健康问题是人类关注的永恒话题,近现代尤为重视,器械健身是当今时代人们健身活动的重要组成部分。由于健身目的、健身环境、健身者身体状况等因素各不相同,与之对应的健身活动形式也就多种多样,导致作为器械健身的载体——健身器械种类繁多,形式各异。尽管外在呈现不同,各种健身器械在本质上是满足民众健身活动需求,促进身体健康的装置/装备,具有以下共性的功能需求：科学合理的健身引导、安全有效的过程约束或控制、健身数据的互联互通、直观明晰的健身效果展现以及适度的娱乐趣味性。随着科学技术发展和意识观念变化,人们对健身器械的要求更加趋于理性化,上述功能需求是制约传统健身器械进一步发展的主要因素。因此,引进其它领域的先进科技手段,改进传统健身器械,研发智能化健身装备是当前健身器械产业亟待解决的重大难题,业内至今尚未形成关于智能化健身器械的统一定义或规范。本文以健身俱乐部为应用场景,基于共性功能需求,提出了智能化健身器械的特征要求：通过设备标识、身份认证、环境感知与数据互联等技术,获取个性化运动处方,生成健身流程引导或过程控制方案,通过设备可视化终端执行过程引导控制,实时跟踪/监测健身行为和运动体征,根据个体特征适时调整控制参量。本文主要的研究内容包括：(1)智能化健身器械的功能需求与设计提出了智能化健身器械,研究了人们对智能化健身器械的健身指导、有效性、安全性、娱乐性等方面的需求,并且针对需求方面提出了具体的功能设计方案,分析了目前健身俱乐部中有氧训练区以及力量训练区中健身器械亟待解决的关键技术。(2)运动处方的数字化提出了关于有氧训练、力量训练器械运动处方的数字化接口,搭建了力量训练器的实验平台,验证运动处方的执行效果。(3)基于步法的跑步机速度跟踪控制方法研究了目前限制电动跑步机技术升级的瓶颈,提出了一种基于步法的速度跟踪控制方法,搭建了实验平台,证明该方法的有效性。最后,经过实验验证表明,本课题的研究有效克服了传统力量训练器以及跑步机的不足,智能化健身器械改变人们的健身方式,具有很大的市场应用前景,为未来的健身物联的实现提供了一定的参考。