することで、使用者の運動情報を生成することが可能になる。すなわち、筋力向上情報、行程間運動習慣情報、筋肉損傷または筋肉活性化情報などに活用することができる。特に、リハビリ治療者の場合、専門家による診療及び処方資料にすることができる。

一方、図１２のように、一般的にフィットネス器具を用いて筋肉運動をする場合、行程のスタート点と終了点との間に運動筋力値が低く、中間地点で運動筋力値が高く現われることが分かる。例えば、腕を立てるか伏せる運動をする時、二頭筋の両端部位には比較的に低い筋力が発生し、二頭筋の中間部位には比較的に高い筋力が発生することに起因する。すなわち、行程間運動位置と使用者の筋肉部位とが大略的に対応し、この時の運動筋力値は該当筋肉部位から発生することが分かる。

したがって、本発明の第３実施例では利点を次の図１３のように活用できる。

図１３は本発明の第３実施例によるフィットネス器具において行程間運動位置による運動負荷を示すグラフである。

図１３に示すように、本発明の第３実施例では第３行程以降から行程間運動位置によって正常運動負荷値の大きさを調節して設定することが可能である。すなわち、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は、一般的なフィットネス器具と異なり、上述したエアシリンダー（３１０）、位置認識センサー（３２０）、コントローラー（３５０）及び電空比例制御弁（３６０）を用いて一つの行程動作においても運動位置毎に運動負荷を自由に調節することができる。

これを用いて、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は行程間ピストン（３１３）の運動位置と、運動される筋肉部位とを対応させ、活性化しようとする筋肉部位に当たる運動位置における正常運動負荷値を上昇させることができる。

例えば、二頭筋の中間部位が損傷したリハビリ治療者の場合、図１３の（ａ）曲線または（ｃ）曲線のように運動負荷値を設定することで、損傷した筋肉部位の両側筋肉部位から活性化し、それから、（ｂ）曲線で損傷した筋肉を活性化させる方法でリハビリ治療を效果的に行える。この時、（ａ）曲線または（ｃ）曲線の運動はそれぞれまたは並行して実施することができる。

この時、リハビリ治療は図１２を通じて上述した行程間運動位置による運動筋力値データを用いることで、リハビリ治療程度及びリハビリ治療結果を容易に把握することができる。

また、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は正常運動負荷値を調節する入力パネルをさらに含むことで、医者やリハビリ治療者など専門家が入力パネルを活用して図１３の（ａ）〜（ｃ）曲線のように運動処方を容易にすることができる。入力パネルには運動筋力値データ、運動回数データ、運動時間データなども表示できる。

このように、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は筋肉の損傷部位を考慮して筋肉を活性化させることができる。

一方、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は運動を非常停止させる非常停止ボタン（未図示）をさらに含み、非常停止ボタンの作動時、コントローラー（３５０）は第４行程から提供される正常運動負荷値を無負荷値に急変更し得る。これによって、非常停止ボタンを押せば、エアシリンダー（３１０）の運動負荷が瞬間的に０になって空気圧が瞬時に除去される。よって、本発明の第３実施例によるフィットネス器具は従来の金属ウエートを用いるフィットネス器具に比べてより安全である。

一方、前記第１行程〜第３行程の動作は表示パネルによって案内するか、特に、視覚障害者の場合、スピーカーを通じた音声で案内することが好ましい。また、非常停止ボタンに対する案内図が併行されなければならないことは勿論である。

＜第４実施例＞
図１４は本発明の第４実施例による運動管理システムを説明する図面である。

図１４に示すように、本発明の第４実施例による運動管理システムはフィットネス器具（５００）、中央サーバー装置（６００）及び端末装置（７００）を含む。

フィットネス器具（５００）は内部の空気圧を運動荷重に提供する単動式エアシリンダーと、エアシリンダーに連結され入力電圧値によってエアシリンダーの運動荷重を調節する電空比例制御弁と、エアシリンダーのピストン往復運動回数を感知する位置認識センサーと、入力電圧値及びピストン往復運動回数を運動荷重情報及び運動回数情報に変換するコントローラーとを備える。

この時、電空比例制御弁は、入力電圧値によって運動荷重を一定に維持するようにピストンの往復位置に連動して吸気または排気動作し、エアシリンダーの空気圧を一定に調節する構成を有する。

また、位置認識センサーは、ピストンの往復運動を感知する近接センサーまたは圧電センサーからなる。

このように、本発明の第４実施例によるフィットネス器具（５００）は上述した本発明の第１実施例〜第３実施例のフィットネス器具と同一または類似の構成、機能及び動作特性を有する。

このような構成によって、本発明の第４実施例によるフィットネス器具（５００）は使用者やフィットネストレーナーの記録がなくても、入力電圧値を運動荷重情報に変換する動作と、ピストンの往復運動回数を自動で感知して運動回数情報に変換する動作によって簡単且つ正確に運動データを生成することができる。

一方、フィットネス器具（５００）は運動種類別に複数台が備えられ、それぞれにはＲＦＩＤリーダー機（未図示、コントローラーに内在可能）が装着され、フィットネス器具使用者の所持するＲＦＩＤタグ（未図示）を認識することで、使用者を識別し、使用フィットネス器具を認識し、運動時間をチェックすることが可能である。すなわち、ＲＦＩＤシステムを採用することによって、使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報及び運動時間情報も簡単且つ正確に運動データで生成することができる。

したがって、本発明の第４実施例による運動管理システムは、フィットネス器具使用者の運動データを正確に、信頼性のあるように収集することができる。

中央サーバー装置（６００）はフィットネス器具（５００）から運動荷重情報と運動回数情報とを含む運動データを受信して運動統計データを生成し、運動統計データとあらかじめ設定された運動管理データとを比べて運動処方データを生成する。

この時の運動統計データは運動データに含まれた、運動荷重情報、運動回数情報、使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報及び運動時間情報を使用者が要求する項目別に整理したデータである。

また、運動管理データはフィットネス器具管理情報、会員管理情報、会員運動管理情報または器具別会員筋力管理情報のうち少なくとも一つ以上の情報であって、使用者に係る全般的な情報をいずれも含んでいる。これらの情報は最初使用時点から最終使用時点まで持続的に管理される情報であって、中央サーバー装置に保存されて管理される。特に、会員運動管理情報は、使用者の最初身体状態及び運動目標方向が入力されれば、入力情報によって運動期間、運動種類、運動重量、運動回数などの今後の運動方法に関して自動に設定され、使用者別に中央サーバーに保存される情報であって、前記運動統計データと比べる土台になる運動管理データである。

また、運動処方データは運動統計データと運動管理データとを比べて処方するデータであって、実際の運動量と目標運動量とを比べて不足な点または過度な点等を知らせて、これからの運動方向及び方法を処方するデータである。

したがって、中央サーバー装置（６００）は使用者の運動管理を体系的に行うことができる。

端末装置（７００）は中央サーバー装置（６００）から運動統計データ、運動管理データ及び運動処方データを受信して表示する。端末装置（７００）はコンピューター、スマートフォンなどで構成されるので、使用者は前記データを容易に確認することができる。

一方、本発明の第４実施例による運動管理システムは、端末装置（７００）を通じて運動処方データによってフィットネス器具（１００）の運動荷重及び運動回数を強制制御するようにする運動制御データを入力して中央サーバー装置（６００）に送信することが可能である。

また、フィットネス器具（５００）は中央サーバー装置（６００）からこの運動制御データを受信し、運動制御データの運動回数が達成されるまで、電空比例制御弁の入力電圧値を調節して運動制御データの運動荷重を維持させ、運動回数の達成後にはエアシリンダーの空気圧を除去して運動制御を終了し、運動制御を安全に完了することができる。

これによって、使用者に運動管理情報を提供することに加え、運動処方情報によって運動量及び運動荷重をトレーナーがいなくても容易に制御し得る。すなわち、運動処方によって使用者の運動を強制で制御するためのものであって、処方運動量を正確に認識できなかった使用者や、処方運動量を達成するための意志の弱い使用者が使用するのに適する。また、運動量または運動荷重を意志のままに調節することができず、制御が必要なリハビリ治療患者に適用することも好ましい。

このように、従来の運動管理は、フィットネストレーナーによって運動量が記録され、運動処方し、必要な場合、運動量をコントロールしており、これをデジタルシステムに自動化するための様々な技術が試されているが、実質的にフィットネス器具はアナログ装置で備えられ、これにデジタル装置を組み合わせにくい実情である。本発明の第４実施例ではフィットネス器具の動作及び制御を全般的にデジタル化することで前記問題を解決し、デジタルから成り立つ運動管理システムに容易に組み合わせることができる。また、本発明の第４実施例においては運動管理情報及び運動処方情報を生成して見せてくれることに止まらず、必要に応じては使用者の運動量を直接にコントロールできるようにフィットネス器具を制御できる。

図１５ａ〜図１５ｃは本発明の第４実施例による端末装置に表示される各種データを示す図面である。

図１５ａは運動管理データのうちフィットネス器具管理情報を示すものであって、装備コード、装備名、基準重量、サイズ、運動部位及び運動效果などが表示される。また、使用者の識別力を高められるようにフィットネス器具のイメージと運動部位のイメージも表示することも可能である。

図１５ｂは運動統計データを示すものであって、使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報、運動時間情報、運動荷重及び運動回数が項目別に整理されて表示される。また、運動日付別に運動荷重を統計して運動記録表グラフで表示している。

図１５ｃは運動統計データと運動処方データの一部を示すものであって、月別全体運動量とそれに対する意見を示している。この時、運動統計データは装備別、運動日付別に運動荷重を統計して表示している。

図１６は本発明の第４実施例による運動管理方法を示したフローチャートである。

まず、内部の空気圧を運動荷重に提供する単動式エアシリンダーと、エアシリンダーに連結され、入力電圧値によってエアシリンダーの運動荷重を調節する電空比例制御弁と、エアシリンダーのピストン往復運動回数を感知する位置認識センサーと、入力電圧値及びピストン往復運動回数を運動荷重情報及び運動回数情報に変換するコントローラーとを備えるフィットネス器具が、運動種類別に複数台備えられ、それぞれにはＲＦＩＤリーダー機が装着され、フィットネス器具使用者の所持するＲＦＩＤタグを認識することで、使用者を識別し、使用フィットネス器具を認識し、運動時間をチェックする（Ｓ６１０）。これによって、運動データが収集される。

次に、フィットネス器具から使用者の会員情報、フィットネス器具の種類情報、運動荷重情報、運動回数情報または運動時間情報のうち少なくとも一つ以上の情報を含む運動データを中央サーバー装置に受信して運動統計データを生成する（Ｓ６２０）。

次に、運動統計データとあらかじめ設定された運動管理データとを比べて運動処方データを生成してそれぞれを端末装置に表示する（Ｓ６３０）。

上述した段階によって、具体的な例を挙げると、フィットネスクラブやフィットネスセンターの場合、会員数が１００余名、フィットネス器具が１５台と仮定すれば、前記条件で構成される装備はホストコンピューター（中央サーバー装置）１台、アンテナ一体型ＲＦＩＤリーダー機が１５台、個人別ＲＦＩＤタグが１００個に具現し得る。まず、各使用者にカード形態のＲＦＩＤタグを支給すれば、各使用者は自分のロッカーのドアを開けるのに使う。この時、フィットネスクラブ利用スタート時間をチェックする。次に、運動しようとするフィットネス器具に位置する。次に、繰り返し運動をすれば、エアシリンダーの運動回数センサーによって繰り返し回数を積算する。次に、他のフィットネス器具に移動して運動する。次に、すべての運動が終われば、ロッカーのドアを閉めてセッティングをする。以上の運動をしながら使用者は自分も知らないうちに運動量がチェックされ、各フィットネス器具別、日付別に積算して計算し整理する。整理されたデータを通じて各使用者の運動性向による運動方向を提示するトレーナーの役割を果たすことができる。

一方、前記段階に次いで、端末装置に表示される運動処方データに基づいて運動を強制制御するか可否を判断する（Ｓ６４０）。

次に、強制制御が選択された場合、運動処方データによってフィットネス器具の運動荷重及び運動回数を強制制御する運動制御データを端末装置を通じて入力する（Ｓ６５０）。

次に、フィットネス器具が運動制御データを受信し、運動制御データの運動回数が達成されるまで、電空比例制御弁の入力電圧値を調節して運動制御データの運動荷重を維持させる（Ｓ６６０）。

次に、運動回数の達成後、エアシリンダーの空気圧を除去して運動制御を終了する（Ｓ６７０）。

＜他の実施例＞
（Ａ）本発明の一実施例によるフィットネス器具はコンプレッサーとソレノイドバルブとの間に過負荷防止バルブを更に設けることによって空気圧上昇による過負荷を防止することができる。

（Ｂ）本発明の一実施例によるフィットネス器具は家庭またはフィットネスクラブで使われるので、空気出入口に騒音器を付着することで、開放されて空気が排出される側の空気出入口から発生する騒音を低減することができる。

このように、上述した本発明の技術的構成は本発明の属する技術分野当における当業者が本発明のその技術的思想や必須的な特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施できるということが理解できる。

したがって、上述した実施例はすべての面において例示的なことであって、限定的なことではないことと理解されるべきであり、本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求範囲によって示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることと解釈されるべきである。

Claims (6)

1. シリンダーの空気圧を運動負荷とするフィットネス器具において、
   前記空気圧が運動負荷値によって維持されるエアシリンダーと、
   前記エアシリンダーのピストンがシリンダー上部またはシリンダー下部の負荷増加設定位置に達する時、位置認識信号を発生させる位置認識センサーと、
   前記位置認識信号の入力を受けて前記運動負荷値を増加させる負荷増加信号を発生させるコントローラーと、
   前記コントローラーで設定される運動負荷値によって前記エアシリンダーの空気圧値を維持させるが、前記負荷増加信号の入力を受けて一定時間の間前記エアシリンダーの空気圧を１０〜２０％増加させる電空比例制御弁と、
   を含むフィットネス器具。
2. 前記エアシリンダーは単動式エアシリンダーであって、前記電空比例制御弁は前記ピストンのヘッドによって区画される空気室のうち一方にだけ連結され、前記ピストンの位置が変更されても同一の運動負荷値においては同一の空気圧値を有するように行程間出入りする空気を調節することを特徴とする請求項１に記載のフィットネス器具。
3. 前記コントローラーは、
   前記運動負荷値を設定する負荷設定部と、前記負荷増加信号を発生させる負荷増加信号発生部と、運動機種を変更する機種変更部と、運動を非常停止させる非常停止部とを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィットネス器具。
4. 前記電空比例制御弁は、停電時、開度を停電直前状態に維持させる動作によって、前記エアシリンダーの空気圧を維持させることを特徴とする請求項１に記載のフィットネス器具。
5. 一端が前記電空比例制御弁に連結され、他端が前記エアシリンダーのピストンによって区画される上下部各空気室の空気出入口にそれぞれ連結され、前記電空比例制御弁から一方の前記空気室を選択的に連結することによって両方向運動負荷を提供する電空両方向ソレノイドバルブをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフィットネス器具。
6. 空気を圧縮するコンプレッサーと、
   前記コンプレッサーに連結されて漏油を防止し残圧を排気するソレノイドバルブと、
   前記ソレノイドバルブに連結されて圧縮される空気を蓄えるエアタンクと、
   前記エアタンクと前記電空比例制御弁との間に連結され、前記エアタンクから排出される空気の空気圧を調節しフィルタリングするフィルターレギュレーターと、
   前記コントローラー、前記コンプレッサー及び前記ソレノイドバルブに外部電源を供給または遮断するオンオフスイッチと、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のフィットネス器具。
   
   

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