TWI590852B - 自動調整阻抗之健身器 - Google Patents

Description

自動調整阻抗之健身器

本發明係關於一種健身器，尤指利用肌電訊號自動調整阻抗之健身器。

隨著國民生活水準提升，人們意識到健康的重要性，各式的健身器因應而生，健身器會利用阻力元件來對使用者施力向反向施力成為阻抗，而形成使用者健身施力之負荷，進而使肌肉得到訓練，例如：划船機、舉重機、踏步機、飛輪車…等，大多利用彈性恢復力、重力、或其他機構運作阻力來成為健身施力之阻抗。

大多數此類傳統的健身器多利用固定或人工調整之阻力元件來對使用者產生負荷，因此使用者之健身施力也得以隨之調整，進而使肌肉得到適切的訓練。然而，純以機構設計的健身器，僅能做到多段阻抗調整，機構的體積也會比較佔空間。並且由人們主觀的增加阻抗與減少阻抗，當使用者太積極時，過度增加阻抗會造成運動時肌肉受損，當使用者沒信心或偷懶時，過低的阻抗會減低訓練肌肉的成效。因此，專利第M481031號「具阻抗調整與發電功能之健身器」、專利第I481431號「連動式電子健身器」因應而生。

這兩件先前技術皆是以壓力偵測器測得使用者之健身施力所產生之壓力訊號，再以此壓力訊號，調整馬達的輸出而調整阻抗的大小，可以做到幾乎無段連續式調整並且是自動化調整的效果。

然而，此壓力訊號是來自於使用者健身施力之大小，有時也會因為使用者逞強或是怠惰，所回應之阻抗不但不適切於當時的肌肉狀態，反而會加劇傷害或是訓練無效。

因此，若能改進以肌電訊號的回饋來控制健身器的輸出阻抗，此為於健身器領域之一種創新改進的發展。

目前已公開技術中，並查無於健身器中採用肌電訊號回饋利用。但應於復健器中使用肌電訊號的技術，卻有如專利第I526234號「臏骨病痛肌力復健器」利用肌電訊號提示復健的狀態；如專利第M496510號「電子護膝裝置」利用肌電訊號控制電子護膝裝置作啟動與停止運動。健身器在商業領域係為運動健身的產業通路鏈，而復健器在商業領域係在醫療的產業通路鏈，以上技術皆僅將肌電訊號引出作為週邊使用，未回饋至復健器中跟復健直接相關的傳動。

進一步參考習知技術，如專利第286539號「監控式肌電訊號回饋復健牽引治療器」，於被動式復健器中，例用肌電訊號回饋復健器來自動調整安全牽引拉力和收放時序，屬於一種全被動式的復健器，應屬相當接近本發明案技術之上位技術。然而，該案起始目的來自於對病患椎邊肌群之復健，創意雖佳，但應用領域的差異使技術者沒能輕易聯想而引用，因此多年來未能於健身器領域中給予技術的進步。

又如專利第201524485號「感應式力量回饋機構」利用肌電訊號調整適當的輔助動力，驅動馬達與彈性單元，使承靠件能夠確實地進行相對運動，提升復健效果，也係為相當接近本發明案技術之先前技術。因該案重於復健，所以其機構設計為小範圍運動，供使用者復健之用，也因此應用領域的差異使技術者沒能輕易聯想而引用，致使健身器產業的發展，多年來未能有理想優異的產品出現。因此，本發明的主要目的在於提供一種利用肌電訊號能自動調整阻抗且利於長行程運動之健身器，以解決上述問題。

本發明之目的在提供一種自動調整阻抗之健身器，利用肌電訊號，能更貼切於肌肉疲勞狀態，給予健身施力所需更適當之阻抗。此外，以馬達與線性螺桿結合的動力裝置，其運動行程可以較長，更較為適合大幅度動作之健身動作。

本發明係關於一種自動調整阻抗之健身器，健身器係包含承載部件、肌電訊號感測器、處理單元、以及動力裝置。

承載部件係用以承受使用者之健身施力。肌電訊號感測器係用以感測擷取使用者之肌電訊號，其中，肌電訊號感測器可以為肌電訊號貼片，用以貼附於使用者，以測得使用者之肌肉運動所產生之肌電訊號。處理單元係訊號連接於肌電訊號感測器，用以接收所述之肌電訊號，以產生相對應之驅動訊號。

動力裝置係進一步包含驅動器、馬達以及線性螺桿。驅動器係訊號連接於處理單元，接收所述之驅動訊號後，驅動馬達以產生相對應之輸出，線性螺桿係進一步包含螺桿以及滑塊，螺桿連接於馬達，受馬達之輸出以轉動，滑塊係套接於螺桿，受螺桿之轉動以沿螺桿之軸向運動。

其中，承載部件係裝設在滑塊上，受滑塊運動而帶動，藉以形成阻抗施力於使用者。

進一步，健身器包含關節角度器，用以量測運動肢之關節角度。處理單元進一步包含儲存模組與調整模組，儲存模組係預儲複數種角度與複數種肌電訊號之對應資訊，調整模組根據肌電訊號感測器所測得之肌電訊號，於儲存模組中對應資訊所對應之角度，比對關節角度器所量測之關節角度間之角度差，以產生相對應之驅動訊號來消除角度差。

因此，利用本發明所提供一種自動調整阻抗之健身器，利用肌電訊號，能更貼切於肌肉疲勞狀態，給予更適當健身施力所需之阻抗。此外，以馬達與線性螺桿結合的動力裝置，其運動行程可以較長，更較為適合大幅度動作之健身動作。再進一步，本發明提供一種消除角度差的方法來產生相對應之驅動訊號，藉此很適合大行程運動的健身器，自動化給予健身施力所需之最適切的阻抗。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一，圖一係本發明健身器30之外觀示意圖。本發明係關於一種能自動調整阻抗之健身器30，健身器30係包含承載部件32、肌電訊號感測器34、處理單元36、動力裝置40、以及關節角度器38。以圖示之實施例，係適用於下體雙肢的運動與長行程復健。

承載部件32係用以承受使用者之健身施力，以圖例來說，圖示可見的是能供足部踩踏之踏板3202，踏板3202為承載部件32的一部分，承載部件32的另一部分於殼體中，將示於後圖。關節角度器38用以量測運動肢之關節角度，換句話說可量測膝關節於運動當時之關節角度。

肌電訊號感測器34係用以感測擷取使用者之肌電訊號，可以使用多個為更佳。實務上，肌電訊號感測器34可為肌電訊號貼片，用以貼附於使用者的皮膚表面，以測得使用者皮膚底下肌肉運動所產生之肌電訊號，肌電訊號所表達為肌肉電位變化，可反映出肌肉疲乏的狀態。

處理單元36係訊號連接於肌電訊號感測器34，用以接收來自肌電訊號感測器34所述之肌電訊號，以產生相對應之驅動訊號。換句話說，不同的肌電訊號會對應出適當的驅動訊號，成為後續調整運動施力所需之適當阻抗大小的關鍵。

動力裝置40接收所述之驅動訊號後，會對承載部件32輸出動力，藉由控制承載部件32的移動，以踏板3202形成阻抗施力於使用者，於是健身器30能即時因應使用者當時肌肉的疲勞狀態，於使用者運動施力時而給予適當的阻抗，進而來復健或強化使用者的肌肉。動力裝置40之進一步說明見於後圖。

配合圖一請進一步參閱圖二，圖二係本發明動力裝置40之示意圖。動力裝置40係進一步包含見於圖一之驅動器42、馬達44，以及圖二所見之線性螺桿46。

驅動器42係訊號連接於處理單元36，接收所述之驅動訊號後，驅動馬達44以產生相對應之輸出，馬達44可採用伺服馬達。線性螺桿46可為產業所稱之滾珠螺桿，線性螺桿46係進一步包含螺桿4602以及滑塊4604，滑塊4604則為產業所稱滾珠螺桿之螺帽。螺桿4602連接於馬達44，受馬達44之輸出以轉動，滑塊4604係套接於螺桿46，受螺桿46之轉動以沿螺桿46之軸向運動。

其中，承載部件32之另一部分載台3204係固定裝設在滑塊4604上，受滑塊4604運動而帶動，而載台3204又透過殼體以及圖一可見的一些連桿連接於踏板3202，因此載台3204移動就等於踏板3202移動，藉以形成阻抗施力於使用者。

此外，也可以採用線性馬達來替代上述實施例之伺服馬達與線性螺桿46的組合，但經實測之後，線性馬達於斷電後會完全失去阻抗，實務上會瞬間滑走，對使用者會造成驚嚇或傷害，而伺服馬達與線性螺桿46的組合可以解決這個問題，為較佳之實施方案。

進一步說明，利用本發明動力裝置40回應使用者之健身施力所產生之阻抗可以有兩種模式，分別為健身模式以及復健模式，所謂健身模式係阻抗為健身施力之阻力，而復健模式係阻抗為健身施力之助力。當肌電訊號所反應之肌肉疲勞程度大時，會控制動力裝置40中馬達44的轉向與適當的輸出，因而所產生之阻抗為助力，用意在於輔助肌肉運動復健。當肌電訊號所反應之肌肉疲勞程度小時，會控制動力裝置40中馬達44以相反的轉向與適當的輸出，因而所產生之阻抗為阻力，用意在於加強訓練肌肉。

請參閱圖三，圖三係本發明處理單元36之關係示意圖。如前述之健身器30中，使用者係以其運動肢接觸承載部件32以健身施力。處理單元36進一步包含儲存模組50與調整模組52，儲存模組50係預儲複數種角度與複數種肌電訊號之對應資訊。調整模組52根據肌電訊號感測器34所測得之肌電訊號，再根據關節角度器38所量測之關節角度；用肌電訊號於儲存模組50中對應資訊所對應之角度，比對關節角度器38所量測之關節角度，再根據此二角度間之角度差，為了消除此角度差，因此可產生相對應之驅動訊號，接續，以此驅動訊號來使驅動器42驅動馬達44，則可產生最適切的阻抗。

配合前述之健身模式以及復健模式補充說明，角度差有正值跟負值，可以分別表示前述肌肉疲勞程度大與小，也因此可決定馬達44的轉向與適當的輸出大小。

雖然前圖實施例係以下肢使用的健身器30為例來說明，但是只要需要直線大行程的運動，如手部伸展運動、臀部平移運動等，也皆適用於本案技術特徵所呈現之功效。這種大行程運動的功效，並非前案專利第201524485號針對肢體轉向運動之復健機構所能提供的。

因此，利用本發明所提供一種自動調整阻抗之健身器30，利用肌電訊號，能更貼切於肌肉疲勞狀態，給予更適當健身施力所需之阻抗。此外，以馬達44與線性螺桿46結合的動力裝置40，其運動行程可以較長，更較為適合大幅度動作之健身動作。再進一步，本發明提供一種消除角度差的方法來產生相對應之驅動訊號，藉此很適合大行程運動的健身器30，自動化給予健身施力所需最適切的阻抗。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

30‧‧‧健身器
32‧‧‧承載部件
3202‧‧‧踏板
3204‧‧‧載台
34‧‧‧肌電訊號感測器
36‧‧‧處理單元
38‧‧‧關節角度器
40‧‧‧動力裝置
42‧‧‧驅動器
44‧‧‧馬達
46‧‧‧線性螺桿
4602‧‧‧螺桿
4604‧‧‧滑塊
50‧‧‧儲存模組
52‧‧‧調整模組

圖一  係本發明健身器之外觀示意圖； 圖二  係本發明動力裝置之示意圖；以及 圖三  係本發明處理單元之關係示意圖。

30‧‧‧健身器

32‧‧‧承載部件

3202‧‧‧踏板

34‧‧‧肌電訊號感測器

36‧‧‧處理單元

38‧‧‧關節角度器

40‧‧‧動力裝置

42‧‧‧驅動器

44‧‧‧馬達

Claims (3)

1. 一種自動調整阻抗之健身器，該健身器係包含： 一承載部件，該承載部件係用以承受一使用者之健身施力： 一肌電訊號感測器，係用以感測擷取該使用者之肌電訊號； 一處理單元，係訊號連接於該肌電訊號感測器，用以接收所述之肌電訊號，以產生相對應之驅動訊號；以及 一動力裝置，該動力裝置係進一步包含一驅動器、一馬達以及一線性螺桿，該驅動器係訊號連接於該處理單元，接收所述之驅動訊號後，驅動該馬達以產生相對應之輸出，該線性螺桿係進一步包含一螺桿以及一滑塊，該螺桿連接於該馬達，受該馬達之輸出以轉動，該滑塊係套接於該螺桿，受該螺桿之轉動以沿該螺桿之軸向運動； 其中，該承載部件係裝設在該滑塊上，受該滑塊運動而帶動，藉以形成阻抗施力於該使用者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之健身器，該肌電訊號感測器係為一肌電訊號貼片，用以貼附於該使用者，以測得該使用者之肌肉運動所產生之肌電訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之健身器，該使用者係以其運動肢接觸該承載部件以健身施力，該健身器進一步包含一關節角度器，用以量測該運動肢之關節角度，該處理單元進一步包含一儲存模組與一調整模組，該儲存模組係預儲複數種角度與複數種肌電訊號之對應資訊，該調整模組根據該肌電訊號感測器所測得之肌電訊號，於該儲存模組中對應資訊所對應之角度，比對該關節角度器所量測之關節角度間之角度差，以產生相對應之驅動訊號來消除該角度差。