TWI702069B

TWI702069B - 一種多功能的智能運動裝置

Info

Publication number: TWI702069B
Application number: TW108107660A
Authority: TW
Inventors: 蔡火鎮; 王右文
Original assignee: 智技有限公司
Priority date: 2019-03-07
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-08-21
Also published as: TW202033243A

Abstract

一種多功能的智能運動裝置，其包括：一連結構件，連結至運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元；一荷重元重力感測器，耦合至連結構件，用以偵測一使用者操作運動訓練機台時，由運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元經由連結構件所傳遞之力量；一馬達，經由連結構件與運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元連結；一馬達控制器，電性連接至馬達；一微處理器，與荷重元重力感測器及馬達控制器電性連接；以及其中連結構件及馬達結合組成一可變阻力單元，可變阻力單元之運作方式可以根據運動訓練機台之設定之偵測模式，由微處理器透過馬達控制器來控制。

Description

一種多功能的智能運動裝置

本發明涉及一種運動設備，特別是一種多功能的智能運動裝置。

無論是從健身、健康或是專業上的理由，健身運動是人們生活中重要的一部分。針對身體健康之研究通常將一個人的生命的延長歸功於體適能訓練，使他們平均而言更健康，更快樂。肌肉力量訓練和鍛煉是古老而成熟的技術。然而，關於肌肉力量訓練和鍛煉的工具、技術和訓練的重要新智識繼續在不斷發展。現在比以往更多地了解肌肉，結締組織和關節的運作方式。關於如何改善肌肉力量以及如何預防傷害，有許多理論可供參考。將這些知識與改進的鍛煉技術相結合，可以更快，更安全，更有效地實現目標。

增強肌力強度的問題需要多種方法。增強肌力強度是一個非線性過程，取決於個人、其肌肉、個人身體歷史和當前身體狀態。固定重量或固定力量練習通常會提供短期成效，但大多數人會於訓練過程中很快達到瓶頸，或者進步趨緩。

由於多種原因，傳統的肌力訓練機器不能提供有效、安全和有效的鍛煉。首先，由於其系統中的摩擦，鍛煉的偏心相(eccentric phase)處於比同心相(concentric phase)較小的力。其次，由於可能施加在人體關節上的大的瞬時力，重量機器上受傷的可能性很高。這些力量可導致短期肌肉和肌腱損傷，以及長期關節問題。最後，使用受重力影響的質量來產生力會增加機器設計的相當大的體積和重量。

因此，需要一種健身裝置和系統，用於提供動態調節的力，用於優化鍛煉以及收集，存儲和傳送與裝置的活動有關的數據。

建構能滿足上述需求之健身裝置和系統，舉例而言，其起碼要能提供最大肌力(1-RM；one repetition maximum)測試、經由機台取得1-RM值，運算分析後產生對應運動處方參數、依照對應運動處方參數執行相應運動模式。

1-RM(repetition maximum)是指單一肌肉收縮所能產生的最大肌力，也可以指某一個肌群收縮一次能夠抵抗重量的最大肌力。

傳統的運動訓練和計劃通常需要訓練師的從旁協助或提供意見。例如最大肌力(1-RM；one repetition maximum)測試的確定是基於訓練者對個別使用者的觀察以及使用者所感知的使力(exertion)狀況來進行的。

目前較常見的測試1-RM的方式可以分為實測法以及預測法。就實測法而言，傳統上其實施方式如圖1所示，首先使用者(受測者)需要熱身(5-10次反覆動作重量)-即步驟100、接下來休息1分鐘-步驟102、然後增加重量-步驟104，增加重量的方法104a為推估可以完成3-5次反覆的熱身重量，其包含：上身訓練動作增加10-20磅(4-9公斤)或是增加5-10%及下身訓練動作增加30-40磅(14-18公斤)或是增加10-20%，接著休息2分鐘-步驟106、然後增加重量-步驟108(與步驟104之方法104a相同)、再接著休息2分鐘-步驟110、再增加重量-步驟112(與步驟104之方法104a相同)、接著試舉1-RM重量-步驟114，若失敗，則於休息2-4分鐘後降低重量-步驟116，降低重量的方法116a包含：上身訓練動作增加5-10磅(2-4公斤)或是增加2.5-5%及下身訓練動作增加15-20磅(7-9公斤)或是增加5-10%、然後重新測量(試舉1-RM重量)；如果試舉成功則休息2-4分鐘、接著增加重量-步驟118(與步驟104之方法104a相同)、然後測得使用者實際1-RM重量-步驟120。上述實測法的缺點為：需要專業人士陪同操作、容易出現肌肉損傷的危險、測驗方式繁瑣且費時、以及僅適用於有肌力練經驗之使用者，對一般人並不適合。

就預測法而言，其採用線性或是非線性預測公式運算出1-RM的結果，只要提供使用者所使用的重量以及反覆的次數即可算出1-RM數值。相比於實測法，預測法沒有實測法這麼精準，但是，其較為安全、不易造成運動傷害，因而沒有肌力訓練經驗或是初學者較適合此種量測方法。

然而，根據過往經驗驗證，量測1-RM最大肌力有下列幾項的問題：

1.肌力訓練經驗的有無-有肌力訓練經驗的使用者，測量信度高。

2.負荷重量的決定-初次測量1-RM的起始重量負荷如何決定，是個令人困擾的問題。若是負荷過重會造成肌肉傷害，負荷過輕則測量的次數多，可能會導致肌肉產生疲勞現象，所測出的1-RM重量就不正確。

3.器材設備-測量1-RM通常的重量訓練器材可粗略區分為機械式和移動式兩種，由於器材取得便利，因此是最普遍用作量測肌力的方法，但是因為器材重量調整上的限制(每一次增加荷重可能以5磅為一單位)，其精度不足，因此有可能無法測量到正確的1-RM。

4.肌力訓練之目的-運動選手使用實測法來找出真正的1-RM，對於肌力的增強才有實質的幫助，而一般健身的使用者則建議使用預測法，以較安全的方式保守預測1-RM，避免運動傷害。

關於例如運動員、或是正在進行評估的一般使用者的肌肉力量的確定是基於阻力運動的表現、或限於單個運動平面、或涉及隔離個體肌肉的運動。一旦運動或訓練方案由訓練師規定，該方案的適當表現取決於使用者(運動選手或一般重訓使用者)個體。若無法對使用者提供即時之反饋可能導致訓練效果不彰、甚至會導致受傷。因而需要能夠提供虛擬和自動個人培訓的智能動和訓練設備，以及根據個人用戶的特定需求定制的客製化和適應性訓練之運動處方，使使用者可以根據該處方循序漸進訓練、量化表現。

根據1-RM的理論雖然看似簡單明瞭，但是在實際運用或是測量上卻存在諸多困難，此外根據1-RM產出之運動參數更需要提供客製化和適應性訓練之運動處方、因此運動裝置/機台之針對訓練之運動處方參數相應運動模式之控制亦不可缺少。

有鑑於此，本發明提出一種多功能的智能運動裝置。利用此一裝置，使用者的肌力可以藉著使用均勻速度運動設備加以測量，並以此產生對應之處方參數，可與使用者進行互動式運動訓練，以達到安全且便利之運動訓練效果。再者，使用者亦可以於上述運動設備選擇等阻力模式，提供使用者於等速度模式下另一種操作運動設備之選擇。

一種多功能的智能運動裝置，其包括：一連結構件，連結至運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元；一荷重元重力感測器，耦合至連結構件，用以偵測一使用者操作運動訓練機台時，由運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元經由連結構件所傳遞之力量；一馬達，經由連結構件與運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元連結；一馬達控制器，電性連接至該馬達；一微處理器，與荷重元重力感測器及馬達控制器電性連接；以及其中連結構件及馬達結合組成一可變阻力單元，可變阻力單元之運作方式可以根據運動訓練機台之設定之偵測模式，由微處理器透過馬達控制器來控制。

上述之連結構件包含：一第一方向構件，耦合至該運動訓練機台之衝擊單元或是往復運動單元；一電缸，其一端耦合至上述第一方向構件；以及一第二方向構件透過一機械耦合裝置耦合至電缸之另一端與上述荷重元重力感測器。

上述的荷重元重力感測器係一雙向拉壓力荷重元。

上述的電缸係一渦桿式電缸。

上述的運動訓練機台處於最大肌力偵測模式時，可變阻力單元之該馬達處於未啟動狀態，不受馬達控制器控制。

計算最大肌力(1-RM)之方法，包括：使用者位於運動訓練機台之標準位置，以標準運動姿勢操作該運動訓練機台，並於測量模式啟動時進行運動施力，荷重元重力感測器經由各個時間點所測量的不同力量值，透過電連接回傳給微處理器，經微處理器演算後可以得到一個數值，此一數值即為這一次量測中的最大肌力值(1-RM)。

上述的運動訓練機台處於互動偵測模式時，可變阻力單元之馬達處於啟動狀態，馬達之轉速根據荷重元重力感測器偵測到使用者之出力值，透過微控制器命令馬達控制器控制。

當所偵測到使用者之出力值大於一運動訓練機台所設定預設值時，由微控器透過馬達控制器命令馬達以一等速轉動；當所偵測到使用者之出力值小於一運動訓練機台所設定預設值時，由微控器透過馬達控制器命令馬達停止轉動。

上述之可變阻力單元之運作方式可以由該微處理器於取得該使用者運動參數後依照該運動參數透過馬達控制器來執行等阻運動。

當所偵測到該使用者之出力值大於一該運動訓練機台所設定預設值時，由該微控器透過該馬達控制器依該使用者之施力值計算該馬達轉速；當所偵測到該使用者之出力值小於一該運動訓練機台所設定預設值時，由該微控器透過該馬達控制器命令該馬達停止轉動。

102、104、104a、106、108、110、112、114、116、116a、118、120、1001、1003、1005、1007、1009、1011、1013、1015、1017、1019；1005a、1007a、1009a、1011a、1012a、1013a、1015a、1017a、1019a、1020a、1021a；2001、2001a、2003、2005、2007、2007a；3001、3003、3005、3007、3009、3011；3001a、3003a、3005a、3007a、3009a、3011a、3013a‧‧‧步驟

201‧‧‧受力端

203‧‧‧電缸(electriccylinder)

204‧‧‧機械耦合裝置

205‧‧‧電動馬達

207‧‧‧非緊合活動軸承

209‧‧‧第一方向構件(伸縮桿)

210‧‧‧第二方向構件(軸桿)

211‧‧‧荷重元重力感測器

221‧‧‧微處理器

221a‧‧‧電連接

223‧‧‧馬達控制器

401‧‧‧運動訓練機台

405‧‧‧馬達

411‧‧‧荷重元重力感測器

413‧‧‧連結構件

421‧‧‧微處理器

423‧‧‧馬達控制器

430‧‧‧使用者介面

430a‧‧‧無線射頻識別讀取器(Radio-Frequency Identification；RFID)

430b‧‧‧觸控螢幕(touch panel)

450‧‧‧儲存裝置

460‧‧‧類比數位轉換板

470‧‧‧雲端資料庫

本發明的組件，特徵和優點可以透過說明書中所概述的較佳實施例的詳細描述和附圖來理解：圖1顯示根據現有技術之實測法，其用於測試1-RM的方式之步驟流程圖。

圖2A顯示本發明所提出之多功能的智能運動裝置的控制流程圖。

圖2B顯示本發明所提出之所提出之可計算1-RM以及產生使用者運動處方參數之裝置的系統示意圖。

圖3A顯示根據本發明所提出之多功能的智能運動裝置以進行等速運動控制之流程圖。

圖3B顯示根據本發明所提出之多功能的智能運動裝置以進行等阻運動控制之流程圖。

圖3C顯示根據本發明之一實施例所提出之多功能的智能運動裝置以進行等速運動控制流程圖。

圖3D顯示根據本發明之一實施例所提出之多功能的智能運動裝置以進行等阻運動控制流程圖。

圖4A顯示本發明之硬體架構，以方便說明運動訓練機台取得該使用者之運動處方參數後如何與使用者進行互動以及運動控制。

圖4B顯示本發明於一實施例中根據圖4A之硬體架構所提出之裝置其系統架構及功能方塊圖。

圖4C顯示本發明於另一實施例中根據圖4A之硬體架構所提出之裝置其系統架構及功能方塊圖。

現在將更詳細地描述本發明的一些較佳實施例。然而，應該認識到，提供本發明的較佳實施例是為了說明而不是限制本發明。另外，除了明確描述的那些實施例之外，本發明還可以在廣泛的其他實施例中實施，除非在所附權利要求中指定，否則本發明的範圍不受明確限制。

如背景技術中所提及的，1-RM的理論看似簡單明瞭，但是在實際運用或是測量上卻存在諸多困難，此外根據1-RM產出之運動參數更需要提供客製化和適應性訓練之運動處方、因此運動裝置/機台之針對訓練之運動處方參數相應運動模式之控制亦不可缺少。因此，本發明提出一種多功能的智能運動裝置。利用此一裝置，使用者的肌力可以藉著使用均勻速度運動設備加以測量，並以此產生對應之處方參數，可與使用者進行互動式運動訓練，以達到安全且便利之運動訓練效果。再者，使用者亦可以於上述運動設備選擇等阻力模式，提供使用者於等速度模式下另一種操作運動設備之選擇。

如圖2A所示，本發明提出一種多功能的智能運動裝置控制流程200，其能夠經由運動機台取得使用者的1-RM數據2001、或是由其他方式測試1-RM後，將1-RM數值輸入系統2001a。接著經由智能運動裝置內之微電腦取得上述1-RM數據2003，後續由運動訓練機台展開使用者對應之運動處方參數2005，隨後依照運動處方執行等速運動模式2007、或是等阻運動2007a。

如背景技術中所提及的，1-RM的理論看似簡單明瞭，但是在實際運用或是測量上卻存在諸多困難，例如上肢舉重的運動，很明顯的就需要整個上肢體相關肌肉群的綜合肌力，而且有一很好的連接負重體的部位，即手掌手指，足以簡單且順利的承接負重，使得1-RM得以簡單的被測量，但是若該運動的部位無法簡單承重以便測量1-RM時，則該運動的1-RM就無法得知。為此本發明提出一種最大肌力檢測機構，其係依據1-RM的定義，針對某一項運動整體相關肌肉群整體的綜合肌力，用其原運動訓練機台的動作模式來對使用者做運動偵測，並據以測量使用者的1-RM值。

上述最大肌力檢測機構設計係為進行對該組整體肌力動作偵測之用，參考圖2B，其包含在運動訓練機台相對應的受力端201連接一電缸(electriccylinder)203，舉例而言，受力端201可以是一連接至運動訓練機台的衝擊單元(impingement member)或是往復運動單元連接至電缸部件的端點，電缸203為渦桿式(vortex type)，電缸203係經由一伸縮桿209作為一第一方向構件與上述運動訓練機台受力端201連接，另一端再透過一機械耦合裝置204連接一電動馬達205，舉例而言，機械耦合裝置204可以是齒輪組或是減速箱，這一組包含受力端、電缸之構件再透過一非緊合活動軸承207，使其連接點可以在其間移動，而在連接點處以另一(第二)方向構件(例如：一軸桿)210，連接一荷重元重力感測器211，其中電缸203、機械耦合裝置204、第一方向構件(伸縮桿)209以及第二方向構件210組合構成一連結構件，耦合運動訓練機台的衝擊單元(impingement member)或是往復運動單元與荷重元重力感測器211。

以一較佳實施例，荷重元重力感測器211為一雙向拉壓力荷重元，其中雙向荷重元(load cell)是一種特殊形式的力感測器，其係利用應變計和橋式電路組合成，當其受到壓力或拉力時，將產生與作用力成正比的電壓輸出。根據重力負載大小，荷重元會發生彈性形變，內部的應變片會成比例地轉化為電子訊號。以一較佳實施例而言，本發明所裝設之荷重元重力感測器211可以雙方向偵測力量，以達到對使用者雙向運動偵測之目的。其中電動馬達205旋轉可以帶動電缸203內之渦桿旋轉而使伸縮桿(第一方向構件)209做線性往復運動，電動馬達205的轉速可以由馬達控制器223所控制，微處理器211可以經由電連接221a接收到感測器，如荷重元重力感測器(雙向拉壓力荷重元)211所傳回偵測到的力量值，亦可以透過馬達控制指令經由馬達控制器223控制電動馬達205動作以及回傳電動馬達205運行參數。其中上述連結構件及馬達結合組成一可變阻力單元，可變阻力單元之運作方式可以根據上述運動訓練機台設定之偵測模式，由微處理器透過馬達控制器來控制。可變阻力單元可以依照所測得使用者的相關運動參數以及接著所產生之運動處方選擇運動控制模式，例如依照運動處方參數執行等速運動或是等阻運動。

綜觀各類重量訓練，實際上每一回單次動作的時間約於5秒內完成，1-RM亦即指單次運動的最大值，故運動訓練機台預設偵測時間為2倍，以減少最大出力值發生時間之誤差，而亦可以依照不同運作或機台設計不同而可設定不同測量時間，本案例以10秒為例。

I.最大肌力檢測機構之動作原理：

請參考圖2之最大肌力檢測機構功能方塊圖，其動作之原理描述如下：

I-1.使用者位於上述運動訓練機台之標準位置，以標準運動姿勢操作該運動訓練機台，並於測量模式啟動時進行運動施力，施力點經使用者施力後，會經機構轉換作用力的位置及方向，而傳到量測裝置的受力端201，該受力端201透過一伸縮桿209連接到一電缸203及電動馬達205。

I-2.電缸203採渦桿設計，該渦桿具有高數值的牛頓力值，其數值範圍約在2000-2500牛頓之間，原則上正常人無法輸出大於此值的力量，所以當連結構件受力時，電缸之伸縮桿209不會被推(拉)動而伸縮，使用者施力後會將整組電缸203及電動馬達205進行拉動，可以視為單純力量傳導之固定體。

I-3.電缸203及電動馬達205在尾端與整組運動器材之間有一軸承(非緊合活動軸承)207固定，而其固定之連接點為一特殊不緊密空間，使軸承207可以在這空間些微的移動，而不是直接使其力量轉移到軸件上，亦即軸件不受其作用力。

I-4.上述軸承(非緊合活動軸承)207延伸一連接的第二方向構件(此處可以為一軸桿)210，其延伸到雙向荷重元211，使其軸件的力量可以直接傳遞到雙向荷重元211。

II.測試方式：

II-1.在偵測模式下，使用者以標準動作，持續在運動器材的施力端施力，經上述連結構件(參考圖2；由電缸203、機械耦合裝置204、第一方向構件(伸縮桿)209以及第二方向構件210組合而成)將其所施的力量反映到荷重元211上，儘其最大力量且維持出力，經10秒(預設值)的偵測，得到各個時間分點時的力量，由於人的出力從0秒到量測結束，其所施的力量不會是穩定的值。

II-2.經由各個時間點由荷重元重力感測器211所測量的力量值會透過電連接211a回傳給微處理器221，經過微處理器221演算後可以得到一個數值，此一數值即為這一次量測中的最大肌力值(1-RM)。

II-3.先期條件時的使用者必須以標準姿勢並盡全力去推動運動器材，否則測量值會有所偏差，例如，用身體重量而不是用手或腳等預設運動之部位去施力、或是非盡全力，如果發生以上之情況均會造成1-RM值量測不準確。

II-4.一種運動器材可能包括兩種以上的運動，包括來回運動，因此需要透過偵測回程時運動的1-RM值，並同時產生回程的運動參數。

III.運動處方：

III-1.本發明之運動處方是使用PDCA的設計邏輯來達到運動目標，P：一開始會先依照使用者想要達到的目的，例如減肥，塑身...等，再依照身體狀況(1RM)狀況來制定專屬的運動處方，D：讓使用者依照運動處方的設計來執行運動，每次的執行狀況都會將數據傳送至雲端資料庫保存下來，C：執行一段時間(建議時間為三個月)後，教練可透過雲端系統分析運動處方之執行結果，A：依照該使用者的執行/成長狀況來調整運動處方內容，藉由此方式來達成運動目標。

III-2.因此，取得在健身訓練器材1-RM值後，即可依運動訓練方式將其依不同肌肉力運動之目的，經由系統的微處理器(或微電腦系統)221調整運算出不同之運動參數。

III-3.一般情況下可以分別算出5種處方，以提供使用者挑選，系統可以依使用者選定之處方展開運動操作。

III-4.整個運動處方包括：額定力量、運動速度、每組次數、以及中歇時間等。

IV.運動控制：

基本上本發明之多功能的智能運動裝置提供等速模式以及等阻模式運動控制。

圖3A顯示本發明之多功能的智能運動裝置提供等速模式控制流程，智能運動裝置中的微電腦可以選擇等速模式並設定參數(步驟3001)，接著運動機台啟動與使用者互動模式並進行運動控制(步驟3003)，然後啟動系統(荷重元會偵測)偵測使用者出力值(步驟3005)，並不斷回傳給系統，以判別使用者的施力是否大於系統預設的參數力(步驟3007)。當施力大於參數力(系統的預設值)，系統命令馬達以等速轉動(步驟3009)，並回到步驟3005；一旦施力小於參數力時，則命令馬達停止轉動(步驟3011)，並回到步驟3005。

圖3B為一個較佳實施例，以方便說明運動訓練機台取得該使用者之運動處方參數後如何與使用者進行互動以及進行等速模式運動控制。

IV-1.當運動訓練機台透過如前段所述的方式取得該使用者之1-RM數據後(步驟1001)，可以據以分析、運算並產生對應運動處方參數(步驟1003)，運動訓練機台展開使用者對應運動處方參數後，可以與使用者進行互動以及運動控制(步驟1005)。

IV-2.例如，上述運動訓練機台產生某一運動處方，其內容為Fs：200N、8t、30s、R4，其意義為使用者於此一運動訓練機台以200牛頓以上之力量、運動速度為15cm/s、中間歇息時間30秒，然後重複運動，共重複4組完成。

IV-3.系統接受到上述運動處方參數後啟動運動(步驟1007)，當使用者以標準動作進行該項運動時，首先荷重元會偵測到使用者出力的數值(步驟1009)，並不斷回傳給系統，以判別使用者的施力(Fu)是否大於系統預設的參數力(步驟1011)。當施力(Fu)大於參數力(Fs；此為的系統預設值)，亦即Fu>Fs時，系統命令馬達以等速15cm/s換算後之速度轉動(步驟1013)，一旦Fu<Fs時，則命令馬達停止轉動(步驟1015)，並回到步驟1009，於Fu>Fs時馬達再次轉動，並判定是否達成該次運動的預訂次數(步驟1017)，反覆連續8次計為一組。若未達到次運動的預訂次數則回到步驟1009，若達到次運動的預訂次數，中間休息30秒後(步驟1019)，再次啟動，反覆完成4組(虛線箭頭指示)後即為完成該次運動處方。

IV-4.系統如何得知完成一個回合的動作？由於每一個運動訓練機台對於電缸的行程是固定值(由圖2可知，馬達的運行參數可以回傳給系統的微處理器)，因此可以透過馬達旋轉次數換算得知電缸(參考圖2之元件203)之運動行程，藉此可得知使用者是否完成一個回合的運動動作。

使用者亦可以於上述本發明之多功能的智能運動裝置選擇等阻力模式，提供使用者於等速度模式下另一種操作運動設備之選擇。

圖3C顯示本發明之多功能的智能運動裝置提供等阻模式控制流程，智能運動裝置中的微電腦可以選擇等阻模式並設定參數(步驟3001a)，接著運動機台啟動與使用者互動模式並進行運動控制(步驟3003a)，然後啟動系統(荷重元會偵測)偵測使用者出力值(步驟3005a)，並不斷回傳給系統，以判別使用者的施力是否大於系統預設的參數力(步驟3007a)。當施力大於參數力(系統的預設值)，則依施力值計算馬達轉速(步驟3009a)，接著系統命令馬達以相應速度轉動(步驟3011a)以維持等阻模式，並回到步驟3005a；一旦施力小於參數力時，則命令馬達停止轉動(步驟3013a)，並回到步驟3005a。

圖3D為一個較佳實施例，以方便說明運動訓練機台取得該使用者之運動處方參數後如何與使用者進行互動以及進行等阻模式運動控制。

等阻力的意義即運動器材設定阻力值為固定值，使用者操作器材時會依照施力的不同給予不同的速度來達到等阻力的感受效果，同樣的阻力，施力值越大則運動器材於一段時間內(單位時間△t)移動的速度越快(舉例而言，如果器材設定阻力值為5kg，於一段時間內(單位時間△t)使用者施力15kg的推動速度會大於施力10kg時的速度)。

當微電腦選擇等阻模式(步驟1005a)接著運動機台啟動與使用者互動模式並進行運動控制(步驟1007a)，然後啟動系統(荷重元會偵測)偵測使用者出力值(步驟1009a)，判別施力點是否在起始點(步驟1011a)，並不斷回傳給系統。

使用運動器材時，當施力點在起始(0點)時，判別使用者的施力是否大於系統預設的參數力(步驟1012a)：

(1)如果設定值

施力值時，馬達靜止不動，給予使用者阻力(步驟1013a)。

(2)如果設定值<施力值時，馬達順向推動，減低給使用者的阻力，且施力越大於一段時間內(單位時間△t)馬達推動速度越快(步驟1015a)。接著系統命令馬達以等速轉動(步驟1017a)，並回到步驟1009a；一旦施力小於參數力時，則命令馬達停止轉動(步驟1013a)，並回到步驟1009a。

使用運動器材時，當施力點不在起始(0點)時：判別設定值與施力值之差(步驟1019a)，

(1)如果設定值>施力值時，馬達會將施力點歸零(推回0點)，且施力越小於一段時間內推回的速度越快(步驟1020a)。

(2)如果設定值=施力值時，此時為靜止不動達到等力抗衡的情境(步驟 1021a)。

(3)如果設定值<施力值時，馬達會順向推動，減低給使用者的阻力，且施力越大於一段時間內(單位時間△t)馬達推動速度越快，亦即進行步驟1015a。

上述運動器材之等阻力效果係透過F=ma的方式來達成，F為使用者的等效施力，等效施力F=f-f_m，f為使用者的施力值f_m為器材設定重量值(即砝碼產生之力)，m為砝碼質量，因此馬達加速度之計算公式為a=(f-f_m)/m，又a=(v-v₀)/△t、且v₀=0，故於一段時間內(單位時間△t)之馬達速度為a*△t。

圖4A顯示本發明之硬體架構，以方便說明運動訓練機台取得該使用者之運動處方參數後如何與使用者進行互動以及運動控制。使用者操作運動訓練機台401，透過一荷重元重力感測器411偵測使用者出力數值，接著輸入使用者出力數值至微處理器421並計算使用者的1-RM值，此1-RM值可以透過使用者介面430顯示，並由儲存裝置450儲存。

以一較佳實施例而言，如圖4B所示，一運動訓練機台401透過一與荷重元重力感測器耦合411的連結構件413與一馬達405連接，一微處理器421與運動訓練機台401、荷重元重力感測器411以及一馬達控器423電性連接，微處理器421可以透過馬達控器423控制馬達405動作，馬達405運行的參數可以經由馬達控器423回傳給微處理器421。

於一開始時使用者透過使用者介面430經由微處理器421啟動運動訓練機台401，使用者以該運動訓練機台的標準運動姿勢操作，上述連結構件413耦合之荷重元重力感測器411會偵測到使用者的施力並傳送至微處理器421，微處理器421分析並估計出該使用者的1-RM值，此時馬達405處於未啟動模式，1-RM值輸出至該運動訓練機台401然後產生使用者相應於該機台的運動處方(所有流程如虛線箭頭所示)。

當機台產生運動處方，此時機台會展開使用者對應的運動處方參數(輸出運動處方)，運動訓練機台401啟動與使用者互動模式，此時微處理器421會透過馬達控制器423使馬達405處於啟動模式，系統會透過荷重元重力感測器411隨時偵測使用者出力數值並回傳至微處理器421，並根據測得的施力數值與系統預設值比較，藉以決定控制馬達的動作模式(等阻力、等速或停止轉動)，以達到前面所提運動控制(如圖4)的目的。上述機台所產生之1-RM數值、運動處方參數等資訊均可經由微處理器421儲存於儲存裝置450內。

對於圖4B所示之硬體架構，於實施上可以有不同之選擇，參考圖4C，於另一個較佳實施例，使用者介面430可以是一無線射頻識別讀取器(Radio-Frequency Identification；RFID)430a透過USB方式將使用者身分資料傳輸至系統的微處理器，亦可以是一觸控螢幕(touch panel)430b透過高畫質多媒體介面(High Definition Multimedia Interface；HDMI)介面影像傳輸音源輸出。而微處理器421亦可以為一種高效之信用卡尺寸大小之單片載板微型電腦，例如：樹梅派-Raspberry Pi 3 Model B，其具有64位元中央處理器並支援WiFi以及藍芽(bluetooth)等無線傳輸功能，其可以透過馬達控制器423控制馬達運行並經由其得到馬達運行參數，亦可以透過一類比/數位轉換版(A/D conveiter)460讀取荷重元重力感測器411所偵測到的施力值。此外，機台所產生使用者資訊，例如1-RM值、運動參數等均可以透過如WiFi等無線資料傳輸方式儲存至雲端資料庫470。

如本領域技術人員可以理解的，本發明的前述較佳實施例是用以說明本發明而非限制本發明。其中已經結合較佳實施例描述了本發明，將對本領域技術人員提出修改。因此，本發明不限於該實施例所描述的技術內容，而是本發明旨在覆蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的各種修改和類似佈置，其範圍應該被賦予最寬的解釋，由此涵蓋所有這些修改和類似的結構。其上雖然已經說明和描述了本發明的優選實施例，但應該理解，可以在不脫離本發明的精神和範圍的情況下做出各種改變。