TWM628540U

TWM628540U - 登山強度監測記錄裝置

Info

Publication number: TWM628540U
Application number: TW110215493U
Authority: TW
Inventors: 相子元
Original assignee: 國立臺灣師範大學
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2021-12-27
Publication date: 2022-06-21

Abstract

一種登山強度監測記錄裝置，係包含一外殼本體及一配戴本體，該配戴本體連接於該外殼本體上，用以將該外殼本體配戴於一身上或是該人體所穿戴之物件上，而該外殼本體內係設置有一處理單元，該處理單元係具有一轉換計算單元，其中該轉換計算單元係透過體重資料、移動速度資料、登山高度資料及多個軸向之加速度資料進行運算並總合後，取得一登山強度資料，並再依據步數資料取得每一步的累積能量資料，以顯示於該顯示單元上，而取得不同登山者在攀登時的能量轉換數據。

Description

登山強度監測記錄裝置

本創作是有關一種登山強度監測記錄裝置，特別是一種用以取得登山者在攀登攀登時的能量轉換資料之監測記錄裝置，亦有便於後續進行登山強度間的比較與分析。

登山，一直是國內非常熱門的一項運動，從事的年齡層也非常廣泛。市面上雖有販售許多登山會使用到的感測器，如：衛星定位裝置、氣壓裝置、指北針等。但皆只針對簡單的高度、方向來做定位及顯示，若要提升在登山時的安全性，監控裝置應提供更全面的參數，同時監測攀登時外在環境狀態變化及身體狀態變化的強度參數。

而對於人體在攀登時，所消耗的能量，其實以目前現有裝置來看，往往無法反映出真實狀況，這是因為登山有高度，而不同高度或是登山路徑的難易度都會影響到人體所消耗之能量，故若是單純以步數來衡量，往往是不夠精準的，這也是業界亟須解決之問題。

因此，若是能夠依據登山者的體重資料、移動速度資料、登山高度資料及多個軸向之加速度資料進行運算並總合以取得一登山強度資料，並再依據步數資料來取得每一步的累積能量資料，如此將能夠依據實際的登山情況，反映出真實人體所消耗之能量，因此本創作應為一最佳解決方案。

本創作登山強度監測記錄裝置，係包含：一外殼本體，該外殼本體上係設置有一顯示單元，而該外殼本體內係設置有一處理單元，該處理單元係具有一轉換計算單元，其中該轉換計算單元係內建有至少一組體重資料，透過該體重資料及一移動速度資料進行動能運算以取得一累積水平能量資料，而透過該體重資料及一登山高度資料進行位能運算以取得一累積垂直能量資料，且透過一多個軸向之加速度資料取得一負荷能量資料，並再將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料總合以取得一登山強度資料，並依據步數資料取得每一步的累積能量資料，而該累積能量資料用以顯示於該顯示單元上；以及一配戴本體，用以連接於該外殼本體上，而該配戴本體用以將該外殼本體配戴於一人體身上或是該人體所穿戴之物件上。

更具體的說，所述移動速度資料透過一具有衛星定位功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置有一與該處理單元電性連接之衛星定位器，該衛星定位器用以定位位置，並能夠依據所移動之距離與時間進行運算出該移動速度資料。

更具體的說，所述登山高度資料透過一具有氣壓高度偵測功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置一與該處理單元電性連接之氣壓高度器，該氣壓高度器用以偵測一氣壓變化數據，並依據該氣壓變化數據進行運算出該登山高度資料。

更具體的說，所述步數資料及該多個軸向之加速度資料透過一加速度偵測功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置一與該處理單元電性連接之加速度器，該加速度器用以辨識步頻並進行運算出該步數資料，而該加速度器更用以偵測該多個軸向之加速度資料並透過該處理單元運算出該負荷能量資料。

更具體的說，所述處理單元係包含有至少一個處理器及至少一個電腦可讀取記錄媒體，該等電腦可讀取記錄媒體係儲存該轉換計算單元及該體重資料，其中該電腦可讀取記錄媒體更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器執行該等電腦可讀取指令時，使該轉換計算單元進行運作，以進行運算取得該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料，並再將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料總合以取得該登山強度資料，並依據步數資料取得每一步的累積能量資料，而該累積能量資料用以顯示於該顯示單元上。

更具體的說，所述轉換計算單元係包含：一資料接收模組，用以接收至少一個該移動速度資料、該登山高度資料、該步數資料及該多個軸向之加速度資料；一第一運算模組，係與該資料接收模組相連接，以將該體重資料及該移動速度資料進行動能運算以取得該累積水平能量資料；一第二運算模組，係與該資料接收模組相連接，以將體重資料及該登山高度資料進行位能運算以取得該累積垂直能量資料；一第三運算模組，係與該資料接收模組相連接，用以依據該多個軸向之加速度資料之每個瞬間的絕對變化量的總合來取得該負荷能量資料；一第四運算模組，係與該第一運算模組、該第二運算模組及該第三運算模組相連接，用以將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料進行總合以取得該登山強度資料；一第五運算模組，係與該資料接收模組及該第四運算模組相連接，用以依據該步數資料取得每一步的累積能量資料；以及一輸出模組，係與該第五運算模組相連接，而該輸出模組用以將該累積能量資料顯示於該外殼本體之顯示單元上。

更具體的說，所述轉換計算單元更包含有一與該資料接收模組相連接之資料輸入模組，該資料輸入模組用以輸入至少一組體重資料。

1:外殼本體

11:顯示單元

12:處理單元

121:處理器

122:電腦可讀取記錄媒體

1221:轉換計算單元

12211:資料接收模組

12212:第一運算模組

12213:第二運算模組

12214:第三運算模組

12215:第四運算模組

12216:第五運算模組

12217:輸出模組

12218:資料輸入模組

13:無線傳輸接收器

14:衛星定位器

15:氣壓高度器

16:加速度器

2:配戴本體

3:外部裝置

[第1圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之裝置示意圖。

[第2A圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第一實施之外殼本體之架構示意圖。

[第2B圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第一實施之處理單元之架構示意圖。

[第2C圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第一實施之轉換計算單元之架構示意圖。

[第3圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第二實施之轉換計算單元之架構示意圖。

[第4A圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第三實施之傳輸連接示意圖。

[第4B圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第三實施之外殼本體之架構示意圖。

[第5圖]係本創作登山強度監測記錄裝置之第四實施之外殼本體之架構示意圖。

有關於本創作其他技術內容、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1、2A、2B、2C圖，為本創作登山強度監測記錄裝置之裝置示意圖、第一實施之外殼本體之架構示意圖、第一實施之處理單元之架構示意圖、第一實施之轉換計算單元之架構示意圖，由圖中可知，該登山強度監測記錄裝置係具有一外殼本體1及一配戴本體2，該配戴本體2用以將該外殼本體1配戴於一人體身上或是該人體所穿戴之物件上，而第1圖中的配戴本體2係為一勾扣結構，但亦能夠為任何形式的配戴件，例如綁式配戴、沾黏配戴、勾扣配戴或是直接以縫合方式設置於人體所穿戴之物件上。

該外殼本體1上係設置有一顯示單元11(顯示螢幕，能夠為任何類型的螢幕面板所製成，能夠為觸控或是非觸控式)，而該外殼本體1內係設置有一處理單元12，該處理單元12係包含有至少一個處理器121及至少一個電腦可讀取記錄媒體122，該等電腦可讀取記錄媒體122係儲存具有該轉換計算單元1221及該體重資料，其中該電腦可讀取記錄媒體122更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器121執行該等電腦可讀取指令時，使該轉換計算單元1221進行運作，以進行運算取得該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料，並再將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料總合以取得該登山強度資料，並依據步數資料取得每一步的累積能量資料，而該累積能量資料用以顯示於該顯示單元11上；如第2C圖所示，該轉換計算單元1221係包含：(1)一資料接收模組12211，用以接收至少一個該移動速度資料、該登山高度資料、該步數資料及該多個軸向之加速度資料；(2)一第一運算模組12212，係與該資料接收模組12211相連接，以將該體重資料及該移動速度資料進行動能運算以取得該累積水平能量資料；(3)一第二運算模組12213，係與該資料接收模組12211相連接，以將體重資料及該登山高度資料進行位能運算以取得該累積垂直能量資料；(4)一第三運算模組12214，係與該資料接收模組12211相連接，用以依據該多個軸向之加速度資料計算出一合加速度資料，並再依據該合加速度資料之每個瞬間的絕對變化量的總合來取得該負荷能量資料；(5)一第四運算模組12215，係與該第一運算模組12212、該第二運算模組12213及該第三運算模組12214相連接，用以將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料進行總合以取得該登山強度資料；(6)一第五運算模組12216，係與該資料接收模組12211及該第四運算模組12215相連接，用以依據該步數資料取得每一步的累積能量資料；(7)一輸出模組12217，係與該第五運算模組12216相連接，而該輸出模組12217用以將該累積能量資料顯示於該外殼本體1之顯示單元11上；除此之外，亦能夠與資料接收模組12211、第一運算模組12212、第二運算模組12213、第三運算模組12214或/及第四運算模組12215相連接，用以更能夠顯示移動速度資料、該登山高度資料、該步數資料、該多個軸向之加速度資料、累積水平能量資料、累積垂直能量資料、負荷能量資料或/及登山強度資料。

如第3圖所示，該轉換計算單元1221更包含有一與該資料接收模組 12211相連接之資料輸入模組12218，該資料輸入模組12218用以輸入至少一組體重資料，因此使用者則能夠透過按壓該顯示單元11(觸控式)進行輸入體重資料，但亦能夠以無線傳輸方式將體重資料傳送給該轉換計算單元1221之資料接收模組12211，更能夠於該外殼本體1上開設有一傳輸孔(例如TYPE-C)，除了能夠用以對外殼本體1充電之外，更能夠透過傳輸線將體重資料傳送進入轉換計算單元1221已完成設定。

而本案之移動速度資料、登山高度資料、步數資料或/及多個軸向之加速度資料，如第4A圖所示，是透過一或多個具有衛星定位功能、氣壓高度偵測功能或/及加速度偵測功能之外部裝置3所偵測取得，而為了能夠接收外部裝置3所偵測之資料，並如第4B圖所示，於該處理單元12連接一無線傳輸接收器13(亦或於處理單元12內建有無線傳輸接收功能，例如藍芽、紅外線或是WIFI)，以便於接收外部裝置3所偵測之資料。

而本案之移動速度資料，如第5圖所示，於該外殼本體1內更設置有一與該處理單元12電性連接之衛星定位器14(亦或於處理單元12內建衛星定位功能)，而衛星定位器14之衛星定位的方式，除了能夠用來確定登山者的確切位置(定位功能)之外，亦可以利用移動距離與時間計算登山者的移動速度，並再利用這些裝置收取到的數據加以計算，便能衍伸算出人體在攀登時的能量轉換，因此該第一運算模組12212則依據體重資料及該移動速度資料進行動能運算以取得該累積水平能量資料，而動能運算公式如下(其中m為質量，也就是體重資料，而v為速度)：

其中運算出來的動能可以作為量化攀登時的水平累積能量，行走的速度越快則會產生更高的動能。

而本案之登山高度資料，如第5圖所示，於該外殼本體1內更設置有一與該處理單元12電性連接之氣壓高度器15(亦或於處理單元12內建氣壓高度偵測功能)，而氣壓高度器15是用來量測海拔高度的裝置，利用攀登時的壓力變化來計算登山者攀登的高度，有了高度這項參數與重力、體重便能計算出重力位能，因此第二運算模組12213則將體重資料及該登山高度資料進行重力位能運算以取得該累積垂直能量資料，而重力位能運算公式如下(其中m為質量，也就是體重資料，而g為重力加速度，且h為高度)：重力位能=mgh (2)而隨著登山者的攀登高度慢慢提升，計算出來的重力位能就會越大可做為登山運動中垂直高度的量化參數，進而做為登山強度的判斷指標。

而本案之步數資料，如第5圖所示，於該外殼本體1內更設置有一與該處理單元12電性連接之加速度器16(亦或於處理單元12內建加速度偵測功能)，加速度器16對於登山運動來說，可以用來辨識登山者的走路步頻進而計算出整趟行程的總步數；其中加速度器16係具有多軸向加速度計功能，用以偵測並產生該多個軸向之加速度資料，而該第三運算模組12214是透過計算三軸合加速度的每個瞬間的絕對變化量的總合，以進行估算運動負荷量(W，單位為g(gravity))，當W數值越大表示累積的運動負荷越大，而公式如下：

而平均運動負荷=W/n(n為公式3中的取樣次數)，而將該平均運動負荷乘上一轉換常數則能夠取得負荷能量資料(負荷能量=轉換常數xW/n)，其中轉換常數之說明如下：(1)運動負荷量之單位為加速度值，再乘以質量即可轉換為力量，再乘以位移即可轉換為做功(其中質量則是體重資料，而位移則是由衛星定位器14所提供之移動距離)；(2)因此，轉換常數=質量x位移。

如上所述，登山者的動能變化可以做為攀登路徑的能量累計，而重力位能可以做為累積攀登高度的指標，另外加速度器16(具有三軸加速度計功能)計算出來的負荷能量亦可以與動能、重力位能一同視為強度指標；但由於不同性別、身高的登山者在同樣路程上總步數可能都不盡相同。因此，若可以使用步數當作分類及標準化的參數，則能夠作為監控登山強度的比較指標，故將動能、重力位能與負荷能量的總和除上步數，則能表示不同登山者在此次攀登每一步的累積能量，如此有利於強度間互相比較。

由於登山有攀登難易度與攀登高度的環境因素，因為有些登山環境是攀登高度低但路徑彎彎繞繞，或是有些是攀登高度高但路徑比較筆直，因此若是單純只是偵測攀登高度或是步數，往往無法準確反應登山運動的強度，故透過本案取得累積水平能量資料、累積垂直能量資料及負荷能量資料，並再依據步數資料取得每一步的累積能量資料，如此將能夠更準確取得登山運動的強度，並能夠相互比較其強度。

本創作所提供之登山強度監測記錄裝置，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：(1)本創作能夠依據登山者的體重資料、移動速度資料及登山高度資料進行運算並總合以取得一登山強度資料，並再依據步數資料來取得每一步的累積能量資料，如此將能夠依據實際的登山情況，反映出真實人體所消耗之能量，用以更準確取得登山運動的強度，並能夠相互比較其強度。

本創作已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本創作前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作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:外殼本體

11:顯示單元

2:配戴本體

Claims

一種登山強度監測記錄裝置，係包含：一外殼本體，該外殼本體上係設置有一顯示單元，而該外殼本體內係設置有一處理單元，該處理單元係具有一轉換計算單元，其中該轉換計算單元係內建有至少一組體重資料，透過該體重資料及一移動速度資料進行動能運算以取得一累積水平能量資料，而透過該體重資料及一登山高度資料進行位能運算以取得一累積垂直能量資料，且透過一多個軸向之加速度資料取得一負荷能量資料，並再將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料總合以取得一登山強度資料，並依據一步數資料取得每一步的累積能量資料，而該累積能量資料用以顯示於該顯示單元上；以及一配戴本體，用以連接於該外殼本體上，而該配戴本體用以將該外殼本體配戴於一人體身上或是該人體所穿戴之物件上。
如請求項1所述之登山強度監測記錄裝置，其中該移動速度資料透過一具有衛星定位功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置有一與該處理單元電性連接之衛星定位器，該衛星定位器用以定位位置，並能夠依據所移動之距離與時間進行運算出該移動速度資料。
如請求項1所述之登山強度監測記錄裝置，其中該登山高度資料透過一具有氣壓高度偵測功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置一與該處理單元電性連接之氣壓高度器，該氣壓高度器用以偵測一氣壓變化數據，並依據該氣壓變化數據進行運算出該登山高度資料。
如請求項1所述之登山強度監測記錄裝置，其中該步數資料及該多個軸向之加速度資料透過一具有加速度偵測功能之外部裝置所偵測取得，或是於該外殼本體內更設置一與該處理單元電性連接之加速度器，該加速度器用以辨識步頻並進行運算出該步數資料，而該加速度器更用以偵測該多個軸向之加速度資料並透過該處理單元運算出該負荷能量資料。
如請求項1所述之登山強度監測記錄裝置，其中該處理單元係包含有至少一個處理器及至少一個電腦可讀取記錄媒體，該等電腦可讀取記錄媒體係儲存該轉換計算單元及該體重資料，其中該電腦可讀取記錄媒體更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器執行該等電腦可讀取指令時，使該轉換計算單元進行運作，以進行運算取得該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料，並再將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料總合以取得該登山強度資料，並依據該步數資料取得每一步的累積能量資料，而該累積能量資料用以顯示於該顯示單元上。
如請求項5所述之登山強度監測記錄裝置，其中該轉換計算單元係包含：一資料接收模組，用以接收至少一個該移動速度資料、該登山高度資料、該步數資料及該多個軸向之加速度資料；一第一運算模組，係與該資料接收模組相連接，以將該體重資料及該移動速度資料進行動能運算以取得該累積水平能量資料；一第二運算模組，係與該資料接收模組相連接，以將該體重資料及該登山高度資料進行位能運算以取得該累積垂直能量資料；一第三運算模組，係與該資料接收模組相連接，用以依據該多個軸向之加速度資料之每個瞬間的絕對變化量的總合來取得該負荷能量資料；一第四運算模組，係與該第一運算模組、該第二運算模組及該第三運算模組相連接，用以將該累積水平能量資料、該累積垂直能量資料及該負荷能量資料進行總合以取得該登山強度資料；一第五運算模組，係與該資料接收模組及該第四運算模組相連接，用以依據該步數資料取得每一步的累積能量資料；以及一輸出模組，係與該第五運算模組相連接，而該輸出模組用以將每一步的累積能量資料顯示於該外殼本體之顯示單元上。
如請求項6所述之登山強度監測記錄裝置，其中該轉換計算單元更包含有一與該資料接收模組相連接之資料輸入模組，該資料輸入模組用以輸入至少一組體重資料。