TWI458517B - 可變速跑步裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

可變速跑步裝置及其控制方法

本發明係關於一種可變速跑步裝置及其控制方法，尤其是可根據使用者心律變化以進行速度調整之可變速跑步裝置。

隨著醫療保健知識的提升，越來越多的人們養成了健身的習慣，而眾多的健身器材中，又以跑步機的普及率最高，其原因在於跑步機除了操作簡單外，更是加強心肺功能的較佳健身器材。

在使用者使用跑步機的過程中，使用者的心跳速率會隨著運動的強度與時間產生變化。然而，習知跑步機之跑帶的運轉速度，皆在出廠時便已設定完成且為定速運轉，在定速運轉下，容易造成使用者在運動初期熱身時間過久，或在運動後期體能消耗過快，且在運動的過程中，使用者之心跳速率產生改變時，該跑步機無法根據使用者目前的身體狀況，主動改變該跑步機之跑帶轉速，以提供使用者適當的訓練強度。

針對心跳速率的部分，習知可在使用者身上貼附心律貼片，以偵測該使用者在跑步機運動的心跳速率，當該心律貼片感應使用者之心跳速率過高時，可透過一處理器調降該跑步機的速度；若該心律貼片感應使用者之心跳速率偏低時，該處理器可提升該跑步機的速度，提供使用者適當的運動強度。然而，該心律貼片需直接貼附於使用者皮膚，令使用者肌膚有不舒服之觸感，且在運動的過程中，使用者所流出之汗水，也容易造成該心律貼片的脫落，降低了使用者使用該跑步機的便利性。

本發明之主要目的係提供一種可變速跑步裝置，該跑步裝置可根據使用者的心律變化，主動調整跑帶轉速，維持較佳運動效率。

本發明之另一目的係提供一種可變速跑步裝置，該跑步裝置具有較高之使用便利性。

為達到前述發明目的，本發明之一種可變速跑步裝置控制方法，係包含：一資料庫建立步驟，係建立一資料庫，該資料庫用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於一跑步機進行運動時，該至少一跑者之一心跳速率及該至少一跑者與跑步機間之一作用力的對應關係；一作用力感測步驟，當該跑者於跑步機上進行運動時，利用一壓力感應器感測該跑者與該跑步機間之作用力；一資料比對步驟，該處理單元係根據該壓力感測器所感測之作用力，於該資料庫中找出該作用力所相對之該心跳速率；及一速度調整步驟，利用一處理單元判斷進行運動之該跑者的心跳速率與一額定心率範圍之關係，並輸出一控速訊號以控制該跑步機之一跑帶轉速。

本發明之一種可變速跑步裝置，係包含：一跑步機，具有一座體及一驅動單元，該座體設有一跑帶，該驅動單元用以驅動該跑帶轉動；一壓力感應器，設置於該跑步機之座體與地面之接觸端，以感應一跑者與該跑步機間之一作用力，並輸出一壓力信號；一資料庫，係用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於跑步機進行運動時，該至少一跑者之一心跳速率及該至少一跑者與跑步機間之作用力的對應關係；及一處理單元，電性連接該跑步機之驅動單元、該壓力感應器及該資料庫，該處理單元可接收該壓力感應器之壓力信號以判讀該作用力之大小，並藉由該資料庫中找出該作用力所對應之該跑者的心跳速率，再判斷該心跳速率與該額定心率範圍之相對關係，並根據該相對關係輸出一控速訊號至該驅動單元。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明所述之「作用力」，係指第一物體與第二物體間所產生之垂直作用力，例如該第一物體朝第二物體施力時，該作用力即為該第一物體朝第二物體產生之正向作用立，或該第二物體朝第一物體產生之反作用力。

本發明所述之「二數值具有正相關」，係指二數值之大小具有正比之對應關係。

請參照第1圖所示，其係本發明之可變速跑步裝置一較佳實施例，該裝置包含：一跑步機1、一壓力感應器2、一資料庫3及一處理單元4。該壓力感應器2設置於該跑步機1之座體11與地面之接觸端，該處理單元4電性連接該跑步機1、壓力感應器2及資料庫3。

該跑步機1具有一座體11及一驅動單元12，該座體11設有一跑帶111，該驅動單元12用以驅動該跑帶111轉動；其中本發明跑步機1可為市面上各式可供健身的跑步機結構，其詳細結構組成及作動原理為所屬技術領域中具有通常知識者可以理解，本文容不贅述。

該壓力感應器2設置於該跑步機1之座體11與地面之接觸端，以感應一跑者與該跑步機1間之一作用力，並輸出一壓力信號。該壓力感應器2可為不限任何形狀之壓電材料，並如本實施例中，設置於該座體11與地面之接觸端的四個角落，以準確感應該跑者與該跑步機1間之作用力，並根據不同大小的作用力輸出相對應之壓力信號。

更詳言之，當該跑者在該跑步機1上跑步時，該跑者與該跑步機1間的作用力，與該跑步機1之座體11與地面之接觸端的作用力具有正相關，故將該壓力感應器2設置於該跑步機1之座體11與地面之接觸端，所感應之作用力即可代表該跑者與該跑步機1間的作用力。

該資料庫3，係用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於跑步機1進行運動時，該至少一跑者之一心跳速率及該至少一跑者與跑步機1間之作用力的對應關係(詳參以下說明)。

在進行運動時，對於同一跑者而言，該跑者的能量消耗與心跳速率具有正相關。更有研究指出，當該跑者進行跑步運動時，該能量消耗正比於該跑者與地面間之作用力，該作用力即為該跑者朝地面施予之垂直作用力，或地面朝跑者反施之地面反作用力。由此可知，該跑者之心跳速率與該跑者與地面間之作用力具有正相關，亦即若該跑者之心跳速率越低時，該跑者與地面間的作用力越小；若該跑者之心跳速率越高時，該跑者與地面間的作用力越大。

更詳言之，為使該跑者與跑步機1間的作用力能準確的對應跑者的心跳速率，在本實施例中，該資料庫3的建立方式，可利用設置於跑步機1之座體11與地面之接觸端的壓力感應器2，量測至少一跑者於該跑步機1上跑步時，該至少一跑者與跑步機1間之作用力，並同時利用一心律感測器記錄該至少一跑者的心跳速率，以建立該至少一跑者與跑步機1間的作用力與該至少一跑者的心跳速率之相對關係，並將該相對關係預先儲存於該資料庫3。當本發明之可變速跑步裝置實際進行操作時，便可直接利用該資料庫3之資料，不需使用額外的心律感測器。

其中，該額定心率範圍在此並不設限，可視跑者之年齡或身體狀況而定。在本實施例中，係將該跑者之每分鐘的最大心跳數減去每分鐘的最小心跳數，作為一額定心跳數，並以該額定心跳數為基準，往上增加或往下減少以定義一額定心率範圍，作為該跑步機1之跑帶111轉速調整之判斷依據。例如該跑者之最大心跳數為200，最小心跳數為68，相減後之132即為該額定心跳數，若以該132為基礎並增加與減少10作為該額定心率範圍，該額定心率範圍即為122至142。

該處理單元4電性連接該跑步機1之驅動單元12、該壓力感應器2及該資料庫3，該處理單元4可接收該壓力感應器2之壓力信號，並根據該壓力信號輸出一控速訊號至該驅動單元12，使該驅動單元12驅動並改變該跑帶111之轉速。

更詳言之，當該跑者於跑步機1上跑步時，該跑步機1之座體11與地面之接觸端所設置之壓力感應器2，可隨時的感應該跑者與該跑步機1間之作用力，並輸出該壓力信號至該處理單元4，該處理單元4可根據該壓力信號判讀該作用力之大小，並從該資料庫3中找出該作用力所相對應之該跑者的心跳速率，並同時判斷該心跳速率與該額定心率範圍之相對關係。

若該心跳速率介於該額定心率範圍內，代表該跑者正處於較佳之運動狀態，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之驅動單元12，以維持該跑帶111之運轉速度；若該心跳速率大於該額定心率範圍，代表該跑者目前的運動強度過強，對身體造成過大負擔，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之驅動單元12，以降低該跑帶111之運轉速度；若該心跳速率小於該額定心率範圍，代表該跑者目前的運動強度不足，無法具有較佳之運動效率，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之該驅動單元12，以增加該跑帶111之運轉速度。

請參照第2圖所示，本發明之可變速跑步裝置控制方法係包含：一資料庫建立步驟S1、一作用力感測步驟S2、一資料比對步驟S3及一速度調整步驟S4。

該資料庫建立步驟S1，係建立該資料庫3，該資料庫3用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於該跑步機1進行運動時，該至少一跑者之心跳速率及該至少一跑者與跑步機1間之作用力的對應關係。

更詳言之，為使該跑者與跑步機1間的作用力能準確的對應跑者的心跳速率，在本實施例中，該資料庫3的建立方式，可利用設置於跑步機1之座體11與地面之接觸端的壓力感應器2，量測至少一跑者於該跑步機1上跑步時，該至少一跑者與跑步機1間之作用力，並同時利用一心律感測器記錄該至少一跑者的心跳速率，以建立該至少一跑者與跑步機1間的作用力與該至少一跑者的心跳速率之相對關係，並將該相對關係預先儲存於該資料庫3。

該作用力感測步驟S2，當該跑者於該跑步機1上進行運動時，利用該壓力感應器2感測該跑者與該跑步機1間之作用力。在本實施例中，該壓力感應器2係設置於該跑步機1之座體11與地面之接觸端。由於該跑者與該跑步機1間的作用力，與該跑步機1之座體11與地面之接觸端的作用力具有正相關，故利用該壓力感應器2量測該跑步機1之座體11與地面之接觸端間的作用力，可作為該跑者與該跑步機1間的作用力，並輸出該壓力信號至該處理單元4。

該資料比對步驟S3，該處理單元4係根據該壓力感測器2所感測之作用力，於該資料庫3中找出該作用力所相對之該心跳速率。當該跑者在該跑步機1上進行運動時，由於該壓力感應器2可即時的感應該跑者施與該跑步機1間之作用力，並輸出相對之壓力信號至該處理單元4，該處理單元4接收該壓力信號後，可由該壓力信號判讀該跑者與跑步機1間之作用力，並於該資料庫3中，根據該作用力找出相對應之該心跳速率，藉以估計在跑步機1上運動之跑者目前的心跳速率。

該速度調整步驟S4，利用該處理單元4判斷進行運動之該跑者的心跳速率與額定心率範圍之關係，並輸出該控速訊號以控制該跑步機1之跑帶111轉速，其中，若該心跳速率介於一額定心率範圍內，則該跑步機1之跑帶111轉速不變，若該心跳速率大於該額定心率範圍，則該跑步機1之跑帶111轉速下降，若該心跳速率小於該額定心率範圍，則該跑步機1之跑帶111轉速上升。

綜上所述，當該跑者於跑步機1上跑步時，該跑步機1之座體11與地面之接觸端所設置之壓力感應器2，可隨時的感應該跑者與該跑步機1間之作用力，並輸出該壓力信號至該處理單元4，該處理單元4可根據該壓力信號判讀該作用力之大小，並從該資料庫3中找出該作用力所相對應之該跑者的心跳速率，並同時判斷該心跳速率與該額定心率範圍之相對關係。

若該心跳速率介於該額定心率範圍內，代表該跑者正處於較佳之運動狀態，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之驅動單元12，以維持該跑帶111之運轉速度；若該心跳速率大於該額定心率範圍，代表該跑者目前的運動強度過強，對身體造成過大負擔，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之驅動單元12，以降低該跑帶111之運轉速度；若該心跳速率小於該額定心率範圍，代表該跑者目前的運動強度不足，無法具有較佳之運動效率，故該處理單元4可輸出該控速訊號至該跑步機1之該驅動單元12，以增加該跑帶111之運轉速度。

此外，當跑者於該跑步機1上運動時，跑者不需在身上額外貼附心律貼片或設置其他心律感測器，透過該資料庫3之設置，跑者僅需正常於該跑步機1上跑步，便可由該跑者與跑步機1間之作用力，在該資料庫3中找出相對應之心跳速率，以進行該跑步機1之跑帶111的轉速調整。

本發明之可變速跑步裝置及其控制方法，可根據該跑者與該跑步機間之作用力的改變，隨時調整該跑步機之跑帶的轉速，具有維持較佳運動效率功效。

本發明之可變速跑步裝置及其控制方法，具有預先建立作用力與心跳速率間相對關係之資料庫，在使用該跑步機時，使用者不需將其他感應元件結合於自身，具有提高使用便利性功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．跑步機

11．．．座體

111．．．跑帶

12．．．驅動單元

2．．．壓力感應器

3．．．資料庫

4．．．處理單元

S1．．．資料庫建立步驟

S2．．．作用力感測步驟

S3．．．資料比對步驟

S4．．．速度調整步驟

第1圖：本發明可變速跑步裝置之結構圖。

第2圖：本發明可變速跑步裝置控制方法之流程圖。

1．．．跑步機

11．．．座體

111．．．跑帶

12．．．驅動單元

2．．．壓力感應器

3．．．資料庫

4．．．處理單元

Claims (7)

1. 一種可變速跑步裝置控制方法，係包含：一資料庫建立步驟，係建立一資料庫，該資料庫用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於一跑步機進行運動時，該至少一跑者之一心跳速率及該至少一跑者與跑步機間之一作用力的對應關係；一作用力感測步驟，當該跑者於跑步機上進行運動時，利用一壓力感應器感測該跑者與該跑步機間之作用力；一資料比對步驟，該處理單元係根據該壓力感測器所感測之作用力，於該資料庫中找出該作用力所相對之該心跳速率；及一速度調整步驟，利用一處理單元判斷進行運動之該跑者的心跳速率與一額定心率範圍之關係，並輸出一控速訊號以控制該跑步機之一跑帶轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可變速跑步裝置控制方法，其中該資料庫建立步驟，利用設置於跑步機之座體與地面之接觸端的壓力感應器，量測至少一跑者於該跑步機上跑步時，該至少一跑者與跑步機間之作用力，並同時利用一心律感測器記錄該跑者的心跳速率，以建立該至少一跑者與跑步機間的作用力與該至少一跑者的心跳速率之相對關係，並將該相對關係預先儲存於該資料庫。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可變速跑步裝置控制方 法，其中該作用力感測步驟，係利用該壓力感應器量測該跑步機之座體與地面之接觸端間的作用力，以作為該跑者與該跑步機間的作用力，並輸出一壓力信號至該處理單元。
4. 如申請專利範圍第3項所述之可變速跑步裝置控制方法，其中該資料比對步驟，該處理單元接收該壓力信號後，由該壓力信號判讀該跑者與跑步機間之作用力。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可變速跑步裝置控制方法，其中該速度調整步驟，若該心跳速率介於該額定心率範圍內，則該跑步機之跑帶轉速不變，若該心跳速率大於該額定心率範圍，則該跑步機之跑帶轉速下降，若該心跳速率小於該額定心率範圍，則該跑步機之跑帶轉速上升。
6. 一種可變速跑步裝置，係包含：一跑步機，具有一座體及一驅動單元，該座體設有一跑帶，該驅動單元用以驅動該跑帶轉動；一壓力感應器，設置於該跑步機之座體與地面的接觸端，以感應一跑者與該跑步機間之一作用力，並輸出一壓力信號；一資料庫，係用以儲存至少一跑者資訊，該至少一跑者資訊包含該至少一跑者之一額定心率範圍，及該至少一跑者於跑步機進行運動時，該至少一跑者之一心跳速率及該至少一跑者與跑步機間之作用力的對應關係；及一處理單元，電性連接該跑步機之驅動單元、該壓力感應器及該資料庫，該處理單元可接收該壓力感應器之壓 力信號以判讀該作用力之大小，並藉由該資料庫中找出該作用力所對應之該跑者的心跳速率，再判斷該心跳速率與該額定心率範圍之相對關係，並根據該相對關係輸出一控速訊號至該驅動單元。
7. 如申請專利範圍第6項所述之可變速跑步裝置，其中該壓力感應器設於該座體與地面之接觸端的四個角落。