[發明專利]可測量使用者出力的運動器材

在審

• 申請號: 201610824554.2
• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN107812350A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 陳福安;張書瑋
• 申請（專利權）人: 喬山健康科技(上海)有限公司
• 主分類號: A63B22/08
• 分類號: A63B22/08;G01L1/16;G01L1/22
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 關暢,王燕秋

技術領域

本發明涉及一種運動器材，特別是關于一種可測量使用者出力的運動器材。

背景技術

現有的跑步機、固定式腳踏車、橢圓運動機、樓梯機、劃船機等運動器材，大多能在使用者進行運動時顯示各種數值信息，例如運動的難度/阻力等級、運動的速度/頻率、經過時間、累積距離/步數、累積消耗熱量等，以呈現使用者的運動狀況。此外，某些運動器材還會在運動過程中即時顯示當下的運動功率(Power；基本概念為使用者在單位時間內所消耗的能量/熱量(energy)，通常以瓦特為單位)，和/或代謝當量(MET；基本概念為使用者運動時的代謝速度相比于靜坐休息時的代謝速度的倍率)，讓使用者能快速掌握目前的運動強度(exercise intensity)。其中，電動跑步機或樓梯機通常是依據一套既定標準直接由跑帶或階梯的運轉速度(及坡度)得到代謝當量，例如以5.5公里的時速行走，代謝當量即為3.6，諸如此類；必要時再將代謝當量和使用者體重(或假定為一平均體重)代入一換算公式或經一換算表得到運動功率。另一方面，像固定式腳踏車、橢圓運動機、劃船機、免插電跑步機等需要使用者施力驅動運動件(例如踏板、握把、跑帶等)以進行運動的運動器材，運動功率可理解為使用者在單位時間內對運動件或整個運動系統所作的功(work)，相對地，代謝當量一般是將運動功率及使用者體重(或假定為一平均體重)代入一換算公式或經由一換算表求出。運動功率、代謝當量的數值越高/越低，表示使用者運動的強度越強/越弱、身體消耗熱量的速率越快/越慢，是運動管理上的一重要指標。

然而，在需要使用者施力驅動運動件以進行運動的運動器材方面，目前多數的運動器材在使用者運動過程中所顯示的運動功率及代謝當量，并非真的通過測量使用者對運動系統作功的速率而得出的實際值(例如在固定式腳踏車上測量曲柄軸的扭力及轉速，以計算曲柄軸受使用者驅轉的轉動功率)，而是采用所謂的查表法(lookup table)適當求出的推估值。具體來說，以可供調整踏板轉動阻力的固定式腳踏車為例，制造者在開發階段會先對腳踏車的樣機進行測試，利用一驅動裝置(例如油壓馬達)驅轉腳踏車的踏板組，并且測量、記錄驅動裝置在不同等級的踏板阻力及各種踏板轉速下的輸出功率，進而建立一份二維陣列形式的功率對照表，及/或一份對應的代謝當量對照表，用來預存在規格相同的腳踏車產品的控制系統中；這樣，在運動系統及阻力系統相同的腳踏車上，當使用者踩動踏板在某阻力等級下以某轉速轉動，可推定使用者的運動功率等同于驅動裝置在相同等級的踏板阻力及相同的踏板轉速下的輸出功率，因此能通過對照表(必要時以插值運算作為輔助)適當求出對應的運動功率和/或代謝當量。

相對于查表法，近來也有部分運動器材會實際測量其運動系統運作時的機械功或功率，進而根據實際計算使用者的運動出力或運動功率。其中一種已付諸實現的方法是，例如在固定式腳踏車的曲柄軸上設置以旋轉軸線為共同圓心的兩環形齒柵，并以固定不動的感測器得到兩環形齒柵隨曲柄軸旋轉時所產生的連續脈波，由于兩組脈波訊號的相位差反映了曲柄軸在驅動扭力下的扭曲變形，因此可計算出曲柄軸的扭力(比例對應于使用者的運動出力)，并可搭配轉速測量而計算出轉動功率(比例對應于使用者的運動功率)。具體技術內容可參見美國第6,356,847號專利及關聯文獻。但是，實行這種方法的結構較為復雜、精密，成本較高。

另一種可行的方法是，例如在固定式腳踏車的傳動皮帶輪的徑向輻條上設置用于測量輻條彎曲變形的應變規(strain gauge)，皮帶輪屬于曲柄軸(驅動端)與飛輪(負載端)之間的傳動元件，基于徑向輻條的彎曲變形程度可計算出曲柄軸的扭力，并可搭配轉速測量而計算出轉動功率。在這種方法中，因為測量裝置(應變規)是設置在旋轉構件(皮帶輪)上，其測量信號必須經由無線傳輸模塊或滑環及電刷(slip ring brushes)結構才能傳送至固定架上的運算控制單元，所以存在成本較高、信號傳輸較不穩定的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的主要目的在于提供一種可測量使用者出力的運動器材，其能在使用者進行運動時實際測量與運動系統的受力有對應關系的特定參數，進而相對精確地求出使用者對運動系統的出力大小，或進而求出與使用者出力有對應關系的預設函數的值，例如運動功率、代謝當量、熱量消耗速率等。此外，本發明適用于各種具有飛輪及磁阻系統的運動器材，本發明結構相對簡單、成本較低。