TWI607784B

TWI607784B - Sports training equipment

Info

Publication number: TWI607784B
Application number: TW103124258A
Authority: TW
Inventors: yu da Li; shi qing Chen; Jia Jin Chen; Zhao Zhen Luo; Li Ming Liu; jia cheng He; shu wei Chen; jia he Chen
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2017-12-11
Also published as: TW201601801A

Description

運動訓練設備

本發明是有關於一種訓練設備，特別是指一種能夠量測兩側肢體各自肌力，並強化肢體訓練的運動訓練設備。

身體行動不便之人士，或是體弱年長者通常需要透過一些復健設備以進行簡單運動，達到訓練肌肉或肌力之目的。

如中華民國公告第M465941號「肢體復健器」新型專利案即是一例，其包含有一主架、一下肢踩踏組，以及一上肢旋轉組。該主架具有一平置於地面之底座，底座兩端分別樞設有一立桿及一撐桿，該撐桿頂端樞設一可選擇性束緊或釋放該立桿之調整件，且使該撐桿並可改變支撐立桿之位置。該下肢踩踏組具有一用以鎖設於主架的立桿下段之固定座，固定座內並樞設有一旋轉曲軸，該旋轉曲軸兩端分別樞設有一供人體雙腳交錯踩踏之握踏板。該上肢旋轉組具有一供鎖設於該立桿上端之固定座，該固定座內樞設有一旋轉曲軸，該旋轉曲軸兩端分別樞設有一供人體雙手交錯旋轉之握踏板。藉此提供於室內即可進行簡單的復健運動，另外，藉由轉動一穿設於該立桿上之調整鈕，調節旋轉曲軸的阻尼作用，進而調整下肢踩踏之運動效果。

然而對於偏癱肢體來說，因難以自主施力，以致在踩踏訓練時，使用者往往不自覺地會仰賴健側肢體進行主動踩踏，而偏癱肢體則只是被動地被帶動。如此對於偏癱肢體之復健效果不佳。

又如中華民國公告第494766號「運動器材之電動輔助裝置」新型專利案，則是利用一馬達透過一傳動機構連接一曲柄，曲柄另一端設置有一可供使用者踩踏之踩踏板，藉此由馬達驅動曲柄旋轉，以帶動使用者踩踏於該等踩踏板上的雙腳，活動肢體關節，以預防關節僵化，也提供阻力以進行主動阻力訓練，增強肢體肌力與耐力。

然而此種訓練裝置在使用上，左右側肢體均被動地隨著該等踩踏板而活動，無法準確地量測左右側肢體的實際出力，因此，復健效果仍然不佳。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠量測使用者的兩側肢體肌力，並能強化肢體訓練之運動訓練設備。

於是，本發明運動訓練設備，包含一主體、一人機操作面板、一設置於該主體並用以輸出驅動作用力的傳動單元、一受力單元、一感測單元，以及一控制單元。該人機操作面板是設置於該主體上端處而用以供訓練參數之輸入設定及輸出多媒體資訊。該受力單元是用以承載一使用者之兩側肢體，且可由該傳動單元驅動而帶動該使用者之兩側肢體活動或接受該使用者之兩側肢體的施力活動。該感測單元設置於該受力單元及該傳動單元而用以感測該使用者之肢體的施力資訊與該傳動單元的轉動資訊。而該控制單元則設置於該主體且電連接該感測單元與該傳動單元，用以接收該感測單元所測得之該使用者之兩側肢體的施力資訊與該傳動單元的轉動資訊，並據此控制該傳動單元的運轉狀態。

本發明之功效在於藉由能夠量測兩側肢體各自肌力狀態或對稱度，並產生強化肢體之訓練，改善已知技術中因無法偵測患者用健側肢體帶動患側肢體，導致患側肢體訓練強度不足的狀況，進而讓使用者能在訓練中增強肢體的肌力與學習控制肢體，以使運動訓練效果更佳。

21‧‧‧主體

211‧‧‧底座

212‧‧‧直立座

213‧‧‧握桿

214‧‧‧支撐座

22‧‧‧人機操作面板

221‧‧‧螢幕

222‧‧‧控制鍵

23‧‧‧傳動單元

231‧‧‧輸出軸

232‧‧‧馬達

24‧‧‧受力單元

241‧‧‧曲柄

242‧‧‧受力載體

26‧‧‧感測單元

261‧‧‧形變感測器

262‧‧‧無線發射器

263‧‧‧無線接收器

264‧‧‧轉動感測器

27‧‧‧控制單元

28‧‧‧固定座

281‧‧‧連接部

282‧‧‧定位部

S1至S5‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明運動訓練設備之第一實施例；圖2是一局部示意圖，輔助說明圖1，顯示二形變感測器(因視圖角度關係，僅顯示出一個)也可以分別設置於二受力載體上；圖3是一示意圖，說明本發明運動訓練設備之第二實施例；以及圖4是一方法流程圖，說明一適用於本發明之運動訓練方法。

參閱圖1，本發明運動訓練設備之第一實施例，包含一主體21、一人機操作面板22、一傳動單元23、一受力單元24、一感測單元26，以及一控制單元27。

該主體21包括一用以置於地面上之T型狀之底座211、一立設於該底座211上之直立座212、二分別由該直立座212兩相反表面向外凸伸而用以供使用者手部握持之握桿213，以及一凸設於該直立座212近下端處之支撐座214。而在該支撐座214前端設置一固定座28用於固定該傳動單元23。

該人機操作面板22設置於該主體21之直立座212的上端處，且具有一能用以顯示多媒體資訊之螢幕221，及多數可供輸入設定訓練參數之控制鍵222。

該傳動單元23設置於該固定座28上並能輸出驅動作用力。在本實施例中，該傳動單元23至少包括一具有二輸出軸231(因視圖角度關係，圖中僅顯示出一個)之馬達232。

該受力單元24包括二曲柄241，以及二受力載體242，該等曲柄241分別位於該傳動單元23兩相反側且一端皆與該傳動單元23相連接，該等受力載體242分別設置於該等曲柄241的另一端且用以供承載一使用者的兩側肢體。藉此當該傳動單元23處於運轉狀態時，會驅動該等曲柄241進而傳動該等受力載體242同步旋轉，此時使用者之兩側肢體可被動地接受該等受力載體242之帶動而進行活動。另外，在該傳動單元23處於運轉狀態下，使用者之兩側肢體也可同步地主動施力於該等受力載體242，此時該傳動單元23能控制該等受力載體242之轉速以提供適當的阻力，以提升使用者之兩側肢體的肌力訓練強度。再者，當該傳動單元23處於停止運轉狀態時，該使用者之兩側肢體也能主動施力於該等受力載體242而連動該等曲柄241旋轉，此時，對於使用者之兩側肢體的肌力訓練強度達到最大。

該感測單元26包括二形變感測器261、二無線發射器262、一無線接收器263，及一轉動感測器264。該等形變感測器261、該等無線發射器262及該無線接收器263可以選擇地設置於該等受力載體242或該等曲柄241或該主體21之支撐座214上，詳細地來說，亦即可如圖1所示，將該等形變感測器261及該等無線發射器262設置於該等曲柄241上，以及將該無線接收器263設置於該支撐座214上；或如圖2所示，將該等形變感測器261分別設置於該等受力載體242上(因視圖角度關係，圖中僅顯示出一個形變感測器261)，將該等無線發射器262設置於該等曲柄241上，以及將該無線接收器263設置於該主體21之支撐座214上。特別說明的是，無線發射器262與該等無線接收器263也可以置換為一無線收發器，亦即該感測單元26只包括二形變感測器261、一無線收發器(圖未示)，及一轉動感測器264。此無線收發器可設置於其中一曲柄241或該支撐座214上，同樣能執行無線訊號發送及接收。另外，該轉動感測器264電連接該傳動單元23與該控制單元27，用以感測該傳動單元23的轉動資訊，所述轉動資訊包括運轉角度、轉速或扭力等。藉此該等形變感測器261於感測實際結構的形變量後所輸出之感測訊號，以及該轉動感測器264感測該傳動單元23的轉動資訊後所輸出之感測訊號，均可透過該等無線發射器262無線發送，並由該無線接收器263接收後再傳送至該控制單元27，以進行後續處理。

該控制單元27是設置於該主體21之底座211且電連接該等感測單元26與該傳動單元23，該控制單元27會依照使用者所輸入的訓練參數去控制該傳動單元23的轉動以執行各種訓練模式，同時能接收該感測單元26所測得之該使用者之兩側肢體的施力資訊與該傳動單元23的轉動資訊，並據此控制該傳動單元23的運轉狀態。

本發明運動訓練設備可適用於健全肢體或偏癱肢體的運動訓練。本實施例是以使用於偏癱肢體的運動訓練做說明。為便於說明，將使用者之兩側肢體以下分別定義為健側肢體與患側肢體。

在使用時，使用者先透過該人機操作面板22輸入訓練參數，使用者再將健側肢體與患側肢體分別放置在該等受力載體242上，該控制單元27會依照使用者所輸入的訓練參數去控制該傳動單元23的轉速與扭力以執行一特定訓練模式，同時將訓練參數及該感測單元26的感測數據輸出顯示於該人機操作面板22之螢幕221，以供人員知悉。在特定的模式下，當使用者之健側肢體與患側肢體施力時，受力的曲柄241與受力載體242皆會產生微小彎曲形變，該等形變感測器261會感測到受力量且分別輸出一感測訊號，並透過相對應之各該無線發射器262傳輸到該無線接收器263，之後由該無線接收器263進一步傳遞予該控制單元27，同時該轉動感測器264也會將所感測該傳動單元23的轉動資訊傳遞至該控制單元27。接著，該控制單元27會依據該等受力量數值作為訓練模式的變數或標準以進行分析、計算，去調整控制該傳動單元23的轉動資訊，進而達到特定的訓練目的，尤其是藉由能準確地量測健側肢體與患側肢體的實際出力，以適時的調整訓練模式，因此能有效強化偏癱肢體訓練，提昇運動復健效果。

參閱圖1、3，本發明運動訓練設備之第二實施例，本實施例與第一實施例大致相同，不同的地方是在於該固定座28具有一用以連設於該主體21上之連接部281，以及一彎折延伸自該連接部281且用以承置定位該傳動單元23之馬達232的定位部282。另外，在第二實施例中，該感測單元26可採有線訊號傳輸方式，其包括多數個間隔設置於該固定座28之定位部282上之形變感測器261，及一設置於傳動單元23上之轉動感測器264，該等形變感測器261及該轉動感測器264均有線電連接該控制單元27。藉此在使用上，同樣產生與第一實施例相同之功效。

參閱圖4，同時配合參閱圖1，適用於本發明之運動訓練包含下列步驟S1至S5：

在步驟S1中，由使用者透過該運動訓練設備之人機操作面板22輸入設定一訓練強度。該控制單元27會依照使用者所輸入的訓練參數去控制該傳動單元23的轉動以執行一特定的訓練模式。

在步驟S2中，使用者將兩側肢體分別置於該等受力載體242上，在沒有額外回饋控制下帶動該等受力載體242旋轉一段時間或數圈，在本實施例中是以踩10圈做說明。在該等受力載體242旋轉時間內，該感測單元26會感測使用者之兩側肢體的肌力，以及與該傳動單元23的運轉角度、轉速或扭力等轉動資訊。

在步驟S3，該控制單元27會根據該感測單元26所測得的使用者之兩側肢體的肌力與該傳動單元23的轉動資訊，計算出平均每圈兩側肢體的最大施力及其施加的角度，進而再計算出該使用者之患側肢體與健側肢體的肌力、使用者之兩側肢體的施力範圍，以及使用者之兩側肢體的對稱度。每圈兩側肢體的最大肌力、最大施力時的施加角度、最大肌力時的施力角度、施力範圍及對稱度的計算公式如下： A_EAr=A_EA±z⁰， A_HAr=A_HA±z⁰，其中z為0至90，且上述公式中，各參數代表如下：T_EA：平均每圈一側肢體最大施力值，T_HA：平均每圈另一側肢體最大施力值，T_Emax：每圈一側肢體的最大肌力值，T_Hmax：每圈另一側肢體的最大肌力值，A_EA：平均每圈一側肢體於最大施力時的施加角度，A_HA：平均每圈另一側肢體於最大施力時的施加角度，A_Emax：每圈一側肢體最大肌力時的施力角度，A_Hmax：每圈另一側肢體最大肌力時的施力角度，N為整數，A_EAr：一側肢體的施力範圍，A_HAr：另一側肢體的施力範圍。

另外，該對稱度的計算公式選自下列其中一個：，其中S代表對稱度。

上述步驟S3之目的，主要是在於評估使用者之兩側肢體的肌力對稱度表現。

在步驟S4中，該控制單元27判斷所述對稱度是否達到正常標準值，未達正常標準值時，會以該使用者之兩側肢體的肌力以及該訓練強度(a%)計算出一訓練目標範圍，該訓練目標範圍的上限與下限之計算公式為：下限為T_EA×(100%+a%)，上限為T_HA×(100%+x%)；或下限為S%+a%，上限為100%+x%，其中a為訓練強度，x為0至20。

在步驟S5中，該控制單元27會以該訓練目標範圍為標準，監測該使用者之兩側肢體的肌力或對稱度，該使用者之兩側肢體的肌力或對稱度表現與該訓練目標範圍不同時，該控制單元27會調整該傳動單元23的轉動狀態，且控制該人機操作面板22顯示相對應之訊息。當該使用者之任一側或兩側肢體的肌力或對稱度超出該訓練目標範圍時，該控制單元27會控制該人機操作面板22顯示相對應之訊息或發出提示音效，或控制該傳動單元23於該側肢體施力時提高轉速或降低阻力以減輕使用者之肢體的負重並誘使使用者之肢體減少出力。另外，當使用者之任一側或兩側肢體的肌力或對稱度低於該訓練目標範圍時，該控制單元27會控制該人機操作面板22顯示相對應之訊息或發出提示音效，或控制該傳動單元23在使用者之肢體施力時降低轉速或提高阻力以提高使用者之肢體的負重並誘使肢體增加出力。此外，當使用者之兩側肢體的肌力或對稱度到達該訓練目標範圍時，並持續維持此狀態一段時間後，該控制單元27會控制該人機操作面板22輸出鼓勵訊息或音效。

特別是在進行偏癱肢體訓練時，當該使用者之患側肢體的肌力或對稱度超出該訓練目標範圍時，該控制單元27會控制該人機操作面板22顯示相對應之訊息或發出提示音效，或控制該傳動單元23在該使用者之患側肢體施力時提高轉速或降低阻力以減輕該使用者之患側肢體的負重並誘使患側肢體減少出力。另外，當該使用者之患側肢體的肌力或對稱度低於該訓練目標範圍時，該控制單元27會控制該人機操作面板22顯示相對應之訊息或發出提示音效，或控制該傳動單元23在該使用者之患側肢體施力時降低轉速或提高阻力以提高該使用者之患側肢體的負重並誘使患側肢體增加出力。此外，當該使用者之患側肢體的肌力或對稱度到達該訓練目標範圍時，並持續維持此狀態一段時間後，該控制單元27會控制該人機操作面板22輸出鼓勵訊息或音效。

綜上所述，本發明運動訓練設備，藉由能夠量測使用者之兩側肢體的各自肌力，並強化肢體訓練，尤其是能適用於偏癱肢體之訓練，改善已知技術中因無法偵測患者用健側肢體帶動患側肢體，導致患側肢體訓練強度不足的狀況，進而讓偏癱患者能在訓練中增強患側肢體的肌力與學習控制患側肢體，以使偏癱訓練效果更佳，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。