TW202037394A - Manual treadmill capable of setting exercise speed characterized by allowing user to set exercise speed according to personal need and assisting user in walking or running exercise at the predetermined speed - Google Patents
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本發明與運動器材的跑步機(treadmill)有關,更詳而言之,是關於人力式跑步機(manual treadmill)。(註:本案採用通俗的「跑步機」一詞指代該類運動器材,並無意限定其專用或可用於跑步運動,而亦含括主要用於走路運動的同類運動器材。) The present invention is related to a treadmill of sports equipment, and more specifically, to a manual treadmill. (Note: In this case, the popular term "treadmill" is used to refer to this type of sports equipment, and it is not intended to limit its use for running sports, but also includes similar sports equipment mainly used for walking sports.)
跑步機是一種十分常見的運動器材,可供使用者在一循環轉動的環狀帶體(俗稱跑步帶)上進行走路或跑步運動。若就驅動前述環狀帶體轉動的力量來看,跑步機可大致區分為動力式跑步機與人力式跑步機兩大類,前者是以電動馬達等動力裝置驅動環狀帶體轉動,後者則是藉由使用者的施力驅動環狀帶體轉動。 Treadmill is a very common exercise equipment, which can be used for users to walk or run on a circular belt (commonly known as running belt). From the perspective of the power to drive the rotation of the aforementioned endless belt, treadmills can be roughly divided into two categories: powered treadmills and manual treadmills. The former uses a power device such as an electric motor to drive the endless belt to rotate, while the latter is The endless belt body is driven to rotate by the force of the user.
一般而言,動力式跑步機會在其儀錶上顯示前述環狀帶體的轉動速度(註:對應於使用者在環狀帶體上走路或跑步的速度,以下亦稱運動速度,常用單位為「公里/小時」或「英哩/小時」),並且可供使用者透過輸入裝置設定前述運動速度,然後在使用者運動過程中持續控制動力裝置的動力輸出(例如控制馬達轉速),驅動環狀帶體依照使用者設定的速度循環轉動。動力式跑步機在目前市場上佔相對多數,意謂較多人較常使用動力式跑步機進行室內的走路或跑步運動,基於環狀帶體的轉動可由動力裝置準確驅控的特性,使用者通常會設定一個適合自己的運動速度(或運動程式)運動一段固定時間,藉以掌控每次運動的量化強度及消耗熱量。 Generally speaking, the power running machine displays the rotation speed of the aforementioned loop belt on its meter (Note: It corresponds to the speed at which the user walks or runs on the loop belt, and is also called exercise speed below. The common unit is " Kilometers/hour" or "miles/hour"), and allows the user to set the aforementioned movement speed through the input device, and then continuously control the power output of the power device during the user's movement (for example, control the motor speed) to drive the ring The belt body rotates cyclically according to the speed set by the user. Power treadmills occupies a relatively majority in the current market, which means that more people use power treadmills for indoor walking or running. Based on the characteristic that the rotation of the loop belt can be accurately controlled by the power device, users Usually set a suitable exercise speed (or exercise program) for a fixed period of time to control the quantified intensity of each exercise and calorie consumption.
相對地,人力式跑步機並無法驅動及控制前述環狀帶體的轉動,必須利用使用者在環狀帶體的頂面上走路或跑步的動作,經由雙腳不斷地對前述頂面施加由前往後的力量以驅動環狀帶體循環轉動,其中,使用者運動時的動作,例如雙手是否捉握跑步機前端的握把或兩側的扶手(以增減腳部施力)、邁步較快或較慢、步伐較大或較小等,多少都會影響環狀 帶體的轉動速度,此外,若是環狀帶體頂面呈現凹弧狀的人力式跑步機,例如美國第8,343,016號專利所揭技術,使用者踩在前述頂面上的前後位置亦會影響環狀帶體的轉動速度。同時,許多人力式跑步機設有可對環狀帶體的轉動施加阻力的阻力調整裝置,使用者可依據個人條件及所進行的運動類型手動選擇適當的阻力,例如跑步時所用的阻力通常小於走路時所用的阻力;反過來說,調整前述阻力將會改變相同動作或相同出力下的運動速度。然而,對使用者而言,改變自身的運動動作、前後位置及/或調整前述阻力等,基本上只是改變運動速度的相對程度(例如讓速度變得「快一點」或「慢一點」),並無法決定運動速度的絕對值(例如讓速度正好維持在10公里/小時),就這點來看,人力式跑步機較難滿足想要以特定速度進行走路或跑步運動、藉以掌控運動的量化強度及消耗熱量的使用者。少數人力式跑步機會持續感測及顯示環狀帶體的轉動速度,使上述問題獲得某種程度的改善,然而,即便使用者在運動中可以隨時知道目前的運動速度,想要藉由改變自身的運動動作、前後位置及/或調整前述阻力,任意地由目前的運動速度加快或減慢到一特定速度,然後維持在該特定速度(直到想要變換至另一特定速度或結束運動),其實並不容易,而且會讓使用者無法專注運動及享受運動。 In contrast, a human-powered treadmill cannot drive and control the rotation of the aforementioned endless belt. It must use the user's walking or running action on the top surface of the endless belt to continuously apply the force to the aforementioned top surface through both feet. The forward and backward force is used to drive the endless belt body to circulate rotation. Among them, the movement of the user during exercise, such as whether the hands grasp the grip on the front of the treadmill or the handrails on both sides (to increase or decrease the force of the feet), and the steps Fast or slow, larger or smaller steps, etc., will affect the loop The rotation speed of the belt body. In addition, if the top surface of the ring-shaped belt body presents a concave arc-shaped human-powered treadmill, such as the technology disclosed in US Patent No. 8,343,016, the front and rear positions of the user stepping on the top surface will also affect the ring The speed of rotation of the strip. At the same time, many human-powered treadmills are equipped with a resistance adjustment device that can apply resistance to the rotation of the endless belt. The user can manually select the appropriate resistance according to personal conditions and the type of exercise performed. For example, the resistance used when running is usually less than The resistance used when walking; conversely, adjusting the aforementioned resistance will change the speed of movement under the same action or the same output. However, for users, changing their own movement, forward and backward positions, and/or adjusting the aforementioned resistance, etc., basically only change the relative degree of movement speed (for example, make the speed "faster" or "slower"). It is not possible to determine the absolute value of the exercise speed (for example, keep the speed exactly 10 km/h). From this point of view, the human-powered treadmill is more difficult to meet the need to walk or run at a specific speed, so as to control the quantification of the exercise Intensity and calorie users. A small number of human-powered treadmills continuously sense and display the rotation speed of the endless belt body, which improves the above problems to some extent. However, even if the user can know the current exercise speed at any time during exercise, he wants to change himself The movement action, front and back position and/or adjustment of the aforementioned resistance, arbitrarily accelerate or slow down from the current movement speed to a specific speed, and then maintain the specific speed (until you want to change to another specific speed or end the exercise), In fact, it is not easy, and it makes users unable to concentrate on exercise and enjoy exercise.
美國第8,007,408號專利揭示一種可協助將運動速度控制在一設定值的人力式跑步機,其中,跑步機的控制單元可以透過電控機構控制(設有環狀帶體的)跑步台的仰角,而且,控制單元會在使用者進行運動時監控環狀帶體的轉動速度(即運動速度),如果目前的運動速度慢於/快於所設定的速度,則會控制跑步台(連同環狀帶體)加大/縮小仰角,讓使用者的向下力量在環狀帶體的頂面運動方向上的分力加大/減小,藉以加快/減慢環狀帶體受力轉動的速度,使運動速度趨近或符合所設定的速度。然而,依據上揭技術,想要改變運動速度就要改變環狀帶體頂面(以下亦稱運動面)的仰角,而這無疑限制了利用跑步機進行走路或跑步運動的自由性及選擇性,具體而言,使用者無法在運動面角度維持不變的狀況下由走路運動加速成跑步運動,或是由跑步運動減速成走路運動,也無法選擇在仰角相對較小的運動面上進行運動速度相對較快的運動、在仰角相對較大的運動面上進行運動速度相對較慢的運動。 U.S. Patent No. 8,007,408 discloses a human-powered treadmill that can help control the exercise speed to a set value, in which the control unit of the treadmill can control the elevation angle of the treadmill (equipped with an endless belt) through an electronic control mechanism. Moreover, the control unit will monitor the rotation speed of the endless belt body when the user is exercising. If the current exercise speed is slower/faster than the set speed, it will control the running platform (together with the endless belt). (Body) Increase/decrease the elevation angle to increase/decrease the component force of the user’s downward force in the direction of movement of the top surface of the ring-shaped belt body, so as to speed up/slow down the speed of the ring-shaped belt body. Make the movement speed approach or conform to the set speed. However, according to the lifting technology, if you want to change the exercise speed, you need to change the elevation angle of the top surface of the ring-shaped belt (hereinafter also referred to as the exercise surface), which undoubtedly limits the freedom and selectivity of walking or running with a treadmill. Specifically, the user cannot accelerate from walking to running, or decelerate from running to walking, and cannot choose to exercise on a sports surface with a relatively small elevation angle. Relatively fast movement, relatively slow movement on a moving surface with a relatively large elevation angle.
本發明的主要目的在於提供一種人力式跑步機,可供使用者依據個人需求設定運動速度,並且協助使用者以所設定的速度進行走路或跑步運動。 The main purpose of the present invention is to provide a human-powered treadmill, which allows the user to set the exercise speed according to personal needs and assist the user to walk or run at the set speed.
本發明的另一目的在於提供一種人力式跑步機,可供使用者依據個人需求設定運動速度,並且協助使用者以所設定的速度進行走路或跑步運動,其中,當運動速度改變時,使用者腳下的運動面的角度可維持不變,或者,在達到所設定的速度為優先前提下盡可能維持不變。 Another object of the present invention is to provide a human-powered treadmill, which allows the user to set the exercise speed according to personal needs and assist the user to walk or run at the set speed, wherein when the exercise speed changes, the user The angle of the movement surface under the foot can be kept unchanged, or as long as possible on the premise that reaching the set speed is the priority.
本發明的又一目的在於提供一種人力式跑步機,可供使用者依據個人需求設定運動面的角度及運動速度,並且協助使用者在所設定的角度下以所設定的速度進行走路或跑步運動。 Another object of the present invention is to provide a human-powered treadmill, which allows the user to set the angle and speed of the exercise surface according to personal needs, and assist the user to walk or run at the set speed at the set angle .
為了達成上揭目的,本發明提供的人力式跑步機包含有:一架體;一環狀帶體,以可循環轉動的方式設在前述架體上,可供一使用者在其頂面上進行走路或跑步運動,並且可因前述使用者對前述頂面施加由前往後的力量而循環轉動;前述環狀帶體的頂面預定區段形成一主要受力區,前述頂面至少在前述主要受力區呈現由前上方往後下方延伸;一感測裝置,可感測與前述環狀帶體的轉動速度對應的參數,並且產生一對應的速度訊號;一輸入裝置,可供使用者輸入含有設定前述環狀帶體轉動速度的指示,並且產生一對應的指示訊號;一阻力調整裝置,可產生阻礙前述環狀帶體轉動的阻力,並且可受一第一控制訊號控制而改變前述阻力的大小;一控制單元,可接收來自前述感測裝置的前述速度訊號並藉以得到一目前速度值、接收來自前述輸入裝置的前述指示訊號並藉以得到一目標速度值,以及產生用以控制前述阻力調整裝置的前述第一控制訊號;至少在一控制模式下的某個時間,前述控制單元會因為前述目前速度值低於前述目標速度值而控制前述阻力調整裝置減少前述阻力,或是因為前述目前速度值高於前述目標速度值而控制前述阻力調整裝置增加前述阻力。藉此,不需使用者自行控制,前述環狀帶體的轉動阻力會因為目前的轉動速度慢於/快於使用者設定的速度而自動減少/增加,使環狀帶體在相同受力下轉速加快/減慢,因而趨近或符合使用者設定的速度。 In order to achieve the purpose of the above disclosure, the human-powered treadmill provided by the present invention includes: a frame body; an endless belt body, which is arranged on the frame body in a cyclically rotatable manner, and can be used by a user on its top surface Perform walking or running exercises, and can rotate cyclically when the user applies force from the front to back to the top surface; the predetermined section of the top surface of the endless belt forms a main stress area, and the top surface is at least in the aforementioned The main force-bearing area extends from the front top to the back bottom; a sensing device, which can sense the parameters corresponding to the rotation speed of the aforementioned endless belt, and generate a corresponding speed signal; an input device for the user The input contains instructions for setting the rotation speed of the aforementioned endless belt, and generates a corresponding indication signal; a resistance adjustment device can generate resistance that hinders the rotation of the aforementioned endless belt, and can be controlled by a first control signal to change the aforementioned The magnitude of the resistance; a control unit that can receive the aforementioned speed signal from the aforementioned sensing device to obtain a current velocity value, receive the aforementioned indication signal from the aforementioned input device to obtain a target velocity value, and generate to control the aforementioned The first control signal of the resistance adjusting device; at least at a certain time in a control mode, the control unit controls the resistance adjusting device to reduce the resistance because the current speed value is lower than the target speed value, or because The current speed value is higher than the aforementioned target speed value, and the aforementioned resistance adjusting device is controlled to increase the aforementioned resistance. As a result, without the need for the user to control, the rotation resistance of the aforementioned endless belt body will automatically decrease/increase because the current rotation speed is slower/faster than the speed set by the user, so that the endless belt body is under the same force The speed increases/slows down, thus approaching or in line with the speed set by the user.
較佳地,在前述控制模式下的一段期間,前述控制單元會反 覆比較前述目前速度值與前述目標速度值,每當前述目前速度值低於前述目標速度值且前述阻力尚未到達可調範圍的下限時,即控制前述阻力調整裝置減少前述阻力,反之,每當前述目前速度值高於前述目標速度值且前述阻力尚未到達可調範圍的上限時,即控制前述阻力調整裝置增加前述阻力。藉此,在該段期間內,即便使用者對前述環狀帶體的施力改變,環狀帶體的轉動速度仍可保持趨近或符合使用者設定的速度。 Preferably, during a period of time in the aforementioned control mode, the aforementioned control unit will reverse The aforementioned current speed value is compared with the aforementioned target speed value. Whenever the aforementioned current speed value is lower than the aforementioned target speed value and the aforementioned resistance has not reached the lower limit of the adjustable range, the aforementioned resistance adjusting device is controlled to reduce the aforementioned resistance, and vice versa, whenever When the current speed value is higher than the target speed value and the resistance has not reached the upper limit of the adjustable range, the resistance adjustment device is controlled to increase the resistance. As a result, during this period, even if the force applied by the user to the aforementioned endless belt body is changed, the rotation speed of the endless belt body can still be kept close to or in line with the speed set by the user.
較佳地,前述控制單元會依據前述阻力與前述目前速度值的變動關係,估算出當前述阻力被調整至可調範圍的下限時的前述環狀帶體的轉動速度,據以修正前述輸入裝置可供目前使用者設定前述環狀帶體的轉動速度的上限。藉此,使用者可掌握個人可能達到的運動速度上限,使用體驗較佳。 Preferably, the control unit estimates the rotation speed of the endless belt body when the resistance is adjusted to the lower limit of the adjustable range based on the change relationship between the resistance and the current speed value, so as to correct the input device The upper limit of the rotation speed of the aforementioned endless belt can be set by the current user. In this way, the user can grasp the upper limit of the individual's possible exercise speed, and the user experience is better.
較佳地,前述架體包含一固定架及一可相對於前述固定架改變位置的活動架;前述環狀帶體至少局部設在前述活動架,當前述活動架相對於前述固定架的位置改變時,前述環狀帶體的前述主要受力區的前端相對於後端的仰角也會跟著改變;一仰角調整裝置,設在前述固定架與前述活動架之間,可受一第二控制訊號控制而驅動前述活動架改變其相對於前述固定架的位置;前述控制單元可產生用以控制前述仰角調整裝置的前述第二控制訊號。藉此,使用者可在不同的前述仰角下以所設定的速度進行運動。 Preferably, the frame body includes a fixed frame and a movable frame whose position can be changed relative to the fixed frame; the ring-shaped belt body is at least partially provided on the movable frame, and when the position of the movable frame relative to the fixed frame changes At the same time, the elevation angle of the front end of the main force-bearing area of the endless belt body relative to the rear end will also change accordingly; an elevation angle adjustment device is provided between the fixed frame and the movable frame, which can be controlled by a second control signal The movable frame is driven to change its position relative to the fixed frame; the control unit can generate the second control signal for controlling the elevation adjustment device. Thereby, the user can exercise at the set speed under different aforementioned elevation angles.
較佳地,至少在一控制模式下的某個時間,前述控制單元會因為前述目前速度值低於前述目標速度值而控制前述仰角調整裝置加大前述仰角,或是因為前述目前速度值高於前述目標速度值而控制前述仰角調整裝置縮小前述仰角。藉此,除了前述阻力會自動增減,前述仰角也會因為環狀帶體目前的轉動速度慢於/快於使用者設定的速度而自動加大/縮小,讓使用者的向下力量在環狀帶體的頂面(尤其是主要受力區)運動方向上的分力加大/減小,使環狀帶體受力轉動的速度加快/減慢,因而趨近或符合使用者設定的速度。 Preferably, at least at a certain time in a control mode, the control unit controls the elevation angle adjusting device to increase the elevation angle because the current speed value is lower than the target speed value, or because the current speed value is higher than The target speed value controls the elevation angle adjusting device to reduce the elevation angle. In this way, in addition to the aforementioned resistance will automatically increase or decrease, the aforementioned elevation angle will also automatically increase/decrease because the current rotation speed of the loop belt is slower/faster than the speed set by the user, so that the user's downward force is in the loop. The component force in the direction of movement of the top surface of the belt (especially the main force-bearing area) increases/decreases, so that the speed of the ring-shaped belt is accelerated/slowed, thus approaching or conforming to the user's setting speed.
較佳地,在一控制模式下,如果前述目前速度值低於前述目標速度值,而且前述阻力已經到達可調範圍的下限且前述仰角尚未到達可調範圍的上限時,前述控制單元會控制前述仰角調整裝置加大前述仰角。 藉此,在前述阻力降至最低之後,運動速度仍可能繼續提高。 Preferably, in a control mode, if the aforementioned current speed value is lower than the aforementioned target speed value, and the aforementioned resistance has reached the lower limit of the adjustable range and the aforementioned elevation angle has not reached the upper limit of the adjustable range, the aforementioned control unit will control the aforementioned The elevation angle adjustment device increases the aforementioned elevation angle. In this way, after the aforementioned resistance is reduced to a minimum, the movement speed may continue to increase.
較佳地,在前述阻力尚未到達可調範圍的下限之前,前述控制單元不會主動控制前述仰角調整裝置。藉此,除非改變前述仰角才能達到使用者設定的速度,否則前述仰角不會自動改變。 Preferably, the control unit does not actively control the elevation angle adjustment device before the resistance reaches the lower limit of the adjustable range. In this way, unless the aforementioned elevation angle is changed to achieve the speed set by the user, the aforementioned elevation angle will not be changed automatically.
較佳地,前述輸入裝置可供使用者輸入含有設定前述仰角的指示;當前述控制單元接收到含有設定前述仰角的前述指示訊號後,會控制前述仰角調整裝置以使前述仰角符合使用者的指示。藉此,使用者可選擇在特定仰角下以特定速度進行運動。 Preferably, the aforementioned input device allows the user to input an instruction containing the aforementioned elevation angle; when the aforementioned control unit receives the aforementioned instruction signal containing the aforementioned elevation angle, it will control the aforementioned elevation adjustment device to make the aforementioned elevation angle conform to the user's instruction . In this way, the user can choose to exercise at a specific speed at a specific elevation angle.
較佳地,前述輸入裝置可供使用者由複數運動強度當中選擇一前述運動強度,各前述運動強度預設有一仰角值及一速度值;當前述控制單元接收到含有指定前述運動強度的前述指示訊號後,會控制前述仰角調整裝置以使前述仰角符合前述運動強度所預設的前述仰角值,並且以前述運動強度所預設的前述速度值作為前述目標速度值。藉此,使用者可快速地階段式提高或降低運動的整體強度。 Preferably, the aforementioned input device allows the user to select one aforementioned exercise intensity from among a plurality of exercise intensities, and each aforementioned exercise intensity is preset with an elevation value and a speed value; when the aforementioned control unit receives the aforementioned instruction containing the aforementioned exercise intensity After the signal is received, the elevation angle adjusting device is controlled so that the elevation angle matches the elevation angle value preset by the exercise intensity, and the speed value preset by the exercise intensity is used as the target speed value. Thereby, the user can quickly increase or decrease the overall intensity of exercise in stages.
較佳地,前述控制單元會依據前述阻力、前述仰角與前述目前速度值的變動關係,估算出當前述阻力被調整至可調範圍的下限且前述仰角被調整至可調範圍的上限時的前述環狀帶體的轉動速度,據以修正前述輸入裝置可供使用者設定前述環狀帶體的轉動速度的上限。藉此,使用者可掌握個人可能達到的運動速度上限,使用體驗較佳。 Preferably, the aforementioned control unit estimates the aforementioned resistance when the aforementioned resistance is adjusted to the lower limit of the adjustable range and the aforementioned elevation angle is adjusted to the upper limit of the adjustable range based on the relationship between the aforementioned resistance, the aforementioned elevation angle, and the aforementioned current speed value. The rotation speed of the endless belt is corrected according to the aforementioned input device to allow the user to set the upper limit of the rotation speed of the endless belt. In this way, the user can grasp the upper limit of the individual's possible exercise speed, and the user experience is better.
10‧‧‧架體 10‧‧‧Frame
11‧‧‧底座 11‧‧‧Base
12‧‧‧前柱 12‧‧‧Front pillar
13‧‧‧後柱 13‧‧‧Back pillar
14‧‧‧側桿 14‧‧‧Sidestick
15‧‧‧前架 15‧‧‧Front frame
16‧‧‧固定架 16‧‧‧Fixed frame
17‧‧‧活動架 17‧‧‧Activity rack
21‧‧‧前滾筒 21‧‧‧Front roller
22‧‧‧後滾筒 22‧‧‧Back roller
23‧‧‧環狀帶體 23‧‧‧Annular belt
24‧‧‧頂面 24‧‧‧Top surface
25‧‧‧主要受力區 25‧‧‧Main stress area
26‧‧‧平板 26‧‧‧Plate
27‧‧‧轉軸 27‧‧‧Shaft
28‧‧‧飛輪 28‧‧‧Flywheel
30‧‧‧攔阻裝置 30‧‧‧Arresting device
40‧‧‧儀錶組 40‧‧‧Instrument cluster
41‧‧‧顯示裝置 41‧‧‧Display device
42‧‧‧第一輸入裝置 42‧‧‧First input device
43‧‧‧第二輸入裝置 43‧‧‧Second input device
44‧‧‧第三輸入裝置 44‧‧‧Third input device
50‧‧‧阻力調整裝置 50‧‧‧Resistance adjustment device
51‧‧‧金屬圓盤 51‧‧‧Metal disc
52‧‧‧步進馬達 52‧‧‧Stepping motor
53‧‧‧偏轉架 53‧‧‧Deflection Frame
54‧‧‧永久磁鐵 54‧‧‧Permanent Magnet
60‧‧‧控制單元 60‧‧‧Control Unit
70‧‧‧發電裝置 70‧‧‧Generator
71‧‧‧小皮帶輪 71‧‧‧Small pulley
72‧‧‧大皮帶輪 72‧‧‧Large pulley
73‧‧‧傳動皮帶 73‧‧‧Drive belt
80‧‧‧感測裝置 80‧‧‧Sensing device
90‧‧‧仰角調整裝置 90‧‧‧Elevation angle adjustment device
101~109‧‧‧程序 101~109‧‧‧Program
201~216‧‧‧程序 201~216‧‧‧Program
A1‧‧‧第一軸線 A1‧‧‧First axis
A2‧‧‧第二軸線 A2‧‧‧Second axis
A3‧‧‧第三軸線 A3‧‧‧The third axis
CF1‧‧‧第一分力 CF1‧‧‧First component
CF2‧‧‧第二分力 CF2‧‧‧Second component
DF‧‧‧向下力量 DF‧‧‧Downward Force
S‧‧‧運動空間 S‧‧‧Sports Space
U‧‧‧使用者 U‧‧‧User
V‧‧‧垂直線 V‧‧‧Vertical line
θ 1‧‧‧第一仰角(夾角) θ 1‧‧‧First elevation angle (included angle)
θ 2‧‧‧第二仰角(夾角) θ 2‧‧‧The second elevation angle (included angle)
以下將搭配附圖詳細說明本發明若干可能實施態樣的結構、動作及功效,其中:圖1是本發明第一較佳實施例的人力式跑步機的立體圖;圖2是本發明第一較佳實施例的人力式跑步機的側視圖;圖3是圖1當中的(假想線)矩形框範圍的放大圖;圖4是圖2當中的(假想線)矩形框範圍的放大圖;圖5顯示本發明第一較佳實施例的人力式跑步機的跑步台前端結構;圖6是本發明第一較佳實施例的人力式跑步機關於速度控制的構成示意圖; 圖7是本發明第一較佳實施例的人力式跑步機的一控制模式的流程圖;圖8類似圖6,示意本發明第一較佳實施例的一種變型態樣;圖9是本發明第二較佳實施例的人力式跑步機關於速度控制的構成示意圖;圖10A及圖10B分別示意圖9當中的環狀帶體處於第一仰角及第二仰角時承受同一向下力量的狀況;以及圖11是本發明第二較佳實施例的人力式跑步機的一控制模式的流程圖。 The structure, actions and effects of several possible implementation aspects of the present invention will be described in detail below with the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a perspective view of a human-powered treadmill according to a first preferred embodiment of the present invention; Figure 2 is a first comparison of the present invention A side view of a human-powered treadmill of a preferred embodiment; Figure 3 is an enlarged view of the (imaginary line) rectangular frame in Figure 1; Figure 4 is an enlarged view of the (imaginary line) rectangular frame in Figure 2; Figure 5 Shows the front end structure of the treadmill of the human-powered treadmill according to the first preferred embodiment of the present invention; FIG. 6 is a schematic diagram of the speed control structure of the human-powered treadmill according to the first preferred embodiment of the present invention; Fig. 7 is a flow chart of a control mode of the human-powered treadmill according to the first preferred embodiment of the present invention; Fig. 8 is similar to Fig. 6 and shows a modification of the first preferred embodiment of the present invention; Fig. 9 is the present invention The second preferred embodiment of the invention is a schematic diagram of the structure of a human-powered treadmill with regard to speed control; FIGS. 10A and 10B are respectively schematic diagrams of 9 in which the endless belt body bears the same downward force when it is at the first elevation angle and the second elevation angle; And FIG. 11 is a flowchart of a control mode of the human-powered treadmill according to the second preferred embodiment of the present invention.
請先參閱圖1及圖2,本發明第一較佳實施例的人力式跑步機具有一由若干金屬骨材固接而成的架體10,前述架體10主要包含一平穩支撐在地面上的底座11、分別由底座11前端的左、右二側向上延伸的左、右二前柱12、分別由底座11後端的左、右二側向上延伸的左、右二後柱13、分別連接在左、右二側的前柱12頂端與後柱13頂端之間的左、右二側桿14,以及一連接在左、右二前柱12頂端之間的前架15。其中,底座11作為跑步機的跑步台骨架,其佔地區域概呈前後較長、左右較短的長方形,而其上方形成一運動空間S,前述運動空間S的後端具有一出入口(註:位在左、右二後柱13之間,未標號),讓使用者可由跑步機的後方往前進入運動空間S,以及由運動空間S往後退出跑步機。
Please refer to FIGS. 1 and 2. The human-powered treadmill according to the first preferred embodiment of the present invention has a
底座11的前端及後端分別設有可依自身軸線原地旋轉的一前滾筒21及一後後筒22,前述前滾筒21的軸線(第一軸線)A1及前述後滾筒22的軸線(第二軸線)A2均對應於左右軸向。一環狀帶體23以適當張力同時繞套前滾筒21及後滾筒22,使其可在底座11上以頂面/底面沿前後方向運動的方式循環轉動,而且轉動時會一併帶動前滾筒21及後滾筒22原地旋轉。如圖2所示,前滾筒21距離地面的高度高於後滾筒22,使得環狀帶體23的頂面形成一前高後低的斜面。使用者可在環狀帶體23的傾斜頂面上進行走路或跑步運動,例如慢走、快走、慢跑、快跑、倒走、倒跑、側走等,在正常的使用方式下,使用者進行上列各種運動都是經由雙腳對環狀帶體23的頂面施加由較高的前端往較低的後端運動的力量,其中,進行倒走或倒跑時是面向跑步機的後方,進行側走時是面向跑步機的側面。在環
狀帶體23的頂面與底面之間具有一固定在底座11上的平板26,前述平板26的頂面平行於環狀帶體23的頂面,用以支撐使用者踩踏環狀帶體23的重量。
The front and rear ends of the base 11 are respectively provided with a
如圖1示意,本較佳實施例的人力式跑步機可選擇性地在前述運動空間S內設置一攔阻裝置30,前述攔阻裝置30大體上為一概呈Y字形的帶狀體,視需要以可再拆卸的方式配接在架體10的前架15中央與左、右二後柱13的頂端之間,撐張在環狀帶體23上方的適當高度,當使用者進入運動空間S進行走路或跑步運動時,攔阻裝置30可攔住使用者的腰部以阻擋其前進,讓使用者不需捉握架體10的握把或扶手(例如前架15或側桿14的適當部位)即可利用反作用力提昇腳部對環狀帶體23頂面的向後推力,因此能以如同在戶外運動般的自然動作進行走路或跑步運動。前述攔阻裝置30在人力式跑步機上的應用為先前技術,相關細節可參閱我國第I593444號專利的說明書內容。然而,對本發明的人力式跑步機而言,可協助使用者推動環狀帶體23的前述攔阻裝置30,乃至架體10上的握把或扶手,並非必要不可或缺。換言之,使用本發明的人力式跑步機進行走路或跑步運動時,使用者可能不需捉握架體或向前抵靠攔阻裝置以產生反作用力,光靠本身體重的向下力量在環狀帶體23的頂面運動方向上的分力,就能驅動前述頂面由較高的前端往較低的後端運動。
As shown in Figure 1, the human-powered treadmill of the present preferred embodiment can optionally be provided with an arresting
架體10的前架15中央設有一儀錶組40,前述儀錶組40上具有一用以顯示各種資訊供使用者觀看的顯示裝置41,以及一用以供使用者輸入各種指示的第一輸入裝置42。圖中繪示的顯示裝置41及第一輸入裝置42僅是示意,實務上的具體構成可由各種習知裝置中擇一或複合使用,例如,顯示裝置41可能包含:字元顯示器(例如七段/九段/十四段/十六段顯示器)、點陣顯示器、液晶顯示器等,而第一輸入裝置42可能包含:按鍵、旋鈕、滑桿(slider)、撥桿、觸摸式開關、非接觸式開關、觸控螢幕等。
The center of the
使用者可透過第一輸入裝置42輸入含有設定前述環狀帶體23的轉動速度(或使用者的運動速度)的指示,舉例而言,如同在一般動力式跑步機上設定運動速度,使用者可能以第一輸入裝置42提供的數字鍵或所謂「快速鍵(quick keys)」指定一特定速度(例如「10公里/小時」)、以「加鍵」或「減鍵」指示加快或減慢速度(例如每按一次即加快或減慢0.5公里/小時),
或是利用各種輸入方式選出或編輯出一設定有時間長度且運動速度可依時序變化的運動程式等,其中,一個運動程式的設定內容例示如下:時間總長30分鐘,以2分鐘為單位區分為15個時段,各時段內的運動速度依序為2、4、4、6、6、8、8、10、8、8、6、6、4、4、2公里/小時,諸如此類。而且,第一輸入裝置42供使用者輸入含有設定運動速度的指示,也包含使用者可能不知悉所設定的運動速度具體數值的狀況,例如,使用者只是選擇進行「快走15分鐘」、「慢跑30分鐘」之類的運動行程或「Level 1」、「Level 2」之類的運動強度,並不清楚每個行程/強度所預設的運動速度具體數值。在本較佳實施例中,架體10的左、右二前柱12頂端還分別設有一第二輸入裝置43及一第三輸入裝置44,讓使用者可以更便利地在運動中進行常用的速度指示,例如,第二輸入裝置43提供有分別對應一預設速度的「暖身(warm-up)」及「緩和(cool-down)」按鍵,第三輸入裝置44提供有分別代表加速及減速的「加鍵」及「減鍵」。在下文中,第一輸入裝置42、第二輸入裝置43及第三輸入裝置44合稱「輸入裝置」。
The user can input an instruction to set the rotation speed of the aforementioned endless belt 23 (or the user's exercise speed) through the
在使用者進行運動的過程中,顯示裝置41可能持續顯示或在必要時顯示以下資訊:使用者設定的運動速度及/或運動程式(例如圖形化呈現的運動速度時序變化)、環狀帶體23目前的轉動速度(亦即使用者目前的運動速度)、目前為止的運動時間、目前為止的運動距離、目前為止的消耗熱量等。其中,環狀帶體23的轉動速度或使用者的運動速度例如可藉由計測前滾筒21或後滾筒22的轉速再經由換算得出,這部分在後文中將有進一步說明。此外,前述運動距離例如可藉由計測前滾筒21或後滾筒22的旋轉圈數再經由換算得出,前述消耗熱量可基於運動速度及運動時間或運動距離等參數經由預設公式計算及累加得出,均為跑步機領域的先前技術。
During the exercise of the user, the
請參閱圖3及圖4,前滾筒21的左端同軸凸伸一轉軸27,前述轉軸27的外端同軸固接一金屬材質的飛輪28,前述飛輪28與前滾筒21同步旋轉,用以增加前滾筒21原地旋轉時的轉動慣量,使得與前滾筒21相互帶動的環狀帶體23在循環轉動時較為穩定平順。
3 and 4, the left end of the
請再搭配閱圖5,前滾筒21的左端附近設有一阻力調整裝置50,用以產生阻礙前滾筒21(及環狀帶體23)轉動的阻力,前述阻力調整裝置50主要包含一金屬圓盤51、一步進馬達52、一偏轉座53及二永久磁
鐵54,其中,金屬圓盤51同軸固接在前述轉軸27上,會隨著前滾筒21原地旋轉;偏轉座53依據一對應於左右軸向的第三軸線A3樞設在前述底座11,位在金屬圓盤51的前緣附近;前述二永久磁鐵54分別設在偏轉座53的一U形部位的相對二內壁,二者左右相對且其間形成一間隙,前述間隙在左右軸向上的位置配合金屬圓盤51的軸向厚度所在位置,換言之,金屬圓盤51的前緣局部可相對進入前述二永久磁鐵54之間;步進馬達52裝設在底座11上,其基本步級角(step angle)為0.9度,可驅動偏轉座53依據第三軸線A3在圖4當中的以實線所繪位置(以下稱最外位置)及以假想線所繪位置(以下稱最內位置)之間的將近60度範圍內偏轉,並且可令偏轉座53停止在前述角度範圍內等間均分的64個預定位置(包含前述最外位置與最內位置)之一;偏轉座53愈往前述最外位置的方向偏轉(圖4中的順時針旋轉),側視下前述二永久磁鐵54與金屬圓盤51的重疊面積愈少,直至完全沒有重疊;偏轉座53愈往前述最內位置的方向偏轉(圖4中的逆時針旋轉),前述重疊面積愈多,直至永久磁鐵54完全面向金屬圓盤51。簡單來講,本較佳實施例的阻力調整裝置50實質上為一渦電流制動器(eddy current brake),也就是,當金屬圓盤51相對進入前述二永久磁鐵54之間時,轉動的金屬圓盤51與不動的永久磁鐵54之間會產生阻礙轉動的渦電流阻力,而因環狀帶體23循環轉動時會帶動金屬圓盤51以對應轉速原地旋轉,所以前述渦電流阻力會成為阻礙環狀帶體23循環轉動的阻力之一。前述渦電流阻力的大小會隨著永久磁鐵54與金屬圓盤51的重疊面積而改變,在本例中,因為步進馬達52可對偏轉座53的角位置進行64段調整,所以前述阻力調整裝置50理論上可對環狀帶體23的轉動阻力進行由最小到最大共64段的細緻調整。
Please refer to Figure 5 again. A
當然,除了上揭結構及調整方法,本發明中的阻力調整裝置也可採用其他各種可能實施的結構及調整方法,包括但不限於以下的例子:其一,同樣是渦電流制動器,但以位置固定的電磁鐵取代前述位置可動的永久磁鐵,藉由控制流經電磁鐵的電流大小以控制磁場強度,即可調整金屬圓盤與電磁鐵之間的渦電流阻力;其二,設置一發電機(其結構如同直流馬達),使前滾筒或後滾筒轉動時帶動前述發電機的轉子旋轉,且前述發電機的電力輸出端連接一負載電路,藉由控制發電機的負載大小,即可調整前滾筒或後滾筒的轉動阻力;其三,以摩擦阻力作為阻力來源,例如設置 一接觸前述飛輪的摩擦塊,並以一電控致動器驅動前述摩擦塊抵緊或放鬆飛輪,即可調整飛輪的轉動阻力,再例如設置一繞在飛輪周面的摩擦帶,前述摩擦帶一端固定,另一端可被一電控致動器扯緊或放鬆,同樣可調整飛輪的轉動阻力。其他如風阻、水阻、油壓阻力等,也可能作為阻力調整裝置的阻力來源。 Of course, in addition to the lifting structure and adjustment method, the resistance adjustment device in the present invention can also adopt various other possible structures and adjustment methods, including but not limited to the following examples: First, it is also an eddy current brake, but based on position A fixed electromagnet replaces the aforementioned movable permanent magnet. By controlling the magnitude of the current flowing through the electromagnet to control the magnetic field strength, the eddy current resistance between the metal disc and the electromagnet can be adjusted; second, a generator is installed (Its structure is like a DC motor). When the front roller or the rear roller rotates, the rotor of the generator is driven to rotate, and the power output of the generator is connected to a load circuit. By controlling the load of the generator, the front roller can be adjusted. The rotation resistance of the roller or the rear roller; third, use friction resistance as the source of resistance, such as setting A friction block contacting the flywheel, and an electronic control actuator drives the friction block to tighten or loosen the flywheel to adjust the rotation resistance of the flywheel. For example, a friction belt around the periphery of the flywheel is provided. One end is fixed, the other end can be tightened or loosened by an electronically controlled actuator, and the rotation resistance of the flywheel can also be adjusted. Others, such as wind resistance, water resistance, oil pressure resistance, etc., may also be the source of resistance for the resistance adjustment device.
請參閱圖5,前滾筒21的右端附近(圖5左側)設有一發電裝置70,前述發電裝置70的結構如同直流馬達,其轉子外端同軸固接一小皮帶輪71;對應地,前滾筒21的右端同軸固接一大皮帶輪72,前述大皮帶輪72與前述小皮帶輪71之間套設一傳動皮帶73,使得前滾筒21原地旋轉時會帶動發電裝置70的轉子以更快的轉速旋轉,當轉速夠快時發電裝置70即可產生對應的電力,前述電力會傳輸至一蓄電裝置(圖中未示)暫時儲存,再提供給跑步機上需要電源進行工作的電子或電機類裝置,例如顯示裝置41、輸入裝置42、43、44、阻力調整裝置50等。當然,本發明的人力式跑步機也可能配置其他供電模組甚至外接電源,使所有電子及電機類裝置都能隨時獲得充足的電力。
Referring to Fig. 5, near the right end of the front drum 21 (left side in Fig. 5) is provided a
由於環狀帶體23帶動前滾筒21轉動的速度愈快/愈慢,發電裝置70的輸出電流或輸出功率就愈高/愈低,因此,計測發電裝置70的電流或功率等參數即可換算出環狀帶體23的轉動速度,也就是說,前述發電裝置70,以及前滾筒21經由皮帶傳動機構連接發電裝置70的結構,整個構成一可感測環狀帶體23轉動速度的感測裝置80。
Since the speed at which the
當然,除了上揭結構及感測方法,本發明中的感測裝置也可採用其他各種可能實施的結構及感測方法,包括但不限於以下的例子:以光感測、磁感測、影像感測等方式,感測前滾筒21或後滾筒22(或是會隨著前滾筒21或後滾筒22旋轉的構件,例如前述飛輪28、金屬圓盤51、大皮帶輪72等)的轉速,由前述轉速換算出環狀帶體23的轉動速度。一個更具體的方案如下(圖面未示):設置一個會隨著前滾筒21旋轉的光柵盤,前述光柵盤的近外緣處設有若干沿著圓周等間排列的開孔,而且在光柵盤的兩側分別設置固定不動的一光發射器及一光接收器,藉由計測前述光發射器的光線通過前述開孔照射到前述光接收器的頻率,即可得知光柵盤的轉速,進而換算出環狀帶體23的轉動速度,例如,假設光柵盤與前滾筒21
的轉速比為1:1,而且前滾筒21的圓周長度已知為25公分,那麼,當測得光柵盤的轉速為300rpm(等於每小時18000轉)時,可推定環狀帶體23的轉動速度為4.5公里/小時。總的來說,在本發明中,前述感測裝置可感測與前述環狀帶體的轉動速度對應的參數,並且產生一對應的速度訊號,前述速度訊號可能是尚未經過轉換處理的訊號(例如因為前述光接收器受到激發而產生的脈波訊號),也可能是已經過轉換處理的訊號(例如可對應於一速度值的類比或數位訊號)。
Of course, in addition to the above-mentioned structure and sensing method, the sensing device in the present invention can also adopt various other possible structures and sensing methods, including but not limited to the following examples: light sensing, magnetic sensing, and image sensing. Sensing, etc., to sense the rotation speed of the
圖6為本較佳實施例的人力式跑步機的構成示意圖,其中顯示一使用者U在環狀帶體23的頂面24上進行走路或跑步運動,運動中的使用者U通常踩踏在前述頂面24的一預定區段(以下稱主要受力區)25內,前述主要受力區25為一前高後低的斜面,讓使用者U的向下力量產生沿著斜面由前上方往後下方的分力,有利於使用者U對環狀帶體23的頂面24施加由前往後的力量,使環狀帶體23依對應方向循環轉動。在運動過程中,前述阻力調整裝置50可產生阻礙環狀帶體23循環轉動的阻力(同時也是使用者U要驅動環狀帶體23以進行走路或跑步運動的阻力),而前述感測裝置80可感測環狀帶體23的轉動速度(亦即使用者U在環狀帶體23上走路或跑步的運動速度)。
6 is a schematic diagram of the structure of the human-powered treadmill of the preferred embodiment, in which a user U is shown walking or running on the
前述人力式跑步機還具有一控制單元60,前述控制單元60可依據預設規則進行運算、判斷及控制等工作,實務上的具體構成主要包含可編程的微處理器及可存取資料的記憶體,通常裝設在前述儀錶組40內部,並且透過有線或無線方式與前述顯示裝置41、輸入裝置42、43、44、阻力調整裝置50及感測裝置80電性連接。當使用者透過輸入裝置42、43、44輸入指示時,輸入裝置42、43、44會產生一對應的指示訊號傳送給控制單元60,由控制單元60進行對應處理,其中,當指示訊號對應於含有設定前述環狀帶體23轉動速度的指示時,控制單元60可由其中得到一目標速度值,亦即使用者設定的運動速度具體數值(包含使用者直接指示的數值,以及使用者間接指示所對應的預設值)。控制單元60也會接收來自感測裝置80的前述速度訊號,並藉以得到一目前速度值,亦即環狀帶體23目前的轉動速度具體數值。控制單元60可利用一第一控制訊號控制阻力調整裝置50(例如控制前述步進馬達52的驅動電路)以改變前述阻力的大小。控制單
元60可控制顯示裝置41顯示特定資訊,例如前述目標速度值、目前速度值、目前為止的運動時間、目前為止的運動距離、目前為止的消耗熱量等。控制單元60的工作電源可能來自前述發電裝置70及蓄電裝置,也可能部分或完全使用隨時供給的電力,不需仰賴使用者U運動發電。
The aforementioned human-powered treadmill also has a
圖7顯示前述人力式跑步機的一控制模式的基本流程,簡單來講,在此控制模式下,控制單元60會反覆比較可能變動的前述目前速度值與前述目標速度值,每當目前速度值低於目標速度值且前述阻力尚未到達可調範圍的下限時,即控制阻力調整裝置50減少阻力,反之,每當目前速度值高於目標速度值且前述阻力尚未到達可調範圍的上限時,即控制阻力調整裝置50增加阻力。以下將對圖7中的各個程序及其流程作進一步說明,其中,判斷程序(菱形框)之後的分支,「Y」代表「判斷結果為是(Yes)」,「N」代表「判斷結果為否(No)」。
Fig. 7 shows the basic flow of a control mode of the aforementioned human-powered treadmill. Simply put, in this control mode, the
程序101所指的「模式啟動」可能包含兩種狀況,一種是控制單元60因應使用者輸入的指示而開始運行此控制模式,另一種是未經使用者選擇,控制單元60依據預設規則自動運行此控制模式,後者例如每當系統獲得工作電源或重新啟動時即自動運行此控制模式,再例如控制單元60基於前述速度訊號的變化判斷出有使用者開始在環狀帶體23上運動時即自動運行此控制模式。
The "mode activation" referred to in the
此控制模式剛開始運行時,即程序102,控制單元60會先將一預設速度值代入目標速度值,作為使用者設定運動速度之前的暫時目標。基於安全考量,前述預設速度值最好是一相對較慢的運動速度,例如一般人走路的速度,具體如4公里/小時。
When this control mode just starts running, that is, in
接著,在程序103,控制單元60會判斷在這之前是否新接收到來自輸入裝置42、43、44的含有設定運動速度的指示訊號(例如對應於使用者指定一特定速度、指示加快或減慢運動速度、選定執行一運動程式的指示等),以及,如果現在正在執行使用者先前選定的運動程式,還要判斷依據該運動程式所設定的運動速度時序變化,此時是否應該變更運動速度;如果有變更目標速度值的需要,先進入程序104,控制單元60會依據最新輸入的指示或依據運動程式的設定而將現有的目標速度值變更為新的目標速度值,然後才進入程序105;否則,維持現有的目標速度值,直接進
入程序105。
Then, in the
在程序105,控制單元60會將前述目前速度值與目標速度值進行數值比較,判斷目前速度值是否小於目標速度值(或小超過一預定程度,例如0.1公里/小時),若是,進入程序107;否則,進入程序106。
In
由前述程序105來到程序106,表示目前速度值沒有小於目標速度值(或沒有小超過前述預定程度),控制單元60會再判斷目前速度值是否大於目標速度值(或大超過一預定程度,例如0.1公里/小時),若是,進入程序110;否則,表示目前速度值等於目標速度值(或二者的差距在預定程度內),流程返回前述程序103,重新判斷是否有變更目標速度值的需要。
From the
由前述程序105來到程序107(位於流程圖左半邊),表示目前速度值小於目標速度值(或小超過前述預定程度),控制單元60會進一步判斷阻力調整裝置50目前的阻力是否已經到達可調範圍的下限,就本例而言就是判斷前述偏轉座53是否位在前述最外位置(圖4),若是,進入程序109;否則,進入程序108。在程序108,控制單元60會控制阻力調整裝置50減少其阻力,就本例而言就是控制前述偏轉座53往前述最外位置的方向偏轉,然後,流程返回前述程序103,重新判斷是否有變更目標速度值的需要。
From the
對稱地,由對述程序106來到程序110(位於流程圖右半邊),表示目前速度值大於目標速度值(或大超過前述預定程度),控制單元60會進一步判斷阻力調整裝置50目前的阻力是否已經到達可調範圍的上限,就本例而言就是判斷前述偏轉座53是否位在前述最內位置,若是,進入程序112;否則,進入程序111。在程序111,控制單元60會控制阻力調整裝置50增加其阻力,就本例而言就是控制前述偏轉座53往前述最內位置的方向偏轉,然後,流程返回前述程序103,重新判斷是否有變更目標速度值的需要。
Symmetrically, from the
細節上,控制單元60在前述程序108中控制減少阻力,以及在前述程序111中控制增加阻力,實施上有兩種不同的方法,第一種方法是控制單元60會在程序108/程序111中持續控制減少/增加阻力,讓環狀帶體23因為轉動阻力減少/增加而使得轉動速度對應加快/減慢,直至目前速度值等於目標速度值(或二者的差距在預定程度內),或是控制過程中阻力
已經先到達可調範圍的下限或上限,才進入下一程序,亦即返回前述程序103;第二種方法是,控制單元60在程序108/程序111中每次只控制阻力減少/增加一預定程度,而且通常是小幅調整,例如控制前述阻力調整裝置50的偏轉座53往前述最外位置/最內位置的方向偏移一個位置(亦即可調範圍內的64分之1),然後就返回前述程序103。在上揭第二種方法中,即使目前速度值與目標速度值一開始差距頗大,經過循環執行的數值比較及阻力控制程序(例如程序103、105、107、108、103...的循環,或是程序103、105、106、110、111、103...的循環),目前速度值也會趨近或符合目標速度值。
In detail, the
由前述程序107來到程序109(位於流程圖最左邊),表示環狀帶體23目前的轉動速度仍慢於使用者設定的速度,但環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的下限,也就是說,原則上已無法再藉由減少阻力來協助加快運動速度,此時,控制單元60會控制顯示裝置41顯示相關資訊告知使用者運動速度可能已達上限,而且,控制單元60會依據此時的目前速度值適當修正目標速度值,並據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的上限。
From the
對稱地,由前述程序110來到程序112(位於流程圖最右邊),表示環狀帶體23目前的轉動速度仍快於使用者設定的速度,但環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的上限,也就是說,原則上已無法再藉由增加阻力來協助減慢運動速度,此時,控制單元60會控制顯示裝置41顯示相關資訊告知使用者運動速度可能已達下限,而且,控制單元60會依據此時的目前速度值適當修正目標速度值,並據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的下限。
Symmetrically, from the
設計前述程序109及程序112,主要原因是不同使用者可能有不同的體重,理論上,如果其他條件相同,體重較重的使用者可能驅動環狀帶體23循環轉動的速度上限及下限都會高於體重較輕的使用者,而一使用者剛開始使用前述人力式跑步機時,輸入裝置42、43、44會暫時允許使用者在一常規範圍內任意設定運動速度,舉例來說,體重100公斤與體重50公斤的使用者都可以將運動速度設定為16公里/小時的高速或0.5公里/小時的低速,但體重較重的使用者可以達到的高速,可能體重較輕的使用者即使將阻力調至最小也無法達到,相反地,體重較輕的使用者可以達到
的低速,可能體重較重的使用者即使將阻力調至最大也無法達到,所以,前述控制模式利用程序109及程序112分別修正使用者將運動速度設定成高於自己的上限及低於自己的下限的狀況。運動速度的可能設定範圍會在環狀帶體23停止轉動之後重置為前述常規範圍。
The main reason for the design of the
較佳地,在前述控制模式運行當中,控制單元60能夠自行依據前述阻力與目前速度值的變動關係,估算出當前述阻力被調整至可調範圍的下限(及上限)時的環狀帶體23的轉動速度,據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的上限(及下限)。藉此,使用者可掌握個人可能達到的運動速度上限(及下限),使用體驗較佳。
Preferably, in the aforementioned control mode operation, the
經由以上對於圖7所示流程的說明可知,當使用者在以前述控制模式運作的本較佳實施例的人力式跑步機上進行走路或跑步運動時,基本上,環狀帶體23的轉動阻力會因為目前的轉動速度慢於/快於使用者設定的速度而自動減少/增加,使環狀帶體23在相同受力下轉速加快/減慢,因而趨近或符合使用者設定的速度。而且,藉由反覆比較目前速度值與目標速度值,並且依據比較結果控制阻力增減,就算在運動過程中使用者設定的運動速度改變,及/或使用者對環狀帶體23的施力改變,環狀帶體23的轉動速度仍可保持趨近或符合使用者設定的速度。
It can be seen from the above description of the process shown in FIG. 7 that when the user walks or runs on the human-powered treadmill of the preferred embodiment operating in the aforementioned control mode, basically, the rotation of the
除了前述控制模式,本較佳實施例的人力式跑步機也可能以其他模式運作,例如,在可供選擇的另一種控制模式下,控制單元60不會主動控制前述阻力的大小,取而代之,使用者可透過輸入裝置42、43、44命令控制單元60調整前述阻力,亦即,如同傳統的人力式跑步機,使用者可設定適當的阻力以進行走路或跑步運動,以及在運動過程中隨時調整阻力。
In addition to the aforementioned control mode, the human-powered treadmill of this preferred embodiment may also operate in other modes. For example, in an alternative control mode, the
在上揭較佳實施例中,環狀帶體23採用一般跑步機最常使用的結構型式,亦即由一長形帶體頭尾相接而成,具有一連續的環狀表面,其頂面24下方通常需要設置前述平板26以支撐使用者重量,而環狀帶體23與平板26之間的摩擦力也會成為阻礙環狀帶體23循環轉動的阻力。本發明的人力式跑步機的環狀帶體也可能採用先前技術中的履帶(slat-belt)式結構,亦即由許多沿左右方向延伸的板片併列及鉸接而成,可直接支撐使用者重量,而且轉動阻力較小。如果環狀帶體採用履帶式結構,那麼,依
據設計需求,除了可能將環狀帶體設置成頂面形成斜面的型式,也可能將環狀帶體設置成頂面呈現凹弧狀的型式。例如,圖8顯示上揭較佳實施例的一種變型態樣(註:沿用圖6的示意方式及代表符號),其中的環狀帶體23即為履帶式結構,而且,環狀帶體23的頂面24呈現凹弧狀,其中間部位低於前後兩端,運動中的使用者U通常踩踏在頂面24前端到中間部位之間的一主要受力區25內,前述主要受力區25同樣呈現由前上方往後下方延伸,有利於使用者U對環狀帶體23的頂面24施加由前往後的力量。使用者在這種運動面(即前述頂面24)呈現凹弧狀的人力式跑步機上進行走路或跑步運動時,向前邁出的腳部如果踩在主要力受力區25的愈前方/愈後方,腳部下滑之後對前述頂面24施加的由前往後的力量就愈大/愈小,對環狀帶體23的施力不易保持穩定,但藉由本發明的上揭控制機制,運動速度可以保持趨近或符合所設定的速度,不會因為使用者的施力變動而明顯變動。
In the above-disclosed preferred embodiment, the ring-shaped
接著請參閱圖9,為本發明第二較佳實施例的人力式跑步機的構成示意圖(註:基本沿用圖6的示意方式及代表符號),相較於圖6及圖8所示的人力式跑步機,本較佳實施例的人力式跑步機的結構特徵主要在於:架體包含一支撐在地面上的固定架16及一可相對於固定架16改變位置的活動架17,在本例中,活動架17的後端依據左右軸向樞接在固定架16,使活動架17能相對於固定架16及地面以其後端為軸上下偏轉;環狀帶體23以可循環轉動的方式設在活動架17上,且其頂面24的前端高於後端,當活動架17以其後端為軸上下偏轉時,環狀帶體23頂面24的前端相對於後端的仰角也會跟著改變;一仰角調整裝置90,設在固定架16與活動架18之間,具有一馬達(未標號),可驅動活動架17改變其相對於固定架16的位置,就本例而言就是驅動活動架17以其後端為軸在一預定角度範圍內上下偏轉;控制單元60可利用一第二控制訊號控制仰角調整裝置90驅動活動架17偏轉,等於控制加大或縮小環狀帶體23頂面24的仰角。
Next, please refer to FIG. 9, which is a schematic diagram of the structure of a human-powered treadmill according to the second preferred embodiment of the present invention (note: the schematic method and representative symbols of FIG. 6 are basically used), compared with the human-powered treadmill shown in FIG. 6 and FIG. The main structural feature of the human-powered treadmill of this preferred embodiment is that the frame body includes a fixed
圖9中繪示的固定架16、活動架17及仰角調整裝置90僅是示意,實務上的具體結構可應用先前技術中各種可調整跑步台仰角的動力式跑步機的對應結構。在本較佳實施例的一種變型態樣中(無圖),環狀帶體23只有局部設在活動架17,例如環狀帶體23的最前端受到活動架17上的前滾筒支撐,而最後端受到固定架16上的後滾筒支撐,如此,當活動架
17相對於固定架16的位置改變時,環狀帶體23頂面24的仰角也會跟著改變。
The fixed
除了上述構成,本較佳實施例的人力式跑步機也具有顯示裝置41、輸入裝置42、43、44、阻力調整裝置50及感測裝置80,由於各裝置的結構及功能基本上都與前一較佳實施例中的對應裝置相同,故不再贅述。
In addition to the above structure, the human-powered treadmill of the preferred embodiment also has a
請參閱圖10A及圖10B,分別示意圖9當中的環狀帶體23處於第一仰角θ 1及第二仰角θ 2時承受同一向下力量DF的狀況,即,如圖10A所示,當環狀帶體23頂面24的仰角為相對較小的第一仰角θ 1時,使用者體重的向下力量DF在環狀帶體23的頂面24運動方向上的分力(第一分力)CF1也相對較小;相對地,如圖10B所示,當環狀帶體23頂面24的仰角為相對較大的第二仰角θ 2時,同一向下力量DF在環狀帶體23的頂面24運動方向上的分力(第二分力)CF2也相對較大(註:各圖中的垂直於地面的向下力量DF、垂直於前述頂面24的垂直線V,以及平行於前述頂面24的第一分力CF1/第二分力CF2,共同構成一直角三角形)。簡單來講,如果其他條件相同,當環狀帶體23頂面24的仰角愈大/愈小,使用者對前述頂面24施加的由前往後的力量就會愈大/愈小,而環狀帶體23受力轉動的速度也會愈快/愈慢。
Please refer to FIGS. 10A and 10B, respectively, the ring-shaped
雖然圖9、圖10A及圖10B中的環狀帶體23為頂面24形成斜面的型式,但如圖8中所示的頂面24呈現凹弧狀的環狀帶體23亦可套用到本較佳實施例中,重點是,無論環狀帶體23的頂面24形成斜面或凹弧面,當環狀帶體23整體或局部隨著活動架17位移時,前述頂面24的主要受力區的前端相對於後端的仰角也會跟著改變,而前述仰角愈大/愈小,使用者驅動環狀帶體23轉動的力量就愈大/愈小。
Although the
圖11顯示本較佳實施例的一控制模式的基本流程,簡單來講,在此控制模式下,控制單元60會反覆比較可能變動的前述目前速度值與前述目標速度值,每當目前速度值低於/高於目標速度值且前述阻力尚未到達可調範圍的下限/上限時,即控制阻力調整裝置50減少/增加阻力,進而,當目前速度值低於/高於目標速度值且前述阻力已經到達可調範圍的下限/上限時,可能的話再控制前述仰角調整裝置90加大/縮小前述仰角。圖
11中的許多程序與圖7所示的前一較佳實施例的控制模式中的對應程序實質相同(註:具體而言,圖11中的程序201至208及程序212、213分別對應於圖7中的程序101至108及程序110、111),除了少部分的差異將於後文中特別提出說明,相同部分基本上不再重述。
Figure 11 shows the basic flow of a control mode of the preferred embodiment. Simply put, in this control mode, the
由程序207進入程序209,表示環狀帶體23目前的轉動速度慢於使用者設定的速度,而且環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的下限,控制單元60會進一步判斷環狀帶體23的前述仰角是否已經到達可調範圍的上限,若是,進入程序211;否則,進入程序210。在程序210,控制單元60會控制仰角調整裝置90加大前述仰角,然後,流程返回程序203,重新判斷是否有變更目標速度值的需要。
From
對稱地,由程序212進入程序214,表示環狀帶體23目前的轉動速度快於使用者設定的速度,而且環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的上限,控制單元60會進一步判斷環狀帶體23的前述仰角是否已經到達可調範圍的下限,若是,進入程序215;否則,進入程序216。在程序215,控制單元60會控制仰角調整裝置90縮小前述仰角,然後,流程返回程序203,重新判斷是否有變更目標速度值的需要。
Symmetrically, entering from
細節上,控制單元60在前述程序210中控制加大前述仰角,以及在前述程序215中控制縮小前述仰角,實施上有兩種不同的方法,第一種方法是控制單元60會在程序210/程序215中持續控制加大/縮小前述仰角,讓環狀帶體23因為使用者的前述分力加大/減小而使得轉動速度對應加快/減慢,直至目前速度值等於目標速度值(或二者的差距在預定程度內),或是控制過程中前述仰角已經先到達可調範圍的上限或下限,才進入下一程序,亦即返回程序203;第二種方法是,控制單元60在程序210/程序215中每次只控制前述仰角加大/縮小一預定程度,而且通常是小幅調整,例如使前述仰角變動0.5度,然後就返回程序203。
In detail, the
由前述程序209來到程序211,表示環狀帶體23目前的轉動速度仍慢於使用者設定的速度,但環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的下限,而且環狀帶體23的前述仰角也已經到達可調範圍的上限,也就是說,原則上已無法再藉由減少阻力或加大仰角來協助加快運動速度,此時,控制單元60會控制顯示裝置41顯示相關資訊告知使用者運動速度可能
已達上限,而且,控制單元60會依據此時的目前速度值適當修正目標速度值,並據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的上限。
From the
對稱地,由前述程序214來到程序216,表示環狀帶體23目前的轉動速度仍快於使用者設定的速度,但環狀帶體23的轉動阻力已經到達可調範圍的上限,而且環狀帶體23的前述仰角也已經到達可調範圍的下限,也就是說,原則上已無法再藉由增加阻力或縮小仰角來協助減慢運動速度,此時,控制單元60會控制顯示裝置41顯示相關資訊告知使用者運動速度可能已達下限,而且,控制單元60會依據此時的目前速度值適當修正目標速度值,並據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的下限。
Symmetrically, from the
必須提出說明的是,在程序203中,控制單元60除了會判斷是否有變更目標速度值的需要,還會判斷在這之前是否新接收到來自輸入裝置42、43、44的含有設定前述仰角的指示訊號,如果控制單元60接收到含有設定前述仰角的指示訊號,先進入程序204,控制單元60會控制仰角調整裝置90以使前述仰角符合使用者的指示,然後才進入程序205;如果既沒有變更目標速度值的需要,也沒有接收到含有設定前述仰角的指示訊號,則直接進入程序205。
It must be pointed out that in the
較佳地,在前述控制模式運行當中,控制單元60能夠自行依據前述阻力、仰角與目前速度值的變動關係,估算出當前述阻力被調整至可調範圍的下限且前述仰角被調整至可調範圍的上限時的環狀帶體23的轉動速度(以及前述阻力被調整至可調範圍的上限且前述仰角被調整至可調範圍的下限時的環狀帶體23的轉動速度),據以修正輸入裝置42、43、44可供目前使用者設定運動速度的上限(及下限)。藉此,使用者可掌握個人可能達到的運動速度上限(及下限),使用體驗較佳。
Preferably, during the operation of the aforementioned control mode, the
經由以上對於圖11所示流程的說明可知,當使用者在以前述控制模式運作的本較佳實施例的人力式跑步機上進行走路或跑步運動時,使用者可隨時設定前述仰角及運動速度(包含分別設定及合併設定),基本上,藉由反覆比較目前速度值與目標速度值,並且依據比較結果控制阻力增減,就算在運動過程中使用者設定的前述仰角或運動速度改變,及/或使用者對環狀帶體23的施力改變,環狀帶體23的轉動速度仍可保持趨近或符合使用
者設定的速度;雖然在以滿足使用者對運動速度的指示為目標的本控制模式中,必要時會依據前述比較結果控制前述仰角增減,但除非改變前述仰角才能達到使用者設定的速度,否則前述仰角不會自動改變。也就是說,依據此控制模式,使用者能大致在所設定的前述仰角下以所設定的運動速度進行走路或跑步運動。
From the above description of the process shown in FIG. 11, it can be seen that when the user is walking or running on the human-powered treadmill of the preferred embodiment operating in the aforementioned control mode, the user can set the aforementioned elevation angle and movement speed at any time (Including separate settings and combined settings), basically, by repeatedly comparing the current speed value with the target speed value, and controlling the resistance increase or decrease according to the comparison result, even if the aforementioned elevation angle or exercise speed set by the user changes during exercise, and / Or the user's force on the
除了前述控制模式,本較佳實施例的人力式跑步機也可能以其他模式運作,例如,在可供選擇的另一種控制模式下,控制單元60既不會主動控制前述仰角的大小,也不會主動控制前述阻力的大小,取而代之,使用者可透過輸入裝置42、43、44命令控制單元60調整前述仰角及前述阻力,亦即,使用者可保持在所設定的前述仰角及所設定的阻力下進行走路或跑步運動,並且可在運動過程中隨時調整仰角及阻力。
In addition to the aforementioned control mode, the human-powered treadmill of the preferred embodiment may also operate in other modes. For example, in another control mode that is available for selection, the
在可供選擇的又一種控制模式下,使用者只能設定運動速度,不能設定前述仰角或前述阻力,也就是控制單元60完全以達到使用者設定的運動速度為目標,自動對前述阻力及前述仰角進行必要的調整,包含在同一時間(或同一處理程序)只調整阻力及仰角其中一者,以及在同一時間(或同一處理程序)同時調整仰角及阻力二者,例如控制減少阻力的同時控制加大仰角,或是控制增加阻力的同時控制縮小仰角。
In another alternative control mode, the user can only set the movement speed, and cannot set the aforementioned elevation angle or the aforementioned resistance. That is, the
在可供選擇的再一種控制模式下,輸入裝置41、42、43可供使用者由複數運動強度當中選擇一運動強度,各運動強度預設有一仰角值及一速度值;當控制單元60接收到含有指定前述運動強度的指示訊號後,會控制仰角調整裝置90以使前述仰角符合前述運動強度所預設的仰角值,並且以前述運動強度所預設的速度值作為目標速度值。藉此,使用者可快速地階段式提高或降低運動的整體強度。
In the alternative control mode, the
為了提昇使用上的便利性,本發明的人力式跑步機還可以設計如下功能:當控制單元判斷出沒有使用者在跑步機上運動時(例如沒有接收到前述速度訊號,或是由速度訊號得到的目前速度值為0,而且持續一段時間),會控制阻力調整裝置產生一最大阻力,及/或控制一制動裝置(無圖)產生一制動阻力,前述最大阻力及/或前述制動阻力可讓環狀帶體即使承載一使用者亦能保持靜止不動,意思是,當一體重未超過預期的使用者站在環狀帶體上時,光是使用者的體重在環狀帶體的頂面運動方向上的分力不 足以克服環狀帶體的轉動阻力;然後,當控制單元接收到來自輸入裝置的一含有指示開始運動的指示訊號時,會控制顯示裝置顯示一用以提示使用者即將開始運動的訊息,並且控制阻力調整裝置及/或制動裝置的阻力在預定時間之後降低至環狀帶體能夠因為承載一使用者而開始循環轉動的程度。其中,前述制動裝置的結構及前述制動阻力的控制,可能如同前揭各種阻力調整裝置之一。使用者透過輸入裝置指示開始運動,可能是藉由按壓標示著「開始(START)」或「GO」之類的實體或虛擬按鍵下達指示,或者,當使用者完成設定運動速度或運動程式的輸入操作時(註:通常在最後需要按壓「確認(Confirm)」或「OK」之類的按鍵),即視同指示開始運動。前述提示訊息可能是依序顯示「3」、「2」、「1」或以類似方式倒數三秒鐘,在倒數結束後,前述阻力明顯降低或以適當速率降低,使承載著使用者的環狀帶體由靜止狀態開始轉動。 In order to improve the convenience of use, the human-powered treadmill of the present invention can also be designed with the following functions: when the control unit determines that no user is exercising on the treadmill (for example, the aforementioned speed signal is not received, or the speed signal is obtained The current speed value is 0 and lasts for a period of time), the resistance adjustment device is controlled to generate a maximum resistance, and/or a braking device (not shown) is controlled to generate a braking resistance. The aforementioned maximum resistance and/or the aforementioned braking resistance can allow The endless belt can stay still even if it is carrying a user, which means that when a user whose weight does not exceed expectations stands on the endless belt, the user's weight is on the top surface of the endless belt. The component force in the direction of motion is not It is sufficient to overcome the rotation resistance of the endless belt; then, when the control unit receives an instruction signal from the input device that indicates the start of exercise, it will control the display device to display a message to remind the user that the exercise is about to start, and control The resistance of the resistance adjusting device and/or the braking device is reduced after a predetermined time to the extent that the endless belt body can start to cyclically rotate because of carrying a user. The structure of the aforementioned braking device and the aforementioned control of braking resistance may be the same as one of the aforementioned various resistance adjusting devices. The user instructs the start of exercise through the input device, perhaps by pressing a physical or virtual button labeled "START" or "GO" to give instructions, or when the user completes the input of the set exercise speed or exercise program During operation (note: usually you need to press the "Confirm" or "OK" button at the end) to start the exercise as instructed. The aforementioned prompt message may be displayed in sequence "3", "2", "1" or countdown for three seconds in a similar manner. After the countdown is over, the aforementioned resistance is significantly reduced or reduced at an appropriate rate, so that the load carrying the user The endless belt body starts to rotate from a static state.
另外,在運動進行中,當控制單元接收到來自輸入裝置的一含有指示停止運動的指示訊號,或是執行中的運動程式時間結束而應停止運動時,會控制阻力調整裝置及/或制動裝置產生適當的阻力,使環狀帶體在短暫時間內停止轉動。其中,使用者透過輸入裝置指示停止運動,可能是藉由按壓標示著「暫停(PAUSE)」、「停止(STOP)」或「緊急停止(E-Stop)」之類的按鍵或開關下達指示。進而,本發明的人力式跑步機也可能提供一套類似先前技術的安全夾(safety clip)裝置及其檢查裝置(註:先前技術中的安全夾裝置通常應用在動力式跑步機),前述安全夾裝置具有一長度適當的繩索,前述繩索一端設置磁鐵或插銷,以可脫離的方式附著在跑步機前端的前述檢查裝置,繩索另一端設置用以夾在使用者上衣的夾子,當運動中的使用者過度後退而將繩索前端扯離檢查裝置時,接收到對應訊號的控制單元會立即控制阻力調整裝置及/或制動裝置產生適當阻力以使環狀帶體停止轉動。 In addition, during exercise, when the control unit receives an instruction signal from the input device that instructs to stop the exercise, or when the running exercise program is over and the exercise should be stopped, it will control the resistance adjustment device and/or the braking device Appropriate resistance is generated to stop the loop belt from rotating in a short time. Among them, the user instructs to stop the exercise through the input device, possibly by pressing a button or switch labeled "PAUSE", "STOP" or "E-Stop" to give the instruction. Furthermore, the human-powered treadmill of the present invention may also provide a set of safety clip devices and inspection devices similar to the prior art (note: the safety clip devices in the prior art are usually applied to powered treadmills). The aforementioned safety The clamp device has a rope of appropriate length. One end of the rope is provided with a magnet or a latch, which is detachably attached to the aforementioned inspection device at the front end of the treadmill. The other end of the rope is provided with a clamp for clamping the user's shirt. When the user retreats excessively and pulls the front end of the rope away from the inspection device, the control unit that receives the corresponding signal will immediately control the resistance adjustment device and/or the braking device to generate appropriate resistance to stop the endless belt body from rotating.
總結來說,本發明提供的人力式跑步機可供使用者依據個人需求設定運動速度,並且協助使用者以所設定的速度進行走路或跑步運動,其中,當運動速度改變時,使用者腳下的運動面(即環狀帶體的頂面)的角度可維持不變,或者,在達到所設定的速度為優先前提下盡可能維持不變。本發明提供的人力式跑步機(例如前揭第二較佳實施例)還可供使用者依據 個人需求設定運動面的角度及運動速度,並且協助使用者在所設定的角度下以所設定的速度進行走路或跑步運動 In summary, the human-powered treadmill provided by the present invention allows the user to set the exercise speed according to personal needs, and assist the user to walk or run at the set speed. When the exercise speed changes, the user’s foot The angle of the moving surface (that is, the top surface of the ring-shaped belt body) can be kept unchanged, or as much as possible on the premise that reaching the set speed is the priority. The human-powered treadmill provided by the present invention (for example, the second preferred embodiment disclosed above) can also be used by users according to Individual needs to set the angle and speed of the exercise surface, and assist the user to walk or run at the set speed at the set angle
11‧‧‧底座 11‧‧‧Base
23‧‧‧環狀帶體 23‧‧‧Annular belt
24‧‧‧頂面 24‧‧‧Top surface
25‧‧‧主要受力區 25‧‧‧Main stress area
41‧‧‧顯示裝置 41‧‧‧Display device
42‧‧‧第一輸入裝置 42‧‧‧First input device
43‧‧‧第二輸入裝置 43‧‧‧Second input device
44‧‧‧第三輸入裝置 44‧‧‧Third input device
50‧‧‧阻力調整裝置 50‧‧‧Resistance adjustment device
60‧‧‧控制單元 60‧‧‧Control Unit
80‧‧‧感測裝置 80‧‧‧Sensing device
U‧‧‧使用者 U‧‧‧User
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