TWI736355B - 多功能模組化運動裝置 - Google Patents

Abstract

一種多功能模組化運動裝置，包括一支架、一座椅、一動力模組、至少一運動模組以及一控制系統。座椅配置於支架上。動力模組固設於支架且位在座椅的外圍。至少一運動模組配置於動力模組且至少一運動模組連接動力模組。控制系統電性耦接動力模組，用以調整動力模組的一阻力且適於切換動力模組為一主動模式或一被動模式。一外力施加於至少一運動模組並傳輸至該動力模組，以克服動力模組的阻力。

Description

多功能模組化運動裝置

本發明是有關於一種運動裝置，且特別是有關於一種多功能模組化運動裝置

現有的健身或復健器材會根據身體不同部位而製作出特定的運動裝置，讓使用者依據訓練需求而使用對應的運動裝置，以達到增加身體肌力的目的。然而，現有的健身或復健器材屬於單一功能，一種運動裝置只能訓練特定的身體肌肉群，因此，如要訓練其它的肌肉群，需採購不同種類的運動裝置，此造成擺放空間的不足且實用性較為不足，因此現有的健身或復健器材只適合擺放在寬敞的公共空間中，不適合擺放在居家住宅內。

此外，現有健身或復健器材的通常依據使用者在訓練時的需求，而手動調整運動裝置的阻力大小，例如調整砝碼負重或是透過控制面板增減扭力的大小。然而，此手動調整方式無法即時反應使用者的疲勞程度，而容易產生訓練過度甚至受傷的情形。

本發明提供一種多功能模組化運動裝置，適於替換或增加不同功能的運動模組，讓使用者可在同一個運動裝置上訓練不同部位之肌肉群，以達到減少擺放空間與提升實用性的目的。

本發明的多功能模組化運動裝置包括一支架、一座椅、一動力模組、至少一運動模組以及一控制系統。座椅配置於支架上。動力模組固設於支架且位在座椅的外圍。至少一運動模組配置於動力模組且至少一運動模組連接動力模組。控制系統電性耦接動力模組，用以調整動力模組的一阻力且適於切換動力模組為一主動模式或一被動模式。一外力施加於至少一運動模組並傳輸至該動力模組，以克服動力模組的阻力。

在本發明的一實施例中，上述的至少一運動模組包括有多個，多個運動模組相互堆疊在動力模組上，當控制系統選定其中一運動模組時，控制系統解除其餘運動模組與動力模組的連接關係。

在本發明的一實施例中，當控制系統選定其中多個運動模組時，多個運動模組連接於動力模組，多個外力分別施加於多個運動模組並傳輸至動力模組。

在本發明的一實施例中，當控制模組切換動力模組為主動模式時，動力模組適於產生一輔助動力以帶動相應的運動模組，當控制模組切換動力模組為被動模式時，動力模組用以消耗通過運動模組的外力。

在本發明的一實施例中，上述的動力模組具有一第一外殼、一動力源以及一驅動軸，動力源固設在第一外殼內，驅動軸的一第一端穿透第一外殼且連接至少一運動模組，驅動軸的一第二端連接動力源的一第一轉軸。

在本發明的一實施例中，上述的至少一運動模組具有一第二外殼以及一齒輪組，第二外殼堆疊在第一外殼上，驅動軸的第一端穿設於第二外殼且連接至少一運動模組的齒輪組。

在本發明的一實施例中，上述的至少一運動模組具有一第二外殼，第二外殼堆疊在第一外殼上，驅動軸的第一端穿設於第二外殼。

在本發明的一實施例中，上述的動力模組具有一發電機，固設在第一外殼內且對位於動力源，該驅動軸的該第二端連接該發電機的一第二轉軸。

在本發明的一實施例中，上述的動力模組具有一扭矩感測器，套設在驅動軸外，用以偵測驅動軸樞轉時所產生的扭矩大小。

在本發明的一實施例中，還包括一肌肉感知模組，電性耦接控制系統，用以偵測一使用者的肌肉狀態且轉換為一感知訊號，控制系統接收並讀取感知訊號以判別使用者的肌肉狀態。

在本發明的一實施例中，當控制系統判別使用者的肌肉處於疲憊狀態時，控制系統降低動力模組的阻力，當控制系統判別使用者的肌肉處於充沛狀態時，控制系統增加動力模組的阻力。

在本發明的一實施例中，還包括一角度、速度、加速度感知模組，電性耦接控制系統，用以偵測一使用者的肢體訓練狀態且轉換為一感測訊號，控制系統接收感測訊號以判別使用者的一肢體展開角度。

在本發明的一實施例中，上述的控制系統適於根據肢體展開角度，而動態調整動力模組的阻力大小。

基於上述，本發明的多功能模組化運動裝置，結合動力模組與至少一運動模組，使用者可依據需求而替換或增加不同功能的運動模組，讓使用者可在多功能模組化運動裝置上訓練不同部位之肌肉群，可取代使用多種健身器材的方式以達到減少擺放空間與提升實用性的目的。此外，控制系統可配合使用者的疲勞程度而自動調整動力模組的阻力大小，或是在運動過程中動態調整適當的阻力大小，如此可避免使用者訓練過度甚至受傷的情形。

圖1A是依據本發明一實施例的一種多功能模組化運動裝置的立體示意圖。圖1B是圖1A的多功能模組化運動裝置的電路方塊示意圖。圖1C是圖1A的多功能模組化運動裝置的動力模組與運動模組的連接示意圖。圖2是圖1A的多功能模組化運動裝置的使用流程圖。

請參考圖1A，本發明的多功能模組化運動裝置100例如是健身器材或復健器材，用以訓練人體不同部位的肌肉群。

配合參考圖1A至圖1B，本實施例的多功能模組化運動裝置100包括一支架110、一座椅120、一動力模組130、至少一運動模組140以及一控制系統150。

支架110例如為金屬材質且配置在一平面上。座椅120配置於支架110上，座椅120例如是透過凹凸配合、螺絲鎖固或是其它方式而固定在支架110上。

動力模組130固設於支架110上且位在座椅120的外圍，於本實施例中，動力模組130例如是馬達、磁流變液器、電流變液器、電磁煞車器、液壓閥以及氣閥等可生成動力或阻力的裝置。至少一運動模組140配置於動力模組130且至少一運動模組140連接動力模組130，其中運動模組140例如是踏步機、划船器、飛輪、橢圓機或是其它種類的健身器材，本發明並未加以限制。

配合參考圖1C及圖2，控制系統150電性耦接動力模組130，用以調整動力模組130的一阻力且適於切換動力模組130為一主動模式或一被動模式。詳細而言，控制系統150作為多功能模組化運動裝置100的控制核心，藉由改變電場強度或氣液體的流量即可達到增減阻力的目的。實際而言，使用者200乘坐在座椅120上並施加一外力F於至少一運動模組140，再傳輸至動力模組130以克服動力模組的阻力，使用者200藉由持續施加外力於至少一運動模組即可強化特定部位的肌肉群。

請配合參考圖1A至圖1C，於本實施例中，至少一運動模組140包括有多個。多個運動模組140相互堆疊在動力模組130上，當控制系統150選定其中一運動模組140時，控制系統150解除其餘運動模組140與動力模組130的連接關係。

詳細而言，多個運動模組140分別具備不同的健身功效，於實際應用中，使用者200透過控制系統150選擇其中一運動模組140，此時可選擇將其它運動模組140卸除或是透過控制系統150讓動力模組130旁路(bypass)其餘運動模組140，即不再相互連動。當使用者200再選擇其中另一運動模組140時，可透過同樣的方式以切換為所需的運動模組140，使用者200透過也可透過控制系統150選定多個運動模組140，多個運動模組140連接於動力模組130，不同身體部位的多個外力分別施加於多個運動模組140並傳輸至動力模組130，讓使用者200可同時訓練多個肌肉群。因此本發明的多功能模組化運動裝置100適於將不同類型的健身器材合而為一。

在其它實施例中，多個運動模組140分別結合多個動力模組130以安裝在支架的周圍，則使用者200不需通過控制系統150切換至其它運動模組140並進行旁路(bypass)程序，使用者200只需透過特定的身體部位(如雙腳、雙手、背部等)直接驅動相對應的運動模組140。

請參考圖1A及圖1B，在本發明的一實施例中，動力模組130具有一第一外殼131、一動力源132以及一驅動軸133。動力源132例如是馬達且固設在第一外殼131內，驅動軸133的一第一端E1穿透第一外殼131且透過連接至少一運動模組140，驅動軸133的一第二端E2連接動力源132的一第一轉軸S1。

各個運動模組140具有一第二外殼141以及一齒輪組142。其中一第二外殼141堆疊在動力模組130的第一外殼131上，且其餘運動模組140的一第二外殼141依序朝上堆疊，使動力模組130與多個運動模組140構成一塔狀結構。驅動軸133的第一端E1可轉動地穿設於各第二外殼141且連接各運動模組140的齒輪組142。

於本實施例中，使用者200的外力F傳遞至運動模組140並帶動齒輪組142產生旋轉，齒輪組142同時帶動驅動軸133，且依據齒輪組142的減速比而增加至相應的轉速，藉此減少動力模組130的扭力負擔，提升動力模組130的負載能力，對於使用者200而言，即是提高訓練時的阻力，採用齒輪組142的功效在於可選用阻力較小的動力模組130。

於本實施例中，還包括一運動模組140a，動力模組130的驅動軸133樞接於第二外殼141a。其中，運動模組140a的第二外殼141a堆疊在兩運動模組140的兩第二外殼141之間。此運動模組140a用以傳輸經上方的運動模組140減速後的外力F至下方的運動模組140，運動模組140a可增加多功能模組化運動裝置100的高度，以適用於不同身高與不同肢體長度的使用者200。

請參考圖1A至圖1C，動力模組130包括一發電機134以及一扭矩感測器135。發電機134固設在第一外殼131內且對位於動力源132。驅動軸133的第二端E2連接發電機134的一第二轉軸S2，當外力F帶動驅動軸133時，會同時帶動第二轉軸S2產生軸向樞轉，進而使發電機134產生電磁感應以生成電能，發電機134生成的電能可儲存在外部的蓄電池。扭矩感測器135套設在驅動軸133外，用以偵測驅動軸133樞轉時所產生的扭矩T大小，並回傳至控制系統150，用以記錄使用者200的訓練狀況。

請參考圖1C及圖2，多功能模組化運動裝置100還包括一肌肉感知模組160、一角度、速度、加速度感知模組170以及一電源180。

肌肉感知模組160電性耦接控制系統150，用以偵測使用者200的肌肉狀態且轉換為一感知訊號，控制系統150接收並讀取感知訊號以判別使用者200的肌肉狀態。當控制系統150判別使用者200的肌肉處於疲憊狀態時，控制系統150降低動力模組130的阻力，當控制系統150判別使用者200的肌肉處於充沛狀態時，控制系統150增加動力模組130的阻力。補充而言，肌肉感知模組160例如是電極貼片，貼附在使用者待訓練的肌肉群上，肌肉感知模組160分析使用者於訓練過程中的力量、次數與加速度，並與肌肉群的熵值(entropy)相比對，以此獲得肌肉群處於疲憊狀態下的感知訊號波形。

角度、速度、加速度感知模組170電性耦接控制系統150，用以偵測使用者200的肢體訓練過程且轉換為一感測訊號，控制系統150接收感測訊號以判別使用者200的一肢體展開角度，控制系統150適於根據肢體展開角度，而動態調整動力模組130的阻力大小，於本實施例中，角度、速度、加速度感知模組170例如採用加速規、陀螺儀或其它類似的感測器。補充而言，使用者200的肢體於展開過程中所具備的力量為動態變化，故能透過角度、速度、加速度感知模組170偵測肢體的展開角度、速度與加速度，再透過控制系統150的運算式以得到肢體訓練時的最佳阻力曲線。電源180耦接於動力模組130，並提供控制系統150、肌肉感知模組160、角度、速度、加速度感知模組170、動力源132以及扭矩感測器135運作所需的電能。

以下詳述多功能模組化運動裝置100的使用流程，參考圖1A至圖2，啟動多功能模組化運動裝置100，並選擇其中一運動模組140，此時設定動力模組130為主動模式或被動模式。當控制系統150切換動力模組130為主動模式時，動力模組130適於產生一輔助動力以帶動相應的運動模組140，此適用於復健者或是肌力不足者。

圖3是多功能模組化運動裝置的肢體展開角度與扭矩的曲線關係圖。當控制系統150切換動力模組130為被動模式時，動力模組130用以消耗通過運動模組140的外力F。進一步而言，在被動模式下，使用者可不選擇扭矩曲線，此說明動力模組130的阻力在訓練過程中為固定不變，舉例而言，當控制系統150設定動力模組130的阻力(扭矩)為50 Nm時，則使用者的肢體施加於運動模組140的外力F必須克服50 Nm的阻力(扭矩)。

請配合參考圖2及圖3，在被動模式下，當使用者選擇扭矩曲線時，此說明動力模組130的阻力在訓練過程中為動態變化。圖3所示為多功能模組化運動裝置100所具備的多個曲線圖。曲線L1至曲線L7分別代表動力模組130最低至最高的訓練阻力(扭矩)。舉例而言，當控制系統150設定曲線L3時，此說明肢體的展開角度為90度時，動力模組130的阻力(扭矩)為21 Nm。隨著肢體展開角度縮小至60度，動力模組130的阻力(扭矩)動態增加至26 Nm。接著，肢體展開角度從60度到0度的範圍裡，動力模組130的阻力(扭矩)從26 Nm動態降低至14 Nm，透過阻力的動態變化，可提升肢體在不同展開角度下的訓練效率。

進一步而言，配合前述的肌肉感知模組160，當使用者選擇曲線L1-L7的其中之一時，可通過感知訊號判斷使用者的肌肉狀態，而自動調整適用於使用者的曲線L1-L7。舉例而言，在控制系統150設定曲線L4並訓練一段時間後，肌肉感知模組160回傳至控制系統150的感知訊號被判斷為充沛狀態，則控制系統150會判斷曲線L4對於使用者而言為過輕，而自動選取曲線L5以增加訓練的強度。反之，當控制系統150判斷曲線L4對於使用者而言為過重時，會自動選取曲線L3以降低訓練的強度。

綜上所述，本發明的多功能模組化運動裝置，結合動力模組與至少一運動模組，使用者可依據需求而替換或增加不同功能的運動模組，讓使用者可在多功能模組化運動裝置上訓練不同部位之肌肉群，可取代使用多種健身器材的方式以達到減少擺放空間與提升實用性的目的。此外，控制系統可配合使用者的疲勞程度而自動調整動力模組的阻力大小，或是在運動過程中動態調整適當的阻力大小，如此可避免使用者訓練過度甚至受傷的情形。

100:多功能模組化運動裝置 110:支架 120:座椅 130:動力模組 131:第一外殼 132:動力源 133:驅動軸 134:發電機 135:扭矩感測器 140、140a:運動模組 141、141a:第二外殼 142:齒輪組 150:控制系統 160:肌肉感知模組 170:角度、速度、加速度感知模組 180:電源 200:使用者 F:外力 T:扭矩 E1:第一端 E2:第二端 L1~L7:曲線 S1:第一轉軸 S2:第二轉軸

圖1A是依據本發明一實施例的一種多功能模組化運動裝置的立體示意圖。 圖1B是圖1A的多功能模組化運動裝置的電路方塊示意圖。 圖1C是圖1A的多功能模組化運動裝置的動力模組與運動模組的連接示意圖。 圖2是圖1A的多功能模組化運動裝置的使用流程圖。 圖3是多功能模組化運動裝置的肢體展開角度與扭矩的曲線關係圖。

100:多功能模組化運動裝置

110:支架

120:座椅

130:動力模組

140、140a:運動模組

200:使用者

Claims (12)

1. 一種多功能模組化運動裝置，包括：一支架；一座椅，配置於該支架上；一動力模組，固設於支架且位在該座椅的外圍；至少一運動模組，配置於該動力模組且該至少一運動模組連接該動力模組；以及一控制系統，電性耦接該動力模組，用以調整該動力模組的一阻力且適於切換該動力模組為一主動模式或一被動模式，其中，一外力施加於該至少一運動模組並傳輸至該動力模組，以克服該動力模組的該阻力，當該控制模組切換該動力模組為該主動模式時，該動力模組適於產生一輔助動力以帶動相應的該運動模組，當該控制模組切換該動力模組為該被動模式時，該動力模組用以消耗通過該運動模組的該外力。
2. 如請求項1所述的多功能模組化運動裝置，其中該至少一運動模組包括有多個，該些運動模組相互堆疊在該動力模組上，當該控制系統選定其中一該運動模組時，該控制系統解除其餘該些運動模組與該動力模組的連接關係。
3. 如請求項2所述的多功能模組化運動裝置，其中當該控制系統選定其中該些運動模組時，該些運動模組連接於該動力模組，多個外力分別施加於該些運動模組並傳輸至該動力模組。
4. 如請求項1所述的多功能模組化運動裝置，其中該動力模組具有一第一外殼、一動力源以及一驅動軸，該動力源固設在該第一外殼內，該驅動軸的一第一端穿透該一外殼且連接該至少一運動模組，該驅動軸的一第二端連接該動力源的一第一轉軸。
5. 如請求項4所述的多功能模組化運動裝置，其中該至少一運動模組具有一第二外殼以及一齒輪組，該第二外殼堆疊在該第一外殼上，該驅動軸的該第一端穿設於該第二外殼且連接該至少一運動模組的該齒輪組。
6. 如請求項4所述的多功能模組化運動裝置，其中該至少一運動模組具有一第二外殼，該第二外殼堆疊在該第一外殼上，該驅動軸的該第一端穿設於該第二外殼。
7. 如請求項4所述的多功能模組化運動裝置，其中該動力模組具有一發電機，固設在該第一外殼內且對位於該動力源，該驅動軸的該第二端連接該發電機的一第二轉軸。
8. 如請求項4所述的多功能模組化運動裝置，其中該動力模組具有一扭矩感測器，套設在該驅動軸外，用以偵測該驅動軸樞轉時所產生的扭矩大小。
9. 如請求項1所述的多功能模組化運動裝置，還包括一肌肉感知模組，電性耦接該控制系統，用以偵測一使用者的肌肉狀態且轉換為一感知訊號，該控制系統接收並讀取該感知訊號以判別該使用者的肌肉狀態。
10. 如請求項9所述的多功能模組化運動裝置，其中當該控制系統判別該使用者的肌肉處於疲憊狀態時，該控制系統降低該動力模組的該阻力，當該控制系統判別該使用者的肌肉處於充沛狀態時，該控制系統增加該動力模組的該阻力。
11. 如請求項1所述的多功能模組化運動裝置，還包括一角度、速度、加速度感知模組，電性耦接該控制系統，用以偵測一使用者的肢體訓練狀態且轉換為一感測訊號，該控制系統接收該感測訊號以判別該使用者的一肢體展開角度、速度與加速度。
12. 如請求項11所述的多功能模組化運動裝置，其中該控制系統適於根據該肢體展開角度、速度與加速度，而動態調整該動力模組的該阻力大小。

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