TW201940205A - 肌肉電性刺激裝置 - Google Patents
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Abstract
在給予肌肉電性刺激之肌肉電性刺激裝置10中,感測器係檢測與使用者的身體相關的資訊。控制部係控制對電極間施加的電壓,並且處理已以感測器檢測的資訊。感測器係檢測用以推定給予電性刺激的複數個身體部位之個別的肌肉量之資訊。控制部係基於檢測的資訊來推定複數個身體部位的肌肉均衡,且因應肌肉均衡來控制電壓。
Description
本發明係關於一種肌肉電性刺激裝置。
以作為用於人類的身體性運動之運動器具而言,例如有肌肉電性刺激裝置。肌肉電性刺激裝置係對肌肉流動微弱的電流而使肌肉緊張及鬆弛,藉此能夠期待使肌肉運動而使肌力增大。在習知上係提出有例如像專利文獻1所記載的肌肉電性刺激裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本特開2017-6644號公報。
(發明所欲解決之課題)
由於肌肉電性刺激裝置是穿戴於使用者的身體,故本發明者思及了關於身體之各式各樣之輔助性的活用方法並且亦思及了提高肌肉電性刺激裝置自身之便利性的種種方法。
本發明係有鑑於這樣的狀況而考量完成,其目的在於提供一種提高便利性之肌肉電性刺激裝置。 (用以解決課題之手段)
為了解決上述課題,本發明之一態樣的肌肉電性刺激裝置係給予肌肉電性刺激,且具備:感測器(sensor),係檢測與使用者的身體相關的資訊;以及控制部,係控制對電極間施加的電壓,並且處理已以感測器檢測的資訊。
另外,以上之構成要件的任意組合、或者將本發明之構成要件或表現在方法、裝置、程式(program)、記錄了程式的記錄媒體、系統等之間相互地置換了的態樣也作為本發明之態樣而為有效。 (發明功效)
依據本發明,能夠提供便利性提高了的肌肉電性刺激裝置。
由於肌肉電性刺激裝置係穿戴於使用者的身體,故能夠檢測與使用者之身體狀態相關的各式各樣的生理資訊或動作狀態。肌肉電性刺激裝置係檢測各式各樣的生理資訊或動作狀態,藉此能夠想到與身體相關之各式各樣的輔助性的活用方法、或提高肌肉電性刺激裝置自身的便利性之種種的方法。
在本實施形態中的肌肉電性刺激裝置係給予肌肉電性刺激,且具備:感測器,係檢測與使用者的身體相關的資訊;以及控制部,係控制對電極間施加的電壓,並且處理已以感測器檢測的資訊。
「肌肉電性刺激裝置」係「運動器具」的一例,除了用以支援包含人類的生物之身體性運動的肌肉電性刺激裝置以外,也可以應用於各式各樣的以體育(sport)或美容為目的所使用的運動器具。「生理資訊」係除了包含生命跡象(vital sign)(心跳率、血壓、呼吸、體溫等)、脂肪或肌肉的厚度、水分量或血液流動量、皮膚氣體(skin gas)(氨(ammonia)、丙酮(acetone)、二氧化氮、醋酸等)等關於身體之資訊以外,也可以廣泛地包含表示身體的動作狀態或活動量的資訊。表示身體的動作狀態或活動量的資訊除了包含直接地表示動作狀態或活動量的值以外也可以包含作為用以間接地推定之基礎的資訊。例如,用以推定使用者的體型或姿勢之表示各肌肉的狀態之值、用以推定使用者的心跳率之表示肌肉或臓器的活動之值、用以推定使用者的活動之在身體流動的電流值或電性電阻值、電位變化、靜電容量、預定身體部位的加速度、生理磁性等。
感測器係可檢測用以推定給予電性刺激之複數個身體部位的個別的肌肉量之資訊,控制部可基於所檢測的資訊來推定複數個身體部位的肌肉均衡(balance),且因應肌肉均衡來控制電壓。
依據該態樣,能夠基於與使用者的身體相關的資訊將肌肉電性刺激裝置的動作態樣調節成更適切的值、或能夠以成為更有效的程式之方式回饋(feedback)、或能夠提供對使用者而言有用的資訊,能夠提高便利性。
以下,對在各圖式所示的相同或者是同等的構成要件、構件、步驟附加相同的符號,且適當省略重複的說明。又,為了容易理解,適當放大、縮小表示各圖式中的構件之尺寸。又,在各圖式中將實施形態說明上不重要的構件之一部分省略而表示。
<運動器具控制系統> 圖1係表示實施形態之運動器具控制系統100的示意圖。運動器具控制系統100係具備:作為運動器具的肌肉電性刺激裝置10a至10g;作為運動器具控制裝置12的資訊終端;以及資訊管理伺服器14,係管理資訊。肌肉電性刺激裝置10有穿戴於使用者的腹肌、側腹、臂、腿等各身體部位的類型(肌肉電性刺激裝置10a至10f)與供使用者放置雙腳的類型(肌肉電性刺激裝置10g)。肌肉電性刺激裝置10係對使用者的肌肉給予由微弱的電流引起的電性刺激。肌肉電性刺激裝置10a至10g係分別藉由Bluetooth(藍芽)(註冊商標)等的近距離無線通訊與運動器具控制裝置12通訊而傳送接收資訊。在運動器具控制裝置12中被執行的運動器具控制程式係與肌肉電性刺激裝置10a至10g通訊而控制肌肉電性刺激裝置10a至10g個別的設定及動作。運動器具控制裝置12係經由無線LAN(Local Area Network;區域網路)等的無線通訊或行動電話通訊來與網路15連接,且在與資訊管理伺服器14之間傳送接收資訊。資訊管理伺服器14係管理在運動器具控制裝置12所執行的運動器具控制程式的更新(update),並且將來自運動器具控制裝置12之運動的設定資訊或結果資訊接收而管理。作為變形例,各肌肉電性刺激裝置可以不經由運動器具控制裝置12地與網路15連接來與資訊管理伺服器14等通訊。
運動器具控制裝置12係由使用者所操作之種種的資訊終端,例如智慧型手機(smart phone)等的行動電話終端或平板電腦(tablet)終端、個人電腦等。運動器具控制裝置12係設定肌肉電性刺激裝置10a至10g和使用該肌肉電性刺激裝置10之身體部位的對應關係,且控制每個肌肉電性刺激裝置10的強度設定或操作。肌肉電性刺激裝置10即使單獨也可以進行強度設定或操作,使用者可以直接操作肌肉電性刺激裝置10,也可以經由運動器具控制裝置12來操作。由於運動器具控制裝置12係作為複數個肌肉電性刺激裝置10a至10g的運轉中心(hub)而發揮作用,故比起使用者將複數個肌肉電性刺激裝置10a至10g個別地設定而操作,操作運動器具控制裝置12而一併控制複數個肌肉電性刺激裝置10a至10g的方式較有效率。
圖2係表示另一態樣之運動器具控制系統100的示意圖。在該態樣中係將以下之運動程式的執行作為前提:複數個使用者同時地藉由複數個肌肉電性刺激裝置一邊給予電性刺激,一邊按照配合了該電性刺激的模式(pattern)之指示自行活動身體,藉此更短時間且更有效率地謀求肌肉強化。運動器具控制系統100係具備:複數個健身服(fitness wear)102,係裝載了複數個電性刺激模組(electrostimulation module);運動器具控制裝置12;顯示控制裝置104;以及顯示裝置106。將運動器具控制裝置12、顯示控制裝置104、顯示裝置106當成組(set),在健身房(fitness gym)的教室(studio)設置一組或者是複數組,每一組例如替七人為止的複數使用者分別準備上下一組的健身服102與未圖示之上下一組的內衣(innerwear)。電性刺激模組係以能夠將例如使用者的腹肌、側腹、胸肌、背肌、臂、腿、臀部等的各身體部位作為對象而給予電性刺激的方式裝載於健身服102的各處。在複數使用者分之健身服102的各個裝載有複數個電性刺激模組。藉由與運動器具控制裝置12之通訊而被指示開始執行的運動控制程式係在各個複數使用者之複數個電性刺激模組中控制電壓設定及動作。運動器具控制裝置12係在經由了網路纜線108的區域網路與顯示控制裝置104之間傳送接收資訊。顯示控制裝置104係以下電腦:遵從以運動器具控制裝置12所執行之運動控制程式的指示,在顯示裝置106顯示運動的影像的電腦。
運動器具控制裝置12係藉由健身房的教練或者是使用者所操作的資訊終端。運動器具控制裝置12係控制每個使用者及每個電性刺激模組的強度設定或操作。由於運動器具控制裝置12係作為複數使用者分之複數個電性刺激模組的運轉中心而發揮作用,故比起教練或者是使用者個別地設定而操作複數個電性刺激模組,操作運動器具控制裝置12而一併控制複數個電性刺激模組的方式較有效率。又,能夠使複數使用者分的動作同步而以相同程式一起控制。
運動器具控制裝置12係使作為運動程式的解說或活動的範本之影像以與複數個電性刺激模組之控制同步的形式,經由顯示控制裝置104而顯示在顯示裝置106。但是,也要考慮與各電性刺激模組之無線通訊的延遲等,亦可以不在與電性刺激模組之控制脈衝(control pulse)完全同步的時機(timing)顯示活動的影像,而是在延遲了預定周期分的時機使影像顯示。顯示控制裝置104亦可內建能夠拍攝使用者的動作之相機(camera),拍攝配合運動程式而進行運動中的使用者之影像,並且將基於該影像或使用者的動作之分析重現了骨骼之動作的影像顯示在顯示裝置106。
如此,在本實施形態中的運動程式係由藉由電性刺激模組控制電壓的運動控制程式、與一邊藉由運動器具控制裝置12對複數使用者的複數個電性刺激模組傳送開始訊號等的控制訊號一邊使顯示裝置106顯示同步的影像的運動控制程式之連動來實現。又,各使用者係將顯示在顯示裝置106的影像作為範本來活動自己的身體,藉此執行運動程式。
<運動器具> 圖3係表示作為運動器具之一例的肌肉電性刺激裝置10之外觀例。圖3中的(a)係肌肉電性刺激裝置10a的俯視圖、圖3中的(b)係放大了殼體部分的放大俯視圖、圖3中的(c)係從背面側觀看肌肉電性刺激裝置10a之中間構件的外觀圖、圖2中的(d)係肌肉電性刺激裝置10a的後視圖。肌肉電性刺激裝置10a係具備:殼體20、罩(cover)24、第一基材26、第二基材27、第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33以及第四電極群34。主要由罩24與第一基材26與第二基材27所構成之肌肉電性刺激裝置10a的本體係包含:腹肌部21a,係穿戴於人類之腹肌的部分;右側腹部21b,係穿戴於右側腹的部分;以及左側腹部21c,係穿戴於左側腹的部分。
殼體20係被設置於肌肉電性刺激裝置10a的中央。如圖3中的(b)所示,殼體20係由樹脂所形成,且在俯視觀看下為大致橢圓形。殼體20係收容鋰離子(lithium ion)電池等的電源部及控制部(皆後述於圖4)。在殼體20的平面側係設置有:作為操作部的加鈕(plus button)20a、減鈕(minus button)20b、腹肌指定鈕20c及側腹指定鈕20d。加鈕20a、減鈕20b、腹肌指定鈕20c及側腹指定鈕20d係將殼體20的一部分挖空而形成為懸臂樑的狀態。
第一基材26及第二基材27係重疊而形成一個基材。罩24係由例如聚矽氧(silicone)等的彈性體(elastomer)所形成。罩24係覆蓋第一基材26及殼體的平面(表面)側。亦即,從平面側依序重疊罩24、第一基材26、第二基材27。罩24、第一基材26、第二基材27及殼體20係由接著帶或接著劑所接合。於罩24覆蓋加鈕20a的部分係突出形成有記號「+」,於罩24覆蓋減鈕20b的部分係突出形成有記號「-」。於罩24覆蓋腹肌指定鈕20c的部分係突出形成有字串「FRONT」,於罩24覆蓋側腹指定鈕20d的部分係突出形成有字串「SIDE」。第一基材26及第二基材27係薄片狀的構件,例如由聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)等的樹脂所形成。
肌肉電性刺激裝置10係包含一組正負一對的電極或者是複數組正負一對的電極。在為肌肉電性刺激裝置10a的情形下,第一電極群31包含電極31a至31c,第二電極群32包含電極32a至32c,第三電極群33包含電極33a、33b,第四電極群34包含電極34a、34b。各電極係被配置於第一基材26之背面亦即與腹肌或側腹接觸的面,且分別從在第二基材27中被設置在各電極位置之各開口部露出。各電極係由導電性墨(ink)所構成,被印刷於第一基材26的背面。分別在電極31a與電極32a之間、電極31b與電極32b之間、電極31c與電極32c之間、電極33a與電極34a之間、電極33b與電極34b之間通電。在第二基材27中,開口部35a、35b、35c、35d、35e、35f、35g、35h、35i、35j係分別被設置於與電極34a、33a、31a、31b、31c、32a、32b、32c、33b、34b的各個對應之位置。
另外,在如圖3中的(c)般之電極配置的情形下,雖然對左右的腹直肌是在第一電極群31與第二電極群32之間於横方向通電的形式,但也可以是分別對左右的腹直肌獨立地於縱方向(身高方向)通電的電極配置。在該情形下,例如僅以第一電極群31獨立地對左腹直肌施加電性刺激,僅以第二電極群32獨立地對右腹直肌施加電性刺激。藉此,能夠對左右的腹直肌施加不同電壓值的電性刺激。
於各開口部的周緣及各電極係貼附有未圖示的凝膠(gel)狀的黏著墊(pad),肌肉電性刺激裝置10藉由該黏著墊的黏著性而被穿戴於各身體部位。於右側腹部21b之端部與左側腹部21c之端部係分別安裝有未圖示的長條狀之面緊固帶(surface fastener band)。使面緊固帶繞人體一周而以適度的長度束緊,藉此固定肌肉電性刺激裝置10。黏著墊係具有導電性,經由該黏著墊而從各電極對使用者的身體部位通電。黏著墊係在例如伴隨著使用而產生水分量的降低引起的黏著力降低或電性電阻增大、或破損、或汙垢變得顯眼的情形下進行交換。
在殼體20、第一基材26、第二基材27、第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33、第四電極群34的任一個設置有用以檢測與使用者的身體相關之資訊的感測器。關於感測器係在後面敘述。
另外,雖然在圖3係例示了穿戴於腹肌與側腹類型的肌肉電性刺激裝置10a,不過在穿戴於其他身體部位之類型的肌肉電性刺激裝置10中,也形成有適於穿戴於該身體部位之形狀的基材,且設置有適於對該身體部位通電之個數的電極。又,裝載於圖2的健身服102之電性刺激模組也同樣地構成為包含:殼體、基材、以及一組正負一對的電極或複數組正負一對的電極。
圖4係表示肌肉電性刺激裝置10之功能構成的方塊圖。肌肉電性刺激裝置10係具備:電源部22、第一基材26以及控制部28。控制部28係包含電源控制部50、肌膚偵檢部52、電性刺激控制部54、設定部56以及通訊部58。電源部22雖為鋰離子電池等二次電池(secondary battery),但也可以是能夠交換的一次電池(primary battery)。電源部22係與控制部28電性連接且供給電力。
第一基材26係除了第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33以及第四電極群34以外還包含感測器40。在本圖雖說明了在第一基材26包含感測器40的例子,但也可以是在第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33以及第四電極群34的任一個或者是個別地包含感測器40的規格。或者是,在第一基材26或各電極群不包含感測器40而是在電源部22之中包含感測器40的規格。
以硬體上來說,控制部28的各方塊(block)係能夠由以電腦的CPU(central processing unit;中央處理單元)為首之元件或機械裝置實現,以軟體上來說能夠藉由電腦程式等來實現,在此描繪了藉由該等的協作所實現之功能方塊。因此,接觸到本說明書的所屬技術領域中具有通常知識者應當能理解,這些功能方塊係能藉由硬體、軟體的組合而以各種形式實現。關於圖5、圖6的各方塊亦為相同。
電源控制部50係控制電源部22的充電,並且經由通訊部58將表示充電狀態的資訊對運動器具控制裝置12傳送。
肌膚偵檢部52係基於從感測器40領收的電性電阻值,來偵檢電極是否接觸肌膚。在該情形下的感測器40係例如生理阻抗(impedance)測定器。肌膚偵檢部52係取得第一電極群31與第二電極群32之間的電性電阻值、第三電極群33與第四電極群34之間的電性電阻值。肌膚偵檢部52係在已檢測的電性電阻值未滿臨限值的情形下當作偵檢到電極接觸肌膚的情形,在已檢測的電性電阻值為臨限值以上的情形下當作偵檢到電極未接觸肌膚的情形。
在藉由肌膚偵檢部52偵檢到電極接觸肌膚的情形時,電性刺激控制部54係以預定的動作時間(例如23分)、預定的周期(例如頻率為20Hz的周期)對電極間施加設定電壓。亦即,例如對使用者的腹肌及側腹給予電性刺激。設定部56係接受被配置在上下之加鈕20a及減鈕20b的操作輸入,將藉由電性刺激控制部54所施加的設定電壓值予以增減。亦即,設定部56係每當使用者按加鈕20a時使設定電壓值增加,每按減鈕20b時使設定電壓值減少。設定電壓值例如可以設定為20階段的強度中的任一值。設定部56係進一步地接受被配置在左右之腹肌指定鈕20c及側腹指定鈕20d的操作輸入,而決定操作腹肌部21a與左右的側腹部21b、21c中之哪一個的設定電壓值。使用者係在想操作腹肌之設定電壓值的情形下,在按下腹肌指定鈕20c後以加鈕20a及減鈕20b調整設定電壓值。在想操作側腹之設定電壓值的情形下,在按下側腹指定鈕20d後以加鈕20a及減鈕20b調整設定電壓值。電性刺激控制部54係基於感測器40已檢測值來增減動作時間或周期、設定電壓值等。因應感測器40之種類的控制方法係於後面敘述。
通訊部58係經由近距離無線通訊將設定電壓之資訊從運動器具控制裝置12接收而對設定部56傳送。在通訊部58從運動器具控制裝置12接收了設定電壓值的資訊、或者是接收了指示設定電壓值之增加或減少的資訊的情形下,設定部56係基於已接收的資訊來使設定電壓值增減。每當設定電壓值的增減被進行時,電性刺激控制部54係以新的設定電壓值對電極間施加電壓,藉此讓使用者體感且確認新的設定電壓值,亦即讓使用者體感且確認新的運動強度。通訊部58係在運動中亦即電壓施加中也從運動器具控制裝置12接收運動強度的增減指示之情形下,將設定電壓值增減。但是,即使接收了來自連接中的運動器具控制裝置12以外的運動強度之增減指示也會無視,不遵從來自其他裝置的運動強度之增減指示。這是為了防止由使用者以外的他人隨便增減電壓值的情形。通訊部58係將表示由電性刺激控制部54所進行的電壓施加狀態之資訊、亦即表示運動執行狀態之資訊對運動器具控制裝置12傳送。通訊部58係對運動器具控制裝置12傳送藉由感測器40所檢測的資訊。
<運動器具控制裝置> 圖5係表示運動器具控制裝置12之功能性構成的功能方塊圖。運動器具控制裝置12係包含:控制部70、通訊部71以及顯示部72。控制部70係包含:通訊處理部60、類別決定部61、對應決定部62、設定處理部63、器具控制部64、顯示控制部65以及資訊管理部66。
通訊部71係藉由近距離無線通訊在與肌肉電性刺激裝置10之間傳送接收資訊,並且經由行動電話通訊網或者是無線LAN等的通訊手段而與資訊管理伺服器14之間傳送接收資訊。控制部70係經由通訊部71而與肌肉電性刺激裝置10或資訊管理伺服器14傳送接收資訊。顯示部72係液晶面板(panel)或有機EL(electroluminescence;電致發光)面板等的觸碰面板(touch panel)式顯示裝置,在畫面顯示資訊並且接受使用者的操作輸入。
通訊處理部60係經由通訊部71而在與肌肉電性刺激裝置10之間傳送接收資訊。通訊處理部60從複數種運動器具之各個接收的資訊係隨著運動器具的每個種類而內容不同。例如,在從各運動器具領收的資訊係包含有表示該運動器具之種類或運動之類別的識別資訊。在從各運動器具領收的資訊也可包含有用於使用者註冊或個體管理的個體識別資訊或獨一無二的網路位址(network address)(MAC(medium access control;媒體存取控制)位址)。
類別決定部61係基於已接收的資訊,從複數個類別指定使用運動器具之運動的類別。類別決定部61係對每個運動器具的種類事先儲存以該種類之運動器具能夠進行的運動的類別。類別決定部61係例如事先儲存像「Abs+Waist」、「Abs」、「Arm」、「Leg」、「Body」的運動器具名或是運動類別。類別決定部61係基於接收的資訊指定運動器具的種類,藉此指定運動的類別。在此,若如「Abs+Waist」或「Abs」般指定運動器具或是運動類別的話,雖然有像「腹肌+側腹」、「腹肌」般使用器具的身體部位也唯一確定的情形,不過以其他的運動器具而言,使用的身體部位不一定是唯一確定。例如,「Arm」是使用右臂與左臂的哪一個、及使用臂的前面與背面的哪一個,若不由使用者指定的話則不會確定。同樣地,「Leg」是使用右腿與左腿的哪一個、及使用腿的前面與背面的哪一個,若不由使用者指定的話則不會確定。由於「Body」是能夠使用側腹、臂、腿的任一個,所以若不由使用者指定的話,使用的身體部位不會確定。因此,藉由運動器具的種類或是運動類別,將使用之身體部位的指定如以下般執行。
對應決定部62係基於對一個或者是複數個運動器具所指定的各自的運動類別,對複數個身體部位分別指定與不同運動器具的對應。對應決定部62係對每個運動的類別事先儲存能夠藉由該類別運動之一個以上的身體部位。對應決定部62係在能夠藉由運動的類別而運動之身體部位為複數個的情形下,亦即在穿戴了必須指定身體部位的運動器具的情形下,基於使用者對顯示部72的操作輸入來指定任一個身體部位與運動器具的對應。
設定處理部63係基於使用者對顯示部72的操作輸入來設定運動器具的動作內容。設定處理部63係能夠對複數個身體部位分別設定不同的動作內容。設定處理部63係設定肌肉電性刺激裝置引起的電性刺激之強度作為動作內容,亦即設定20階段中的任一等級(level)的電壓值。設定處理部63係基於從肌肉電性刺激裝置10取得之感測器40之檢測值,來調整該肌肉電性刺激裝置10的動作內容。關於基於來自感測器40之檢測值之動作內容的調整係於後面敘述。另外,在本實施形態中,雖然說明了以下規格:電性刺激控制部54與設定處理部63的雙方基於來自感測器40之檢測值來調整肌肉電性刺激裝置10之動作內容或是設定電壓值,不過在變形例中也可以設成以下規格:只有電性刺激控制部54與設定處理部63中的任一方調整肌肉電性刺激裝置10之動作內容或是設定電壓值。
器具控制部64係基於已指定的身體部位與運動器具之對應、及已設定的動作內容,經由通訊部71對每個運動器具傳送將動作內容予以表示的資訊,藉此控制該運動器具所進行的運動。例如,器具控制部64係對肌肉電性刺激裝置10傳送運動開始訊號、一時停止訊號、完畢訊號、電壓值訊號等,藉此控制肌肉電性刺激裝置10。另一方面,為了抑制肌肉電性刺激裝置10中的通訊導致的電池(battery)消耗,設計上較佳為將通訊維持在最小限度。例如,使在肌肉電性刺激裝置10已設定的電壓值儲存於資訊管理部66,不從肌肉電性刺激裝置10取得電壓值的資訊。又,也可以不傳送接收運動的完畢訊號,在預定時間經過後判斷為運動程式已完畢。
顯示控制部65係控制關於身體部位與運動器具之對應、動作內容及運動狀況的畫面顯示。顯示控制部65係顯示人體模型(model)的圖像,並且配合運動器具之控制狀態地將動態地表示運動中之肌肉的活動的圖像顯示於畫面。顯示控制部65係基於由感測器40所檢測的值來將可視覺化的內容顯示於畫面。
資訊管理部66係儲存使用者的註冊資訊或屬性資訊、運動的結果資訊、由感測器40而行之檢測值等。以作為使用者的註冊資訊或屬性資訊而言,例如儲存有電子郵件位址(mail address)、密碼(password)、暱稱(nickname)、出生年月日、身高、體重、性別等資訊。作為每個身體部位的運動結果,資訊管理部66係使用每個身體部位的係數來決定基於對每個身體部位所設定而執行之動作內容的運動量,且記錄累積運動量。資訊管理部66也可以例如事先儲存因應每個身體部位之平均肌肉面積或是電極面積的係數,將電壓值、施加時間、係數的積作為一次的運動量而算出。運動量也可以例如用「mp」等的獨特的單位顯示。資訊管理部66係累積已算出的運動量而作為累積運動量來儲存。
圖6係表示資訊管理伺服器14之功能構成的功能方塊圖。資訊管理伺服器14係包含控制部80及通訊部81。控制部80係將從各個複數個運動器具控制裝置12接收的資訊予以積蓄且管理。通訊部81係經由行動電話通訊網或無線LAN等的通訊手段,在各個複數個運動器具控制裝置12之間傳送接收資訊。
控制部80係包含通訊處理部85及資訊管理部86。通訊處理部85係經由通訊部81而在複數個運動器具控制裝置12之間傳送接收資訊。資訊管理部86係將已從複數個運動器具控制裝置12領收的資訊積蓄而管理。從運動器具控制裝置12領收的資訊例如是每個運動器具控制裝置12之肌肉電性刺激裝置10的設定資訊或運動結果的資料(data)、感測器40的檢測值。資訊管理部86係儲存運動控制程式,在有運動控制程式的更新時,經由通訊部81對運動器具控制裝置12發送新版本(version)的程式。
另外,雖然對本實施形態中的運動器具控制系統100以作為包含資訊管理伺服器14的構成進行說明,但也可以實現作為其他形態之不包含資訊管理伺服器14的運動器具控制系統100。在該情形下,每個運動器具控制裝置12的設定資訊或運動結果之資訊係主要被儲存於運動器具控制裝置12上的儲存機構。
<感測器> 如上所述,在殼體20、第一基材26、第二基材27、第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33以及第四電極群34的任一個設置有將與使用者的身體相關之資訊檢測的感測器40。藉由在肌肉電性刺激裝置10設置一些感測器,能夠取得使用者的生理資訊、或能夠檢測使用者所進行的操作狀態或動作狀態。這些已取得或者是已檢測的資訊係作為使用者之使用歷程而記錄、或對肌肉電性刺激裝置10的控制進行回饋。以下,列舉設置在肌肉電性刺激裝置10之感測器的例子。
作為檢測使用者之生理資訊的感測器,有都卜勒(Doppler)感測器、超音波感測器、生理阻抗測定器、近紅外線感測器、遠紅外線感測器、皮膚氣體感測器、溫度計、磁性感測器等。作為檢測使用者之動作狀態或活動量的感測器,有都卜勒感測器、肌電位感測器、壓力感測器、加速度感測器、相機等。
(1)都卜勒感測器 都卜勒感測器係發射電波(微波(microwave)),且比較來自對象物的反射波之頻率與發射波之頻率,藉此檢測對象物的活動。都卜勒感測器係必須設置在不與作為對象物之使用者的身體接觸的遠離的位置。於使用者的身體正在動的情形下,反射波的頻率因都卜勒效應(Doppler effect)變化,藉此能夠判定身體正在動還是正在靜止。例如能夠藉由檢測心跳或呼吸造成的身體動作來得到心跳率或呼吸次數等的生命跡象。
(2)超音波感測器 超音波感測器係以下感測器:發射超音波,且根據反射波從對象物的返回時間檢測距離。基於超音波感測器檢測之距離的資訊,運動器具控制裝置12的顯示控制部65在顯示部72顯示已將使用者之身體的剖面可視覺化的剖面圖像。藉由將使用者之身體的剖面可視覺化,能夠測定脂肪或肌肉的厚度。又,基於儲存在資訊管理部66或資訊管理部86之脂肪的厚度或肌肉的厚度之歷程,能夠測定肌肉電性刺激裝置10造成的功效。超音波感測器係與都卜勒感測器不同,必須設置在與作為對象物之使用者的身體接觸的位置。例如,設置在能夠於腹直肌上測定肌肉的大小或收縮的樣子之位置。又,也可以將超音波感測器以能夠與圖2之運動器具控制裝置12連接的超音波探針(probe)的形式設置。如此,能夠使用超音波感測器的檢測結果來將已可視覺化的脂肪或肌肉之剖面圖像進行畫面顯示。又,測定脂肪或肌肉的厚度且將此作為歷程來記錄,藉此能夠測定脂肪減少或肌肉增大的變化。基於脂肪或肌肉的厚度、或者是因應脂肪減少或肌肉增大的變化,設定處理部63係調整動作時間或周期、波形等作為肌肉電性刺激裝置10進行的訓練內容。又,也可以決定訓練的推薦頻率等。另外,也可以設成在第一基材26或者是第二基材27中將超音波感測器與電極設在相同層的規格。在該情形下,貼附於電極的凝膠狀之黏著墊也能夠作為音響整合層之凝膠狀構件來使用。
(3)生理阻抗測定器 生理阻抗測定器係對使用者的身體流過微弱的電流測定使用者身體的電性電阻。根據測定的電性電阻值與事先儲存之使用者的身高、體重、年齡、性別等身體資訊的關係,可以推定脂肪量、肌肉量、水分量等身體組成值。雖然為了對身體流過微弱的電流,生理阻抗測定器必須設置在與使用者的身體接觸之位置,但也可以設置為獨立之感測器而設成以下規格取代:以第一電極群31、第二電極群32、第三電極群33、第四電極群34代用,透過這些電極流過微弱的電流而測定電性電阻。生理阻抗測定器係能夠基於已測定之電性電阻值,將電性刺激控制部54或者是設定處理部63調整了肌肉電性刺激裝置10的設定電壓值、或能夠將電極位置是否為適正之情形分析而回饋。又,設定處理部63係基於身體組成分析的結果,來調整動作時間或周期、波形等作為肌肉電性刺激裝置10進行的訓練內容。又,也可以決定訓練的推薦頻率等。
(4)近紅外線感測器 近紅外線感測器係藉由將作為接近可見光之電磁波的近紅外線對著作為對象物之使用者的身體照射時的反射、吸收、透射之量的不同,來檢測例如使用者的身體的水分量或血液流動量。藉此,能夠測定訓練的功效或使用者之心跳率或是脈搏等生命跡象。例如,設定處理部63係因應水分量或血液流動量的變化來調整動作時間或周期、波形等。例如,也可以判定有無浮腫等,因應該判定結果而藉由未滿15Hz左右之電性刺激引起的肌運動(單收縮)來謀求促進血液流動。
(5)遠紅外線感測器 遠紅外線感測器係偵檢從物體所放射的遠紅外線而檢測微小的溫度差。例如,檢測使用者之體溫的變化或體溫分布,運動器具控制裝置12的顯示控制部65將使用者之體溫的變化或體溫分布顯示在顯示部72。又,也能夠以從施加電性刺激之複數個身體部位分別檢測體溫的方式在複數處設置感測器,推定每個身體部位之運動功效的不同或運動的均衡。例如,設定處理部63係因應這些推定結果來調整動作時間或周期、波形等。
(6)肌電位感測器 肌電位感測器係測定藉由肌收縮所產生的肌電位,且檢測肌肉之動作時的電位變化。也能夠以從施加電性刺激之複數個身體部位分別檢測肌電位的方式在複數處設置感測器,推定每個身體部位之肌運動的不同或肌疲勞的不同、肌運動的均衡。例如,設定處理部63係因應這些推定結果來調整動作時間或周期、波形等。
(7)皮膚氣體感測器 皮膚氣體感測器是檢測從皮膚表面所放出之氣體的感測器,可檢測例如氨(NH3
)、丙酮、二氧化氮(NO2
)、醋酸等皮膚氣體。例如,在藉由皮膚氣體感測器檢測氨的情形下,能夠測定使用者的疲勞。在藉由皮膚氣體感測器檢測丙酮的情形下,能夠測定使用者的脂肪燃燒量。在藉由皮膚氣體感測器檢測二氧化氮的情形下,能夠測定使用者的血液流動量。在藉由皮膚氣體感測器檢測醋酸的情形下,能夠測定使用者的疲勞。設定處理部63係因應這些測定值或其變化來調整動作時間或周期、波形等。
(8)壓力感測器 壓力感測器係檢測因壓力導致的變形產生之靜電容量的變化或應變計(strain gauge)之電性電阻值的變化。例如檢測心跳或呼吸引起的身體動作,藉此能夠得到心跳率或呼吸次數等生命跡象。又例如,亦能夠藉由壓力感測器來偵檢將肌肉電性刺激裝置10纏繞於身體時的帶子(belt)的壓力且檢測帶子的過於束緊。也可以藉由壓力感測器來檢測使用者坐著時的壓力。也可以在供使用者放置雙腳的類型(肌肉電性刺激裝置10g)之底面設置壓力感測器,藉此檢測後述的肌肉電性刺激裝置10g之搖動。設定處理部63係因應這些測定值或其變化來調整動作時間或周期、波形等。
(9)加速度感測器 加速度感測器係偵檢對象物的加速度,藉此檢測使用者之肌肉的活動的速度。又,也可以基於對象物的運動量來測定肌收縮的大小。也可以在供使用者放置雙腳的類型(肌肉電性刺激裝置10g)設置加速度感測器,藉此檢測後述的肌肉電性刺激裝置10g之搖動。設定處理部63係因應這些測定值或其變化、或者是每個身體部位的活動之速度的不同,來調整動作時間或周期、波形等。
(10)溫度計 溫度計係偵檢對象物的溫度。例如,檢測使用者的體溫或環境的溫度。又,可以也設置濕度計而進一步地檢測環境的濕度。設定處理部63係因應使用者的體溫或環境的溫度之變化來調整動作時間或周期、波形等。
(11)圖像感測器 圖像感測器是取得被拍攝體之圖像的拍攝元件。以圖像感測器來檢測使用者的體型或動作,藉此鎖定使用者之身體的扭曲或動作。也可以使用內建於運動器具控制裝置12的相機來作為圖像感測器。設定處理部63係因應使用者之身體的扭曲或動作來調整動作時間或周期、波形等。
(12)生理磁性感測器 生理磁性感測器係偵檢使用者的生理磁性,藉此能夠得到例如心跳率等的生命跡象。設定處理部63係因應這些測定值或其變化來調整動作時間或周期、波形等。
(13)腰圍測定器 在為如圖3所示般的纏繞於腰圍之類型的肌肉電性刺激裝置10的情形下,設置腰圍測定用的帶子來測定腰圍。又,於在腹部以外纏繞於臂或腿等之身體部位之類型的肌肉電性刺激裝置10中,也可以設置臂或腿等的周長測定用的帶子來測定其周長。基於這些測定值及其他的測定值來推定使用者的體型或身體均衡,且設定處理部63係因應其推定結果來調整動作時間或周期、波形等。
藉由使用由各種感測器而得的檢測值,能夠實現例如以下的功能。 (1)肌肉的均衡 設定處理部63係因應以下要素來調整動作時間或周期、波形:已用超音波感測器或生理阻抗測定器等感測器來測定之各身體部位的肌肉量的均衡、或已用肌電位感測器或者是紅外線感測器等各種感測器來測定之各身體部位的肌運動或肌疲勞的均衡。亦即,設定處理部63係以成為以下方向之訓練的方式進行調整:緩解左右的肌肉或上下的肌肉之不均衡。在測定了左右的腹直肌或腹斜肌的肌肉量為不均衡的情形下,設定處理部63也可以對肌肉量少的那一邊的腹直肌或腹斜肌設定更大的電壓值作為因應其左右差異的設定電壓值。在測定了左右的臂的肌肉量為不均衡的情形下,設定處理部63也可以對肌肉量少的那一邊的臂設定更大的電壓值作為因應其左右差異的設定電壓值。在測定了左右的腿的肌肉量為不均衡的情形下,設定處理部63也可以對肌肉量少的那一邊的腿設定更大的電壓值作為因應其左右差異的設定電壓值。在測定了上半身與下半身的肌肉量、上下的肌肉量、前後的肌肉量等為不均衡的情形下,設定處理部63也可以對肌肉量少的那一邊的肌肉設定更大的電壓值作為因應其差異的設定電壓值。設定處理部63也能夠以與如下要素的關係將電壓值以成為適合使用者之電性刺激及運動量的方式來設定:脂肪量與肌肉量、脂肪量與肌肉量之比率、事先儲存之使用者的身高、體重、年齡、性別等身體資訊、使用者之希望的體型或運動量。如上,能夠施加與因使用者而異的體型或肌肉量配合之更適切的電性刺激。
(2)因應心跳率的電性刺激 在藉由都卜勒感測器或近紅外線感測器、壓力感測器、生理磁性感測器等感測器得到使用者的心跳率等生命跡象的情形下,設定處理部63係因應其心跳率來調整肌肉電性刺激裝置10的設定電壓值。在藉由這些感測器來監視使用者之心跳的情形下,設定處理部63也能夠以配合了心跳之時機的波形施加電性刺激,藉此在單收縮中促進血液流動。在心跳率超過預定值而上升過多的情形下,設定處理部63係進行降低設定電壓值等來抑制訓練,相反地在心跳率低到比預定值低的情形下,設定處理部63係提高設定電壓值來提高強度。如上,能夠更有效地使用肌肉電性刺激裝置10。
(3)黏著墊交換的提醒 藉由感測器來檢測被貼附於肌肉電性刺激裝置10之電極的凝膠狀的黏著墊是否消耗等而成為了應當交換的狀態。例如,也可以藉由都卜勒感測器、生理阻抗測定器、近紅外線感測器等感測器來檢測黏著墊的組成(尤其是水分量)。為了檢測黏著墊的水分量,也能夠以成為以下構造之方式配置感測器:感測器夾進黏著墊的一部分。又,除了生理阻抗測定器在與使用者的身體之間於對電極通電的期間測量黏著墊之電性電阻值的規格以外,也可以設成在電極附近設置專用之阻抗測定器的規格,該專用之阻抗測定器係用以測量黏著墊的電性電阻值。在設定處理部63判定了檢測黏著墊的消耗且為應當交換之狀態的情形下,顯示控制部65將催促使用者進行黏著墊之交換的內容顯示在顯示部72。又,也可以經由通訊部71將顯示應當交換黏著墊之意旨的資訊對資訊管理伺服器14傳送,領受了該資訊的資訊管理伺服器14之通訊處理部85自動替使用者發送黏著墊的新購買訂單。如上,能夠在關於黏著墊之交換上提高使用者的便利性,並且能夠對使用者促進黏著墊或是肌肉電性刺激裝置10之適切的利用。
(4)波形調整 因為脂肪的厚度或脂肪量多時會難以通電,故為了提高電性刺激的頻率而提高通電,設定處理部63係因應脂肪量來調整波形。具體而言,因應已使用超音波感測器或生理阻抗測定器測定的脂肪量,來將構成通電之突波(burst wave)的脈衝的頻率調整成適切的深度、刺激量。例如,在脂肪量超過預定值的情形下提高波形的頻率。特別是,干擾波(interference pattern)型肌肉電性刺激裝置10係能夠以到達瞄準之部位的方式進行波形調整。如上,能夠對使用者提供更有效的電性刺激。
(5)出力調整 在供使用者放置雙腳的類型(肌肉電性刺激裝置10g)中,由於當來自腳底的電性刺激變強時腳踝因電性刺激而動作,故肌肉電性刺激裝置10g配合腳踝而像蹺蹺板(seesaw)般地搖動。圖7係表示肌肉電性刺激裝置10g之使用狀態的側視圖。在使用肌肉電性刺激裝置10g時,使用者係以端坐姿勢在肌肉電性刺激裝置10g之一對放腳部92L、92R分別放置雙腳。端坐姿勢係指以在椅子等的凳子或地板坐下的狀態將雙腳FL、FR垂下的姿勢。於兩腿係通過一對電極部而流動用以賦予電性刺激的刺激電流。該刺激電流係將使用者的左腿、右腿以及肌肉電性刺激裝置10g作為通電路徑。於兩腿流動刺激電流時,在前脛、小腿、腳底等的肌肉賦予有電性刺激,且促進伴隨著該等之收縮及鬆弛的運動。也就是說,促進膝下或腳的肌肉之運動。當膝下或腳的肌肉因電性刺激而收縮時,腳FL、FR以彎曲腳關節的方式往方向Pa1動。另一方面,當處在收縮狀態的肌肉因電性刺激之解除而鬆弛時,腳FL、FR以伸展該腳關節的方式往方向Pa2動。藉由重複對膝下或腳的肌肉進行電性刺激,促進使用者的腳FL、FR在這些方向Pa1、Pa2往返的搖動運動。肌肉電性刺激裝置10g的本體16係被設置成:在肌肉電性刺激裝置10g的本體16之一部分已接地的狀態下,能夠隨著前後兩端部的上下動而向前後搖動。藉此,在已將腳FL、FR放置在肌肉電性刺激裝置10g的狀態下,藉由電性刺激促進腳FL、FR的搖動時,追隨該搖動而使肌肉電性刺激裝置10g被搖動。與此伴隨地,即使在腳FL、FR已搖動時,能夠維持腳FL、FR已與肌肉電性刺激裝置10g的電極部接觸的狀態,能夠藉由肌肉電性刺激裝置10g繼續地賦予電性刺激。結果,藉由肌肉電性刺激裝置10g繼續地促進腳FL、FR的搖動運動,且得到藉由電性刺激鍛鍊肌肉的功效。
但是,如果是不習慣肌肉電性刺激裝置10g之使用的使用者,也要考慮有對提升電壓值一事猶豫、且直到肌肉電性刺激裝置10g搖動為止並未適切地提高電壓值的使用者存在的情形。因此,在肌肉電性刺激裝置10g設置壓力感測器或加速度感測器來檢測肌肉電性刺激裝置10g的搖動。在已經檢測的表示肌肉電性刺激裝置10g之搖動的值比預定低等等而判定為搖動不足的情形下,可以通知使用者電壓值為不充分的意旨或是通知使用者提高到適切的電壓值,或亦可以執行自動提高到適切的電壓值之控制。
以上,基於實施形態對本發明進行了說明。所屬技術領域中具有通常知識者應當理解:該實施形態為示例,其等之各構成要件或各處理過程(process)之組合能夠有各種變形例,且該些變形例亦屬本發明之範圍。以下將變形例予以表示。
在上述之實施形態中,說明了使用利用電性刺激引起的反射運動而使肌肉運動之肌肉電性刺激裝置10作為運動器具的例子。在變形例中,也可以適用於用以複合訓練(hybrid training)的肌肉電性刺激裝置10,該複合訓練係在任意運動中加入電性刺激引起的反射運動。
在上述的實施形態中說明了以下規格:運動器具控制裝置12與資訊管理伺服器14連接,對資訊管理伺服器14傳送而管理每個使用者之運動的結果或使用者註冊的資訊。在變形例中,也可以不使用資訊管理伺服器14地只用複數個肌肉電性刺激裝置10與運動器具控制裝置12構成運動器具控制系統。也可以使肌肉電性刺激裝置10具有運動器具控制裝置12的顯示功能、控制功能以及通訊功能,藉此將肌肉電性刺激裝置10與運動器具控制裝置12作為一個裝置一體地構成。在此情形下,使用者不須另外持有運動器具控制裝置12,如圖4所示般地肌肉電性刺激裝置10的通訊部58與資訊管理伺服器14直接通訊。又,在複數個肌肉電性刺激裝置10之間能夠直接通訊,故肌肉電性刺激裝置10彼此容易取得動作的同步。
在上述的實施形態中說明了施加電壓之運動時間等作為運動程式而規定的規格。在變形例中也可以是以下規格:不只是運動時間,能夠因應運動目的或使用者的屬性、運動歷程等,以使用的身體部位、運動頻率或排程表(schedule)、設定強度等被最佳化的形式編成運動程式。在該情形下,也可以遵循適切的排程表而實施用以催促執行運動的通知。又,也可以是基於歷程而漸漸地提高強度、或因應疲勞度而降低強度等實施自動調整的規格。
如上述般,第一基材26及第二基材27係以薄片(sheet)狀的構件所構成,又被形成為適合於穿戴之身體部位的形狀,不過基材的形狀並不限於薄片狀。例如,在被裝載於健身服102之電性刺激模組係使用適合對健身服102裝載的基材。該基材可以形成為供電性刺激模組之各構成載置的大致長方形等之矩形狀,又可由具有形狀穩定性與輕量性之纖維素材所形成。例如,於肌肉電性刺激裝置10g係可使用適於放腳的材質或形狀之基材。
在變形例中,肌肉電性刺激裝置10有代價地租賃給使用者,可以構成為肌肉電性刺激裝置10只在支付有該代價的期間進行動作。例如,可以是通訊部58或者是通訊部71向資訊管理伺服器14詢問有無使用者的支付,只在從資訊管理伺服器14接收了有支付且具有正當使用權之意旨的資訊時,設定部56進行將肌肉電性刺激裝置10之動作有效化的控制。
在變形例中,運動器具控制裝置12的顯示控制部65也可以將在虛擬實境(virtual reality)空間中作為使用者的化身所顯示的虛擬化身,如圖8般地顯示在顯示部72的畫面。圖8係將顯示有虛擬化身的畫面例予以表示。於畫面係顯示有因應使用歷程而肌肉的大小能變化的虛擬化身110。可以基於使用者的肌肉電性刺激裝置10之使用歷程來使虛擬化身110的顯示態樣變化。例如,可以顯示在肌肉電性刺激裝置10的使用前與使用後,虛擬化身110的肌肉能夠成長的變化。又例如,也可以因應肌肉電性刺激裝置10之使用頻率或使用次數、使用時間、使用電壓值等之使用歷程來模擬(simulate)而在畫面顯示肌肉的成長。在該情形下,使用者能夠以享受養成虛擬化身110之遊戲的感覺來使用肌肉電性刺激裝置10。
上述實施形態與變形例的任意組合也作為本發明之實施形態而具有功效。藉由組合產生之新的實施形態係結合被組合之實施形態及變形例各自的功效。 (產業可利用性)
本發明係關於肌肉電性刺激裝置。
10、10a至10g‧‧‧肌肉電性刺激裝置
12‧‧‧運動器具控制裝置
14‧‧‧資訊管理伺服器
15‧‧‧網路
16‧‧‧本體
20‧‧‧殼體
20a‧‧‧加鈕
20b‧‧‧減鈕
20c‧‧‧腹肌指定鈕
20d‧‧‧側腹指定鈕
21a‧‧‧腹肌部
21b‧‧‧右側腹部
21c‧‧‧左側腹部
22‧‧‧電源部
24‧‧‧罩
26‧‧‧第一基材
27‧‧‧第二基材
28、70、80‧‧‧控制部
31‧‧‧第一電極群
31a至31c、32a至32c、33a、33b、34a、34b‧‧‧電極
32‧‧‧第二電極群
33‧‧‧第三電極群
34‧‧‧第四電極群
35a至35j‧‧‧開口部
40‧‧‧感測器
50‧‧‧電源控制部
52‧‧‧肌膚偵檢部
54‧‧‧電性刺激控制部
56‧‧‧設定部
58、71、81‧‧‧通訊部
60、85‧‧‧通訊處理部
61‧‧‧類別決定部
62‧‧‧對應決定部
63‧‧‧設定處理部
64‧‧‧器具控制部
65‧‧‧表示控制部
66、86‧‧‧資訊管理部
72‧‧‧顯示部
92L、92R‧‧‧放腳部
100‧‧‧運動器具控制系統
102‧‧‧健身服
104‧‧‧顯示控制裝置
106‧‧‧顯示裝置
108‧‧‧網路纜線
110‧‧‧虛擬化身
FL、FR‧‧‧腳
Pa1、Pa2‧‧‧方向
圖1係表示實施形態之運動器具控制系統的示意圖。 圖2係表示另一態樣之運動器具控制系統的示意圖。 圖3係表示作為運動器具之一例的肌肉電性刺激裝置之外觀例的圖。 圖4係表示肌肉電性刺激裝置之功能構成的方塊圖(block diagram)。 圖5係表示運動器具控制裝置之功能性構成的功能方塊圖。 圖6係表示資訊管理伺服器(server)之功能構成的功能方塊圖。 圖7係表示肌肉電性刺激裝置之使用狀態的側視圖。 圖8係將顯示有虛擬化身(avatar)的畫面例予以表示。
Claims (2)
- 一種肌肉電性刺激裝置,係給予肌肉電性刺激,且具備: 感測器,係檢測與使用者的身體相關的資訊;以及 控制部,係控制對電極間施加的電壓,並且處理已以前述感測器檢測的資訊。
- 如請求項1所記載之肌肉電性刺激裝置,其中前述檢測器係檢測用以推定給予電性刺激的複數個身體部位之個別的肌肉量之資訊; 前述控制部係基於前述檢測的資訊來推定前述複數個身體部位的肌肉均衡,且因應前述肌肉均衡來控制前述電壓。
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