TW403668B - Load adjusting device of an aerobic exercise equipment - Google Patents

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A7 B7 的

403GCS 五、發明説明（！ 「發明的詳細說明」 本發明係有關一種有氧運動器具，係藉一種可進行走 路運動及慢跑運動的固定式電動跑步機，及藉一種可進行 腳踏車運動的自行車測力機，及藉一種可進行爬樓梯運動 的踏步機等，以進行身體全身或部分的運動’使其具有供 給氧氣以燃燒身體脂肪的效果者。 「發明所要解決的課題」 在使用有氧運動器具進行運動之目的，係除了強化心 肺功能並提高全身耐久力外，另外是為了健康而消耗身體 多餘的脂肪以消除肥胖，並且使身體結實也是一個大目標 〇 如此，以控制體重等健康運動為目的時，如一面接受 在何種程度運動及以何種的頻率且要持續多久為最好等有 關運動處方指導的話，則會更有效果。 但是’在接受指導上，因有經濟上的負擔及時間上 限制，故並不是每個人都可清鬆的接受。 在此本發明之目的，係以立下體脂肪率目標，再以 種所謂的運動程式做自動的計算，以決定如要鍛鍊出此目 標體脂肪率的體格’則要以何_度之運動及以何種頻率 並持續多久才可，且料縣U縣料上所規定的負 荷值，則是藉有氧運動器具的負荷變更襄置自動地變換， 使不會為煩雜的機械操作所„，以確實㈣_動效果 ’並使達到目標體型但不會勉強。 ’ 「為決解課題的裝置」 良紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4規格（21〇χ297公羞 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 經濟部中央梯準局貝工消費合作社印装 4〇3GG^ A7 --------B7___ 五、發明説明^^ -- 為達成如此之目的’本發明係構成如下； 亦即是，設置於可變更負荷之訓練用有氧運動器具上 者’其特徵在於包含有： —人體阻抗測量裝置，係藉接觸於身體之電極以測量 人體阻抗者； —資料輸入裝置’係用以輸入性別、年齡、身高及體 重的個人資料者； 體脂肪率算出裝置，係根據前述人體阻抗與個人資 料而算出體脂肪率者； 一目標體脂肪率設定裝置，係用以設定目標之體脂肪 率者； 一運動次數設定裝置，係用以設定運動次數者； —必要運動量算出裝置，係用以比較目標體型與現在 體型，而算出消除前述兩者之差的所需運動量者； 一運動程式決定裝置，係用以根據所算出之所需運動 量及前述設定運動次數，而決定一規定有有氧運動器具之 負荷以及使用時間之運動程式者；及， 一負荷變更裝置，係用以將有氧運動器具之負荷可變 更成與前述所決定之運動程式所規定之值相同者； 而可將有氧運動器具調整成達成目標體型所需之運動 程式的負荷。 另外，更具有：一決定運動程式裝置，係根據所算出 之所需運動量與前述設定運動次數，而決定規定有目標心 跳數及使用時間之運動程式者；及一測量運動中之心跳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公兼） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-6- A7 B7 403668 五、發明説明（3 的心跳數測量裝置’及一負荷變更裝置，係用以變更有氧 運動器具之負荷者； 而可將有氧運動器具調整成達成目標體型所需之運動 程式的負荷。 「發明的實施形態」 以下參照圖面對本發明的實施形態予以說明。 於第1圖〜第3圖係分別顯示實施本發明的各種有氧運 動器具之概略圖。 第1圖係電動跑步機A1，在跑步帶3上步行或跑動以 進行走路運動或慢跑運動。 於電動跑步機A1的前方設置一觸摸式的彩色液晶板c ’且於其上顯示運動負荷的調整及跑步帶B的斜坡度、速 度及心跳數等。 運動負荷的調整’係以變化跑步帶B的斜坡度或帶支 軸的制動扭矩來進行調整。 而人體阻抗及心跳數的測量係如第4圖所示，握住安 裝於彩色液晶板C之下方的方向桿η的進行。 第2圖係自行車測力機Α2，以腳踏動踏板ρ而進行腳 踏車運動。 於自行車測力機Α2的前方設置觸摸式的彩色液晶板c ’且於其上顯示運動負荷的調整、踏板速度、行駛距離及 心跳速等。 其運動負荷的調整’係以變化踏板Ρ之摩擦阻抗或踏 板旋轉轴制動力來進行調整。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂 經濟部中央梂準局員工消費合作社印製 .1=· i IJ ί G張 > 靖(210><297公瘦 403666 經濟部中央樣準局負工消費合作社印製

A7 B7 五、發明説明（4) 而人體阻抗及心跳數的測量，係握住安裝於彩色液晶 板C之下方的方向桿Η的進行。 第3圖係踏步機A3,以腳踏動踏板ρ進行爬樓梯運動 〇 於踏步機A3的前方設置觸摸式的彩色液晶板c，且於 其上顯示運動負荷的調整、踏步速度、踏步數及心跳速等 而人體阻抗及心跳數的測量，係握住安裝於彩色液晶 板C之下方的方向桿η的進行。 另外，作為有氧運動器具的運動負荷之變更裝置，被 知道有一種在隨著運動而旋轉的旋轉轴上將圓板連結成一 體，並藉配置於該圓板旁邊的電磁鐵之磁束使圓板產生渦 電流，而藉此對旋轉軸做煞車者。此時，藉變更流向電磁 鐵的線圈電流，以改變對旋轉軸的制動扭矩。 於第5圖上顯示本發明所實施的負荷自動調整裝置的 功能流程圖。 曰該負荷自動調整裝置，其構成係具有：一人想阻抗測 量裝置11，其係藉方向桿Η的電極以測量人體阻抗者； -資料輸入裝置12,其係藉彩色液晶板C以輸入性別 、年齡、身高及體重的個人資料者； -脂肪率算出裝置13，其係根據人體阻抗測量結果與 資料輸入内容來算出體脂肪率者； 、 -運動能力估算震置14,其係將從肌肉與骨頭等重量 除去體脂肪的除脂肪組織與性別及年齡做評估以估算出其

本紙張尺度遥用中國國家標準（CNS〉A4it#. ("210x297/^ (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

-8 - 40366Ϊ： A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（5 ) 運動能力者； 一目標體脂肪率設定裝置15，其係設定目標之體脂肪 率者； 一運動次數設定裝置16，其係指定期間與頻率並設定 為達到目標之體脂肪專所必要的運動次數； 一必要運動量算出裝置17，比較目標的體脂肪率與現 在的體脂肪率並於每一次運動算出必要的運動量（負荷與 時間之積）； 一運動量修正裝置18，其係於每一次運動時，比較目 標之體脂肪率與現在之體脂肪率，並對應其差以修正運動 量者； 一心跳數測量裝置19，其係藉方向桿Η之電極以測量 心跳數者； 一運動程式決定裝置20,其係根據所算出的必要運動 量與前記設定運動次數，以決定規定目標心跳數及使用時 間的運動程式者；及， 一負荷變更裝置21，其係比較由心跳數測量裝置19所 測量心跳數與前記的目標心跳數，並使其兩者成為一致的 變更有氧運動器具的負荷者； 另外，關於體重也可將應變儀等裝置於有氧運動器具 上且在運動中做測量亦可。 於第6圖上，係顯示將裝置電極之方向桿Η之一部分 擴大的重要部分擴大圖。 方向桿Η，係於棒狀絕緣體之中間部設置左右的握把 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210X297公釐） A7 B7 403666 五、發明説明（6) 部HL、HR，並分別繞捲著供電側電極HI、H1與檢出側H2 、H2而以4端子電極構成。並使供電侧電極HI、H1與檢 出側H2、H2之間不做接觸的予以隔開。 該等之電極設置場所係不限於在方向桿Η，其他場所 例如彩色液晶板C的框周圍亦可。 於第7圖上顯示人體阻抗測量裝置π的測量回路之流 程圖。 測量回路係將電壓產生器23所產生的50kHz之正弦波 交流電壓，藉驅動回路24 '變壓器T1及切換開關25A供應 至供電側電極Η1、Η1。 如以兩手握住方向桿Η的左右握把部，則於檢出側電 極Η2 ' Η2之間會產生交流電壓。 並將於檢出側電極Η2、Η2所產生之交流電壓，藉切 換開關33Α '變壓器Τ2、帶狀區域過濾器26、整流回路27 、增幅器28而變換成直流電壓’並且藉波形整形、等級調 整、偏差調整後、類比/數位（A/D)變換器29、輸入/輸出（1/〇) 介面30而輸入至中央處理器（cpu)31。另外32係為記憶體 〇 為修正因構成測量回路之要素的時間經過變化及溫度 特性所造成的誤差，故於測量人體阻抗前，要預先校正檢 出侧回路的輸出特性。 亦即是，將人體阻抗Z與檢出側回路所檢出的交流電 壓v之關係應用於（回歸直線ζ=κ· v+c〇)之程式上。 並且，使於2個已知電阻值之電阻尺丨與^^的兩上， ; - . 1 *^1 m m - . - ^ n^i I , JATV (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--- 經濟部中央樣準局員工消費合作社印裝 本纸張尺度適用 ( CNS ) A4W^r ( 210X297^ )~ A7 B7 403668 五、發明説明（7 ) 附加上與測量人體阻抗Z時相同的預定交流電壓，且檢測 出發生於電阻R1與R2之兩端的交流電壓V，並求出回歸直 線之比例定數K與固定定數C0。 因此，從中央處理器31輸出控制信號，並藉輸入/輸 出介面30、切換單元33及切換控制回路33A以變換切換開 關33AS，並於變壓器T1之二次侧與變壓器T2之一次側間 ，可自由自在切換至分別連接著的2個電阻R1與R2。 接著，從中央處理器31輸出控制信號，並藉輸入/輸 出介面30、切換單元33及切換控制回路33B以變換切換開 關33BS，並將測量對像切換至電阻R1或電阻R2。 將人體阻抗測量裝置11計算出人體阻抗的計算方法顯 示於程式1。 「程式1」 人體阻抗=A X傾斜度X測量值+試料 A=0.792男性握把 0.825女性握把 0.893男性電極 0.95女性電極 傾斜度=(810 — 310)/(上方測量值一下方測量值） 試料= 810—傾斜度X上方測定值 另外，將體脂肪率算出裝置13計算出體脂肪率的計算方法 顯示於程式2。 「程式2」 女性時： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） m· nn HD tm .n ^11^1 ^^^1''. m nn ^^^1 ^^^1 · .- vv'i· . ' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 訂------？------- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4036G8 at B7 五、發明説明（8 ) 體脂肪之比例==(1 —去除脂肪/體重）χ 100 去除脂肪= 〇.6483 X(身高X身高)/阻抗+BX體重+5.091 Β= 0.1699 身高150以上 0.12 身高未達150 理想體重上限+2.5 α上 0.13 理想體重上限+2.0以上 0.14 理想體重上限+1.5以上 0.15 理想體重上限+1.0以上 0.16 理想體重上限以上 0.1699 理想體重未達上限 理想體重上限= (身高 一 100)Χ0.9Χ 1.1 男性時： 體脂肪之比例=(4.95/體密度一4.5) X 100 體密度=1.1554 一（0.0841 X體重X阻抗)/(身高X身高） 運動能力估算裝置14，其係使運動安全地進行以及將 運動效果提高至最大限，而估算其運動能力者。且該運動 能力成為按照體力以設定運動強度之依據者。 而運動能力在一般上係以最大氧氣吸取量作為基準的 估算，但在此係將從肌肉及骨頭等體重中減去體脂肪的除 脂肪組織當作能力之指標以估算該運動能力。 另外，可有效率地燃燒體脂肪之運動強度，以心跳數 之級數上來算，在最高心跳數的約60〜90%時係被視為最 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ,ιτ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 鐵濟續:繊教403668 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（9 ) 適當，故從定為「最高心跳數= 220—年齡」來看，運動 能力評估上也加入年齡的評估。另外，性別也同樣的被列 入評估。 目標體脂肪率設定裝置15係藉觸控式之彩色液晶板P ，從項目表中選擇作為目標之體脂肪率，女性時為Π〜24% 、男性時為14〜20%的理想體脂肪率。 在一定之時間内未選擇作為目標之體脂肪率時，將女 性與男性時分開，分別自動的設定其標準的體脂肪率。 運動次數設定裝置16係例如使3個月、半年、1年等的 期間與以1週1次、1週3次或每天等的頻率顯示於項目表上 ，並從其中選擇期間與頻率，以設定運動次數。 而於規定輸入時間内，未選擇期間與頻率時，則按照 目標體脂肪率與現在體脂肪率之差自動的選擇適當的期間 與頻率，並自動的設定運動次數。 必要運動量算出裝置17係比較目標體脂肪率與現在之 體脂肪率，以算出每一次運動時所必要的運動量。 一般上，運動量係運動之強度與時間的相乘積，可如 下的予以表示。 運動量（kcal)==運動強度（kcal/分）X運動時間（分） 因此，如要提高運動量，則必須加強運動強度，或者 是加長運動時間。 必要的運動量係首先從每次運動所設定之目標體脂肪 率與現在的體脂肪率之差，求得應該減少的體脂肪量。 並且，體脂肪lkg大約相當於7000kcal，故要消耗該 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 403668 五、發明説明（1〇 ) 體脂肪則要將必要之卡路里量轉換成必要的運動量。 藉運動而被消耗之單位時間的卡路里量，係根據每等 級之強度效率與基本代謝量，以程式3之計算式求得。 「程式3」 單位時間之卡路里消耗量=2.35 X強度效率X基本代謝量八440 在此基本代謝量= COX體重X(100—體脂肪率）/100 +Cl co = =24.0349 女性未滿40歲 21.951 女性40歲以上 27.717 男性未滿40歲 25.333 男性40歲以上 Cl = = 427.64 女性未滿40歲 424.38 女性40歲以上 188.21 男性未滿40歲 243.28 男性40歲以上 另外，強度效率係規定於下記的每一等級 等級1 強度效率= 0.825 等級8強度效率 =1.000 2 0.850 9 1.025 3 0.875 10 1.050 4 0.900 11 1.075 5 0.925 12 1.100 6 0.950 13 1.125 7 0.975 14 1.150 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

.14 - A7 B7 403668 五、發明説明（n ) 運動強度係從14階段的等級中，按照運動能力估算装 置14所估算之運動能力的等級而被顯示於項目表上，並在 顯示之中做選擇。 在未做等級選擇時’則會自動設定標準之等級。 且在等級以自動或手動設定後，剛才所求得換算成卡 路里的應該減量之體脂肪，將為消耗該體脂肪所必要的運 動量，除以藉由運動在單位時間上所消耗的卡路里量，藉 此求得必要的運動時間。 運動時間係設定成，被指為耗盡體脂肪為止所需最低 之12分鐘以上的時間。 運動量修正裝置18係從每次運動之目標體脂肪率與現 在之體脂肪率之差求得應該修正（減量）的體脂肪量，並將 為消耗該體脂肪所必要的卡路里量轉換成必要的運動量’ 且將此運動量傳送至必要運動量算出裝置17，以修正該必 要的運動量。 如此，藉操作板將何種程度之運動以何種頻率須持續 多久期間才可等，以提出為達成目標之體脂肪率所必要的 運動私式，並按照運動進行狀況的修正運動程式的話，則 不須粍費組合適當運動程式的時間，而有可使必要的運動 做有效率的集中之優點。 接著，所謂決定運動程式裝置2〇,係根據裝置17所算 出的必要運動量與在裝置16上所設定的運動次數，在"欠 運動上要使用該運動器具多少時間，且如使在此時之心跳 數成為多少的負荷時，則計算可否消化必要的運 本紙張尺度適 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂---- 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 "15 - 403668 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（12 ) 從該結果，決定一運動程式，該程式係規定著目標心跳數 與運動器具的使用時間者。 在負荷變更裝置21係比較由心跳數測量裝置19所測出 之心跳數與前述之目標心跳數’且使兩者能成為—致的調 整變更跑步皮帶B之斜坡度、踏板P之磨擦阻力、重量咬 者是制動扭矩等的有氧運動器具之負荷。 藉此’使實際之心跳數保持於必要運動量算出裝置17 所設定的運動強度之心跳區域。 而於第8圖，係顯示運動量設定裝置17顯示於彩色液 晶板C的體脂肪率之目標與實際成績的變遷圖表。 該體脂肪率之目標與實際成績的變遷圖表，係於其縱 軸與橫轴分別刻劃著體脂肪率（％)與運動次數，且顯示出 每次運動之趙脂肪率的目標值與在每次運動所測量到的體 脂肪率之實際成績值。 另外’於第9圖上’顯示體重與體脂肪量及除脂肪體 重之目標與實際成績的變遷圖表。 而體重與體脂肪量及除脂肪體重之目標與實際成績的 變遷圖表’係於其縱轴與橫軸分別刻劃著由體脂肪量（kg) 與除脂肪體重（kg)所構成的體重（kg)與運動次數，並顯示 每次運動之體重與體脂肪量及除脂肪體重之目標值，及每 次運動所測量到的體重與體脂肪量及除脂肪體重之實際成 績值。 於有氧運動器具上’係如上記，具有一種以心跳數調 整負荷的間接形式，及一種與心跳數無關而直接設定負荷 ——ί—IIοι— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) |、玎------®-----------.------ *浓反關τ國國家標準（CNS) (21G χ 297公董） -16- 13 五、發明説明（ 的直接形式。 而在直接形式時，係計算出在1次之運動上，要使用 該運動ϋ具多少相，且此時負荷要為多大值是否可消 化必要的運動量。並從該結果，決定—運動程式該程式 :規定著負荷與運動器具的使用時間者。於第5圖係顯示 著該直接與間接的兩種形式。 「發明的效果」 如以上所說明，在本發明之有氧運動器具的負荷自動 調整裝置上’以目標之體脂肪率作為基準，而為達成該目 標，則要決定-種勒程式，其係決定何種程度之負荷的 運動要以何種鮮且要持、❹久_間才好者，且在成為 該決定之運動程式上所規定的負荷值時，因係在有氧運動 器具之負荷變更裝置上自動的操作，故不會有使人煩惱的 煩雜之機械操作，並確實的發揮運動效果，且有可使其成 為目標體脂肪率之體格但不會勉強的效果。 「圖面的簡單說明」 第1圖係實施本發明的電動跑步機之概略圖。 第2圖係實施本發明的腳踏車測力計之概略圖。 第3圖係實施本發明的腳踏步器之概略圖。 第4圖係於第1圖之電動跑步機上，顯示體脂肪率測量 情形的使用狀態圖。 第5圖係實施本發明之負荷自動調整裝置的功能流程 圖β 第6圖係實施本發明之方向握把的重要部位擴大圖。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS > Α4規格（210X297公釐） -17- 403668 A7 B7 五、發明説明（14) 第7圖係實施本發明之人體阻抗測量回路的流程圖。 第8圖係運動量設定裝置所顯示之體脂肪率目標與實 際成績的變遷圖表。 第9圖係運動量設定裝置所顯示之體重目標與實際成 績的變遷圖表。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 未紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） -18- 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 403666 A7 A7 ---- —____B7 五、發明説明（15 ) 元件標號對照 11…人體阻抗測量裝置 30…輸入\輸出（I/O)介面 12.··資料輸入裝置 31...中央處理器（CPU) 13…體脂肪率算出袭置 32...記憶體 14···運動能力估算裝置 33A..·切換控制回路 15…目標體脂肪率設定裝置 33B...切換控制回路 16…運動次數設定裝置 33AS·.·切換開關 17…必要運動量算出裝置 33BS···切換開關 18...運動量修正裝置 A1…電動跑步機 19...心跳數測量裝置 A2…自行車測力計 20·.·決定運動程式裝置 A3·..踏步機 21...負荷變更裝置 B跑步帶 23...電壓產生器 C…彩色液晶板 24...驅動回路 Η…電極握把 25A...切換開關 Ρ…踏板 26...帶狀區域過濾器 Rl、R2…電阻 27...整流回路 ΤΙ、Τ2...變壓器 28...增幅器 HI、Η1…供電側電極 2 9…類比\數位(A/D)變換器 Η2 ' Η2·..檢出侧電極 *«46玟度適用中國國家橾準（CNS〉A4規格（210X297公釐） -19-

Claims (1)

1. 2 403668 87120979 A8 Βδ C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 申請專利範圍 L 一種有氧運動器具之負荷自動調整裝置，係設置於可 變更負荷之訓練用有氧運動器具上者，其特徵在於包 含有： 一人體阻抗測量裝置，係藉接觸於身體之電極以 測量人體阻抗者； 一資料輸入裝置，係用以輸入性別、年齡、身高 及體重的個人資料者； 一體脂肪率算出裝置，係根據前述人體阻抗與個 人資料而算出體脂肪率者； 一目標體脂肪率設定裝置，係用以設定目標之體 脂肪率者； 一運動次數設定裝置，係用以設定運動次數者； 一必要運動量算出裝置，係用以比較目標體型與 現在體型’而算出消除前述兩者之差的所需運動量者 9 一運動程式決定裝置，係用以根據所算出之所需 運動里及别述設定運動次數，而決定一規定有有氧運 動器具之負荷以及使用時間之運動程式者；及， 一負荷變更裝置，係用以將有氧運動器具之負荷 可變更成與前述所決定之運動程式所規定之值相同者 而可將有氧運動器具調整成達成目標體型所需之 運動程式的負荷β 2. —種有氧運動器具之負荷自動調整裝置，係設置於可 I i---^wl— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ¾ —^n nn aaet— mB m m -20- 403668 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 變更負荷之訓練用有氧運動器具上者，其特徵在於包 含有： 一人體阻抗測量裝置，係藉接觸於身體之電極以 測量人體阻抗者； 一資料輸入裝置，係用以輸入性別、年齡、身高 及體重的個人資料者； 一體脂肪率算出裝置，係根據前述人體阻抗與個 人資料而算出體脂肪率者； 一目標體脂肪率設定裝置，係用以設定目標之體 脂肪率者； 一運動次數設定裝置，係用以設定運動次數者； 一必要運動量算出裝置，係用以比較目標體脂肪 率與前述所算出之體脂肪率，而算出消除前述兩者之 差的所需運動量者； 一運動程式決定裝置，係用以根據所算出之所需 運動量及前述設定運動次數，而決定一規定有有氧運 動器具之負荷以及使用時間之運動程式者； 一心跳數測量裝置，係用以測量運動中之心跳數 者；及， 一負荷變更裝置，係用以將有氧運動器具之負荷 可變更成與前述所決定之運動程式所規定之值相同者 f 而可將有氧運動器具調整成達成目標體型所需之 運動程式的負荷。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) * *«1®定婕；fe ( CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 -