TWI650539B - 扭力量測系統及具有該系統的身體訓練器 - Google Patents

Abstract

一種扭力量測系統及具有該系統的身體訓練器，該系統供應用於身體訓練器的一訓練器本體，該訓練器本體包含一固定座、連接該固定座的一飛輪、驅動該飛輪的一扭力輸出機構以及提供阻力給該飛輪而相對於該固定座位移的一煞車件，該系統包含一量測裝置與一運算裝置，該量測裝置包含一彈片與一應變規模組，該彈片連接在該煞車件與該固定座之間且具有一設置面，該應變規模組設置於該彈片的該設置面，係對應於該彈片的應變量而產生一電阻變化，該運算裝置根據該電阻變化而輸出一扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構所輸出的扭力大小。

Description

扭力量測系統及具有該系統的身體訓練器

本創作係有關一種扭力量測系統及身體訓練器，特別是指扭力量測系統及具有該扭力量測系統的身體訓練器。

傳統身體訓練器可提供使用者依據其體能狀況而自行調整不等程度的扭力大小，以改變操作身體訓練器時的難易程度，舉例來說，身體訓練器可為健身車，健身車主要包含有車架與設於車架的踏板、傳動組件、飛輪與調整桿，調整桿的端部設有煞車件，煞車件可接觸飛輪的周面以提供摩擦阻力，使用者可旋動該調整桿以改變施加於該飛輪的阻力大小，以及採踏所述踏板以提供一扭力，該扭力透過該傳動組件驅動該飛輪轉動。

使用者操作身體訓練器時的運動效果與使用者提供的扭力大小息息相關，因此有必要量測使用者操作身體訓練器時所提供的扭力大小。

有鑒於此，本創作之主要目的在於提供一扭力量測系統及具有該系統的身體訓練器，用以量測使用者操作身體訓練器時所提供的扭力大小，進一步可供評估使用者的運動效果。

本創作扭力量測系統供應用於一訓練器本體，該訓練器本體包含一固定座、連接該固定座的一飛輪、驅動該飛輪的一扭力輸出機構以及提供阻力給該飛輪而相對於該固定座位移的一煞車件，該系統包含：一量測裝置，包含：一彈片，包含一第一端、一第二端與一設置面，該第一端連接該煞車件，該第二端連接該固定座；以及 一應變規模組，設置於該彈片的該設置面，係對應於該彈片受該煞車件順著飛輪轉動方向移動而被拉伸的應變量而產生一電阻變化；以及一運算裝置，連線該量測裝置，並根據該電阻變化而輸出一扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構所輸出的扭力大小。

本創作種身體訓練器包含：一訓練器本體，包含：一固定座；一飛輪，連接該固定座；一扭力輸出機構，連接該飛輪以驅動該飛輪；以及一煞車件，接觸該飛輪以提供阻力給該飛輪，並相對於該固定座位移：以及一扭力量測系統，包含：一彈片，包含一第一端、一第二端與一設置面，該第一端連接該煞車件，該第二端連接該固定座；以及一應變規模組，設置於該彈片的該設置面，係對應於該彈片受該煞車件順著飛輪轉動方向移動而被拉伸的應變量而產生一電阻變化；以及一運算裝置，電連接該應變規模組，並根據該電阻變化而輸出一扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構所輸出的扭力大小。

根據本創作，當使用者施加一扭力以驅動該飛輪轉動時，因為該煞車件接觸飛輪的周面以提供摩擦阻力，故轉動中的飛輪可帶動該煞車件以順著飛輪轉動方向微幅移動，進而使該彈片受到被拉伸的力量，則該彈片對應發生應變，該應變規模組產生的電阻變化對應於該彈片的應變量，該電阻變化與使用者所提供的扭力大小有關，以供該運算裝置根據該電阻變化而輸出扭力值。

10‧‧‧訓練器本體

11‧‧‧固定座

12‧‧‧飛輪

13‧‧‧扭力輸出機構

131‧‧‧齒盤

132‧‧‧曲柄

133‧‧‧踏板

134‧‧‧鏈條

14‧‧‧煞車件

15‧‧‧調整桿

20‧‧‧量測裝置

21‧‧‧彈片

211‧‧‧第一端

212‧‧‧第二端

213‧‧‧設置面

22‧‧‧應變規模組

23‧‧‧鎖固元件

24‧‧‧固定塊

25‧‧‧電路板

251‧‧‧放大器電路

252‧‧‧類比/數位轉換電路

26‧‧‧殼體

260‧‧‧插槽

30‧‧‧運算裝置

圖1：本創作身體訓練器之實施例的平面示意圖。

圖2：本創作量測裝置連接在訓練器本體的平面示意圖。

圖3：圖2的A-A斷面示意圖。

圖4：本創作扭力量測系統的電路方塊示意圖。

圖5：本創作中量測值與配重塊重量的波形示意圖。

請參考圖1，本創作身體訓練器的實施例包含一訓練器本體10與一扭力量測系統，該扭力量測系統供應用於該訓練器本體10。

本創作實施例的訓練器本體10是以踩踏式健身車為例，但不以此為限，健身車的結構是本創作技術領域的通常知識，舉例來說，該訓練器本體10可包含一固定座11、一飛輪12、一扭力輸出機構13、一煞車件14與一調整桿15，該固定座11可為一車架，該飛輪12連接該固定座11而可相對於該固定座11轉動，該扭力輸出機構13連接該飛輪12以驅動該飛輪12轉動，該扭力輸出機構13可包含一齒盤131、設置在該齒盤131的曲柄132、設置在各曲柄132的踏板133以及連接在該齒盤131與該飛輪12之間的鏈條134，該調整桿15設置在該固定座11並連接該煞車件14，由該調整桿15控制該煞車件14相對於該固定座11位移，該煞車件14接觸該飛輪12的周面以提供磨擦阻力給該飛輪12，舉例來說，該煞車件14可為羊毛氈、牛皮或橡膠等形式，但不以此為限。

請參考圖1，使用者可踩踏所述踏板133以提供一扭力，該扭力透過曲柄132、齒盤131與鏈條134傳遞，進而驅動該飛輪12轉動，使用者可透過調整該調整桿15的升降幅度，以調整該煞車件14施加在該飛輪12的摩擦阻力大小。藉由該煞車件14與該飛輪12之間的摩擦阻力，轉動中的飛輪12可帶動該 煞車件14以順著飛輪12轉動方向而微幅偏移，當使用者施加的扭力越大，該飛輪12的轉速越快，則該煞車件14的偏移幅度越大。由此可見，使用者所付出的扭力大小與該煞車件14的偏移幅度有關。

請參考圖1與圖2，該扭力量測系統包含一量測裝置20與一運算裝置30，該量測裝置20包含一彈片21與一應變規模組(strain gauge)22，該彈片21可為扁平長條狀的不鏽鋼彈片，但不以此為限。請配合參考圖2與圖3，該彈片21包含一第一端211、一第二端212與一設置面213，該第一端211連接該煞車件14，該第二端212連接該固定座11，該設置面213可位在該第一端211與該第二端212之間的中間位置，本創作實施例中，該彈片21的第一端211可透過例如螺絲之鎖固元件23而固接該煞車件14，該固定座11可設有一固定塊24，該彈片21的第二端212可透過鎖固元件23而固接該固定塊24。該應變規模組22可包含一片或多片應變規，所述應變規為薄片狀元件，所述應變規貼附於該彈片21的設置面213或相對於該設置面213的另一表面，各應變規的電阻值與各應變規本身的應變量有關。

該量測裝置20可進一步包含一電路板25與一殼體26，該殼體26可為一中空殼體，其設置在該彈片21的設置面213位置，使該應變規模組22位於該殼體26內，其中，該殼體26可形成插槽260，該彈片21可穿設於該插槽260，使該殼體26固定而結合於該彈片21。該電路板25設置在該殼體26內且其位置可相對於該應變規模組22的位置，使該電路板25與該應變規模組22之間形成一間隔，請參考圖4，該電路板25包含一放大器電路251與一類比/數位轉換電路252，該放大器電路251可通過例如導線之導體(圖中未示)電連接該應變規模組22，其中，該應變規模組22可與設置在電路板25的電阻器形成一橋式電路(圖中未示)，該橋式電路可例如為惠斯登電橋(Wheatstone bridge)，該橋式電路根據各應變規的電阻大小而產生一輸出電壓，該放大器電路251可放大該輸出電 壓，該類比/數位轉換電路252電連接該放大器電路251，以將類比型式的該輸出電壓轉換為數位型式的量測值，所以，該量測值可反映該彈片21的應變量。

該運算裝置30可為一電腦或一監控儀表，該運算裝置30可以有線或無線方式連線該量測裝置20，該運算裝置30根據該應變規模組20的電阻變化而輸出一扭力值，本創作實施例中，該量測值與該應變規模組20的電阻變化有關，故根據該量測值而輸出該扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構13所輸出的扭力大小，亦即使用者所施加的扭力大小。以下說明該該運算裝置30根據該量測值而輸出該扭力值的實施例。

本創作實施例中，身體訓練器於出廠前，製造者須對該量測裝置20進行校驗。校驗時，可將量測裝置20垂直擺放，將該彈片21之第一端211固定住，該第二端212可掛上不同重量的配重塊，請配合參考圖5，當一次掛上的配重塊的重量是y’，則該量測裝置20產生的量測值可為x’；當另一次掛上的配重塊的重量是y”，則該量測裝置20產生的量測值可為x”，故依據前述的x’、y’以及x”、y”可得到一線性運算式(Y=aX+b，a、b為常數)，製造者可將該線性運算式與飛輪12的半徑值輸入及儲存到該運算裝置30。

綜上所述，身體訓練器於出廠後，該運算裝置30具有該線性運算式與飛輪12的半徑值。當使用者利用前述之身體訓練器進行健身運動時，轉動的飛輪12令煞車件14偏移，使該彈片21被拉伸，故該量測裝置20對應產生一量測值x’’’，該運算裝置30將該量測值x’’’代入該線性運算式的X進行運算，即可得到一重量值y’’’。該運算裝置30可計算一扭力值(T)，該扭力值(T)為該重量值y’’’與該飛輪12的半徑值的乘積，該扭力值(T)的單位是牛頓-米(N-m)，可反映使用者所輸出的扭力大小。此外，該運算裝置30更可根據該扭力值(T)計算使用者所消耗的能量(Watt)，表示如下：

其中，T為扭力值，r.p.m.為飛輪12的轉速。需說明的是，飛輪12轉速的偵測機制是本技術領域的通常知識，在此不詳述。舉例來說，該運算裝置30可電連接一轉速計，由該轉速計偵測該飛輪12的轉速，並由該運算裝置30接收該轉速計所產生的轉速值。

藉此，該運算裝置30可將前述的乘積與能量透過一顯示器呈現給使用者觀看，作為參考之用。

Claims (10)

1. 一種扭力量測系統，供應用於一訓練器本體，該訓練器本體包含一固定座、連接該固定座的一飛輪、驅動該飛輪的一扭力輸出機構以及提供阻力給該飛輪而相對於該固定座位移的一煞車件，該系統包含：一量測裝置，包含：一彈片，包含一第一端、一第二端與一設置面，該第一端連接該煞車件，該第二端連接該固定座；以及一應變規模組，設置於該彈片的該設置面，係對應於該彈片受該煞車件順著飛輪轉動方向移動而被拉伸的應變量而產生一電阻變化；以及一運算裝置，連線該量測裝置，並根據該電阻變化而輸出一扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構所輸出的扭力大小。
2. 如請求項1所述之扭力量測系統，該量測裝置包含：一殼體，設置在該彈片，且使該應變規模組位於該殼體內；以及一電路板，設置在該殼體內且其位置相對於該應變規模組的位置，該電路板包含一放大器電路與一類比/數位轉換電路，該放大器電路電連接該應變規模組所形成的一橋式電路，以放大該橋式電路基於該電阻變化所產生之一輸出電壓，該類比/數位轉換電路電連接該放大器電路以將該輸出電壓轉換為數位型式的一量測值；該運算裝置連接該電路板以接收該量測值，並根據該量測值而輸出該扭力值。
3. 如請求項2所述之扭力量測系統，該殼體形成一插槽，該彈片穿設於該插槽，使該殼體固定而結合於該彈片。
4. 如請求項2或3所述之扭力量測系統，該運算裝置將該量測值透過一運算式的運算後而得到一重量值，該重量值與該飛輪之一半徑值的乘積為該扭力值。
5. 如請求項4所述之扭力量測系統，該運算式為線性運算式。
6. 如請求項5所述之扭力量測系統，該彈片為扁平長條狀的不鏽鋼彈片。
7. 一種身體訓練器，包含：一訓練器本體，包含：一固定座；一飛輪，連接該固定座；一扭力輸出機構，連接該飛輪以驅動該飛輪；以及一煞車件，接觸該飛輪以提供阻力給該飛輪，並相對於該固定座位移：以及一扭力量測系統，包含：一彈片，包含一第一端、一第二端與一設置面，該第一端連接該煞車件，該第二端連接該固定座；以及一應變規模組，設置於該彈片的該設置面，係對應於該彈片受該煞車件順著飛輪轉動方向移動而被拉伸的應變量而產生一電阻變化；以及一運算裝置，電連接該應變規模組，並根據該電阻變化而輸出一扭力值，該扭力值反映該扭力輸出機構所輸出的扭力大小。
8. 如請求項7所述之身體訓練器，該量測裝置包含：一殼體，設置在該彈片，且使該應變規模組位於該殼體內，該殼體形成一插槽，該彈片穿設於該插槽，使該殼體固定而結合於該彈片；以及 一電路板，設置在該殼體內且其位置相對於該應變規模組的位置，該電路板包含一放大器電路與一類比/數位轉換電路，該放大器電路電連接該應變規模組所形成的一橋式電路，以放大該橋式電路基於該電阻變化所產生之一輸出電壓，該類比/數位轉換電路電連接該放大器電路以將該輸出電壓轉換為數位型式的一量測值；該運算裝置連接該電路板以接收該量測值，並根據該量測值而輸出該扭力值。
9. 如請求項8所述之身體訓練器，該運算裝置將該量測值透過一線性運算式的運算後而得到一重量值，該重量值與該飛輪之一半徑值的乘積為該扭力值。
10. 如請求項7至9中任一項所述之身體訓練器，該固定座為一車架；該飛輪連接該固定座而相對於該固定座轉動；該扭力輸出機構包含一齒盤、設置在該齒盤的曲柄、設置在所述曲柄的踏板以及連接在該齒盤與該飛輪之間的鏈條；該煞車件連接一調整桿，該調整桿設置在該固定座。