TWM626093U - 跑步負荷監測記錄裝置 - Google Patents

Abstract

一種跑步負荷監測記錄裝置，係為一穿戴裝置，而該跑步負荷監測記錄裝置係包含一外殼本體及一配戴本體，該配戴本體連接於該外殼本體上，用以將該外殼本體配戴於一人體身上，而該外殼本體內係設置有一處理單元及一加速度器，其中該處理單元內部係具有一轉換計算單元，而該加速度器用以偵測出多個軸向之加速度數據，並傳送至該處理單元，以依據該多個軸向之加速度數據取得一跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及一時間資料則能夠取得一跑步負荷率，而該跑步負荷值及跑步負荷率係顯示於該外殼本體之顯示單元上，用以了解累計負荷及當下的負荷強度，以及方便事後觀察隨時間跑步之累積負荷與負荷強度的變化。

Description

跑步負荷監測記錄裝置

本創作是有關一種跑步負荷監測記錄裝置，特別是一種用以了解跑步當下的負荷強度，以及方便事後觀察隨時間跑步負荷強度的變化之穿戴裝置。

跑步，是一項全球盛行的運動，不僅可作為老少咸宜的健身運動亦是一項競技運動項目。在路跑賽事盛行的現今，不僅長跑項目的運動員會規律地進行跑步訓練，許多的業餘跑者也會大量地從事跑步訓練。

為了避免在大量跑步訓練下衍生的運動傷害，同時提升訓練的效益，跑者們會進行有計畫性的跑步訓練，規劃數週、數月乃至一整年的跑步訓練課表與負荷量。

為了有效率的監測每次跑步訓練時的負荷量，一般會使用穿戴式感測裝置（如Garmin及Polar等品牌之穿戴裝置）來量測跑步時的距離、速度、以及估計的「跑步功率」（running power）等參數，藉以記錄每次訓練的量與負荷，並檢視其跑步表現是否如預期發展。

雖然跑步的距離、速度以及功率可分別反映訓練時的跑量、表現與負荷率，然這些參數的計算，皆需仰賴全球衛星定位系統（global positioning system, GPS）所量測到的位置來加以推算。

而裝置一旦GPS訊號受干擾時，如被大樓或橋梁遮蔽時，所推算的距離、速度與跑步功率則會失準，甚至不能計算（例如在室內運動），如此的錯誤對於跑步之訓練紀錄來講，是非常致命且亟需解決的問題。

因此，本案設計一個不需要GPS，只透過加速規訊號來計算即可反映跑步負荷，如此設計對於跑步之訓練紀錄來講，將能夠避免不避要的失準與錯誤產生，因此本創作應為一最佳解決方案。

本創作跑步負荷監測記錄裝置，係為一穿戴裝置，而該跑步負荷監測記錄裝置係包含：一外殼本體，該外殼本體上係設置有一顯示單元，而該外殼本體內係設置有一處理單元及一與該處理單元電性連接之加速度器，其中該處理單元內部係具有一轉換計算單元，而該加速度器用以偵測出一多個軸向之加速度數據，並傳送至該處理單元，以由該處理單元之轉換計算單元依據該多個軸向之加速度數據取得一跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及一時間資料則能夠取得一跑步負荷率，而該跑步負荷值及該跑步負荷率係顯示於該外殼本體之顯示單元上；以及一配戴本體，用以連接於該外殼本體上，而該配戴本體用以將該外殼本體配戴於一人體身上。

更具體的說，所述加速度器係為一多軸向加速度計，用以偵測一人體擺臂之加速度，並將多個軸向之加速度數據計算產生一合加速度數據。

更具體的說，所述跑步負荷值係依據該合加速度數據之每個瞬間的絕對變化量的總合所取得，而該時間資料係為一跑步時間數據，且該跑步負荷率係為一隨跑步時間變化之跑步負荷強度變化資料。

更具體的說，所述處理單元係包含有至少一個處理器及至少一個電腦可讀取記錄媒體，該等電腦可讀取記錄媒體係儲存具有該轉換計算單元，其中該電腦可讀取記錄媒體更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器執行該等電腦可讀取指令時，能夠使該轉換計算單元進行運作，以依據該多個軸向之加速度數據取得該跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及該時間資料則能夠取得該跑步負荷率，而該跑步負荷值及該跑步負荷率係顯示於該外殼本體之顯示單元上。

更具體的說，所述轉換計算單元係包含一接收模組，係與該接收模組相連接，用以接收至少一個具有該多個軸向之加速度數據之數據檔；一第一運算模組，用以多個軸向之加速度數據計算合加速度，再依據該合加速度數據之每個瞬間的絕對變化量的總合，以取得該跑步負荷值；一第二運算模組，係與該第一運算模組相連接，用以依據該跑步負荷值及該時間資料取得該跑步負荷率，該跑步負荷率係為隨時間變化之跑步負荷值變化資料；以及一輸出模組，係與該第一運算模組及該第二運算模組相連接，而該輸出模組用以將該跑步負荷值及該跑步負荷率顯示於該外殼本體之顯示單元上。

更具體的說，所述轉換計算單元更包含有一第三運算模組，係與該第二運算模組相連接，用以依據一定時間內之跑步負荷率及一平均速度值，取得一跑步效率值，該跑步效率值係每一單位之跑步負荷值所能產生之移動距離。

有關於本創作其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1A~1D圖，為本創作跑步負荷監測記錄裝置之裝置結構示意圖、外殼本體之內部架構示意圖、處理單元之內部架構示意圖及轉換計算單元之內部架構示意圖，由圖中可知，該跑步負荷監測記錄裝置係為一配戴於手臂任何位置的穿戴裝置，而該跑步負荷監測記錄裝置係包含有一外殼本體1及一配戴本體21,22，其中該配戴本體21,22用以連接於該外殼本體1上，該配戴本體21,22用以將該外殼本體1配戴於一人體身上。

該配戴本體21,22係為皮製或是其他材質所製成，而該配戴本體21上具有一扣部211，且該配戴本體22上具有扣孔221，用以配戴於人體上時，能夠將該扣部211扣入該扣孔221內，以使該跑步負荷監測記錄裝置能夠穩定配戴於於人體手臂上。

而該外殼本體1上係設置有一顯示單元11（顯示螢幕，能夠為任何類型的螢幕面板所製成），而該外殼本體1內係設置有一處理單元12及一與該處理單元12電性連接之加速度器13（圖中所示為外連接，但亦能夠於該處理單元12內建加速度器），其中該加速度器係為一多軸向加速度計，用以偵測一人體擺臂之多個軸向之加速度，並依據多個軸向之加速度計算產生該合加速度數據。

而處理單元12係包含有至少一個處理器121及至少一個電腦可讀取記錄媒體122，該等電腦可讀取記錄媒體122係儲存具有一轉換計算單元1221，其中該電腦可讀取記錄媒體122更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器121執行該等電腦可讀取指令時，能夠使該轉換計算單元1221進行運作，以依據該多個軸向之加速度數據取得一跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及時間資料則能夠取得該跑步負荷率，而該跑步負荷率係顯示於該外殼本體1之顯示單元11上。

跑步雖是一項以下肢為主的運動，但卻是涉及全身性的協調運動，即跑步過程中，上肢與下肢的動作是相互對稱的，例如右腳向後推蹬時，左腳會向前抬腿，左手則會相應的向後擺臂，而右手會向前擺臂。這是因為下肢推蹬地面時，會使身體產生左右旋轉的角動量，為了相互抵銷這個動量使身體保持平衡而不會有過大的左右轉動，故上肢會作出相對應力量的擺臂動作。

因此，隨著跑步速度越快，下肢推蹬的力量越大，擺臂的幅度與力量也會隨之增加。因此可知，擺臂的力量可反映跑步時的推進力，而其累積量可反映跑步的負荷量。

根據牛頓第二運動定律（force =mass ×acceleration），在質量不變的情況下，加速度變化會與力量變化呈正相關。故，我們利用穿戴在手腕或手臂其他位置處的加速規所量測到的加速度訊號，來透過轉換計算單元1221估算跑步負荷。

其中該轉換計算單元1221係包含： (1)    一接收模組12211，用以接收至少一個具有多個軸向之加速度數據之數據檔； (2)    一第一運算模組12212，用以依據該多個軸向之加速度數據計算出一合加速度數據，再依據該合加速度數據之每個瞬間的絕對變化量的總合，以取得該跑步負荷值； (3)    一第二運算模組12213，係與該第一運算模組12212相連接，用以依據該跑步負荷值及該時間資料取得該跑步負荷率，該跑步負荷率係為隨時間變化之跑步負荷值變化資料； (4)    一第三運算模組12214，係與該第二運算模組12213相連接，用以依據一定時間內之跑步負荷率及一平均速度值，取得一跑步效率值，該跑步效率值係每一單位之跑步負荷值所能產生之移動距離； (5)    一輸出模組12215，係與該第一運算模組12212、該第二運算模組12213、該第三運算模組12214相連接，而該輸出模組12215用以將該跑步負荷值、跑步負荷率或/及跑步效率值顯示於該外殼本體1之顯示單元11上。

進一步說明，本案之第一運算模組12212是透過計算三軸合加速度的每個瞬間的絕對變化量的總合，以做為基於手腕加速度所估算的「跑步負荷值（wrist acceleration-based estimated running load, W）」（如下公式1），以下簡稱為W，單位為g (gravity)，當W數值越大表示累積的跑步負荷越大，而公式1如下：

(1)

而本案之第二運算模組12213，更進一步依據該跑步負荷值及該時間資料取得該跑步負荷率（將W除以單位時間（min），可反映「跑步負荷率（running loading rate）（W / min）」（如下公式2），用以了解當下的負荷強度，以及方便事後觀察隨時間跑步負荷強度的變化，單位為g/min，而公式2如下： Running loading rate = W/ min       (2)

而上述時間資料係為跑者的跑步時間，該跑步時間的資料來源如下： (1)    能夠由外部裝置測量後，傳送至該處理單元12之轉換計算單元1221之接收模組12211接收，如第2圖所示，該處理單元12內更能夠連接有一無線傳輸接收器14（圖中所示為外連接，但亦能夠於該處理單元12內建無線傳輸接收之功能），以透過無線傳輸接收模組以無線傳輸方式（例如藍芽、紅外線或是WIFI）來接收時間資料； (2)    或是如第3圖所示，於處理單元12額外設置有一與該處理單元12電性連接之計時器15（圖中所示為外連接，但亦能夠於該處理單元12內建計時功能），轉換計算單元1221能夠透過該計時器15進行計時以產生紀錄時間資料。

而本案之第三運算模組12214依據一定時間內之跑步負荷率及一平均速度值，取得一跑步效率值，該跑步效率值係將速度除以「跑步負荷率」，藉此以取得「跑步效率（running efficiency）」（如下公式3），跑步效率是代表每一單位之跑步負荷值所能產生之移動距離，單位為m/g，而公式3如下： Running Efficiency = Velocity (m/min) / ( W/ min) = Distance (m) / W(3)

而平均速度值的資料來源如下： (1)    能夠由外部裝置測量平均速度，再傳送至該處理單元12之轉換計算單元1221之接收模組12211接收，如第2圖所示，該處理單元12內更能夠連接有一無線傳輸接收器14（圖中所示為外連接，但亦能夠於該處理單元12內建無線傳輸接收之功能），以透過無線傳輸接收器14以無線傳輸方式（例如藍芽、紅外線或是WIFI）來接收速度或是平均速度資料； (2)    或是如第3圖所示，於處理單元12額外設置有一與該處理單元12電性連接之測速器16（圖中所示為外連接，但亦能夠於該處理單元12內建測速功能），轉換計算單元1221能夠透過該測速器16進行測速以產生紀錄平均速度資料。

針對跑步效率，進一步舉例如下： (1)    如第4圖所示，跑者透過配戴本體21,22於手臂3戴上外殼本體1後，於跑步訓練5分鐘過程中進行監測記錄，其中先透過三軸合加速度的每個瞬間的絕對變化量的總合，以取得跑步負荷值，而跑步負荷值（Running load, W）之紀錄資料如第5A圖所示； (2)    之後再將每1分鐘內累積的跑步負荷值除以1分鐘，則能夠得到跑步負荷率（Loading rate, W/min），單位為g/min，而跑步負荷率之紀錄資料如第5B圖所示； (3)    再取得每1分鐘內的平均速度 （Running velocity, km/h）（m/min），並將平均速度除以每1分鐘內的跑步負荷率（Loading rate, W/min），以取得跑步效率值（Efficiency, m/W），其中跑步速度之紀錄資料如第5C圖所示，而跑步效率值之紀錄資料如第5D圖所示； (4)    其中由於平均速度與跑步負荷率之時間單位相互消除，最後可得每單位W能產生的移動距離，該數值越大，表示轉換的效率越好，能用越少的擺臂力量換取越多的移動距離，其中跑步效率值單位為m/g。

本創作所提供之跑步負荷監測記錄裝置，與其他習用技術相互比較時，其優點如下： (1)    本創作係為一種能夠偵測合加速度數據以取得跑步負荷值與跑步負荷率之穿戴裝置， 用以了解跑步當下的負荷強度，以及方便事後觀察隨時間累積的跑步負荷與跑步負荷強度的變化狀況。 (2)    本創作不需要GPS，只透過加速規訊號來計算即可反映跑步負荷，如此設計對於跑步之訓練紀錄來講，將能夠避免不避要的失準與錯誤產生。

本創作已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本創作前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

1:外殼本體 11:顯示單元 12:處理單元 121:處理器 122:電腦可讀取記錄媒體 1221:轉換計算單元 12211:接收模組 12212:第一運算模組 12213:第二運算模組 12214:第三運算模組 12215:輸出模組 13:加速度器 14:無線傳輸接收器 15:計時器 16:測速器 21:配戴本體 211:扣部 22:配戴本體 221:扣孔 3:手臂

[第1A圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之裝置結構示意圖。 [第1B圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之外殼本體之內部架構示意圖。 [第1C圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之處理單元之內部架構示意圖。 [第1D圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之轉換計算單元之內部架構示意圖。 [第2圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之外殼本體之內部另一實施樣態架構示意圖。 [第3圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之外殼本體之內部另一實施樣態架構示意圖。 [第4圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之跑者配戴擺臂示意圖。 [第5A圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之跑步負荷記錄示意圖。 [第5B圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之跑步負荷率記錄示意圖。 [第5C圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之跑步速度記錄示意圖。 [第5D圖]係本創作跑步負荷監測記錄裝置之跑步效率記錄示意圖。

1:外殼本體

11:顯示單元

21:配戴本體

211:扣部

22:配戴本體

221:扣孔

Claims (6)

1. 一種跑步負荷監測記錄裝置，係為一穿戴裝置，而該跑步負荷監測記錄裝置係包含： 一外殼本體，該外殼本體上係設置有一顯示單元，而該外殼本體內係設置有一處理單元及一與該處理單元電性連接之加速度器，其中該處理單元內部係具有一轉換計算單元，而該加速度器用以偵測出一多個軸向之加速度數據，並傳送至該處理單元，以由該轉換計算單元依據該多個軸向之加速度數據取得一跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及一時間資料則能夠取得一跑步負荷率，而該跑步負荷值及該跑步負荷率係顯示於該外殼本體之顯示單元上；以及 一配戴本體，用以連接於該外殼本體上，而該配戴本體用以將該外殼本體配戴於一人體身上。
2. 如請求項1所述之跑步負荷監測記錄裝置，其中該加速度器係為一多軸向加速度計，用以偵測該人體擺臂之加速度，並將多個軸向之加速度數據計算產生一合加速度數據。
3. 如請求項2所述之跑步負荷監測記錄裝置，其中該跑步負荷值係依據該合加速度數據之每個瞬間的絕對變化量的總合所取得，而該時間資料係為一跑步時間數據，且該跑步負荷率係為一隨該跑步時間數據變化之跑步負荷強度變化資料。
4. 如請求項1所述之跑步負荷監測記錄裝置，其中該處理單元係包含有至少一個處理器及至少一個電腦可讀取記錄媒體，該等電腦可讀取記錄媒體係儲存具有該轉換計算單元，其中該電腦可讀取記錄媒體更進一步儲存有電腦可讀取指令，當由該等處理器執行該等電腦可讀取指令時，使該轉換計算單元進行運作，以依據該多個軸向之加速度數據取得該跑步負荷值，並再依據該跑步負荷值及該時間資料則能夠取得該跑步負荷率，而該跑步負荷值及該跑步負荷率係顯示於該外殼本體之顯示單元上。
5. 如請求項4所述之跑步負荷監測記錄裝置，其中該轉換計算單元係包含： 一接收模組，用以接收至少一個具有該多個軸向之加速度數據之數據檔； 一第一運算模組，係與該接收模組相連接，用以依據該多個軸向之加速度數據計算出一合加速度數據，再依據該合加速度數據之每個瞬間的絕對變化量的總合，以取得該跑步負荷值； 一第二運算模組，係與該第一運算模組相連接，用以依據該跑步負荷值及該時間資料取得該跑步負荷率，該跑步負荷率係為一隨時間變化之跑步負荷值變化資料；以及 一輸出模組，係與該第一運算模組及該第二運算模組相連接，而該輸出模組用以將該跑步負荷值及該跑步負荷率顯示於該外殼本體之顯示單元上。
6. 如請求項5所述之跑步負荷監測記錄裝置，其中該轉換計算單元更包含有一第三運算模組，係與該第二運算模組相連接，用以依據一定時間內之跑步負荷率及一平均速度值，取得一跑步效率值，該跑步效率值係為每一單位之跑步負荷值所能產生之移動距離。

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