TWI748316B

TWI748316B - 一種可取得運動者出力大小的運動器材

Info

Publication number: TWI748316B
Application number: TW108148674A
Authority: TW
Inventors: 周賢男; 陳新國
Original assignee: 金儀國際科技股份有限公司
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-12-01
Also published as: TW202126351A

Abstract

本發明包含一運動裝置、一阻力裝置、一角速度量測裝置與一運算裝置，其中該運動裝置提供一運動行程與一軸承，一運動者操作該運動行程以帶動該軸承轉動，該阻力裝置阻礙該軸承轉動且提供至少一阻力段而讓該軸承降速，不同的該阻力段具有不同的一阻力降速曲線，該角速度量測裝置設於該運動裝置上以量測該軸承的轉動速度而得知一角速度變化，而該運算裝置為取得該角速度變化與該阻力降速曲線以推算出該運動者的一出力；據此，本發明透過該角速度變化並參照該阻力降速曲線來計算取得該運動者的該出力，其成本低廉而可滿足使用上的需求。

Description

一種可取得運動者出力大小的運動器材

本發明為有關運動器材，尤其關於一種可取得運動者出力大小的運動器材。

運動器材為供運動者操作使用，以維持體魄與身體健康，可滿足不方便從事戶外運動者的需求。而運動要產生有氧、塑身與保健的效果，強度與時間為相當重要的因素。舉例來說，當時間與強度不足時，則運動健身的效果有限。而當時間與強度超過身體的負荷時，則容易產生運動傷害。

因此，為了滿足運動者健身的需求並避免運動傷害。智慧化的運動器材會取得運動者操作使用的時間與操作強度，並加以分析以提供給運動者，作為運動時的參考，以適時的加以修正運動強度與時間。

而運動者操作運動器材的操作強度，為由運動者的出力大小而決定。舉例來說，對於飛輪來說，運動者的出力即為踩踏腳踏板的踏力，而要量取運動者的踏力，習知只能利用昂貴的踏力計或扭力計才能取得；又若要得知飛輪轉動的角速度變化，則需要於飛輪上安裝陀螺儀或加速規，因此其建置成本相當的高昂。

因此，其導致智慧化的運動器材相當的昂貴，而難以普及化。

本發明的主要目的，在於揭露一種低設置成本且可取得出力大小的運動器材。

為達上述目的，本發明為一種可取得運動者出力大小的運動器材，其包括有一運動裝置、一阻力裝置、一角速度量測裝置與一運算裝置。其中該運動裝置提供一運動行程與一軸承，一運動者操作該運動行程以帶動該軸承轉動。該阻力裝置阻礙該軸承轉動且提供至少一阻力段而讓該軸承降速，不同的該阻力段具有不同的一阻力降速曲線。該角速度量測裝置設於該運動裝置上以量測該軸承的轉動而得知一角速度變化。該運算裝置連接該阻力裝置與該角速度量測裝置，並該運算裝置取得該角速度變化與該阻力降速曲線以推算出該運動者的一出力。

據此，由於相同踩踏頻率(速度)下，若阻力段(依阻力降速曲線)不同，轉換出的踏力值也不同，故本發明無使用昂貴的踏力計或扭力計，亦無使用陀螺儀或加速規。而僅使用技術成熟且成本低廉的光感測器與角速度盤，藉由取得角速度變化，並參考阻力降速曲線，即可推算出來運動者的該出力，而滿足使用上的需求。

10:運動裝置

11:軸承

12:輪盤

13:踏板

14:起始點偵測器

20:阻力裝置

21:阻力降速曲線

22:飛輪

23:傳動元件

30:角速度量測裝置

31:光感測器

32:角速度盤

33:雙光偶角速度盤

40:運算裝置

圖1，為本發明結構示意圖。

圖2，為本發明阻力降速曲線示意圖。

圖3，為本發明光遮斷感測器電路示意圖。

圖4，為本發明雙光偶角速度盤結構圖。

圖5，為本發明角速度與出力對應圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱「圖1」所示，為本發明結構示意圖。如圖所示：其包括有一運動裝置10、一阻力裝置20、一角速度量測裝置30與一運算裝置40。其中該運動裝置10提供一運動行程與一軸承11，一運動者操作該運動行程以帶動該軸承11轉動。該運動裝置10可以選自室內腳踏車、飛輪、橢圓機、重訓器材與環狀運動器材的任一種，而該運動行程的具體動作可以是踩踏、轉動、往復動作等等。

請再一併參閱「圖2」所示，該阻力裝置20阻礙該軸承11轉動且提供至少一阻力段而讓該軸承11降速，不同的該阻力段具有不同的一阻力降速曲線21。該阻力降速曲線21為在該運動裝置10與該阻力裝置20的配置確認之後，實際測試不同的該阻力段的降速而產生，其中橫軸為時間，縱軸為角速度，圖式僅為表示阻力降速曲線21趨勢的示意圖，故無標示單位。

請再一併參閱「圖1」與「圖3」所示，為本發明光遮斷感測器電路示意圖。該角速度量測裝置30為設於該運動裝置10上以量測該軸承11的轉動而得知一角速度變化(如「圖5」所示)。於一實施例中，該角速度量測裝置30可以包含一光感測器31與一角速度盤32。「圖3」為該光感測器31一實施例的電路示意圖。而該軸承11連接一輪盤12，該角速度盤32固定於該輪盤12上，而該光感測器31固定於該運動裝置10上且正對該角速度盤32。此外該阻力裝置20可以搭配一飛輪22與一傳動元件23使用，該傳動元件23兩端連接至該輪盤12與該飛輪22，因此運動者產生一出力來踩踏一踏板13，驅使該輪盤12轉動即可連動該飛輪22轉動，該阻力裝置20則可制止該飛輪22轉動，故改變該阻力裝置20的阻力大小，即可提供不同的該阻力段。

又該光感測器31可以為選自遮斷式光偶、反射式光偶與位移量感測器的任一種，只要能夠判斷明暗變化即可。且該運動裝置10於該運動者產生該出力的位置可設置一正對該角速度盤32的起始點偵測器14，如在該踏板13的曲柄設置該起始點偵測器14，讓該起始點偵測器14可感應該角速度盤32的位置而推算得知該運動者踩踏該踏板13時的出力角度。

又「圖1」揭露該角速度盤32，其為一種單圈角速度盤，可適用單向轉動的運動裝置10，如室內腳踏車、飛輪與橢圓機等等。該光感測器31與該角速度盤32搭配使用之後，即可量測得知角速度及角速度變化值，進而可計算得知角加速度。

請再參閱「圖4」所示，當「圖1」所示之角速度盤32亦可改使用雙光偶角速度盤33，該雙光偶角速度盤33，即可以適用於可正反轉的運動裝置10，如重訓器材或環狀運動器材等等。

請再一併參閱「圖5」所示，為本發明角速度與出力對應圖，其中橫軸為時間，縱軸為角速度與出力，圖式僅為表示角速度與出力對應關係，故無標示單位。該運算裝置40為連接該阻力裝置20與該角速度量測裝置30，並該運算裝置40取得該角速度變化(如「圖5」之上圖)與該阻力降速曲線21(如「圖2)。由於運動裝置10都會有加減速的過程，如運動裝置10在不同的阻力段下會有不同程度的降速過程，相同踩踏頻率(速度)下，若阻力段(依阻力降速曲線)不同，轉換出的踏力值也不同。故只要了解阻力降速曲線21的變化(如「圖2」)，對比量測的角速度變化就能計算出由運動者出力所導致的角加速度(角速度變化值(如「圖5」之上圖))；而根據角加速度與該運動行程的總重量就能推算出該運動者的出力(如「圖5」之下圖)，且藉由該起始點偵測器14的設置，可得知該運動者踩踏該踏板13時的出力角度。也就是說，該角速度變化可推算角加(減)速度，再依據該阻力降速曲線21即可修正角加速度而得知運動者踩踏該踏板13在不同角度時的出力所真正導致的角加速度(A)，再依據物理公式F=MA，其中M為有進行該運動行程的總重量，故即可推算出該運動者踩踏該踏板13在不同角度下的出力，該運動行程的總重量為該運動者操作該運動行程時，該阻力裝置的等效總重量，該阻力裝置的等效總重量為已知值，可以由物理公式F’=M’A’，代入已知值，即該阻力降速曲線的積分(A’)以及該阻力裝置的摩擦力(F’)而求出。

綜上所述，本發明的特點在於：

1.無使用昂貴的踏力計或扭力計，亦無使用陀螺儀或加速規，有效降低設置成本。

2.使用技術成熟且成本低廉的光感測器與角速度盤，具高可靠度，且可降低維護成本。

3.透過取得該角速度變化，並參考該阻力降速曲線，即可推算出來該運動者的該出力，而滿足使用上的需求。

4.搭配使用雙光偶角速度盤，可辨別正、反轉運動，可適用重訓器材與環狀運動器材等等運動裝置。