TWI812486B - 可變阻力調力裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種可變阻力調力裝置，包括：一小功率馬達，其係用以提供阻力；一拉線馬達，利用一拉線連結一旋轉螺旋片，係用以提供動力給該旋轉螺旋片；至少一摩擦片組，該摩擦片組包含二摩擦片，其係用以提供阻力給一摩擦碟片；一摩擦碟片，其本體部分係設置於該二摩擦片間。藉此，利用不同的阻力機構，達到可變阻力的輸出。
Description
本發明係有關於一種產生阻力之裝置，特別是關於一種產生可變阻力以調力之裝置。
隨著醫學科技的進步，目前人們除了長壽外，更要活得健康活得好，為了改善健康和維持良好的身材，可通過各種運動方式或器材來增強力量、增加肌肉量、柔韌性、耐力等，以及提高協調及控制身體各部分的能力，同時人們透過減脂保持一個健美的身材，即使變老也能保有自信。
健身有益於身心健康，許多人選擇在室內運動，選擇如固定自行車、划船機、跑步機及橢圓機等運動器材，這些健身器材藉由傳動機構使訓練者短時間內承受被動方式的運動負荷，藉由該訓練器材同時結合不同的阻力訓練，以大量提昇使用者的肌力，藉此依此訓練機之被動訓練方式，可誘發身體在瞬間大量運動，使肌肉產生更大的肌力及動力；上述的健身器材，通常包含有固定安裝在框架上的可逆、變速、恆轉矩電動機裝置、離合器裝置和齒輪減速裝置，並由控制器處理多個感測裝置訊號以提供獨立可變的力和速度，來執行等長、等張及等速運動的組合，以達到訓練其使用者的目的。
隨著科技的進步，目前市面上已有需多可輔助人類執行相關肢體運動之機器，我們稱為外骨骼系統，使用者可藉由外骨骼系統所提供的輔助力來進行相關肢體運動，例如爬山、搬重物等，外骨骼系統可有效提供人類更大的力量，也可降低人類因不正確的姿勢進行運動造成傷害，或者長時間執行重覆性動作的疲勞傷害，但尚未看到發展與運動訓練有關之外骨骼式的穿戴式訓練裝置。
如上述所述，國內大部分的運動健身器材以設備或機台為主，該等器材是以磁阻、電磁、馬達等方式進行運動阻力之控制設計，均以單一作用方式為主，沒有辦法產出複合方式的運動阻力，因此無法導入精準訓練，所以，本發明提出可變阻力調力裝置，應用馬達與摩擦裝置來產生複合方式阻力，如此一來，可以同時兼具成本與效果，適用於穿戴式的訓練裝置。
為改善先前技術之缺點，本發明係提供一種可變阻力調力裝置，整合一小功率馬達、一拉線馬達、一摩擦片組等，以製備出可變阻力調力裝置。
本發明係為一種可變阻力調力裝置，包括：一小功率馬達，其係用以提供阻力；一拉線馬達，利用一拉線連結一旋轉螺旋片，係用以提供動力給該旋轉螺旋片；至少一摩擦片組，該摩擦片組包含二摩擦片，其係用以提供阻力；一摩擦
碟片，其本體部分係設置於該二摩擦片間。
本發明之一實施例中，可變阻力調力裝置更可包含一傳動軸，該傳動軸連結該摩擦碟片，並與該摩擦碟片一起旋轉、轉動。
上述的傳動軸，可接收到小功率馬達所提供的阻力，該小功率馬達可配合15：50減速比放大阻力效果，利用脈波寬度調變原理(PWM)控制馬達duty cycle作用比例進行快速補償控制，達到低初始扭矩與高運動阻力省電效果目的，解決低負載使用與動、靜摩擦快速補償控制。
本發明之一實施例中，當拉線馬達提供動力給該旋轉螺旋片時，該旋轉螺旋片可控制該二摩擦片間之距離或間隙，以提供阻力給摩擦碟片，如此一來，當需要大阻力負載時，本發明可利用旋轉螺旋片將二摩擦片之間隙調整好，即可產生阻力，不像使用減速馬達須一直耗電控制馬達維持固定轉矩以產生阻力，有省電的功能。
本發明之一實施例中，更包含一位置感測器，可以是一電阻型位置感測器(但不以此為限)，該位置感測器設計與旋轉螺旋片連動，因此位置感測器可用來感測旋轉螺旋片的旋轉角度，藉以推斷出摩擦碟片(或傳動軸)受到的阻力，同時，位置感測器並具有藍芽傳輸功能，可傳輸出資訊。
本發明之一實施例中，更包含一壓力感測器，該壓力感測器設置在摩擦片組上，因此壓力感測器可用來感測
摩擦片的增加壓力，藉以推斷出摩擦碟片(或傳動軸)受到的阻力，同時，摩擦片並具有藍芽傳輸功能，可傳輸出阻力資訊。
本發明之一實施例中，包含該可變阻力調力裝置應用於一種智慧肌力訓練穿戴式裝置的實施例，該智慧肌力訓練穿戴式裝置可包含一腰部單元，其為環狀結構，可以用來固定至使用者的腰部；二個轉接座；二個可變阻力調力裝置，其設置於該轉接座上；二個第一支架，其一端連接該腰部元件，另一端連接該轉接座；二個第二支架，其一端連接該轉接座；一控制器，可設置於該腰部單元上(但不以此為限)。
上述的實施例中，控制器可電性控制該可變阻力調力裝置的阻力輸出，尤其當控制器接收到位置感測器、壓力感測器所傳輸出的資訊，可動態調整可變阻力調力裝置的阻力輸出，使得上述智慧肌力訓練穿戴式裝置可輕易提供使用者等長、等張、等速訓練。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
110:小功率馬達
120:拉線馬達
130:旋轉螺旋片
140:摩擦片組
141:摩擦片
150:摩擦碟片
160:傳動軸
170:位置感測器
210:第一支架
220:第二支架
230:轉接座
240:可變阻力調力裝置
250:控制器
260:腰部單元
圖1(A)係為本發明之可變阻力調力裝置上視面示意圖。
圖1(B)係為本發明之可變阻力調力裝置側面示意圖。
圖2係為本發明之智慧肌力訓練穿戴式裝置示意圖。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。
請參考圖1(A)，為一種可變阻力調力裝置上視面示意圖、請參考圖1(B)，為一種可變阻力調力裝置側面示意圖。如圖所示，本發明提供一種可變阻力調力裝置，包括：一小功率馬達110，係用於提供阻力給一傳動軸160，該小功率馬達110與傳動軸160有機械上的連結，因此小功率馬達110可提供阻力給傳動軸160；一拉線馬達120，利用一拉線連結一旋轉螺旋片130，用以提供動力給該旋轉螺旋片130，當該旋轉螺旋片130獲得動力後會順著螺紋(未圖示)進行旋轉動作；至少一摩擦片組140，在本實施例使用三個摩擦片組(但不以此為限)，每個摩擦片組140可包含二片摩擦片141，摩擦片141係用來產生阻力，當旋轉螺旋片130進行旋轉動作時，旋轉螺旋片130會依旋轉動作程度的不同，而給予摩擦片組140不同的控制力，進而控制該二摩擦片141間的間隙以產生不同的阻力；一摩擦碟片150，其本體部分係設置於該二摩擦片間，三個摩擦片組(但不以此為限)皆利用兩兩成對的摩擦片141夾住摩擦碟片150，由於傳動軸160係固定連結該摩擦碟片150，傳動軸160與該摩擦碟片150係可同步旋轉動作，當摩擦片141夾住摩擦碟
片150給予阻力時，同時該阻力也限制傳動軸160轉動。
在本實施例中，上述的傳動軸160，可接收到小功率馬達110所提供的阻力，該小功率馬達110可以是3-12V的馬達(但不以此為限)，該小功率馬達110可配合15：50減速比放大阻力效果，利用脈波寬度調變原理(PWM)控制馬達duty cycle作用比例進行快速補償控制，達到低初始扭矩與高運動阻力省電效果目的，解決低負載使用與動、靜摩擦快速補償控制；而當需要大阻力負載時，本發明可利用旋轉螺旋片130將摩擦片組140的二摩擦片141之間隙調整好，即可產生阻力，不像使用減速馬達須一直耗電控制馬達維持固定轉矩以產生阻力，有省電的功能。
在本實施例中，更包含一位置感測器170，其中，該位置感測器170是一電阻型位置感測器170(但不以此為限)，該位置感測器170可用以感測該旋轉螺旋片130的旋轉角度，以推估出產生阻力的大小；在本實施例中，更包含一壓力感測器(未圖示)，其中，該壓力感測器設置於該摩擦片組140上，該壓力感測器可用以感測該摩擦片組140所承受的壓力變化，以推估出產生阻力的大小。
請參考圖2，為一種智慧肌力訓練穿戴式裝置示意圖。如圖所示，本發明提供一種智慧肌力訓練穿戴式裝置，分左、右腳對稱設置，左右腳裝置各包含第一支架210與第二支架220、轉接座230、可變阻力調力裝置240(該可變阻力調力
裝置240為一模組設置於轉接座230上)，另有一控制器250，其中，第一支架210與使用者大腿結合，左、右腳之第一支架210可調整長度，上端與腰部單元260連接，其為環狀結構，用以固定至腰部，可穿戴於使用者腰部，腰部單元260設有電池和控制器250(電池可和控制器250設置在一起)；第二支架220綁附於小腿且透過轉接座230與第一支架210結合，轉接座230固定於第一支架210一端上，可變阻力調力裝置240係為模組化裝置與轉接座230結合，並且可透過與小功率馬達110機械相連的齒輪組與摩擦碟片150將訓練阻力透過傳動軸傳遞至第二支架220；拉線馬達120拉動旋轉螺旋片130以推動摩擦碟片150，壓力感測器可感測摩擦碟片150與摩擦片141之壓力值，藉此控制訓練阻力之扭矩大小，而第一支架210與第二支架220之角度變化以數個慣性測量單元(IMU)感測，推算出角速度、次數、運動方向等，控制器250電性連接慣性測量單元(IMU)感測以得到動作資訊後，同步控制左右腳的可變阻力調力裝置240以產生訓練阻力，因此透過相關動作數據，可了解下肢左右側之步態行為，藉以分析出步態異常狀態，提早作出提醒與預防改善。
藉此，本發明係提供一種可變阻力調力裝置，可運用於一種智慧肌力訓練穿戴式裝置，該智慧肌力訓練穿戴式裝置於運動或訓練上，有效結合複合式訓練阻力系統設計，利用小功率馬達及控制摩擦碟片用轉的複合式裝置，可達到
低初始扭矩與高運動阻力省電效果，在無訓練阻力負載下活動更靈活，大訓練阻力負載時以摩擦阻力取代可更為省電，未來可結合互動影音導引系統，如電玩遊戲等方式，提升使用者之注意力與趣味性，在不知不覺中完成運動訓練並收集相關動作資訊進行分析，透過穿戴式裝置技術、生理偵測、大數據分析、運動醫學等技術導入，建構智慧、有效之精準運動訓練系統。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
110:小功率馬達
120:拉線馬達
140:摩擦片組
141:摩擦片
150:摩擦碟片
160:傳動軸
170:位置感測器
Claims (9)
- 一種可變阻力調力裝置，包括：一小功率馬達，其係用以提供阻力；一拉線馬達，利用一拉線連結一旋轉螺旋片，係用以提供動力給該旋轉螺旋片；至少一摩擦片組，該摩擦片組包含二摩擦片，其係用以提供阻力；一摩擦碟片，其本體部分係設置於該二摩擦片間。
- 如請求項1所述之可變阻力調力裝置，更包含一傳動軸，其中，該傳動軸係連結該摩擦碟片。
- 如請求項2所述之可變阻力調力裝置，其中，該小功率馬達係提供阻力給該傳動軸。
- 如請求項1所述之可變阻力調力裝置，其中，當該拉線馬達提供動力給該旋轉螺旋片時，該旋轉螺旋片控制該二摩擦片間之距離。
- 如請求項1所述之可變阻力調力裝置，更包含一位置感測器，其中，該位置感測器係用以感測該旋轉螺旋片的旋轉角度。
- 如請求項5所述之可變阻力調力裝置，其中，該位置感測器係為一電阻型位置感測器。
- 如請求項1所述之可變阻力調力裝置，更包含一壓力感測器，其中該壓力感測器係設置於該摩擦片組上。
- 一種智慧肌力訓練穿戴式裝置，包括：一腰部單元，其為環狀結構，係用以固定至腰部；二個轉接座；二個如請求項1所述之可變阻力調力裝置，其設置於該轉接座上；二個第一支架，其一端連接該腰部元件，另一端連接該轉接座；二個第二支架，其一端連接該轉接座；一控制器，係設置於該腰部單元上。
- 如請求項8所述之智慧肌力訓練穿戴式裝置，其中該控制器係控制該可變阻力調力裝置的阻力輸出。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976063A (en) * | 1993-07-09 | 1999-11-02 | Kinetecs, Inc. | Exercise apparatus and technique |
| EP3326602A1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd | Motion assistance apparatus |
| TWI711443B (zh) * | 2019-04-26 | 2020-12-01 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 肘關節復健用之外骨骼機器人 |
| CN113520786A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-22 | 唐山海容机器人应用技术研究院 | 一种穿戴式下肢外骨骼辅助行走机器人 |
| US20210356271A1 (en) * | 2014-12-22 | 2021-11-18 | Gyrogear Limited | Tremor stabilisation apparatus and methods |
| CN114760971A (zh) * | 2019-12-03 | 2022-07-15 | 三星电子株式会社 | 用于向可穿戴装置的用户提供阻力的方法和装置 |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5976063A (en) * | 1993-07-09 | 1999-11-02 | Kinetecs, Inc. | Exercise apparatus and technique |
| US20210356271A1 (en) * | 2014-12-22 | 2021-11-18 | Gyrogear Limited | Tremor stabilisation apparatus and methods |
| EP3326602A1 (en) * | 2016-11-29 | 2018-05-30 | Samsung Electronics Co., Ltd | Motion assistance apparatus |
| TWI711443B (zh) * | 2019-04-26 | 2020-12-01 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 肘關節復健用之外骨骼機器人 |
| CN114760971A (zh) * | 2019-12-03 | 2022-07-15 | 三星电子株式会社 | 用于向可穿戴装置的用户提供阻力的方法和装置 |
| CN113520786A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-10-22 | 唐山海容机器人应用技术研究院 | 一种穿戴式下肢外骨骼辅助行走机器人 |
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