TWI601556B - 自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器 - Google Patents

Description

自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器

本發明係關於一種雙肢健身器，尤指利用肌電訊號自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器。

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力，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力。

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，僅能做到多段阻力調整，機構的體積也會比較佔空間。並且由人們主觀的增加阻力與減少阻力，當使用者太積極時，過度增加阻力會造成運動時肌肉受損，當使用者沒信心或偷懶時，過低的阻力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產生壓力訊號，以此壓力訊號，調整馬達的輸出而調整阻力的大小，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，回應之阻力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力，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，鮮有於健身器中採用肌電訊號回饋利用的技術。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，以上技術皆將肌電訊號引出作為週邊使用，未回饋至健身器中跟健身直接相關的傳動。

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。

進一步，針對人類之二肢運動時的健身與復健，例如雙手、或是雙腳的健身器運動，當原本雙手、或是雙腳的肌肉強度差異很大時，對應二肢之兩組阻力輸出若長期不均衡，會使得二肢各練各的肌肉群，這種運動健身或是復健是不均衡、不完善的。二肢肌肉強度差異很大的原因可能來自於受傷、或是平常運動不均衡所致，這樣的狀況，二肢漸變協調的運動與復健是有其必要的。因此，本發明的主要目的在於提供一種利用肌電訊號自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器，以解決上述問題。

本發明之目的在提供一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器，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力輸出。此外，更以協調模組針對如雙手、雙腳等二肢之不均衡運動，採取漸變式的協調，以其二肢發展更為安全、均衡。

本發明係關於一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器，具有二個承載部件，分別承受一位使用者之二肢的施力，動力系統係分別對此二個承載部件施予阻力輸出。雙肢健身器係包含：二組肌電訊號感測器、一個處理單元、以及一個協調模組。

此二組肌電訊號感測器係用以分別感測擷取使用者之二肢的第一肌電訊號以及第二肌電訊號。處理單元係訊號連接於所述二組肌電訊號感測器，用以接收第一肌電訊號以及第二肌電訊號，以分別產生相對應之第一驅動訊號以及第二驅動訊號，其中動力系統係根據第一驅動訊號以及第二驅動訊號分別對此二個承載部件施予阻力輸出。

協調模組係接收第一肌電訊號以及第二肌電訊號，根據第一肌電訊號以及第二肌電訊號之差異級距，以及根據預儲之時間級距，漸變調整第一驅動訊號以及第二驅動訊號，以使動力系統對此二個承載部件所分別施予之阻力輸出，協調至預定範圍內。

如前述之雙肢健身器，其中動力系統係進一步包含二個驅動器、二個馬達以及二個線性螺桿，每一個驅動器係訊號連接於處理單元，接收來自處理單元的其中一個驅動訊號後，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，藉以形成對此二個承載部件所分別施予之阻力輸出。

進一步，雙肢健身器還包含二個關節角度器，用以分別量測二肢之關節角度。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所述之角度差。

因此，利用本發明所提供一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器，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力輸出。此外，更以協調模組針對如雙手、雙腳等二肢之不均衡運動，採取漸變式的協調，以其二肢發展更為安全、均衡。

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，圖一係本發明雙肢健身器30之外觀示意圖。本發明係關於一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器30，具有二承載部件32，分別承受使用者之二肢的施力，動力系統40係分別對該二承載部件32施予阻力輸出。雙肢健身器30係包含二組肌電訊號感測器34、處理單元36、以及協調模組70。

以圖示之實施例，係適用於雙腳的運動與復健。二個承載部件3202、3204用以承受使用者雙腳踩踏的健身施力，以圖例來說，圖示之承載部件32僅是外觀可見一部分的顯示，係為可供足部踩踏之踏板，承載部件32還有其他的連結部分將示於後圖。關節角度器38用以量測運動肢之關節角度，圖中二組關節角度器38分別量取雙腳上膝關節於運動當時之關節角度。

配合圖一進一步參閱圖二，圖二係本發明協調模組70協調二組阻力輸出之示意圖。二組肌電訊號感測器3402、3404，係用以分別感測擷取使用者之二肢的第一肌電訊號60以及第二肌電訊號62。每一組肌電訊號感測器34係用以分別感測擷取使用者之一肢的肌電訊號，同一組中可以使用多個肌電訊號感測器34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係訊號連接於此二組肌電訊號感測器3402、3404，用以接收所述之第一肌電訊號60以及第二肌電訊號62，以分別產生相對應之第一驅動訊號64以及第二驅動訊號66，其中動力系統40係根據第一驅動訊號64以及第二驅動訊號66分別對該二承載部件3202、3204施予阻力輸出。換句話說，不同的肌電訊號會有其對應的驅動訊號，這不同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。

協調模組70係接收第一肌電訊號60以及第二肌電訊號62，根據第一肌電訊號60以及第二肌電訊號62之差異級距72，以及根據預儲之時間級距74，漸變調整第一驅動訊號64以及第二驅動訊號66，以使動力系統40對該二承載部件3202、3204所分別施予之阻力輸出，協調至預定範圍76內。例如: 第一肌電訊號60以及第二肌電訊號62分別為一個較小值與一個較大值，所以其差異級距72為此較大值減去較小值的差值；關於時間級距74，可預設定為連續60天的療程，每天進行1.5小時，所以共有90小時的時間級距74，這部分可以根據醫師或復健師的處方建議。所以，可以將代表差異級距72的差值平均分為90小時，則可等比反應出每小時第一驅動訊號64應有的增量，換句話說，經過90小時的復健訓練之後，第一驅動訊號64會漸漸接近於第二驅動訊號66的預定範圍76內，因此，使二肢的較弱肢得以復健，使二肢的較強肢持續健身強化肌肉，最終，在二個月的療程後此二肢的肌肉強度也趨近於接近。

配合圖一進一步參閱圖三，圖三係本發明動力系統40之示意圖。動力系統40係進一步包含見於圖一之驅動器42、馬達44，以及圖三所見之線性螺桿46。動力系統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，以接觸足部的方式形成阻抗施力於使用者的腳，於是雙肢健身器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。

如前述之雙肢健身器30，其中動力系統40係進一步包含二個驅動器42、二個馬達44以及二組線性螺桿46，每一個驅動器42係訊號連接於處理單元36，接收來自處理單元36的其中一個驅動訊號後，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4602，受螺桿4602之轉動以沿螺桿4602之軸向運動。

承載部件32之其他部分係固定裝設在滑塊4604上，受滑塊4604運動而帶動，圖三承載部件32為固定在滑塊4604上的載台，經過一些桿件的連接，可以連接到圖一踏板狀的承載部件32，這些都可統稱為承載部件32。所以，藉由形成對該二承載部件32所分別施予之阻力輸出，就可進而形成阻抗施力於使用者之二肢。

進一步說明，利用本發明動力系統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，會控制動力系統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，會控制動力系統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。

請參閱圖四，圖四係本發明處理單元36之關係示意圖。如前述之雙肢健身器30。二組關節角度器38用以分別量測該二肢之關節角度，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。

然，此初步所產生的驅動訊號僅為根據角度差來換算所得之驅動訊號大小，尚未考量二肢過大差異時所必須進行的修正，依本發明之精神則必須再進行如圖二實施例所述之協調模組70進行的過程，才能對初步且差異巨大的驅動訊號進行逐步的修正，以使二肢肌肉兼顧復健與訓練的協調發展。

因此，利用本發明所提供一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器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力輸出。此外，更以協調模組70針對如雙手、雙腳等二肢之不均衡採取漸變式的協調訓練，以其二肢發展更為安全、均衡。

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‧‧‧雙肢健身器
32、3202、3204‧‧‧承載部件
34、3402、3404‧‧‧肌電訊號感測器
36‧‧‧處理單元
38‧‧‧關節角度器
40‧‧‧動力系統
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
60‧‧‧第一肌電訊號
62‧‧‧第二肌電訊號
64‧‧‧第一驅動訊號
66‧‧‧第二驅動訊號
70‧‧‧協調模組
72‧‧‧差異級距
74‧‧‧時間級距
76‧‧‧預定範圍

圖一 係本發明雙肢健身器之外觀示意圖； 圖二 係本發明協調模組協調二組阻力輸出之示意圖； 圖三 係本發明動力系統之示意圖；以及 圖四 係本發明處理單元之關係示意圖。如前述之雙肢健身器。

30‧‧‧雙肢健身器

32(3202、3204)‧‧‧承載部件

34(3402、3404)‧‧‧肌電訊號感測器

36‧‧‧處理單元

38‧‧‧關節角度器

40‧‧‧動力系統

42‧‧‧驅動器

44‧‧‧馬達

70‧‧‧協調模組

Claims (1)

1. 一種自動協調雙肢阻抗之雙肢健身器，具有二承載部件，分別承受一使用者之二肢的施力，一動力系統係分別對該二承載部件施予阻力輸出，該雙肢健身器係包含：二肌電訊號感測器，係用以分別感測擷取該使用者之二肢的一第一肌電訊號以及一第二肌電訊號；一處理單元，係訊號連接於該二肌電訊號感測器，用以接收所述之第一肌電訊號以及第二肌電訊號，以分別產生相對應之第一驅動訊號以及第二驅動訊號，其中該動力系統係根據該第一驅動訊號以及該第二驅動訊號分別對該二承載部件施予阻力輸出；以及一協調模組，係接收該第一肌電訊號以及該第二肌電訊號，根據該第一肌電訊號以及該第二肌電訊號之差異級距，以及根據預儲之時間級距，漸變調整該第一驅動訊號以及該第二驅動訊號，以使該動力系統對該二承載部件所分別施予之阻力輸出，協調至預定範圍內；其中該動力系統係進一步包含二驅動器、二馬達以及二線性螺桿，每一個驅動器係訊號連接於該處理單元，接收來自該處理單元的其中一個驅動訊號後，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，藉以形成對該二承載部件所分別施予之阻力輸出；該雙肢健身器進一步包含二關節角度器，用以分別量測該二肢之關節角度，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。