TWI694853B - 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法 - Google Patents

用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI694853B
TWI694853B TW108118792A TW108118792A TWI694853B TW I694853 B TWI694853 B TW I694853B TW 108118792 A TW108118792 A TW 108118792A TW 108118792 A TW108118792 A TW 108118792A TW I694853 B TWI694853 B TW I694853B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
reaction force
peak
current
treadmill
data
Prior art date
Application number
TW108118792A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202042870A (zh
Inventor
相子元
楊雯雯
陳韋翰
王恩慈
Original Assignee
國立臺灣師範大學
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 國立臺灣師範大學 filed Critical 國立臺灣師範大學
Priority to TW108118792A priority Critical patent/TWI694853B/zh
Priority to US16/879,915 priority patent/US11364413B2/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI694853B publication Critical patent/TWI694853B/zh
Publication of TW202042870A publication Critical patent/TW202042870A/zh

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0062—Monitoring athletic performances, e.g. for determining the work of a user on an exercise apparatus, the completed jogging or cycling distance
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
    • A63B22/02—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills
    • A63B22/0235—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor
    • A63B22/0242—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor with speed variation
    • A63B22/025—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor with speed variation electrically, e.g. D.C. motors with variable speed control
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B69/00—Training appliances or apparatus for special sports
    • A63B69/0028—Training appliances or apparatus for special sports for running, jogging or speed-walking
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B24/00—Electric or electronic controls for exercising apparatus of preceding groups; Controlling or monitoring of exercises, sportive games, training or athletic performances
    • A63B24/0087—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load
    • A63B2024/0093—Electric or electronic controls for exercising apparatus of groups A63B21/00 - A63B23/00, e.g. controlling load the load of the exercise apparatus being controlled by performance parameters, e.g. distance or speed
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50—Force related parameters
    • A63B2220/51—Force
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00—Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/80—Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/83—Special sensors, transducers or devices therefor characterised by the position of the sensor
    • A63B2220/833—Sensors arranged on the exercise apparatus or sports implement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities
    • A63B71/0619—Displays, user interfaces and indicating devices, specially adapted for sport equipment, e.g. display mounted on treadmills
    • A63B71/0622—Visual, audio or audio-visual systems for entertaining, instructing or motivating the user

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

一種用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法，該系統係透過一電流感測器偵測一使用者於一具有跑步帶、馬達及電路裝置之跑步機上跑步時所產生的電流數據，之後更能夠依據該電流數據判斷出一電流峰值，並再藉由該電流峰值進行判斷出一地面反作用力峰值，因此本案能夠透過跑步機內部之馬達電流訊號的變化來判斷人體在跑步時的地面反作用力，故能夠更進一步將這些參數呈現、分析及儲存，提供跑步訓練更科學化的回饋。

Description

用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法
本發明是有關一種用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法，特別是一種能夠透過馬達電流訊號的變化來判斷人體在跑步時的地面反作用力的系統及其方法。
近年來，健身跑步運動相當興盛，因此很多單位會舉辦不同類型的健跑活動，讓民眾可於戶外享受慢跑樂趣。但由於氣候的關係，若是遇到下雨、寒冷與霾害等天氣不佳的時候，是非常不適合戶外跑步的，所以有許多人會選擇於室內使用跑步機健身，且許多大型健身場所也都會設置大量的跑步機供顧客使用。
另外，以往若要在跑步時取得運動學參數，往往必須仰賴精密且昂貴的儀器（如高速攝影機、測力板、足底壓力鞋墊等），然而這些工具不僅使用不便，且輸出的資料需經專業的處理才能得知動作特徵，再藉由運科人員的轉譯才能更進一步轉化為具應用價值的運動學參數，但這整個過程既耗時耗力，又因專業門檻而無法推廣至大眾層級，往往無法在運動當下提供即時的回饋。
因此，相較於這些過去的方法，若能夠擷取跑步機本身的電流資訊，並搭配事先內建好的分析裝置，即可在使用者運動的過程中即時輸出具應用價值的運動學參數，因此本發明應為一最佳解決方案。
本發明用於跑步機之反作用力偵測系統，係包含一跑步機，係具有一跑步帶、一馬達及一與該跑步帶及該馬達電性連接之電路裝置，而該電路裝置係具有一個或一個以上的電流感測器，係用以偵測一使用者於該跑步帶上跑步時所產生的電流數據；一中央處理電路組件，係於該電流感測器相連接，而該中央處理電路組件能夠接收該電流數據，其中該中央處理電路組件內部係具有一電流峰值紀錄單元，用以依據該電流數據內的每個周期最高點，取出一電流峰值；電流數據一反作用力峰值運算單元，係與該電流峰值紀錄單元相連接，用以透過該電流峰值進行判斷出一垂直地面反作用力峰值；一傳輸電路組件，係於該中央處理電路組件相連接，用以將該中央處理電路組件運算後的數據傳輸出去；一電子載具，係與該電路裝置進行連線，用以接收該跑步機之中央處理電路組件所運算後的數據資料。
更具體的說，所述反作用力峰值運算單元更能夠透過一垂直力與水平力的比例，以垂直地面反作用力峰值進行判斷出一水平地面反作用力峰值。
更具體的說，所述電子載具係為手持智慧型裝置、平板電腦、桌上型電腦或筆記型電腦。
一種用於跑步機之反作用力偵測方法，其步驟為： (1)     透過一電流感測器偵測一使用者於一具有跑步帶、馬達及電路裝置之跑步機上跑步時所產生的電流數據； (2)     將該電流數據內的每個周期最高點，進行判斷為一電流峰值； (3)     之後，透過該電流峰值進行判斷出一垂直地面反作用力峰值； (4)     最後，能夠將該跑步機所運算後的數據資料傳送至一電子載具上。
更具體的說，所述更能夠透過一垂直力與水平力的比例，以垂直地面反作用力峰值進行判斷出一水平地面反作用力峰值。
更具體的說，所述電子載具係為手持智慧型裝置、平板電腦、桌上型電腦或筆記型電腦。
有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
請參閱第1A及1B圖，為本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之整體架構示意圖及跑步機實施示意圖，由圖中可知，本系統係包含有一跑步機1及一電子載具2，其中該跑步機1係具有一跑步帶11、一馬達12及一與該跑步帶11及該馬達12電性連接之電路裝置13，其中該電路裝置13能夠接收一跑者3於該跑步機1跑步所產生的數據資料，並將數據資料傳送給該電子載具2，而該電子載具2係為手持智慧型裝置、平板電腦、桌上型電腦或筆記型電腦。
如第2圖所示，該電路裝置13係具有一個或數個電路板組成，而該電路裝置13的電路板上係具有一個或一個以上的電流感測器131、一中央處理電路組件132及一傳輸電路組件133，其中該電流感測器131用以偵測該使用者於該跑步帶11上跑步時、該馬達12所產生的電流數據，而該傳輸電路組件133用以將該中央處理電路組件132運算後的數據傳輸出去（另外該感測器亦能夠不設計於該電路裝置13內，能夠直接設計於該跑步機1，並再將感測數據傳輸至該電路裝置13內進行運算亦可）；
由第3圖可知，該中央處理電路組件132能夠接收該電流數據，其中該中央處理電路組件內部係具有一電流峰值紀錄單元1321及一反作用力峰值運算單元1322，其中該電流峰值紀錄單元1321用以依據該電流數據內的每個周期最高點，取出一電流峰值；
另外該反作用力峰值運算單元1322用以透過該電流峰值，進行判斷出一垂直地面反作用力峰值，且該反作用力峰值運算單元更能夠透過一垂直力與水平力的比例，以垂直地面反作用力峰值進行判斷出一水平地面反作用力峰值。
由於在跑步機上跑動時，人體會對跑帶施力，分為垂直和水平，而跑步機1之跑步帶11由馬達12帶動，並且以維持跑步機所輸入之速度轉動，人體對跑步機1造成的垂直力會增加跑步帶11轉動時的摩擦力，此時馬達12之電流會上升以維持一樣的轉速；
而隨著跑步的速度越快或跑者體重越重，造成的作用力會越大，因此電流峰值也會越高；如第4及5圖所示，根據牛頓第三運動定律，地面會回給人體大小相等方向相反的反作用力，也就是垂直地面反作用力與水平地面反作用力，因此我們可以由電流的峰值大小來判斷垂直的地面反作用力峰值。在藉由經驗公式推得水平的地面反作用力峰值。
再由第6圖來說明兩種地面反作用力的峰值，說明如下： (1)     垂直地面反作用力峰值： 垂直地面反作用力峰值可以由電流峰值以及一個調整常數來推算得知，推算方法先以回歸方程式為基底在進行微幅調整，更由於垂直地面反作用力峰值跟電流峰值呈正相關，因此能夠由電流數據搭配儀器量出的力量訊號作回歸分析，可以得出下列關係：
Figure 02_image001
其中F ver係為垂直地面反作用力、C p為電流峰值係數、C c為調整常數、A p為電流峰值，因此舉例當一位使用者在跑步時，所測得的電流的最大值（峰值）為2.956 A ，其計算出的垂直地面反作用力峰值為 921.935*2.956 + (-2280.944) = 444.2959 N。 (2)     水平地面反作用力峰值： 水平地面反作用力峰值可以用經驗公式得知，用過去跑者在該速度的垂直力與水平力比例求出估算值，進一步講，水平地面反作用力峰值根據過去文獻顯示，通常佔垂直地面反作用力的四分之一，所以計算出垂直地面力峰值之後再依比例去推算水平地面反作用力峰值，因此延續上述舉例，其水平地面反作用力峰值為444.2959 *1/4 = 111.0740 N。
而偵測方法流程圖如第7圖所示，流程如下： (1)     透過一電流感測器偵測一使用者於一具有跑步帶、馬達及電路裝置之跑步機上跑步時所產生的電流數據701； (2)     將該電流數據內的每個周期最高點，進行判斷為一電流峰值702； (3)     之後，透過該電流峰值進行判斷出一垂直地面反作用力峰值703； (4)     最後，能夠將該跑步機所運算後的數據資料傳送至一電子載具上704。
本發明所提供之用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法，與其他習用技術相互比較時，其優點如下： (1)     本發明能夠擷取跑步機本身的電流或垂直方向加速度資訊，並搭配事先內建好的分析裝置，即可在使用者運動的過程中即時輸出具應用價值的運動學參數。 (2)     本發明取得運動學參數時，無須仰賴外加的儀器，也無須專業的運科人員事後分析，只需先擷取跑步機本身的電流或垂直方向加速度資訊，再依據這兩個數據，就可以判斷出各種常用於跑步科學化監控與訓練的運動學參數（例如觸地時間、騰空時間、步頻、步幅以及垂直震幅）。
本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
1:跑步機 11:跑步帶 12:馬達 13:電路裝置 131:電流感測器 132:中央處理電路組件 1321:電流峰值紀錄單元 1322:反作用力峰值運算單元 133:傳輸電路組件 2:電子載具 3:跑者
[第1A圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之整體架構示意圖。 [第1B圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之跑步機實施示意圖。 [第2圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之電路裝置之實施架構示意圖。 [第3圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之中央處理電路組件之架構示意圖。 [第4圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之不同速度下的電流偵測示意圖。 [第5圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之不同體重跑者之間的電流比較示意圖。 [第6圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之一步之內的電流偵測示意圖。 [第7圖]係本發明用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法之偵測方法流程示意圖。
1:跑步機
11:跑步帶
12:馬達
13:電路裝置
2:電子載具

Claims (6)

  1. 一種用於跑步機之反作用力偵測系統，係包含： 一跑步機，係具有一跑步帶、一馬達及一與該跑步帶及該馬達電性連接之電路裝置，而該電路裝置係具有： 一個或一個以上的電流感測器，係用以偵測一使用者於該跑步帶上跑步時所產生的電流數據； 一中央處理電路組件，係於該電流感測器相連接，而該中央處理電路組件能夠接收該電流數據，其中該中央處理電路組件內部係具有： 一電流峰值紀錄單元，用以依據該電流數據內的每個周期最高點，取出一電流峰值； 一反作用力峰值運算單元，係與該電流峰值紀錄單元相連接，用以透過該電流峰值進行判斷出一垂直地面反作用力峰值； 一傳輸電路組件，係於該中央處理電路組件相連接，用以將該中央處理電路組件運算後的數據傳輸出去； 一電子載具，係與該電路裝置進行連線，用以接收該跑步機之中央處理電路組件所運算後的數據資料。
  2. 如請求項1所述之用於跑步機之反作用力偵測系統，其中該反作用力峰值運算單元更能夠透過一垂直力與水平力的比例，以垂直地面反作用力峰值進行判斷出一水平地面反作用力峰值。
  3. 如請求項1所述之用於跑步機之反作用力偵測系統，其中該電子載具係為手持智慧型裝置、平板電腦、桌上型電腦或筆記型電腦。
  4. 一種用於跑步機之反作用力偵測方法，其步驟為： 透過一電流感測器偵測一使用者於一具有跑步帶、馬達及電路裝置之跑步機上跑步時所產生的電流數據； 將該電流數據內的每個周期最高點，進行判斷為一電流峰值； 透過該電流峰值進行判斷出一垂直地面反作用力峰值； 能夠將該跑步機所運算後的數據資料傳送至一電子載具上。
  5. 如請求項4所述之用於跑步機之反作用力偵測方法，其中更能夠透過一垂直力與水平力的比例，以垂直地面反作用力峰值進行判斷出一水平地面反作用力峰值。
  6. 如請求項4所述之用於跑步機之反作用力偵測方法，其中該電子載具係為手持智慧型裝置、平板電腦、桌上型電腦或筆記型電腦。
TW108118792A 2019-05-30 2019-05-30 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法 TWI694853B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108118792A TWI694853B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法
US16/879,915 US11364413B2 (en) 2019-05-30 2020-05-21 Reaction force detection system for treadmills and detection method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW108118792A TWI694853B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI694853B true TWI694853B (zh) 2020-06-01
TW202042870A TW202042870A (zh) 2020-12-01

Family

ID=72176139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108118792A TWI694853B (zh) 2019-05-30 2019-05-30 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11364413B2 (zh)
TW (1) TWI694853B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112774098B (zh) * 2021-02-22 2022-03-15 中山大学 一种跑步机力台的动态校准方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9072930B2 (en) * 2012-04-11 2015-07-07 Icon Health & Fitness, Inc. System and method for measuring running efficiencies on a treadmill
TW201900248A (zh) * 2017-05-22 2019-01-01 天樞健康資訊科技股份有限公司 移動式運動器材控制器、結合於運動器材之資訊傳輸收集裝置、以及所組成之運動器材與控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8622747B2 (en) * 2005-04-28 2014-01-07 Simbex Llc Training system and method using a dynamic perturbation platform
US10751561B2 (en) * 2017-05-30 2020-08-25 West Virginia University Systems and methods for controlling a self-paced treadmill using predicted subject velocity
IT201700091682A1 (it) * 2017-08-08 2019-02-08 Technogym Spa Metodo di determinazione di fasi della corsa di un utente su un tappeto rotante e tappeto rotante implementante tale metodo

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9072930B2 (en) * 2012-04-11 2015-07-07 Icon Health & Fitness, Inc. System and method for measuring running efficiencies on a treadmill
TW201900248A (zh) * 2017-05-22 2019-01-01 天樞健康資訊科技股份有限公司 移動式運動器材控制器、結合於運動器材之資訊傳輸收集裝置、以及所組成之運動器材與控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202042870A (zh) 2020-12-01
US20200376330A1 (en) 2020-12-03
US11364413B2 (en) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10740650B2 (en) Systems and methods for non-contact tracking and analysis of exercise
US10372881B2 (en) Supporting the monitoring of a physical activity
EP3058442B1 (en) Calculating pace and energy expenditure from athletic movement attributes
US10213648B2 (en) Method and apparatus for measuring power output of exercise
Balsalobre-Fernández et al. The concurrent validity and reliability of a low-cost, high-speed camera-based method for measuring the flight time of vertical jumps
US20100305480A1 (en) Human Motion Classification At Cycle Basis Of Repetitive Joint Movement
CN104169926A (zh) 能量消耗
EP3242595B1 (en) Energy expenditure calculation using data from multiple devices
TWI688423B (zh) 應用於跑步機之跑步參數偵測系統及其偵測方法
EP3242594B1 (en) Energy expenditure calculation using data from multiple devices
TWI694853B (zh) 用於跑步機之反作用力偵測系統及其偵測方法
TWM584694U (zh) 應用於跑步機之跑步參數偵測系統