專利名稱：軌跡導引式運動訓練系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關于一種軌跡導引式運動訓練系統，尤指一種利用可控制的循環(huán)式運行 軌跡(例如圓形或橢圓形)導引使用者肢體運動并偵測使用者動作狀態(tài)的系統及其 控制方法。
背景技術：
太極拳是一種廣泛流傳且有益身心的運動，無論一般學習者或學術上的研究， 皆對于其運動效果給予極佳的評價。推手運動是太極拳的訓練方法之一，除了可達 到一定的運動量及基本動作演練之外，也訓練身體感覺的敏感度及平衡與協調能力 的訓練，以增進身體的反應速度與靈敏度。
傳統訓練方式中，推手運動須以兩人對練為原則；兩人面對面以手腕互相輕觸， 并使接觸點以近似圓形或橢圓形的路徑繞行，周而復始，運用手部、腕部甚至小臂 的觸覺而感測對方的動態(tài)，并作出適當應變，過程中兩人的手必須保持輕微接觸， 但又不可互相施力抵抗，因此必須有相當敏銳的體感覺及協調性與反應能力，是一 全身性的良好運動。惟此運動必須兩人互相搭配練習，無法單獨演練，另一方面， 練習者也沒有客觀的學習評量數據可供參考，使此運動推廣受到限制。
因此歷年來本領域所提供的相關的運動設施，以期能突破上述的限制，而有助 該太極拳運動的推廣普及；如中國TW219301號專利與中國專利CN00218198. 4、 CN393202770. 9，皆各揭示一種太極推手模擬裝置，然此等輔助裝置皆為被動式的 固定設施，并未提供互動或可調整編程的導引系統，因而無法發(fā)揮有效的運動訓練 效果。
而中國TW161402號專利的太極拳運動裝置雖揭示一種提供往復動作拳套的機 構以提供使用者運用太極拳式閃躲或套招對打的練習；然而此等機構并未設有任何 偵測使用者動作的元件或方法，且無法依使用者的需求調整運行軌跡及模式，而使 其訓練功效難臻理想。
發(fā)明內容
有鑒于上述的需要及前案設備無法克服的問題，本發(fā)明旨在提供一軌跡導引式 運動訓練系統，以模擬推手運動中練習者的一方為目的，配合不同難度及運動軌跡 的訓練模式，提供客觀數據作為訓練結果參考。
本發(fā)明技術方案
本發(fā)明提供一種軌跡導引式運動訓練系統，其主要包含一導引軌跡形成單元與 一控制單元，該控制單元可控制該軌跡形成變化的導引軌跡，并偵測一使用者相對 于該導引軌跡形成單元的動作，其特征在于-
該導引軌跡形成單元包含一基座、動力源、傳動軸、曲柄組及與曲柄組樞接的
一連桿組；該動力源在該控制單元的控制下帶動傳動軸使得曲柄組旋轉，使該連桿 組以該曲柄組為樞點相對于該產生基座運動，而于連桿的末端產生一循環(huán)式軌跡。 本發(fā)明進步效果-
透過使用本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統著重于推手訓練中身體平衡與協 調能力的訓練，以便使用者通過練習增進身體的反應速度與靈敏度。
同時，透過使用本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統使推手運動不必受限于練習 對手的配合，使用者可隨時隨地不受拘束地進行練習。
此外，本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統運用可編程調整的連桿機構形成富有 變化的導引軌跡，可配合使用者的需要，充分導引其進行有效的運動訓練。
并且，經由本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統配合感測元件的運用，能夠偵知 使用者的動作狀況，以適時提醒使用者動作施力的缺失，或將偵測結果輸出作為訓 練的參考。
圖1:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置的立體外觀圖。 圖2:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置上半部的立體分解圖。 圖3:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置下半部的立體分解圖。 圖4:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置上半部的組合圖。 圖5:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置上半部的俯視圖。
圖6:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置中第三連桿伸出臂相對于該主框架向
外伸長的動作示意圖。
圖7:是本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置中第四連桿樞軸組滑移的動作示意圖。 圖8:是據本發(fā)明軌跡導引式運動訓練裝置的一種實施方式，顯示馬達部分加
裝一飛輪系統的示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1至圖7，其所說明本發(fā)明軌跡導引式運動訓練系統的一種實施方式， 該系統主要包含一導引軌跡形成單元及一控制單元，茲將其結構關聯分別敘述如 下
如圖l、圖2中可見，根據本實施例，該導引軌跡形成單元包含一基座10，其 上設有一動力源ll，該動力源ll可為一電動馬達或帶有減速機的電動馬達，并連 接一傳動軸12，該動力源11與傳動軸12之間可裝設有一扭力限制器(未繪示)作 為安全裝置或一傳動機構(未繪示)，例如聯軸器或皮帶輪組；該傳動軸12進一步 連接一曲柄組13，并有一連桿組樞設于該曲柄組13之上。
現請參照圖4、圖5，該連桿組主要包含一第一連桿14、 一第二連桿15、 一第 三連桿16、 一第四連桿17及一樞軸組18;各該連桿樞接于其毗連的連桿，以構成 一平行四邊形的連桿組合；其中，該第一連桿14以其中央部位的一曲柄樞接點g 與該曲柄組13樞接，而其一端與該第二連桿15樞接于一第一樞接點a;該第二連 桿15的遠離該第一樞接點a的一端與該第三連桿16樞接于一第二樞接點b;該第 三連桿16的遠離該第二樞接點b的一端與該第四連桿17樞接于一第三樞接點c; 以及該第四連桿17的遠離該第三樞接點c的一端與該第一連桿14樞接于一第四樞 接點d，而構成一大致為平行四邊形的連桿組。該第四連桿17延伸于該第四樞接 點d后的末端以一樞軸組18與該基座10樞連于一樞軸組樞接點f 。當以上的連桿 組產生運動時，于該第三連桿16鄰近于該第二樞接點b的末端e產生一循環(huán)式軌 跡。
此外，根據本實施例，該第三連桿16進一步包含一主框架162及一伸出臂161; 該主框架162以前述的第二樞接點b、第三樞接點c與該第二連桿15及第四連桿 17樞接，而該伸出臂161可滑動地設置于該主框架162內部，并與一固定于主框 架162的致動器163連接，因而該伸出臂161可在該致動器163的控制下相對于該 主框架162伸縮，而使前述的第三樞接點c與第三連桿末端e間的距離產生增長或 縮短的變化，如圖6所示。
并且，根據本實施例，該第四連桿17與該樞軸組18的結合處可為滑動式的結 合方式，而該第四連桿17更進一步連結一固定于該樞軸組18的致動器171，使該 第四連桿17可于該致動器171的驅動下與該樞軸組18產生相對滑移，而使前述的 第四樞接點d與樞軸組樞接點f間的距離產生增長或縮短的變化。圖7所示說明該 第四連桿17于該致動器的推動下滑移，而使該連桿組的連桿間距離關系產生變化。
根據以上結構，當該動力源11驅動該傳動軸12并帶動該曲柄組13轉動時， 可使該連桿組產生移動；而該第三連桿16與第四連桿17個別或結合的長度變化使 該第三連桿末端e產生變化各異的循環(huán)移動軌跡。
現請參閱圖5，據上所述，當第二樞接點b與第三樞接點c的距離等于第一樞 接點a與第四樞接點d的距離^￡=M，且第一樞接點a與第二樞接點b的距離等于 第三樞接點c與第四樞接點d的距離^=cd時，于該第三連桿末端e處可得到一近 似橢圓的軌跡；而當第三樞接點c與第三連桿末端e的距離除以曲柄樞接點g與第
四樞接點d的距離￡^/組等于第三樞接點c與樞軸組樞接點f的距離除以第四樞接 點d與樞軸組樞接點f的距離^f/M，該第三連桿末端e可得到一正圓形軌跡。
在本發(fā)明的一種實施方式中，各該連桿下方可設置分別樞接于連桿及基座且長 度可伸縮的一軌道19或一連桿191，使各該連桿及軌道得以其與基座的樞接點為 軸心，分別作水平方向擺動，以支撐該連桿組的重量。
另外，本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統并包括一裝設于該第三連桿末端e處
的導引裝置40，以供使用者的肢體可以接觸或倚靠該裝置以便跟隨該第三連桿末
端e的移動軌跡移動。根據本發(fā)明的一種實施方式，該導引裝置40可為一搖桿機
構，該搖桿機構包括一搖桿401及一固定座體402，該搖桿401受外力推動時可相
對于固定座體402作任意方向偏擺，且當外力卸除時可自動回復常態(tài)位置。而該搖
桿401進一步包含一觸控感測元件或電路，可偵知使用者手部施力與接觸的相關資
訊，并與前述的控制單元為訊號的連結。
此外，本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統可能設有一飛輪系統以穩(wěn)定該傳動軸
的轉速；如圖8所示，該飛輪系統包含一設于該基座的一飛輪軸24、 一樞設于飛 輪軸上的飛輪組23、 一設于該傳動軸12上的皮帶輪22及一連結該皮帶輪22與該 飛輪組23的傳動皮帶25。
本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統并可包括一位于該基座10下方的一支撐結 構20與一底座30，其結構如圖1及圖3所繪示；該支撐結構20可為一具有升降 功能的機構，其利用如一設于該支撐結構20的致動器201與設于該底座30的滑軌 301組成；如圖所示，該支撐結構20為一X形結構，其上端樞設于該基座IO底部， 而其下端一側樞設于該底座30，另一側滑設于該滑軌301中；當該致動器201啟 動時，使該支撐結構20的下端于該滑軌301上移動，以達成使得基座10相對于底 座30的垂直高度調整的作用。
本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統更包括一控制單元，該控制單元包括一與前 述的動力源11、第三連桿16的致動器163、第四連桿17的致動器171及支撐結構 20的致動器201為操作的連結的控制電路、 一與該導引裝置40為訊號連結的偵測 系統、 一資料庫、 一運算單元與一輸入裝置、 一顯示裝置及一警示裝置各與前述的 控制電路、資料庫及運算單元連結，該控制單元可包含以下功能
1. 軌跡控制指該控制單元表現于第三連桿末端(e)運行軌跡的大小、形狀、 高度的控制，包含定軌跡模式與變軌跡模式。于定軌跡模式下，運行軌跡的大小、 形狀、高度于訓練過程中保持不變。于變軌跡模式下，運行軌跡的大小、形狀、高 度等變數可于訓練過程中在設定的變化幅度內加以變化，變化的方式可為定時或不 定時變化，且配合單項或多項變數同時作改變。
2. 速度控制指連桿組運行速度的控制，包含定速模式與變速模式。于定速模
式下，運行速度于設定時間內逐漸加速至指定速度后，維持該速度穩(wěn)定的運行。于 變速模式下，運行速度于設定時限內逐漸加速至指定速度后維持預設的一段時間， 然后在設定的變化幅度內定時或不定時增速或減速。
3. 動作偵測指本發(fā)明導引使用者肢體運行時，可經由導引裝置40上所裝設
的觸控感測元件或電路偵測使用者手部與該導引件之間的相對運動而產生回饋訊 號，偵知使用者肢體與導引元件的相對位置關系，藉以判斷使用者肢體在跟隨導引 元件運行的過程中，兩者的速度與軌跡路徑的一致性。
4. 資料庫本發(fā)明的軌跡導引式運動訓練系統可含有一個或多個資料庫，建立 人體生理條件與運行速度、軌跡、誤動作容許次數…等的對應關系資料，可供使用 者使用該輸入裝置輸入生理條件資料后，自動快速設定訓練參數使或依據該運動生 理學資料庫及該使用者生理資料庫自動編寫運作程式。
5. 運算單元，可利用前述資料庫的資訊為參數運算該使用者動作偵測單元偵
測的結果并將之轉換為一特定訊號，當動作超前或落后程度達設定的容許值以上時 判定為失誤，將一警告資訊顯示于該顯示裝置或警示裝置，并可分別記錄超前或落 后失誤的次數與發(fā)生時間點。
如上所述，該輸入裝置、顯示裝置及警示裝置系各與前述的控制電路、資料庫 及運算單元連結，因此可依設計的需要配合各項功能而發(fā)揮資料輸入、資訊告知、 動作提示等功效。
雖然本案是以一個最佳實施例做說明，但精于此技藝者能在不脫離本案精神與 范疇下做各種不同形式的改變。以上所舉實施僅用以說明本案而已，非用以限制本 案的范圍。舉凡不違本案精神所從事的種種修改或變化，俱屬本案申請專利范圍。
權利要求
1.一種軌跡導引式運動訓練系統，包含一導引軌跡形成單元與一控制單元，該控制單元可控制該軌跡形成變化的導引軌跡，并偵測一使用者相對于該導引軌跡形成單元的動作，其特征在于該導引軌跡形成單元包含一基座(10)、動力源(11)、傳動軸(12)、曲柄組(13)及與曲柄組(13)樞接的一連桿組；該動力源(11)在該控制單元的控制下帶動傳動軸(12)使得曲柄組(13)旋轉，使該連桿組以該曲柄組(13)為樞點相對于該產生基座(10)運動，而于連桿的末端產生一循環(huán)式軌跡。
2. 如權利要求1所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該連桿組包含 一第一連桿(14)、 一第二連桿(15)、 一第三連桿(16)、 一第四連桿(17)及一樞軸組 (18);該第一連桿(14)與該曲柄組(13)樞接，且該樞軸組(18)與該基座(10)樞接， 而使該循環(huán)式軌跡產生于第三連桿(16)的一端。
3. 如權利要求1所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于進一步包含一飛輪系統以穩(wěn)定該傳動軸(12)的轉速；該飛輪系統包含一設于該基座(10)的一飛輪軸(24)、 一樞設于飛輪軸(24)的飛輪組(23)、 一設于該傳動軸(12)上的皮帶輪(22) 及一連結該皮帶輪(22)與該飛輪組(23)的傳動皮帶(25)。
4. 如權利要求2所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該第三連桿(16) 包含一主框架(162)、 一伸出臂(161)及一固定于該主框架(162)并可驅動該伸出臂 (161)的致動器(163);該致動器(163)可在該控制單元的控制下使該伸出臂(161) 與該主框架(162)產生相對位移而使該第三連桿(16)的長度可為伸縮的變化。
5. 如權利要求2所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該第四連桿(17) 與該樞軸組(18)為滑動的結合方式，使得該第四連桿(17)與該樞軸組(18)可產生相 對滑移；且該第四連桿(17)進一步包含一固定于該樞軸組(18)的致動器(171)，該 致動器(171)在該控制單元的控制下帶動該第四連桿(17)與該樞軸組(18)產生相對 滑移。
6. 如權利要求1所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該基座(IO) 下方設有一支撐結構(20)與一底座(30)，且該支撐結構(20)為一具有升降功能的機 構，因此該基座(10)相對于底座(30)的垂直高度可于該控制單元的控制下作調整。
7. 如權利要求2所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該第三連桿(16) 的一端可設有一導引裝置(40)，使得使用者的肢體可以接觸或倚靠該裝置以便跟隨 其移動，而該導引裝置(40)為一設有一觸控感測元件或電路與并與該控制單元為 訊號連結的桿機構，其系包含一搖桿(401)及一固定座體(402);該搖桿受外力推動時可相對于該固定座體為任意方向偏擺，并可將偏擺角度轉換為一訊號傳送至該控制單元，當外力卸除時搖桿(401)可自動回復常態(tài)位置。
8. 如權利要求1所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該控制單元包含一導引軌跡控制單元，控制一硬體設備的一導引元件在運行過程中產生一固定的或可程式控制的導引軌跡，用以導引使用者肢體依循導引軌跡的路徑運行；一運轉速度控制單元，以定速或可程式控制的變速方式來控制運行的速度；以及一使用者動作偵測單元，偵測使用者肢體與導引元件的相對位置關系，藉以判 斷使用者肢體在跟隨導引元件運行的過程中，兩者速度與軌跡路徑的一致性。
9. 如權利要求8所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該控制單元包 含資料庫單元及運算單元，使該控制單元可依據該運動生理學資料庫及該使用者生 理資料庫自動編寫運作程式，而該運算單元可利用前述資料庫的資訊為參數運算該 使用者動作偵測單元偵測的結果。
10. 如權利要求8所述的軌跡導引式運動訓練系統，其特征在于該控制單元 包含一輸入裝置、 一顯示裝置及一警示裝置。
全文摘要
一種軌跡導引式運動訓練系統，其主要包含一導引軌跡形成單元與一控制單元，該導引軌跡形成單元可在該控制單元的控制下形成變化的導引軌跡，以導引一使用者依循該軌跡進行運動，并可配合不同難度及運動軌跡的訓練模式，偵測使用者動作狀態(tài)，而提供客觀數據作為訓練結果參考。
文檔編號A63B22/00GK101185798SQ20061013878
公開日2008年5月28日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權日2006年11月16日
發(fā)明者莊佳勳, 陳淳和 申請人:財團法人自行車暨健康科技工業(yè)研究發(fā)展中心