TWI682153B

TWI682153B - 運動器材設備力道量測系統

Info

Publication number: TWI682153B
Application number: TW107140107A
Authority: TW
Inventors: 陳侑郁
Original assignee: 向一股份有限公司
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2020-01-11
Also published as: TW201910735A

Abstract

一種運動器材設備力道量測系統，供應用在運動器材設備，該系統包含受測本體、受力感測器、電路板、設置在電路板的惠氏電橋、資料傳輸模組與電源模組以及接收裝置；電源模組提供工作電源，受測本體連接運動器材設備，受力感測器設置在受測本體，其電阻值隨著受測本體的形變量而改變，惠氏電橋電連接受力感測器以輸出一量測訊號，資料傳輸模組傳送受力力道資訊給接收裝置，其中受力力道資訊是根據量測訊號而得；本創作係供使用者直接施力在受測本體上，故量測訊號能直接反映使用者在運動器材設備上所做的功。

Description

運動器材設備力道量測系統

本創作是有關一種運動器材設備力道量測系統，特別是指可連接一運動器材設備，並可直接反映使用者在運動器材設備上所做的功的運動器材設備力道量測系統。

可提供使用者重力訓練的傳統運動器材設備，其拉或舉的力道主要係間接參考運動器材設備上的配重塊重量，或者，傳統划船器或其它運動器材設備，其扭力量測只能由其發電機或剎車阻力系統的數據來間接轉換。

以上舉例可知，無論是重力訓練或是划船器等運動器材設備，其扭力數據係單純間接參考配重塊重量，或間接由運動器材設備的阻力數據轉換運算而來，而非使用者真正健身運動所做的功。由於運動器材設備在作動時的阻尼並非完全消耗於使用者身上，況且使用者在運動器材設備上所做的功，有些是虛功，所以配重塊重量或間接轉換的數據係缺乏參考價值。

有鑒於此，本創作的主要目的是提供一種運動器材設備力道量測系統，其產生的量測訊號可確實反映使用者在運動器材設備上所做的功，和先前技術相比，本創作產生的量測訊號可更具有參考價值。

本創作運動器材設備力道量測系統，供應用在一運動器材設備，包含：一受測本體，供連接該運動器材設備；至少一受力感測器，設置在該受測本體，其電阻值隨著該受測本體的形變量而改變；一電路板；一惠氏電橋，設置在該電路板，該惠氏電橋電連接該至少一受力感測器，且產生一輸出電壓以作為一量測訊號；一資料傳輸模組，設置在該電路板，以對外傳送一受力力道資訊，該受力力道資訊是根據該量測訊號而得；一電源模組，設置在該電路板且電連接該惠氏電橋、該至少一受力感測器與該資料傳輸模組以提供工作電源；以及一接收裝置，與該資料傳輸模組連線以接收該受力力道資訊。

根據本創作的結構，使用者直接施力在該受測本體上，其中，使用者施力程度與受測本體的形變量為正向關係，亦即，使用者在運動器材設備上所做的功越大，受測本體的形變量亦隨著越大，受力感測器產生的電阻值變化量與該惠氏電橋產生的量測訊號也越大。因為本創作讓使用者直接施力在受測本體，故所述量測訊號能直接反映使用者在運動器材設備上所做的功，所以，和先前技術相比，本創作產生的受力力道資訊更具有參考價值。

本創作系統係供應用在一運動器材設備，請參考圖1，本創作運動器材設備力道量測系統的實施例包含一受測本體(圖中未示)、至少一受力感測器30、一電路板40與一接收裝置80，該電路板40包含或電連接一惠氏電橋(Wheatstone bridge)57、一資料傳輸模組51與一電源模組52。該受測本體係供連接該運動器材設備，所述運動器材設備可為下拉式拉背訓練器、划船器或舉重訓練器材，但不以此為限。

該受測本體為用以受力而產生形變的構件，當該受測本體所受的力道越大，其形變量越大，該受測本體的實施例容後說明；該至少一受力感測器30可為荷重元感測器(load cell sensor)或應變規感測器(strain gauge sensor)，其設置在該受測本體，各該受力感測器30具有一電阻值，當各該受力感測器30發生形變時，該電阻值可隨著形變變化量而改變；因為各該受力感測器30設置於該受測本體，所以當該受測本體形變時，各該受力感測器30隨著形變，其電阻值也隨著改變，換言之，各該受力感測器30的電阻值與該受測本體的形變量具有關聯性。

該電路板40可設置在該受測本體或分離於該受測本體，該電路板40電連接該至少一受力感測器30，此外，該電路板40供設置或對外電連接電子元件。該資料傳輸模組51可設置在該電路板40，該資料傳輸模組51可為有線傳輸模組或無線傳輸模組(例如：射頻模組)，該電源模組52設置在該電路板40，用以提供一工作電源給該電路板40上的電子元件，舉例來說，該電源模組52可為可充電電池或不可充電電池。

具體而言，請參考圖1，於一實施例中，該電路板40所電連接或設置的所述電子元件可包含該資料傳輸模組51、該電源模組52、該惠氏電橋57、一放大器53、一類比/數位轉換器54與一微控制器55。該電源模組52電連接該資料傳輸模組51、該電源模組52、該惠氏電橋57、該放大器53、該類比/數位轉換器54與該微控制器55以提供工作電源，該至少一受力感測器30電連接該惠氏電橋57；該放大器53電連接該惠氏電橋57，用以訊號放大該惠氏電橋57所產生的一輸出電壓V_G ，該輸出電壓V_G 作為一量測訊號；該類比/數位轉換器54電連接該放大器53，用以將類比型式的該量測訊號轉換為數位型式的量測訊號；該微控制器55電連接該類比/數位轉換器54，用以接收該量測訊號，以根據該量測訊號判斷一受力力道資訊，因此該受力力道資訊是根據該量測訊號而得，故該受力力道資訊可反映使用者的實際運動狀態；該資料傳輸模組51電連接該微控制器55，供該微控制器55透過該資料傳輸模組51對外傳送該受力力道資訊。舉例來說，該資料傳輸模組51可以有線方式或無線方式對外連線該接收裝置80，該接收裝置80可為運動器材設備的電子儀錶或智慧行動裝置，以傳送該受力力道資訊到該接收裝置80，供該接收裝置80進行顯示或進一步的運用。

於一實施例中，請參考圖2以四個受力感測器30為例說明，該等受力感測器30電連接該惠氏電橋57，該電源模組52電連接該惠氏電橋57以提供工作電源。需說明的是，該惠氏電橋57係公知的橋式電路，所述四個受力感測器30分別連接所述橋式電路，該惠氏電橋57係依據該四個受力感測器30的電阻值變化而產生該輸出電壓V_G 作為該量測訊號，該放大器53接收該輸出電壓V_G ，以提供給後續的類比/數位轉換器54與微控制器55作運算。於惠氏電橋的其他實施例中，亦可由一個受力感測器30與三個電阻器元件(Resistor)分別連接所述橋式電路，或由兩個受力感測器30與兩個電阻器元件分別連接所述橋式電路，或由一個受力感測器30與三個電阻器元件分別連接所述橋式電路，本創作並不加以限制。

請參考圖1，本創作的受測本體上可設置一加速規56，該加速規56係根據該受測本體的移動狀態而產生一加速度訊號，該微控制器55電連接該加速規56以接收該加速度訊號，以根據該加速度訊號輔助判斷使用者的運動狀態，例如加速度訊號可供計算運動速度或供判斷使用者是否用力過度…等。

以下說明該受測本體的各種實施例。

請參考圖3與圖4，該受測本體10的第一實施例可為一長桿，該長桿的相對兩端分別為握把100，握把100係供使用者握持。該受測本體10的中央處可供連接一繩索101，該繩索101供通過滑輪等傳動機構而連接荷重單元(例如：荷重塊)。使用者可拉動該受測本體10，以抬升荷重單元或驅動荷重單元作動。請參考圖4，四個受力感測器30可貼附在受測本體10的表面，其中兩個受力感測器30設置於該受測本體10的表面並相鄰於該繩索101的外周，另外兩個受力感測器30則分別與前述兩個受力感測器30形成相對設置。當使用者拉動該受測本體10，該受測本體10的相對兩端的握把100處受到使用者施加的拉力，該受測本體10的中央處受到荷重單元的拉力，所以，該受測本體10受到前述拉力的影響而於該受測本體10與繩索101的連接處產生形變，而該等受力感測器30的電阻值可隨著該受測本體10的形變量而改變，故使該惠氏電橋57輸出的該輸出電壓V_G 可隨著該受測本體10的形變而改變，供該微控制器55作運算該受力力道資訊。

請參考圖5與圖6所示該受測本體20的第二實施例，該受測本體20可為略成圓板且具有厚度的板狀塊體，且可為鋁合金製成的構件，該受測本體20包含一第一連接端部201、一第二連接端部202、一第一外周面203、一第二外周面204、兩側面205、一凹穴206、一第一槽207與一第二槽208，該第一連接端部201的端面與該第二連接端部202的端面為相對設置且可分別具有設置孔201a、202a，該第一外周面203與該第二外周面204為相對設置並分別連接該第一連接端部201與該第二連接端部202，該兩側面205為相對的兩面，且可為垂直於該第一外周面203與該第二外周面204的平面，該凹穴206凹設在任一側面205的中心位置處，該第一槽207可為直槽，係從該第一外周面203往該第二外周面204的方向延伸，且該第一槽207的末端位於該凹穴206的一側並與該第二外周面204維持一間隔；該第二槽208可為直槽，係從該第二外周面204往該第一外周面203的方向延伸，且該第二槽208的末端位於該凹穴206的另一側並與該第一外周面203維持一間隔；其中該第二槽208平行於該第一槽207，該第一槽207與第二槽208貫穿該兩側面205。該等受力感測器30分別設置在該凹穴206的內環壁面209。

關於該受測本體20之第二實施例的使用狀態，請參考圖7，該受測本體20的第一連接端部201可供連接一長桿21的中央處，其中，該長桿21的中央處可向外延伸出一固定塊201b，該固定塊201b伸入該第一連接端部201的設置孔201a中，並透過卡接、插銷或鎖螺絲…等方式結合固定，或者該固定塊201b的外周面可形成螺紋，且該第一連接端部201的設置孔201a的內壁面可形成螺紋，使該固定塊201b螺接於該第一連接端部201的設置孔201a內，但固定塊201b與第一連接端部201的結合方式不以此為限。該長桿21的相對兩端分別為握把210以供使用者握持，該受測本體20的第二連接端部202可供連接一繩索22，其連接方式可為將該繩索22固定(例如綁定)在另一固定塊202b，該另一固定塊202b置入該第二連接端部202的設置孔202a內，而以前述之卡接、透過插銷、鎖螺絲、螺接…等方式結合固定，但不以此為限，該繩索22供通過滑輪等傳動機構而連接荷重單元(例如：荷重塊)。使用者可拉動該長桿21，以抬升荷重單元或驅動荷重單元作動，此時，該受測本體20的第一連接端部201與第二連接端部202分別受到使用者施加的拉力與荷重單元的拉力而被拉伸，所以，該受測本體20產生形變，而位在該凹穴206中的該等受力感測器30的電阻值可隨著該受測本體20的形變量而改變，故使該惠氏電橋57輸出的該輸出電壓V_G 可隨著該受測本體20的形變而改變，供該微控制器55作運算該受力力道資訊。

請參考圖8所示該受測本體20之第二實施例的其他使用狀態，該受測本體20可供設置在一殼體23內，該殼體23可為組合式殼體，該電路板40可設置在該殼體23的外表面，具體來說，請配合參考圖9與圖10，該受測本體20的第一連接端部201可供連接一第一繩索231，該第二連接端部202可供連接一第二繩索232，亦即該第一繩索231與該第二繩索232可穿過該殼體23而連接該受測本體23的第一連接端部231與第二連接端部232，其連接方式可參考圖7的實施例；該第二繩索232可供通過滑輪等傳動機構而連接荷重單元(例如：荷重塊)，該第一繩索231可供連接拉環以供使用者握持。藉此，使用者可拉動拉環，以抬升荷重單元或驅動荷重單元作動。此時，該受測本體20的第一連接端部201與第二連接端部202分別受到使用者施加的拉力與荷重單元的拉力而被拉伸，所以，該受測本體20產生形變，而該等受力感測器30的電阻值可隨著該受測本體20的形變量而改變。

請參考圖11，該受測本體60的第三實施例可為一滑輪，該滑輪的中央處設有一套筒61，該套筒61供穿設運動器材設備的一軸桿，其中該套筒61的直徑小於該受測本體60(滑輪)的直徑。該受測本體60(滑輪)的外周面形成第一凹槽以供設置第一繩索62，第一繩索62的一端通過第一固定件620而固定在受測本體60(滑輪)的第一凹槽內；該套筒61的外周面可形成第二凹槽以供設置第二繩索63，第二繩索63的一端通過第二固定件630而固定在套筒61的第二凹槽內。所述四個受力感測器30係沿著一圓周彼此等間隔設置在該受測本體60(滑輪)的側面，而該圓周的圓心位置為該受測本體60(滑輪)的轉軸軸心位置。該第二繩索63的另一端可供連接荷重單元(例如：荷重塊)，該第一繩索62的另一端可供連接拉環或其他用品以供使用者握持。藉此，使用者可拉動拉環以抬升荷重單元或驅動荷重單元作動。因為該受測本體60(滑輪)受到荷重單元與使用者的拉力，所以，該受測本體60(滑輪)受到前述拉力的影響而產生形變，四個受力感測器30的電阻值也改變，故使該惠氏電橋57輸出的該輸出電壓V_G 可隨著該受測本體10的形變而改變，供該微控制器55作運算該受力力道資訊。

此外，對於該電源模組52來說，除了可為電池之外，亦可為線圈感應式而包含發電線圈與磁鐵，以圖11為例，磁鐵可固定置於運動器材設備上並與該受測本體60分離，使該受測本體60相對磁鐵轉動，發電線圈則設置在受測本體60上以隨著受測本體60轉動，其中，發電線圈與磁鐵的位置彼此對應，因此當受測本體60轉動，發電線圈係相對磁鐵移動而產生一感應電壓，該感應電壓經過整流或穩壓後即可成為所述工作電源。需說明的是，發電線圈與磁鐵之感應式發電是公知技術，皆可應用在本創作的電源模組52。

請參考圖12與圖13，該受測本體70的第四實施例可為一插銷71的一軸套，該受測本體70(軸套)具有相對的第一端701與第二端702，該第一端701的端面凹設有一凹孔703，該受力感測器30可為棒狀元件並設置在該凹孔703內，該受力感測器30的表面貼合(例如以緊配合)於該凹孔703的壁面；請參考圖14與圖15，於第五實施例中，該軸套的第一端701的外周面可凹設有至少一凹槽704，該至少一受力感測器30可貼附於該凹槽704的底面。請參考圖13與圖15，該受測本體70(軸套)的第一端701可連接一蓋體72，該蓋體72具有一容置空間720與連通該容置空間720的開口721，該受測本體70(軸套)的第一端701固設在該開口721，圖1所示的該惠氏電橋57、該放大器53、該類比/數位轉換器54與該微控制器55可設置在該電路板40，該電路板40電連接該受力感測器30與該資料傳輸模組51，該資料傳輸模組51連接一天線元件510，該電源模組52可為一電池，該電路板40、該資料傳輸模組51、該天線元件510與該電源模組52設置在該容置空間720中。該插銷71的受測本體70(軸套)的第二端702供插入重訓練器材的荷重塊的插孔內，隨著該受測本體70(軸套)所負荷的荷重塊重量越重，該受測本體70(軸套)產生的形變量越大，該受力感測器30的電阻值也隨著改變，故使該惠氏電橋57輸出的該輸出電壓V_G 可隨著該受測本體70(軸套)的形變而改變，供該微控制器55運算受力力道資訊，以反映荷重塊的重量，並通過該資料傳輸模組51與該天線元件510對外無線傳輸所述受力力道資訊。

綜上所述，使用者操作運動器材設備時，係直接施力在該受測本體10，當使用者施力程度越大，該受測本體10的形變程度越大，反之，當使用者施力程度越小，該受測本體10的形變程度越小。由此可見，該受測本體10的形變程度及受力感測器30的感測結果係反映使用者的施力程度，又所述惠氏電橋57所產生的量測訊號是隨著受力感測器30的感測結果而改變，故所述量測訊號確實能直接反映使用者的施力程度，以供該微控制器55進行運算，並將運算結果通過資料傳輸模組51以有線或無線對外傳送至接收裝置80進行顯示或進一步的運用，作為使用者參考之用。

10‧‧‧受測本體100‧‧‧握把101‧‧‧繩索20‧‧‧受測本體201‧‧‧第一連接端部201a‧‧‧設置孔201b‧‧‧固定塊202‧‧‧第二連接端部202a‧‧‧設置孔202b‧‧‧固定塊203‧‧‧第一外周面204‧‧‧第二外周面205‧‧‧側面206‧‧‧凹穴207‧‧‧第一槽208‧‧‧第二槽209‧‧‧內環壁面21‧‧‧長桿210‧‧‧握把22‧‧‧繩索23‧‧‧殼體231‧‧‧第一繩索232‧‧‧第二繩索30‧‧‧受力感測器40‧‧‧電路板51‧‧‧資料傳輸模組510‧‧‧天線元件52‧‧‧電源模組53‧‧‧放大器54‧‧‧類比/數位轉換器55‧‧‧微控制器56‧‧‧加速規57‧‧‧惠氏電橋60‧‧‧受測本體61‧‧‧套筒62‧‧‧第一繩索620‧‧‧第一固定件63‧‧‧第二繩索630‧‧‧第二固定件70‧‧‧受測本體701‧‧‧第一端702‧‧‧第二端71‧‧‧插銷703‧‧‧凹孔704‧‧‧凹槽72‧‧‧蓋體720‧‧‧容置空間721‧‧‧開口80‧‧‧接收裝置

圖1：本創作之一實施例的電路方塊示意圖。圖2：本創作之惠氏電橋的電路示意圖。圖3：本創作之受測本體第一實施例的立體外觀示意圖。圖4：本創作之受測本體第一實施例的局部剖視示意圖。圖5：本創作之受測本體第二實施例的立體外觀示意圖。圖6：本創作之受測本體第二實施例的剖視示意圖。圖7：本創作之受測本體第二實施例的使用狀態示意圖(一)。圖8：本創作之受測本體第二實施例的使用狀態示意圖(二)。圖9：本創作之受測本體第二實施例的使用狀態示意圖(三)。圖10：本創作之受測本體第二實施例的使用狀態示意圖(四)。圖11：本創作之受測本體第三實施例的平面示意圖。。圖12：本創作之受測本體第四實施例的立體外觀示意圖。圖13：本創作之受測本體第四實施例的剖視示意圖。圖14：本創作之受測本體第五實施例的立體外觀示意圖。圖15：本創作之受測本體第五實施例的剖視示意圖。

30‧‧‧受力感測器

40‧‧‧電路板

51‧‧‧資料傳輸模組

52‧‧‧電源模組

53‧‧‧放大器

54‧‧‧類比/數位轉換器

55‧‧‧微控制器

56‧‧‧加速規

57‧‧‧惠氏電橋

80‧‧‧接收裝置

V_G‧‧‧輸出電壓

Claims

一種運動器材設備力道量測系統，供應用在一運動器材設備，包含：一受測本體，供連接該運動器材設備，該受測本體包含一第一連接端部、一第二連接端部、一第一外周面、一第二外周面、兩側面、一凹穴、一第一槽與一第二槽；該第一連接端部與該第二連接端部為相對設置，該第一外周面與該第二外周面為相對設置並分別連接該第一連接端部與該第二連接端部，該兩側面為相對的兩面且垂直於該第一外周面與該第二外周面，該凹穴凹設在任一側面的中心位置處，該第一槽從該第一外周面往該第二外周面的方向延伸，且該第一槽的末端位於該凹穴的一側並與該第二外周面維持一間隔；該第二槽從該第二外周面往該第一外周面的方向延伸，且該第二槽的末端位於該凹穴的另一側並與該第一外周面維持一間隔；其中該第二槽平行於該第一槽，該第一槽與該第二槽貫穿該兩側面；至少一受力感測器，設置在該受測本體的凹穴的內環壁面，其電阻值隨著該受測本體的形變量而改變；一電路板；一惠氏電橋，設置在該電路板，該惠氏電橋電連接該至少一受力感測器，且產生一輸出電壓以作為一量測訊號；一資料傳輸模組，設置在該電路板，以對外傳送一受力力道資訊，該受力力道資訊是根據該量測訊號而得；一電源模組，設置在該電路板且電連接該惠氏電橋、該至少一受力感測器與該資料傳輸模組以提供工作電源；以及一接收裝置，與該資料傳輸模組連線以接收該受力力道資訊。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該受測本體的第一連接端部連接一長桿的中央處，該長桿的相對兩端分別為握把，該受測本體的第二連接端部連接一繩索。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該受測本體設置在一殼體內，該電路板設置在該殼體的外表面，該受測本體的第一連接端部連接一第一繩索，該第二連接端部連接一第二繩索。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該至少一受力感測器為荷重元感測器或應變規感測器。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該電路板進一步設有電連接該電源模組的：一放大器，電連接該惠氏電橋；一類比/數位轉換器，電連接該放大器；一微控制器，電連接該類比/數位轉換器，接收該量測訊號，以根據該量測訊號判斷該受力力道資訊。
如請求項5所述之運動器材設備力道量測系統，該受測本體設置一加速規，該加速規根據該受測本體的移動狀態而產生一加速度訊號，該微控制器電連接該加速規以接收該加速度訊號以計算運動速度。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該電源模組為可充電電池或不可充電電池。
如請求項1所述之運動器材設備力道量測系統，該受測本體為鋁合金製成的構件。