[发明专利]可测量使用者出力的运动器材

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动器材，特别是关于一种可测量使用者出力的运动器材。

背景技术

现有的跑步机、固定式脚踏车、椭圆运动机、楼梯机、划船机等运动器材，大多能在使用者进行运动时显示各种数值信息，例如运动的难度/阻力等级、运动的速度/频率、经过时间、累积距离/步数、累积消耗热量等，以呈现使用者的运动状况。此外，某些运动器材还会在运动过程中即时显示当下的运动功率(Power；基本概念为使用者在单位时间内所消耗的能量/热量(energy)，通常以瓦特为单位)，和/或代谢当量(MET；基本概念为使用者运动时的代谢速度相比于静坐休息时的代谢速度的倍率)，让使用者能快速掌握目前的运动强度(exercise intensity)。其中，电动跑步机或楼梯机通常是依据一套既定标准直接由跑带或阶梯的运转速度(及坡度)得到代谢当量，例如以5.5公里的时速行走，代谢当量即为3.6，诸如此类；必要时再将代谢当量和使用者体重(或假定为一平均体重)代入一换算公式或经一换算表得到运动功率。另一方面，像固定式脚踏车、椭圆运动机、划船机、免插电跑步机等需要使用者施力驱动运动件(例如踏板、握把、跑带等)以进行运动的运动器材，运动功率可理解为使用者在单位时间内对运动件或整个运动系统所作的功(work)，相对地，代谢当量一般是将运动功率及使用者体重(或假定为一平均体重)代入一换算公式或经由一换算表求出。运动功率、代谢当量的数值越高/越低，表示使用者运动的强度越强/越弱、身体消耗热量的速率越快/越慢，是运动管理上的一重要指标。

然而，在需要使用者施力驱动运动件以进行运动的运动器材方面，目前多数的运动器材在使用者运动过程中所显示的运动功率及代谢当量，并非真的通过测量使用者对运动系统作功的速率而得出的实际值(例如在固定式脚踏车上测量曲柄轴的扭力及转速，以计算曲柄轴受使用者驱转的转动功率)，而是采用所谓的查表法(lookup table)适当求出的推估值。具体来说，以可供调整踏板转动阻力的固定式脚踏车为例，制造者在开发阶段会先对脚踏车的样机进行测试，利用一驱动装置(例如油压马达)驱转脚踏车的踏板组，并且测量、记录驱动装置在不同等级的踏板阻力及各种踏板转速下的输出功率，进而建立一份二维阵列形式的功率对照表，及/或一份对应的代谢当量对照表，用来预存在规格相同的脚踏车产品的控制系统中；这样，在运动系统及阻力系统相同的脚踏车上，当使用者踩动踏板在某阻力等级下以某转速转动，可推定使用者的运动功率等同于驱动装置在相同等级的踏板阻力及相同的踏板转速下的输出功率，因此能通过对照表(必要时以插值运算作为辅助)适当求出对应的运动功率和/或代谢当量。

相对于查表法，近来也有部分运动器材会实际测量其运动系统运作时的机械功或功率，进而根据实际计算使用者的运动出力或运动功率。其中一种已付诸实现的方法是，例如在固定式脚踏车的曲柄轴上设置以旋转轴线为共同圆心的两环形齿栅，并以固定不动的感测器得到两环形齿栅随曲柄轴旋转时所产生的连续脉波，由于两组脉波讯号的相位差反映了曲柄轴在驱动扭力下的扭曲变形，因此可计算出曲柄轴的扭力(比例对应于使用者的运动出力)，并可搭配转速测量而计算出转动功率(比例对应于使用者的运动功率)。具体技术内容可参见美国第6,356,847号专利及关联文献。但是，实行这种方法的结构较为复杂、精密，成本较高。

另一种可行的方法是，例如在固定式脚踏车的传动皮带轮的径向辐条上设置用于测量辐条弯曲变形的应变规(strain gauge)，皮带轮属于曲柄轴(驱动端)与飞轮(负载端)之间的传动元件，基于径向辐条的弯曲变形程度可计算出曲柄轴的扭力，并可搭配转速测量而计算出转动功率。在这种方法中，因为测量装置(应变规)是设置在旋转构件(皮带轮)上，其测量信号必须经由无线传输模块或滑环及电刷(slip ring brushes)结构才能传送至固定架上的运算控制单元，所以存在成本较高、信号传输较不稳定的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种可测量使用者出力的运动器材，其能在使用者进行运动时实际测量与运动系统的受力有对应关系的特定参数，进而相对精确地求出使用者对运动系统的出力大小，或进而求出与使用者出力有对应关系的预设函数的值，例如运动功率、代谢当量、热量消耗速率等。此外，本发明适用于各种具有飞轮及磁阻系统的运动器材，本发明结构相对简单、成本较低。