CN103657057A - 智能屈体健身器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能屈体健身器系统，能够对颈椎、腰背部进行常规锻炼；同时该系统健身强度可调，具备两种健身模式，并能够对健身效果进行评价。该系统包括由底座、支撑面板、面板支架和滑动机构组成的健身模块；由控制模块、角度编码器、键盘和液晶显示屏组成的显示与控制模块和由主动式红外传感器及其控制电路组成的红外传感模块。该系统通过调节底座与支撑面板之间的角度和红外传感器的探测距离来调整健身强度，以适应不同使用者的需求；同时提供计时与计数两种工作模式，便于进行日常健身及体育考核。液晶显示屏上直观的显示健身强度、屈体健身时间、屈体次数及健身评价，方便使用者查看和记录。

Description

智能屈体健身器系统

技术领域

发明涉及一种健身器系统，具体涉及一种智能屈体健身器系统。

背景技术

据现有资料，屈体运动对颈椎、腰背部及腹部有较好的锻炼作用，并且有助于瘦身塑形。《易筋经》第十一式至十二式构成了一个完整的屈体运动，对颈椎有较好的放松与锻炼效果。我国第八套广播体操全身运动中也存在屈体运动，其对肩部、背部以及下肢都有很好的锻炼效果。与此同时，瑜伽运动中的屈体运动有增进睡眠、改善呼吸的功效。

传统屈体健身器健身强度不可调、工作模式单一、不能智能化的显示健身数据。而目前，健身器正朝着便携化与智能化方向发展。智能化的重要体现在与健身器可以和用户进行交互。在健身过程中，利用相关检测仪器所测得的身体各项参数能够反映锻炼时的身体健康状况。而且将不同时期健身时所测得的身体各项指标数据经过统计，利用科学合理的医学手段分析出机体在一定时期内的总体健康状况以及变化趋势，这对保持机体健康具有指导性意义。因此，对健身数据的采集、分析和评价，以及提供用户多种健身方式成为健身器智能化的重要方面。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种智能屈体健身器系统，可随时方便调整健身强度，其能够对使用者的健身过程进行打分评价。

该智能屈体健身器系统包括：红外传感模块、健身模块和显示与控制模块；其中健身模块包括底座、支撑面板、面板支架和滑动机构；所述支撑面板的一端与底座的端部铰接，设为铰接点A；所述滑动机构设置在底座的上表面；面板支架一端与支撑面板的下表面铰接，设为铰接点B，另一端与滑动机构中的滑块固接；当滑块滑动时，通过面板支架带动支撑面板绕其与底座的铰接点A转动，以改变支撑面板与底座之间的夹角。

所述显示与控制模块包括控制箱、角度编码器和液晶显示屏；所述控制箱固定在底座上；控制箱内设置单片机、红外计数器和编码器信号处理电路；所述角度编码器固定在支撑面板与面板支架的连接处，角度编码器检测当前增量式信号与方向信号，并将检测到的信号发送给编码器信号处理电路；所述编码器信号处理电路接收角度编码器发送来的信号后获得当前支撑面板与面板支架之间的夹角β，然后发送给单片机；所述单片机依据接收到的β值获得当前支撑面板与底座的夹角α。

所述红外传感模块中的红外传感器采用探测距离可调的主动式红外传感器；红外传感器设置在控制箱的上面板；当运动者的手部进入红外传感器的探测距离时，认为当前屈体运动有效；反之，则认为当前屈体运动无效；显示与控制模块中的红外计数器记录有效的屈体运动次数，然后发送给液晶显示屏显示，同时将有效的屈体运动次数发送给单片机；所述单片机依据支撑面板与底座的夹角α以及有效的屈体运动次数对屈体运动进行评分。

所述健身模块中的滑动机构包括齿槽和滑块；在所述底座上设置相互平行且齿形结构相同的齿槽，每个齿槽内放置一个滑块，滑块能够在相应的齿槽内滑动；所述面板支架的端部分别与两个滑块固接，当需要调节支撑面板与底座之间的夹角时，将两个滑块同步在相应的齿槽内滑动，带动支撑面板绕铰接点A转动；当支撑面板与底座之间的夹角达到预期值后，将滑块紧固在齿槽中。

所述健身模块中的滑动机构包括滑块、滑槽、电机和蜗轮蜗杆；所述滑槽位于底座的上表面，滑块能够在滑槽内滑动；所述面板支架的端部与滑槽内的滑块固接；电机通过蜗轮蜗杆带动滑块在滑槽内移动。

所述单片机通过下述公式对屈体运动进行评分：

$C=\frac{10\mathrm{\αN}}{3\mathrm{T\μ}}$

其中：C为评分值，范围为0-100；α为支撑面板与底座之间的夹角；N为有效的屈体运动次数；T为健身时间（s）；μ为设定的正常成人平均屈体运动次数。

在所述支撑面板的上表面敷设有防滑材料。

在所述支撑面板设置有压力传感器。

该系统包括两种工作模式，分别为计数模式和计时模式；

在计数模式下，所述单片机接收外部输入的设定健身时间；在设定的健身时间内，红外计数器记录并向单片机发送有效的屈体运动次数，同时所述液晶显示屏实时更新剩余时间；到达设定的健身时间后，单片机对该次屈体运动评价打分；

在计时模式下，所述红外计数器记录并向单片机发送有效的屈体运动次数，同时所述液晶显示屏实时更新健身时间；当单片机接收到外部输入的停止指令后，停止工作并对该次屈体运动评价打分。

在所述的计时模式过程中，当健身时间达到设定的运动时间最大值时，系统自动停止。有益效果：

（1）该系统中健身强度可调，健身强度考虑了支撑面板与底座之间的夹角、红外传感器的探测距离两个因素，能够满足不同使用者的健身需求，使用更为灵活；同时该系统设置了计时与计数两种工作模式，便于进行日常健身及体育考核，使该系统的使用范围广。

（2）该系统能够对健身数据进行采集（包括屈体运动时间及屈体运动的有效次数），并进行评价打分，使用者能够直观的了解健身结果，对保持机体健康具有指导性意义。

（3）支撑面板与踏板的角度、屈体运动时间及屈体运动的有效次数可以直观的显示在液晶屏上，便于使用者查看。

附图说明

图1为该健身系统的侧视图；

图2为显示与控制模块的示意图；

图3为采用该健身系统进行直立屈体运动的示意图；

图4为支撑面板与底座夹角的计算示意图。

其中：1-支撑面板、2-角度编码器、3-铰链、4-齿槽、5-面板支架、6-控制箱、7-底座、9-液晶显示屏、10-红外传感器、13-滑块。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种智能屈体健身器系统，能够对颈椎、腰背部进行常规锻炼；同时该系统健身强度可调，具备两种健身模式，并能够对健身效果进行评价。

该健身系统的结构如图1所示，包括红外传感模块、健身模块和显示与控制模块。

实施例1：

健身模块的结构如图1所示，包括底座7、支撑面板1、铰链3、面板支架5和由齿槽4、滑块13形成的滑动机构。底座7为智能屈体健身器系统的支撑平面，用于支持整个健身系统。支撑面板1与底座7的端部通过铰链3连接，支撑面板1能够绕该铰接点转动，以改变支撑面板1与底座7之间的夹角。在支撑面板1的上表面进行防滑设计，即敷设摩擦系数大且有花纹的橡胶材料，使用者在使用该健身系统时，站立在支撑面板1上进行屈体运动。在底座7上设置有两条平行且齿形结构相同的齿槽，每个齿槽内放置一个滑块，滑块能够在相应的齿槽内滑动。面板支架5一端与支撑面板1的下表面铰接，另一端分别与底座上的两个滑块固接，用于支持支撑面板1。当需要调节支撑面板1与底座7之间的夹角时，先将两个滑块同步在相应的齿槽内滑动，此时支撑面板1绕其与底座7的铰接点转动；当支撑面板1与底座7之间的夹角达到预期值后，将滑块用旋钮拧紧固定在齿槽内即可。

显示与控制模块的结构如图2所示，包括控制箱6、角度编码器2、键盘和液晶显示屏9。其中控制箱6位于底座7上表面滑动机构的正前方。控制箱6内设置有单片机、红外计数器和编码器信号处理电路等；其中单片机是整个健身系统的信息处理中心，能够依据健身强度和屈体运动的情况给出健身打分评价。红外计数器捕捉红外传感模块发来的信号，记录有效的屈体运动次数。编码器信号处理电路对角度编码器2发送的信号进行处理。角度编码器2固定在支撑面板7与面板支架5的连接处，角度编码器实时检测当前增量式信号与方向信号，并将检测到的信息发送给编码器信号处理电路，编码器信号处理电路接收角度编码器发送来的信号后计算得到当前支撑面板7与面板支架5之间的夹角，然后发送给液晶显示屏9显示。液晶显示屏9设置在控制箱6的上面板，用于显示系统的当前工作模式、健身时间与次数和健身评分。键盘固定在控制模块的侧面，用于选定健身时间和健身模式。

红外传感模块由探测距离可调的主动式红外传感器10及其控制电路组成，红外传感器10设置在控制箱6的上面板。红外传感模块用于进行距离探测，判断使用者当前屈体运动是否有效。主动式红外传感器由发射管和接收管组成，发射管发射一定频率的红外线，如果在设定的探测距离内被遮挡，接收管就会收到被反射的红外线；如果在设定的探测距离内不被遮挡，接收管接收不到红外线。主动式红外传感器的探测距离可手动调节。

主动式红外传感器控制电路对红外线传感器10接收管是否收到被反射的红外线进行判断：如果接收管收到被反射的红外线，控制电路输出高电平；如果接收管接收不到红外线，控制电路输出低电平。在高低电平之间会出现一个下降沿，表明使用者完成了一次有效的屈体运动。如果减小红外传感器10的探测距离，使用者必须提高腰部弯曲的程度才能使控制电路产生下降沿，从而被系统认为完成一次有效的屈体运动。如果增加红外传感器10的探测距离，使用者可通过较小的腰部弯曲使得系统认为完成有效的屈体运动。

同时该健身系统中还可在支撑面板1上设置用于测量使用者体重的压力传感器；压力传感器将检测到的信号发送给液晶显示屏显示。

实施例2：

为方便调节支撑面板1与底座7之间的夹角，本实施例提供健身模块中滑动机构的另一种结构形式。本实施例中的滑动机构包括滑块、滑槽、电机和蜗轮蜗杆。其中滑槽位于底座7的上表面，滑槽内放置滑块，滑块能够在滑槽内滑动。面板支架5一端与支撑面板1的下表面铰接，另一端与滑槽内的滑块固接，用于支持支撑面板1。电机输出轴与蜗轮相连，蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆与滑槽平行放置，且蜗杆与滑块固接；当需要调节支撑面板1与底座7之间的夹角时，启动电机，电机通过具有自锁性能的蜗轮蜗杆带动滑块在滑槽内移动；当支撑面板1与底座7之间的夹角达到预期值后，关闭电机即可。

图4为采用该系统进行屈体健身运动的示意图，从该图中可知：当支撑面板1与底座7之间的夹角一定时，红外传感器的探测距离减小，使用者必须提高腰部弯曲的程度才能使完成有效的屈体运动；红外传感器的探测距离增大，使用者可通过较小的腰部弯曲完成有效的屈体运动。在红外传感器探测距离一定时，支撑面板与底座的夹角增大，使用者需要更强烈的腰部弯曲才能使双手进入红外传感器的探测距离；该夹角减小，使用者需要较小的腰部弯曲便可使双手进入红外传感器的探测距离。因此，红外传感器的探测距离和当支撑面板1与底座7之间的夹角为影响该系统健身强度的两个因素，所述的健身强度是指直立屈体健身时腰部弯曲的程度。

编码器信号处理电路采用公式（1）计算支撑面板1与底座7的夹角α：

$\mathrm{\α}=\arccos \left(\frac{L-S\cos \mathrm{\β}}{\sqrt{L^2+S^2-2\mathrm{LS}\cos \mathrm{\β}}}\right)---\left(1\right)$

其中：β为角度编码器获得的支撑面板7与面板支架之间的夹角，L预存的为支撑面板与底座之间的铰接点到支撑面板与面板支架之间的铰接点之间的距离；S预存的面板支架的长度。滑块的位置越靠近支撑面板与底座之间的铰接点，α越大，运动强度越大；滑块位置越远离铰链，α越小，运动强度越小。本实施例中α的范围为10°-30°。

同时该智能健身系统提供了两种工作模式：计时模式与计数模式。计数模式是指使用者在采用该系统进行直立屈体运动前，在控制模块中预先设定好运动时间，在其按下键盘开始键之后，倒计时开始，液晶屏上每秒更新一次剩余时间，并实时更新屈体运动次数，直到倒计时结束。计时模式是指使用者在采用该系统进行直立屈体运动之前不预先设定时间，在其按下键盘开始键之后，液晶屏上每秒更新一次剩余时间，并实时更新屈体运动次数，直至其按下结束键。通常计数模式用于体育测试，计时模式用于日常锻炼。

下面结合附图4对该健身系统的工作过程进行详细介绍。

首先系统上电后，使用者选择健身模式；

若使用者选择计数模式，则系统进入计数模式状态：使用者依据自身需求调整健身强度，即调节支撑面板与底座之间的夹角和红外传感器的探测距离。健身强度调整完后，液晶显示屏9上显示当前支撑面板与底座的夹角，并提示输入健身时间。使用者按照设定的时间格式输入健身时间，完成时间设定后，系统预留4s的延时，方便使用者做好健身准备。4s预留时间结束之后，系统的蜂鸣器每秒鸣响一次，并同步在液晶显示屏上更新剩余时间。当使用者开始进行屈体运动后，红外计数器捕捉红外传感器控制电路传来信号的下降沿对躯体的有效运动进行计数，并在液晶显示器上实时更新，直至倒计时结束。若设定的运动时间大于10分钟，则使用者可以在倒计时过程中强行停止系统。

系统停止后，液晶显示屏上显示的设定健身时间、屈体运动次数以及依据健身强度和屈体运动的情况给出的打分评价。显示与控制模块采用公式（2）对运动情况进行打分评价：

$C=\frac{10\mathrm{\αN}}{3\mathrm{T\μ}}---\left(2\right)$

其中：C为评分，范围为0-100；α为支撑面板与底座夹角；N为有效的屈体运动次数；T为运动时间（s）；μ为正常成人平均屈体运动次数，此处取50/s。

若使用者选择计时模式，则系统进入计时模式状态：使用者依据自身需求调整健身强度，即调节支撑面板与底座之间的夹角和红外传感器的探测距离。健身强度调整完后，液晶显示屏上显示当前支撑面板与底座的夹角。然后系统预留4s的延时，方便使用者做好健身准备。4s预留时间结束之后，系统的蜂鸣器每秒鸣响一次，并同步在液晶显示屏上更新健身时间。当使用者开始进行屈体运动后，红外计数器捕捉红外传感器控制电路传来信号的下降沿对躯体的有效运动进行计数，并在液晶显示器上实时更新，直至使用者结束屈体运动或健身时间到达设定的最大值59分59秒。

系统停止后，液晶显示屏上显示的设定健身时间、屈体运动次数以及依据健身强度和屈体运动的情况给出的打分评价。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.智能屈体健身器系统，其特征在于，包括：红外传感模块、健身模块和显示与控制模块；其中健身模块包括底座（7）、支撑面板（1）、面板支架（5）和滑动机构；所述支撑面板（1）的一端与底座（7）的端部铰接，设为铰接点A；所述滑动机构设置在底座（7）的上表面；面板支架（5）一端与支撑面板（1）的下表面铰接，设为铰接点B，另一端与滑动机构中的滑块固接；当滑块滑动时，通过面板支架（5）带动支撑面板（1）绕其与底座（7）的铰接点A转动，以改变支撑面板（1）与底座（7）之间的夹角；

所述显示与控制模块包括控制箱（6）、角度编码器（2）和液晶显示屏（9）；所述控制箱（6）固定在底座（7）上；控制箱（6）内设置单片机、红外计数器和编码器信号处理电路；所述角度编码器（2）固定在支撑面板（7）与面板支架（5）的连接处，角度编码器检测当前增量式信号与方向信号，并将检测到的信号发送给编码器信号处理电路；所述编码器信号处理电路接收角度编码器发送来的信号后获得当前支撑面板（7）与面板支架（5）之间的夹角β，然后发送给单片机；所述单片机依据接收到的β值获得当前支撑面板（1）与底座（7）的夹角α；

所述红外传感模块中的红外传感器（10）采用探测距离可调的主动式红外传感器；红外传感器（10）设置在控制箱（6）的上面板；当运动者的手部进入红外传感器（10）的探测距离时，认为当前屈体运动有效；反之，则认为当前屈体运动无效；显示与控制模块中的红外计数器记录有效的屈体运动次数，然后发送给液晶显示屏（9）显示，同时将有效的屈体运动次数发送给单片机；所述单片机依据支撑面板（1）与底座（7）的夹角α以及有效的屈体运动次数对屈体运动进行评分。

2.如权利要求1所述的智能屈体健身器系统，其特征在于，所述健身模块中的滑动机构包括齿槽（4）和滑块（13）；在所述底座（7）上设置相互平行且齿形结构相同的齿槽，每个齿槽内放置一个滑块，滑块能够在相应的齿槽内滑动；所述面板支架（5）的端部分别与两个滑块固接，当需要调节支撑面板（1）与底座（7）之间的夹角时，将两个滑块同步在相应的齿槽内滑动，带动支撑面板（1）绕铰接点A转动；当支撑面板（1）与底座（7）之间的夹角达到预期值后，将滑块紧固在齿槽中。

3.如权利要求1所述的智能屈体健身器系统，其特征在于，所述健身模块中的滑动机构包括滑块、滑槽、电机和蜗轮蜗杆；所述滑槽位于底座（7）的上表面，滑块能够在滑槽内滑动；所述面板支架（5）的端部与滑槽内的滑块固接；电机通过蜗轮蜗杆带动滑块在滑槽内移动。

4.如权利要求1所述的智能屈体健身器系统，其特征在于，所述单片机通过下述公式对屈体运动进行评分：

$C=\frac{10\mathrm{\αN}}{3\mathrm{T\μ}}$

其中：C为评分值，范围为0-100；α为支撑面板（1）与底座（7）之间的夹角；N为有效的屈体运动次数；T为健身时间（s）；μ为设定的正常成人平均屈体运动次数。

5.如权利要求1、2或3所述的智能屈体健身器系统，其特征在于:在所述支撑面板（1）的上表面敷设有防滑材料。

6.如权利要求1、2或3所述的智能屈体健身器系统，其特征在于:在所述支撑面板（1）设置有压力传感器。

7.如权利要求1、2或3所述的智能屈体健身器系统，其特征在于：该系统包括两种工作模式，分别为计数模式和计时模式；

在计数模式下，所述单片机接收外部输入的设定健身时间；在设定的健身时间内，红外计数器记录并向单片机发送有效的屈体运动次数，同时所述液晶显示屏实时更新剩余时间；到达设定的健身时间后，单片机对该次屈体运动评价打分；

在计时模式下，所述红外计数器记录并向单片机发送有效的屈体运动次数，同时所述液晶显示屏实时更新健身时间；当单片机接收到外部输入的停止指令后，停止工作并对该次屈体运动评价打分。

8.如权利要求7所述的智能屈体健身器系统，其特征在于：在所述的计时模式过程中，当健身时间达到设定的运动时间最大值时，系统自动停止。

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