CN107281698A - 一种综合健身系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及健身器械领域，尤其涉及一种综合健身系统。该系统包括下肢锻炼系统、上肢锻炼系统、人体体征监控系统和室内环境监控系统。下肢锻炼系统包括跑步机和跑步游戏主机，跑步机和跑步游戏主机通讯，用于将跑步与跑步游戏互动。上肢锻炼系统包括绳索牵引机构和滚轮移动装置，滚轮移动装置用于调整滚轮位置，以实现对上肢施加不同角度的拉力；绳索牵引机构通过改变拉绳的收缩程度实现对上肢施加不同大小的拉力。人体体征监控系统用于在运动过程中采集使用者体征数据，并在达到运动极限时控制健身系统停止工作。室内环境监控系统用于采集室内空气湿度和二氧化碳浓度，并在两值超标时启动空气交换机进行换气。

Description

一种综合健身系统
技术领域
本发明涉及健身器械领域，尤其涉及一种集上肢锻炼、下肢锻炼以及体征和环境监测为一体的综合健身系统。
背景技术
随着物质生活水平的提高，人们越来越注重对身体的保养，健身作为锻炼身体的一项重要措施，已逐步成为人们日常业余生活的重要项目。现有的健身方式主要有跑步机训炼和器械训炼，分别锻炼下肢和上肢，两种器械都是分开设置，无法融为一体，增加了更换训练项目的繁琐性。人们在进行跑步机训练时，只是单纯的跑步，缺少娱乐性，很容易赶到乏味。而器械训练需要配备不同重量的器械以完成不同力度的训练，成本较高。另外，现有的设备不能对运动过程中人体体征数据和室内环境数据及时检测，不能在数据异常时及时采取措施，极易因运动过度或缺水缺氧引起身体不适。因此，急需一种健身系统能将上肢锻练和下肢锻炼融为一体，方便人们更换健身项目。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种综合健身系统，同时具备跑步锻炼系统和上肢锻炼系统，摒弃传统的器械锻炼，采用全新方式实现上肢锻炼，简单方便。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种综合健身系统，该系统设置为一独立的房间，房间内设置有下肢锻炼系统、上肢锻炼系统、人体体征监控系统和室内环境监控系统；
所述的下肢锻炼系统包括跑步机和跑步游戏主机，其中跑步机包括微控制器、与微控制器输入端连接的用于检测跑步机速度的速度传感器、与微控制器输出端连接的电机驱动电路和第一通讯模块，电机驱动电路输出端与跑步带驱动电机连接；跑步游戏主机包括第一微处理器、用于存储跑步游戏的数据存储模块以及第二通讯模块；跑步机和跑步游戏主机通过第一、第二通讯模块通讯，由跑步机向跑步游戏主机传输跑步机的速度信号，以使第一微处理器根据跑步机的速度信号输出用于控制跑步游戏的速度控制信号；
所述的上肢锻炼系统包括用于对上肢施力的绳索牵引机构，所述绳索牵引机构包括第一伺服电机、第一减速器、滚轮和拉绳，拉绳一端缠绕在滚轮上，第一伺服电机经第一减速器减速后控制滚轮转动，通过滚轮转动收缩或放松拉绳，拉绳另一端设有用于连接前臂或后臂的手臂固定装置，第一伺服电机根据系统指令动作，通过改变拉绳的收缩程度实现对上肢施加不同大小的拉力；上肢锻炼系统还包括设置于房间墙壁上的滚轮移动装置，用于根据系统指令调整滚轮的位置，以实现对上肢施加不同角度的拉力；所述的系统指令由综合健身系统的主控制器发出；
所述的人体体征监控系统包括用于在运动过程中采集使用者体征数据的采集单元以及用于分析体征数据的第二微处理器，采集单元包括心率检测传感器和汗液采集分析仪，心率检测传感器采集使用者的心率值并传给第二微处理器处理，汗液采集分析仪采集使用者的汗液并分析汗液成分，将数据传给第二微处理器，第二微处理器将所得数据与设定阈值比较，以判断使用者是否达到运动极限，第二微处理器通过第三通讯模块与健身系统的主控制器通讯，当达到运动极限时向其发出信号，由其控制健身系统停止工作；
所述的室内环境监控系统包括用于采集室内空气湿度的湿度传感器、用于采集室内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器以及设置于房间墙壁上的空气交换机，湿度传感器、二氧化碳浓度传感器与第二微处理器的输入端连接，由其将测得的湿度值、二氧化碳浓度值与设定的阈值比较，当空气湿度过大或二氧化碳浓度过高时第二微处理器通过第三通讯模块向综合健身系统的主控制器输出信号，由主控制器启动空气交换机进行换气。
进一步，所述的跑步机前端设置有显示屏，显示屏与跑步游戏主机的第一微处理器通讯连接，用于显示跑步游戏动态画面。
进一步，所述的第一通讯模块、第二通讯模块、第三通讯模块采用有线方式或无线方式通讯。有线通讯模块有RS232、RS485通讯接口等，无线通讯模块有蓝牙模块、WIFI模块等。
进一步，所述的滚轮移动装置包括按滚轮移动路线设置的轨道、用于带动滚轮移动的丝杠和第二伺服电机，第二伺服电机通过第二减速器连接丝杠一端，滚轮通过螺接在丝杠上的连接件与丝杠连接，连接件与轨道滑动连接，第二伺服电机受综合健身系统主控制器控制。主控制器根据所选择的运动项目以及滚轮的起始位置确定第二伺服电机应转动的圈数和方向，以指令形式发送给第二伺服电机，第二伺服电机工作带动丝杠转动，其上的连接件沿其轴向移动，在轨道的定位作用下，滚轮移到相应的位置，从而完成所选项目的动作。
为实现上臂的多方位控制，以完成不同的动作，每个上肢对应四套绳索牵引机构和滚轮移动装置，分别是前臂上下两侧各连接一套、后臂上下两侧各连接一套，用于从上侧或下侧拉伸前臂和/或后臂，以完成不同的上肢运动动作。
进一步，所述的上肢运动动作有前屈臂、哑铃抬举、直立哑铃前平举、直立哑铃侧平举、直立哑铃单臂颈后臂屈伸。上述上肢运动动作不限于以上几类，可根据健身方案确定其他类型。
综合健身系统的主控制器内置程序，针对每个上肢运动动作均有为实现该动作需对前臂和后臂施加的拉力方向所对应的滚轮位置，主控制器根据所选运动动作向滚轮移动装置发出指令，控制滚轮移动至相应位置。
综合健身系统的主控制器内设有拉绳力度级别，主控制器根据所选级别向上肢锻炼系统的第一伺服电机发出指令，控制滚轮收缩拉绳进而控制拉绳力度。这样即可模仿不同重量的哑铃类器械，无需配备多种器械，节约了成本。
综合健身系统记录使用者上肢锻炼情况，若使用者无法举起某一力度时，系统默认某段时间内达不到拉力要求后，会将力度调低，当同一使用者在某一力度下连续使用一段时间后，会增加力度。该系统可根据运动情况自动调整训练级别，自动化程度更高。
本发明的有益效果：
1、该系统既可进行上肢训练，也可进行下肢训练，在两种训练模式下自由切换，集成度较高，能满足使用者的不同健身需求。
2、利用拉绳对前臂和后臂的拉力作用模仿不同的上肢运动动作，并且通过控制器和电机自动控制拉绳拉力方向和力度级别，相比原有器械训练方式，自动化程度更高。
3、在跑步训练过程中融入跑步游戏场景，增加跑步乐趣，增强愉悦性和健身效果。
4、利用各类传感器随时监测运动过程中的人体体征数据以及室内环境数据，并根据各类数据及时判断和反应，避免运动过度或缺氧导致的身体不适。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是下肢锻炼系统的电路系统框图；
图3是上肢锻炼系统中绳索牵引机构和滚轮移动装置的结构示意图；
图4是滚轮移动装置中轨道的一个实施例侧视图；
图5是人体体征监控系统和室内环境监控系统的系统框图；
图中，1、房间，2、主控制器，3、空气交换机，4、滚轮移动装置，41、第二伺服电机，42、第二减速器，43、丝杠，44、连接件，45、轨道，46、滑槽，5、绳索牵引机构，51、第一伺服电机，52、第一减速器，53、滚轮，54、拉绳，55、手臂固定装置，6、湿度传感器，7、二氧化碳浓度传感器，8、跑步游戏主机，81、第一微处理器，82、第二通讯模块，83、数据存储模块，9、跑步机，91、微控制器，92、速度传感器，93、电源模块，94、跑步带驱动电路，95、电机驱动电路，96、第一通讯模块，97、显示屏，10、汗液采集分析仪，11、心率检测传感器，12、第二微处理器，13、第三通讯模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明做详细说明。
一种综合健身系统，如图1所示，设置在一个独立的房间1内，房间地面上放有跑步机9，房间的顶壁和侧壁上分布有八套滚轮移动装置4和绳索牵引机构5。健身系统设有主控制器2，主控制器位于房间门口处。另外，在房间墙壁上方设有空气交换机3，房间内还设有湿度传感器6、二氧化碳浓度传感器7、心率检测传感器11和汗液采集分析仪10。
下面将上述设备按功能分为若干子系统，并对各子系统的组成及工作过程做进一步描述：
如图2所示，下肢锻炼系统包括跑步机9和设置在跑步机主控台上的跑步游戏主机8，其中跑步机9包括微控制器91，微控制器91输入端连接一用于检测跑步机速度的速度传感器92，输出端连接有电机驱动电路95和第一通讯模块96，电机驱动电路95输出端与跑步带驱动电机94连接，用于控制跑步带的速度。跑步游戏主机8包括第一微处理器81、用于存储跑步游戏的数据存储模块83以及第二通讯模块82；跑步机9和跑步游戏主机8通过第一通讯模块96、第二通讯模块82通讯，由跑步机向跑步游戏主机传输跑步机的速度信号，以使第一微处理器根据跑步机的速度信号输出用于控制跑步游戏的速度控制信号。第一通讯模块和第二通讯模块采用RS485接口。跑步机前端还设有显示屏97，显示屏与跑步游戏主机的第一微处理器81连接，用于实时显示跑步游戏的动态画面。跑步机主控台内设有电源模块93，与微控制器91、第一微处理器81连接，为其供电。
如图1所示，八套滚轮移动装置和绳索牵引机构构成上肢锻炼系统，其中四套用于控制左臂，四套用于控制右臂，每个上肢对应的四套绳索牵引机构中，分别是前臂上下两侧各连接一套、后臂上下两侧各连接一套，用于从上侧或下侧拉伸前臂和/或后臂。
如图3所示，所述绳索牵引机构5包括第一伺服电机51、第一减速器52、滚轮53和拉绳54，拉绳54一端缠绕在滚轮53上，第一伺服电机51连接第一减速器52，第一减速器52输出轴连接滚轮53，带动滚轮转动，通过滚轮转动收缩或放松拉绳。拉绳54另一端通过手臂固定装置55连接前臂或后臂，所述手臂固定装置为绑带。所述滚轮移动装置4包括按滚轮移动路线设置的轨道45、用于带动滚轮移动的丝杠43和第二伺服电机41，轨道45固定在房间墙壁上，按照相应滚轮移动路线确定安装位置和形状。第二伺服电机41连接第二减速器42，第二减速器42输出轴连接丝杠43一端，滚轮53通过螺接在丝杠上的连接件44与丝杠43连接。轨道45设有两面敞开的滑槽46，连接件44横向贯穿轨道的滑槽46，与轨道滑动连接。第二伺服电机带动丝杠旋转时，连接件沿丝杠平行移动，在轨道限定下带动滚轮移到相应位置。
第一伺服电机、第二伺服电机均受综合健身系统主控制器控制。主控制器内置程序，针对每种上肢运动动作均有为实现该动作需对前臂和后臂施加的拉力方向所对应的滚轮位置，主控制器根据所选运动动作和滚轮所处位置确定每个第二伺服电机应转动的圈数和方向，以指令形式发送给各第二伺服电机，第二伺服电机工作带动各滚轮移到相应的位置，这样拉绳收缩时即可实现既定方向的拉力，从而完成某一运动动作。所述的上肢运动动作有前屈臂、哑铃抬举、直立哑铃前平举、直立哑铃侧平举、直立哑铃单臂颈后臂屈伸，也可根据健身所需扩展其他动作。
另外，综合健身系统的主控制器内设有拉绳力度级别，主控制器根据所选级别向上肢锻炼系统的第一伺服电机发出指令，控制滚轮收缩拉绳进而控制拉绳力度。综合健身系统还可记录使用者上肢锻炼情况，若使用者无法举起某一力度时，系统默认某段时间内达不到拉力要求后，会将力度调低，当同一使用者在某一力度下连续使用一段时间后，会增加力度，起到增强锻炼的效果。
如图5所示，所述的人体体征监控系统包括心率检测传感器11、汗液采集分析仪10、第二微处理器12和第三通讯模块13，心率检测传感器由使用者安装在胸部，实时采集使用者运动过程中的心率值并传给第二微处理器处理；汗液采集分析仪安装在与使用者皮肤接触的部位，采集使用者的汗液并分析汗液成分，将数据传给第二微处理器。第二微处理器内事先设置了人体运动极限所对应的心率值、汗液乳酸含量值、矿物质成分含量值。第二微处理器将传来的数据与相对应的极限值比较，当所测得的心率大于心率极限值，或者汗液中的乳酸含量、矿物质成分含量增高到极限值后又下降，均认为使用者已达到运动极限，这时第二微处理器通过第三通讯模块向健身系统的主控制器发出信号，由其控制健身系统停止工作。人体体征监控系统还可计算使用者运动消耗的卡路里、运动时间、最大肺活量、平均心跳数等参数，并将各项参数显示并存储下来，以备使用者查询。
如图5所示，所述的室内环境监控系统包括湿度传感器6、二氧化碳浓度传感器7和空气交换机3，湿度传感器6、二氧化碳浓度传感器7与第二微处理器12的输入端连接，将测得的湿度值、二氧化碳浓度值传给第二微处理器，第二微处理器将所得值与设定的阈值比较，当空气湿度过大或二氧化碳浓度过高时第二微处理器通过第三通讯模块向综合健身系统的主控制器输出信号，由主控制器启动空气交换机3进行换气。

Claims (9)

1.一种综合健身系统，其特征在于：该系统设置为一独立的房间(1)，房间(1)内设置有下肢锻炼系统、上肢锻炼系统、人体体征监控系统和室内环境监控系统；
所述的下肢锻炼系统包括跑步机(9)和跑步游戏主机(8)，其中跑步机(9)包括微控制器(91)、与微控制器输入端连接的用于检测跑步机速度的速度传感器(92)、与微控制器输出端连接的电机驱动电路(95)和第一通讯模块(96)，电机驱动电路(95)输出端与跑步带驱动电机(94)连接；跑步游戏主机(8)包括第一微处理器(81)、用于存储跑步游戏的数据存储模块(83)以及第二通讯模块(82)；跑步机和跑步游戏主机通过第一、第二通讯模块通讯，由跑步机向跑步游戏主机传输跑步机的速度信号，以使第一微处理器根据跑步机的速度信号输出用于控制跑步游戏的速度控制信号；
所述的上肢锻炼系统包括用于对上肢施力的绳索牵引机构(5)，所述绳索牵引机构(5)包括第一伺服电机(51)、第一减速器(52)、滚轮(53)和拉绳(54)，拉绳(54)一端缠绕在滚轮(53)上，第一伺服电机(51)经第一减速器(52)减速后控制滚轮转动，通过滚轮转动收缩或放松拉绳，拉绳(54)另一端设有用于连接前臂或后臂的手臂固定装置(55)，第一伺服电机根据系统指令动作，通过改变拉绳的收缩程度实现对上肢施加不同大小的拉力；上肢锻炼系统还包括设置于房间墙壁上的滚轮移动装置(4)，用于根据系统指令调整滚轮的位置，以实现对上肢施加不同角度的拉力；所述的系统指令由综合健身系统的主控制器(2)发出；
所述的人体体征监控系统包括用于在运动过程中采集使用者体征数据的采集单元以及用于分析体征数据的第二微处理器(12)，采集单元包括心率检测传感器(11)和汗液采集分析仪(10)，心率检测传感器采集使用者的心率值并传给第二微处理器处理，汗液采集分析仪采集使用者的汗液并分析汗液成分，将数据传给第二微处理器，第二微处理器将所得数据与设定阈值比较，以判断使用者是否达到运动极限，第二微处理器通过第三通讯模块(13)与健身系统的主控制器(2)通讯，当达到运动极限时向其发出信号，由其控制健身系统停止工作；
所述的室内环境监控系统包括用于采集室内空气湿度的湿度传感器(6)、用于采集室内二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器(7)以及设置于房间墙壁上的空气交换机(3)，湿度传感器(6)、二氧化碳浓度传感器(7)与第二微处理器(12)的输入端连接，由其将测得的湿度值、二氧化碳浓度值与设定的阈值比较，当空气湿度过大或二氧化碳浓度过高时第二微处理器通过第三通讯模块(13)向综合健身系统的主控制器输出信号，由主控制器启动空气交换机(3)进行换气。
2.根据权利要求1所述的综合健身系统，其特征在于：所述的跑步机(9)前端设置有显示屏(97)，显示屏(97)与跑步游戏主机的第一微处理器(81)通讯连接，用于显示跑步游戏动态画面。
3.根据权利要求1所述的综合健身系统，其特征在于：所述的第一通讯模块(96)、第二通讯模块(82)、第三通讯模块(13)采用有线方式或无线方式通讯。
4.根据权利要求1所述的综合健身系统，其特征在于：所述的滚轮移动装置(4)包括按滚轮移动路线设置的轨道(45)、用于带动滚轮移动的丝杠(43)和第二伺服电机(41)，第二伺服电机(41)通过第二减速器(42)连接丝杠(43)一端，滚轮(53)通过螺接在丝杠上的连接件(44)与丝杠连接，连接件与轨道滑动连接。第二伺服电机受综合健身系统主控制器控制。
5.根据权利要求1-4任一项所述的综合健身系统，其特征在于：每个上肢对应四套绳索牵引机构和滚轮移动装置，分别是前臂上下两侧各连接一套、后臂上下两侧各连接一套，用于从上侧或下侧拉伸前臂和/或后臂，以完成不同的上肢运动动作。
6.根据权利要求5所述的综合健身系统，其特征在于：所述的上肢运动动作有前屈臂、哑铃抬举、直立哑铃前平举、直立哑铃侧平举、直立哑铃单臂颈后臂屈伸。
7.根据权利要求6所述的综合健身系统，其特征在于：综合健身系统的主控制器内置程序，针对每个上肢运动动作均有为实现该动作需对前臂和后臂施加的拉力方向所对应的滚轮位置，主控制器根据所选运动动作向滚轮移动装置发出指令，控制滚轮移动至相应位置。
8.根据权利要求5所述的综合健身系统，其特征在于：综合健身系统的主控制器内设有拉绳力度级别，主控制器根据所选级别向上肢锻炼系统的第一伺服电机发出指令，控制滚轮收缩拉绳进而控制拉绳力度。
9.根据权利要求8所述的综合健身系统，其特征在于：综合健身系统记录使用者上肢锻炼情况，若使用者无法举起某一力度时，系统默认某段时间内达不到拉力要求后，会将力度调低，当同一使用者在某一力度下连续使用一段时间后，会增加力度。
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