CN107998585A

CN107998585A - 一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置

Info

Publication number: CN107998585A
Application number: CN201711483252.4A
Authority: CN
Inventors: 卢夫龙; 李丹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-05-08

Abstract

本发明涉及一种体育锻炼器材，具体的说涉及一种带有测量装置和电子控制器，使用电磁阻力，且具备等动训练功能的装置，其结构包括电子控制器模组（1）、阻力实施模组（2）、电源管理模组（3）、移动端应用程序（4）等。用户可通过移动端应用程序（4）或控制按钮（12）设置训练模式，包括等张、等长和等动三种主要模式，根据训练模式的不同，电子控制器模组（1）采取不同的实施方案。本发明在电子控制器模组（1）的控制下，使用励磁电机发电时的阻力作为阻力源，将其所发电量再利用，并使其物联网和智能化，用较低的成本实现了等动运动，提供了一种安全、高效、环保、智能且低成本的设备。

Description

一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置

技术领域

本发明涉及一种体育锻炼器材，具体的说涉及一种带有测量装置和电子控制器，使用电磁阻力，且具备等动训练功能的装置。

背景技术

随着全民健身的发展，人们对于体育锻炼器材的需求也愈加复杂。

首先，人们对高效率锻炼器材的需求不断增加，传统的训练器材重量大、占用空间大、不宜拆卸，不方便，且多为等张和等长训练。而高效率的等动（或称为等速）训练器材由于价格昂贵，且依赖进口，普遍在一百万元左右的采购价。现有等动设备价格高的主要原因，除了关税等原因外，主要是阻力装置成本过高，高成本部分包括伺服电机、动态扭矩传感器、电子控制器以及电脑设备等。

其次，传统的器材一般使用配重块或者用户的自重作为阻力源，存在较大的安全风险。等动训练器材由于双方作用的力相同，不会发生伤害问题，被广泛用于大型医疗康复机构。

最后，人们对于锻炼器材的智能化需求更大，比如更详细的数据以及基于自身数据的分析指导，并且能够融入社交等元素。

发明内容

本发明的目的在于解决现有等速训练设备价格昂贵，传统锻炼器材不够安全、高效、智能的问题，提出了一种安全、高效、智能、低成本的智能阻力装置，本发明装置可以根据不同情况，持续实现毫秒级的可变阻力，同时实现等长、等张以及等动训练。同时，用户在使用配备了智能阻力装置的器材时，可以通过手机应用或其他终端查看数据分析，并能够实现云端数据存储。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置，它包括电子控制器模组、阻力实施模组、电源管理模组、移动端应用程序等。具体来看，电子控制器模组包括单片机、控制按钮、蓝牙模块和无线通信模块、力传感器、六轴传感器、AD和DA模块、MOS管；阻力实施模组包括励磁电机、减速器，其中电机可以是励磁电动机或励磁发电机，均作为发电机使用；电源管理模组包括蓄电池及充放电管理模块。

当用户使用外接设备进行训练时，可通过移动端应用程序或控制按钮设置训练模式，包括等张、等长和等动三种主要模式。移动端应用程序的设置将通过蓝牙或者无线模块传输至单片机。若单片机未收到训练模式通知，则默认使用等动训练模式。

智能阻力装置将通过阻力实施模组中的减速器接口，向接入的各类训练器材产生阻力。单片机通过DA模块连接至MOS管G极端口，MOS管输入端连接至电源管理模组中的充放电管理模块，输出端则连接至阻力实施模组中的励磁电机的励磁接口，即电机转子。力传感器和六轴传感器位于阻力实施模组中的减速器上。

电子控制器模组根据设置的模式内容决定阻力实施模组的实施方式。具体来看，在等动训练模式下，力传感器采集受力数据，经过AD模块转换后传输给单片机，作为单片机控制励磁电机阻力变化的基础数据，单片机计算出对应的输出电压，继而通过DA模块输出可变化且较小的电压，利用MOS管的原理，对输入电压调整后，变化的电压将调整励磁电机励磁部分的磁通量，直接影响励磁电机在被动转动时的阻力，进而影响用户训练时的阻力。在等长和等张训练模式下，不需要力传感器采集的数据，直接由单片机按照设置直接通过DA模块输出对应的电压至MOS管。训练过程中励磁电机定子切割运动的转子所产生的磁场，并由定子输出电量，并经过充放电管理模块稳流后储存在蓄电池中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明采用了新型的等动设备设计方法，在保留传统等动训练设备主要功能的同时，使用用户自己的手机取代成本较高的电脑，并将精密的伺服电动机替换为普通的励磁电机，利用励磁电机发电的基本原理作为阻力源，大幅度降低了等动训练功能的成本，使其能够被更多的领域接受，尤其是运动健身行业。

第二，本发明由于成本的降低，可以将其与部分体育锻炼器材充分结合，大幅提高体育锻炼的效率和安全性。

第三，本发明汇总了等长、等张、等动训练模式，设备体积却没有增大，可以大幅节省设备占用空间，使家用成为了可能。

第四，本发明中单片机具备充足的运算能力，智能调整锻炼过程中的细节，保证锻炼效率和安全，且与移动终端应用程序连接，查看智能分析结果，与传统体育器材和传统等动训练设备相比，智能化程度大幅提升。

第五，由于移动端应用程序的引入，使本发明操作简便，且使用过程中不会发生安全问题，因此无需专业人员在旁边指导，节省了人力成本。同时，由于本发明所需大多数电量来自于用户锻炼时的发电，使本发明具备节能环保的特点。最终，在安全、高效、智能、环保且低成本的智能阻力装置推动下，人们也会对体育锻炼产生更大的趣味性，吸引更多的人参与体育锻炼，促进我国全民健身战略的发展。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、技术特征、有益效果能够更加的明显和易懂，下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置，它包括电子控制器模组1、阻力实施模组2、电源管理模组3、移动端应用程序4等。具体来看，电子控制器模组1包括单片机11、控制按钮12、蓝牙模块13和无线通信模块14、力传感器15、六轴传感器16、AD模块17、DA模块18、MOS管19，其中六轴传感器16为陀螺仪三轴和加速度三轴；阻力实施模组2包括励磁电机21、减速器22，其中电机可以是励磁电动机或励磁发电机，均作为发电机使用，而减速器根据励磁电机的额定转速，选择20-60：1的传动比即可，过高的传动比会导致不可测阻力和噪音的增加；电源管理模组3包括蓄电池31及充放电管理模块32，其中充放电管理模块具有USB接口，用户可以借此充电。

在实际应用中，智能阻力装置将通过阻力实施模组2中减速器22的接口，向接入的外接训练器材5产生阻力。

单片机11通过蓝牙模块13或无线通信模块14连接移动端应用程序4，单片机11通过DA模块18连接至MOS管19的G极端口，MOS管19输入端连接至电源管理模组3中的充放电管理模块32，输出端则连接至阻力实施模组2中的励磁电机21的励磁接口。力传感器15位于阻力实施模组2中的减速器22上。

当用户使用外接训练器材5进行训练时，首先要通过移动端应用程序4或控制按钮12设置训练模式，包括等张、等长和等动三种主要模式，移动端应用程序4的设置通过蓝牙模块13或者无线通信模块14传输至单片机。若单片机11未收到训练模式通知，则默认使用等动训练模式。根据训练模式的不同，电子控制器模组1采取不同的实施方案。

单片机11根据模式决定阻力实施模组2的实施方式。具体来看：

在用户选择等动训练模式时，由于等动训练是用户在不同点输出不一致的最大力的训练模式，因此单片机11接收的训练模式只包含设定的速度，不包含训练的力量大小，阻力实施模组2输出的力一般为持续变化的阻力。具体来看，力传感器15采集减速器22的受力数据，经过AD模块17转换后传输给单片机11，而六轴传感器16也会同时采集减速器22的角速度和加速度数据，并直接发送给单片机，两组数据共同作为单片机11控制励磁电机21阻力变化的基础数据。单片机11将结合等动模式设置的运动速度情况，并根据减速器22的角速度和加速度以及受力数据，去除噪音后，判定用户开始正式锻炼，并在50ms-100ms之前不产生阻力，用户会在这个时间段加速到一定的速度，这时单片机11计算并输出对应的数字电压，继而通过DA模块18输出可变化且较小的模拟电压，经过MOS管19对输入电压调整后，调整励磁电机21励磁部分的磁通量，影响励磁电机21的阻力，进而产生一个与用户施力大小一致的阻力。此时，因为相互作用力相等，加速度为0，保持等速的匀速运动，即为等动训练的特征。当临近一个动作的末尾时，此时，六轴传感器16采集的数据经过分析表明一个动作即将结束。为了克服设备自身重力或者其他原因导致的智能阻力装置发生运动，将在结束10ms后产生一个较大的阻力，使设备保持在原位置。当用户继续反方向做锻炼时，由于励磁电机21产生的阻力大小在定子正反转时都相同，同样可以产生阻力，因此，实施过程同上。在锻炼过程中，单片机接收到的力传感器15和六轴传感器16的数据，包括扭力或者拉压力值、速度、加速度、角度等原始数值，以及经过计算得到的功率情况、能耗情况、时间等，都会经过蓝牙模块13传输至移动端应用程序4，并经过无线通信模块14传输至云端存储。

在用户选择等长或者等张训练模式时，由于二者仅就固定的重量进行训练，因而只需要阻力实施模组2输出指定的恒定阻力即可。单片机11在接收到用户设置的等长或者等张训练模式时，包含训练的重量。单片机11将计算出对应的输出电压，通过DA模块18输出至MOS管19，经过MOS管19对输入电压的调整，输出持续且稳定的电压到励磁电机21励磁部分，使其磁通量稳定，即励磁电机21所产生的阻力恒定，用户在施力时可以感受到对应的阻力，但是在不施力时，则不会受力。在锻炼过程中，单片机接收到的力传感器15和六轴传感器16的数据，包括扭力或者拉压力值、速度、加速度、角度等原始数值，以及经过计算得到的功率情况、能耗情况、时间等，都会经过蓝牙模块13传输至移动端应用程序4，并经过无线通信模块14传输至云端存储。

Claims

1.一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置，其技术特征是，其结构包括电子控制器模组（1）、阻力实施模组（2）、电源管理模组（3）、移动端应用程序（4）等，具体来看，电子控制器模组（1）包括单片机（11）、控制按钮（12）、蓝牙模块（13）和无线通信模块（14）、力传感器（15）、六轴传感器（16）、AD（17）模块和DA（18）模块、MOS管（19），阻力实施模组（2）包括励磁电机（21）、减速器（22），其中电机可以是励磁电动机或励磁发电机，均作为发电机使用，电源管理模组（3）包括蓄电池（31）及充放电管理模块（32）；当用户使用外接训练器材（5）进行训练时，可通过移动端应用程序（4）或控制按钮（12）设置训练模式，包括等张、等长和等动三种主要模式，根据训练模式的不同，电子控制器模组（1）采取不同的实施方案。

2.根据权利要求1所述的一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置，其技术特征是，装置将通过阻力实施模组（2）中减速器（22）的接口，向接入的各类训练器材（5）产生阻力，单片机（11）通过蓝牙模块（13）或无线通信模块（14）连接移动端应用程序（4）；力传感器（15）和六轴传感器（16）位于阻力实施模组中（2）的减速器（22）上，采集实时数据；力传感器（15）采集的数据经过AD模块（17）转换后传输给单片机（11），作为单片机（11）控制励磁电机（21）阻力变化的基础数据，单片机（11）计算出对应的输出电压，继而通过DA模块（18）输出可变化且较小的电压，利用MOS管（19）的原理，对输入电压调整后，调整励磁电机（21）励磁部分的磁通量，直接影响励磁电机（21）在被动转动时的阻力，进而影响用户训练时的阻力。

3.根据权利要求1所述的一种应用于锻炼器材的多功能智能阻力装置，其技术特征是，训练过程中励磁电机（21）定子切割运动的转子所产生的磁场，并由定子输出电量，并经过充放电管理模块（32）稳流后储存在蓄电池（31）中。