运动强度评估装置的制作方法

本申请有关一种评估运动强度的技术，特别涉及一种通过穿戴方式感测运动形态的运动强度评估装置。

背景技术：

近十几年随着健康意识抬头，人们从事运动频率逐年增加，其中，走路和跑步属多数人可接受的运动模式，因走路和跑步为与生俱来的能力，不仅直接、自然且非高度技巧的运动，故适合各种年龄层，通过各类运动来增加身体活动量，进而达到身体健康的目的。

当身体活动量议题为众所关注时，经研究发现，现代人运动主要目的是为了健康，因而何种运动强度才能促进健康，当变成受关注的问题，运动强度可视为运动的质，例如是缓慢的走或快速的跑，而心跳状态则为目前常作为运动强度的指标。当运动者考量每日运动量是否足够时，现行做法多是考量其运动心跳以及运动时间，也因为电子产业与穿戴式技术的快速发展，使得测量心跳与记录时间来推算运动量变成目前主要作法，然此作法存在许多问题，例如运动时间长不代表运动量够，又或是心跳快也需考量其持续时间，由上可知，既有心跳测量装置测量心跳方式将面临测量装置准确度不佳、测量用具不便或费用昂贵等问题，特别的是，装置测量不准原因可能是装置内塑胶元件氧化导致误差、测量元件无法完全贴合、或者是滤光方式测量有漏光的情况，因而若维持现有以心跳测量为主要考量，对于运动量判断恐有不准确的疑虑，此也显示利用运动强度作为判断运动量足够与否的依据的重要性。

由上可知，如何找出一种非通过心跳判断运动强度的技术，特别是，可利用搭配穿戴式装置以及既有测量工具，以于穿戴者移动时测量穿戴者的运动变化，进而得到运动强度及运动量，甚至判断卡路里消耗和是否达到每日所需运动，此将成为本技术领域人员努力追求的目标。

技术实现要素：

鉴于前述现有技术的不足，本申请的目的为提出可评估运动强度的运动强度评估装置，特别是在不以心跳(心律)为运动强度唯一依据的考量下，通过重力加速度值(G值)来判断穿戴者的运动变化，进而得到运动强度、运动量、卡路里消耗等穿戴者所需信息。

本申请的运动强度评估装置，其包括穿戴本体、测量单元、处理单元、强度比对单元以及显示单元。测量单元设置于该穿戴本体内，其用于测量穿戴者于移动时的状态变化以产生测量信号；处理单元设置于该穿戴本体内并电性连接该测量单元，且用于解析该测量信号以产生重力加速度值；强度比对单元设置于该穿戴本体内并电性连接该处理单元，且用于比对该重力加速度值与预存的重力加速度对照表，借此取得对应该状态变化的运动强度；以及显示单元设置于该穿戴本体表面并电性连接该处理单元，且用于显示该运动强度。

优选地，该测量单元为重力感测器。

于一实施例中，该处理单元于解析该测量信号之前，放大该测量信号以及将该测量信号由模拟信号(类比式信号)转换成数字信号(数位式信号)。

于另一实施例中，该强度比对单元比对该运动强度与预设的运动形态对照表，借以得到该穿戴者的运动形态。另外，该强度比对单元还分析该重力加速度值以取得该穿戴者的运动量。

于再一实施例中，该运动强度评估装置还包括卡路里评估单元，其用于依据该运动形态与该运动量评估该穿戴者的该状态变化所消耗的卡路里。

于又一实施例中，该运动强度评估装置还包括存储单元，其用于存储该运动形态、该运动量以及该所消耗的卡路里。

另外，该运动量包括对应该状态变化的移动步数或移动距离。

于另一实施例中，该运动强度评估装置还包括运动评估单元，其用于自该存储单元取得一段时间内的该所消耗的卡路里，借以评估该穿戴者于该段时间内的总消耗卡路里是否达到预设值。

于再一实施例中，该运动强度评估装置还包括传输单元，其用于传送该运动强度、该运动形态、该运动量或该所消耗的卡路里至外部电子装置。

相较于现有技术，本申请所提出的运动强度评估装置，可通过重力感测器测量穿戴者移动时的状态变化，进而取得重力加速度值，运动强度评估装置即依据重力加速度值得到对应该状态变化的运动强度，此外，重力加速度值和运动强度还可推得前述状态变化的运动量及运动形态，最终基于运动量及运动形态即可判断穿戴者所消耗卡路里，进而评判该穿戴者其每日运动是否足够。由上可知，本申请的运动强度评估装置不以传统心跳记录而以重力加速度值(G值)来决定运动强度，此可克服现有测量心跳设备的劣势，例如高成本、准确性不稳定、穿戴不舒服等问题，故可利于穿戴者准确评判其运动强度和运动量。

附图说明

图1A和图1B为本申请的运动强度评估装置的架构示意图及外观图；

图2为本申请的运动强度评估装置另一实施例的架构示意图；

图3为本申请的运动强度评估装置其他实施例的架构示意图；以及

图4为本申请不同速度行为模式能对应不同运动形态的示意图。

附图标记说明：

1 运动强度评估装置

10 穿戴本体

11 测量单元

12 处理单元

13 强度比对单元

14 显示单元

15 卡路里评估单元

16 存储单元

17 运动评估单元

18 传输单元

2 外部电子装置

具体实施方式

以下借由特定的具体实施形态说明本申请的技术内容，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容轻易地了解本申请的优点与技术效果。然本申请也可借由其他不同的具体实施形态加以施行或应用。

须知，本说明书说明书附图所示出的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所公开的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的技术效果及所能实现的目的下，均应仍落在本申请所公开的技术内容得能涵盖的范围内。

重力感测器(又称加速规、加速度仪)与计步器为多数人记录身体活动量的常用装备，两者具有一定准确度和便利性，因而本申请考量以重力感测器测量重力加速度值，借此推出穿戴者其运动强度、运动形态及运动量。经长期研究及部分期刊发表可知，于高速跑动时手腕前后轴积分值与矢状面的加速度可预估跑步时的身体活动量，也就是利用三轴向量将执行身体活动量的加速度动能转换成计数，并以线性回归方程式估算其能量消耗，因而可得到心跳、加速度、步频等三种数据存在正相关的关系，故本申请据此提出以重力加速度值来推衍穿戴者其运动强度、运动形态及运动量。

图1A和图1B为本申请的运动强度评估装置的架构图及外观图。如图1B所示，运动强度评估装置1可为穿戴式装置，例如手环或胸带等，图1B以手环为例示而非仅限于此。如图所示，运动强度评估装置1包括穿戴本体10，可用于令运动强度评估装置1穿戴于穿戴者身体部位，而运动强度评估装置1其他运行单元则设置于穿戴本体10的表面或其中。

如图1A所示并同时参考图1B，本申请的运动强度评估装置1包括测量单元11、处理单元12、强度比对单元13及显示单元14。

测量单元11设置于穿戴本体10内，该测量单元11用于测量穿戴者于移动时的状态变化以产生测量信号。于一实施例中，测量单元11可为重力感测器(G-sensor)，可用来感测穿戴者移动时的状态变化，这里所述的状态变化即指移动状态，例如移动速度快慢，也就是慢走、快走或快跑等，通过测量单元11感测穿戴者的移动状态将得到测量信号。

处理单元12设置于穿戴本体10内并电性连接测量单元11，该处理单元12用于解析该测量信号以产生重力加速度值。处理单元12为运动强度评估装置1的核心处理单元，主要提供信号处理、数据解析及运算，并电性连接其他各单元，以要求其他各单元执行运行，处理单元12可例如为处理器。

于一实施例中，处理单元12于解析测量信号之前，还执行该测量信号的放大以及将该测量信号由模拟信号转换成数字信号。

强度比对单元13设置于穿戴本体10内并电性连接处理单元12，该强度比对单元13用于比对该重力加速度值与预存的重力加速度对照表，借此取得对应该状态变化的运动强度。具体来说，强度比对单元13可执行重力加速度值与预存的重力加速度对照表的比对，借此得到所测得的重力加速度值其强度为何；也就是说，重力加速度对照表可根据不同的重力加速度做区块划分，例如G值小于1为第一区块，G值在1至2之间为第二区块，以此类推，强度比对单元13可对处理单元12所提供的重力加速度值进行确认，以判断该值属于那个区块，进而得到对应穿戴者其状态变化的运动强度。

显示单元14设置于穿戴本体10表面并电性连接处理单元12，且该显示单元14用于显示运动强度。显示单元14可为设置穿戴本体10表面的各类显示器，且不仅用于显示运动强度，之后关于运动量、运动形态或卡路里消耗情况等数据，也可通过显示单元14来显示。

由上可知，本申请的理论即测量单元11测量走路、跑步或其他运动形态过程中的加速度，常理来说，重力加速度值也与心跳有正相关的关系，也就是跑越快心跳越快，同时G值也是越大。因此，运动与速度有关，速度和G值有关，而G值和心跳有关，故本申请即可以重力加速度值(三轴加速度的平均值)来将强度做区分。从另一个角度来看，心跳(心律)、加速度、步频三者也存在正相关的关系。

另外，为了考量加速度与心跳之间相关系数，本申请不仅考量加速度的合积分，还考量各轴向加速度的积分、峰值(peak)以及平均振幅差(mean amplitude deviation，MAD)，故可更准确判断出运动强度为何。

图2为本申请的运动强度评估装置另一实施例的架构示意图。如图所示，运动强度评估装置1的测量单元11、处理单元12、强度比对单元13及显示单元14与图1A所示相似，故不再赘述。于本实施例中，运动强度评估装置1还包括卡路里评估单元15以及存储单元16。

前述的强度比对单元13，除了可通过重力加速度值与重力加速度对照表的比对以得到重力加速度值其强度为何外，还可通过分析重力加速度值以取得该穿戴者的运动量，这里所述运动量包括对应穿戴者的状态变化的移动步数或移动距离，其中，步数和距离可通过一定比例换算，而可为重力感测器的测量单元11其功能可包括步数测量，知道步数也可推得步频。

另外，强度比对单元13还可将所得到的运动强度与预设的运动形态对照表进行比对，借以得到该穿戴者的运动形态。这里所述的运动形态即是运动类型或等级，例如慢走、快走、快跑等。运动形态对照表可例如将各等级运动进行区间分类，据此依据运动强度座落区间位置为何，以推估该穿戴者所执行的运动为何种运动形态。

举例来说，每100步会有100个G值，有100笔G值强度(即G值大小)可得到运动行为，例如走、跑、跳等。

卡路里评估单元15可用于依据强度比对单元13所取得的运动形态以及运动量，评估该穿戴者其状态变化所消耗的卡路里。简言之，当知悉穿戴者的运动形态和运动量时，才能判断穿戴者强度是否足够，举例来说，移动很长距离但都是超缓慢移动，若只以距离推算是否运动足够，恐有偏颇，因而我们会依据运动强度推得运动形态，例如快跑，此时再搭配运动量，例如距离，即可更准确推估穿戴者运动是否足够，同时通过运动形态以及运动量也可以通过换算公式，推得穿戴者其状态变化所消耗的卡路里。

由上可知，本申请是考量个人化卡路里，而非公式化卡路里(现今是以步数换算距离来计算卡路里)，因而个人化计算卡路里，则可知道运动够不够，而非仅考量运动量。

另外，运动形态、运动量以及所消耗的卡路里等数据可存储于存储单元16，存储单元16可为硬盘或者是非易失性存储器，例如ROM。

图3为本申请的运动强度评估装置其他实施例的架构示意图。如图所示，运动强度评估装置1的测量单元11、处理单元12、强度比对单元13、显示单元14、卡路里评估单元15及存储单元16与图2所示相似，故不再赘述。于本实施例中，运动强度评估装置1还包括运动评估单元17以及传输单元18。

运动评估单元17用于自存储单元16取得一段时间内的所消耗的卡路里，借以评估穿戴者于该段时间内的总消耗卡路里是否达到预设值。一段时间可以是一天，但不以此为限，可依据需求调整，运动强度评估装置1可针对穿戴者一整天的总卡路里消耗量来判断运动是否足够。基于现代人无法特定挪出一段时间运动，因而本申请希望将穿戴者整日的卡路里消耗记录都可被考量，而非局限于运动状态时才被参考，故存储单元16会持续记录穿戴者各时间的状态变化。运动评估单元17则是取得预定一段时间的卡路里消耗记录，借此评估总卡路里消耗量是否达到预设值。

运动够不够主要取决量和质。量可以是考量步数或时间，质则是考量这些步数中力量是否足够，故本申请要参考G值(加速度)。因此，相较于先有考量心跳和时间，本申请可避免测量心跳设备可能带来的不稳定性。另外，利用心跳来判断运动强度会有判断误差，举例来说，在运动当下所测量心跳当然具参考性，但是运动停止后，虽然人无运动但心跳要回复到常态仍需时间，此时所测到的心跳就不属于运动中，因而若以心跳状态来决定运动强度显有偏颇，且运动是否足够是要长期观察，故仅参考几个时点的心跳量，当然无法准确推得运动强度。

优选地，运动强度评估装置1还可增设一个警示单元(图未示)，以于运动量不足时提醒穿戴者。另外，总消耗卡路里是否达到标准或穿戴者所消耗的卡路里都可通过显示单元14进行显示。

传输单元18可用于传送运动强度、运动形态、运动量或所消耗的卡路里至外部电子装置2。基于运动强度评估装置1整体追求微型化，故显示单元14当然无法一次显示多项数据，且考量存储空间有限，故运动强度评估装置1可通过传输单元18将运动强度、运动形态、运动量或所消耗的卡路里等所有数据传送至外部电子装置2，外部电子装置2可为手机、平板或电脑等。

运动强度评估装置1的强度比对单元13、卡路里评估单元15、运动评估单元17及传输单元18等可通过芯片形式设置于运动强度评估装置1内，又或者通过固件形式存在，由处理器执行处理。

图4为本申请不同速度行为模式能对应不同运动形态的示意图。如图所示，通过三位测试者(例1至例3)穿戴重力感测器(三轴加速规)在不同运动形态(例如多种速度的行走或多种速度的跑步)下一段时间进行测试，并取得稳定心跳时的加速度数据所绘制，其中，随着运动形态越激烈，所取得重力加速度值(G值)会越大，因而推算重力感测器测量穿戴者行为的重力加速度值时，将可进一步推得该穿戴者的行为为何；于本实施例中，运动形态可依据重力加速度值大小分为数个区间，如图中的区间I到区间Ⅴ，例如区间I可能是重力加速度值小于1.3，区间Ⅱ是重力加速度值在1.3至1.5，依此类推，区间划分可依据需求调整，另外，区间I到Ⅴ可对应不同运动形态，例如区间I重力加速度值小，可设定为缓慢走路，区间Ⅱ重力加速度值稍大，可设定为普通走路，而区间Ⅲ重力加速度值又更大，可设定为快速走路，之后区间Ⅳ和Ⅴ可被定为小跑步或快跑，据此通过不同重力加速度值区隔，产生不同速度行为模式，进而对应不同运动形态，故本申请运动强度评估装置即是通过重力加速度值来推得运动强度和运动形态。

综上所述，本申请的运动强度评估装置以重力感测器测量穿戴者移动时的状态变化来取得重力加速度值，并利用重力加速度值得到对应该状态变化的运动强度、运动量以及运动形态，相较于传统通过心跳来判定运动强度或运动是否足够，可能会有设备穿戴问题导致评判标准不一的情况，而本申请的运动强度评估装置可克服上述问题，且在考量穿戴者整天活动所消耗的卡路里，不再局限仅在特定时间才算运动，此也让任何时间的活动皆被记录，进而评判穿戴者每日运动是否足够。综上所述，本申请的运动强度评估装置运用以重力加速度值判定运动强度的做法，不仅优于传统以测量心跳作依据的设备和方法，且无须高成本和新设备，故对穿戴者评判整天活动质量是否足够有相当大的助益。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其技术效果，而非用于限制本申请。任何本领域技术人员均可在不违背本申请的精神及范围下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本申请的权利保护范围，应如权利要求书所列。