CN108404341A - 智能力量训练器电子配重系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能力量训练器电子配重系统及方法，属于健身器材技术领域。本发明通过拉力检测装置感应和检测器材的外部拉力信号并传递给运动控制器，运动控制器输出相应的控制信号给位移输出装置以实时控制和驱动位移输出装置，实现不同的外部拉力匹配位移输出装置相应的位移和速度，位移输出装置的位移和速度输出作用于器材，以实现器材的配重，实现了对健身器材的力量输出控制，提高了力量控制精度；操作终端设有APP增强了人机互动，简化了器械的操作步骤；另外，还实现了对器材使用过程中的数据采集和分析，并将健身数据做储存并生成分析报告，推送给用户，大大提高用户的操作便捷性和健身科学性。

Description

智能力量训练器电子配重系统及方法
技术领域
本发明涉及智能力量训练器电子配重系统及方法，属于健身器材技术领域。
背景技术
一方面随着生活水平的提高，人们对健康运动的重视越来越高，健身活动在人们的生活中越来越普及。另一方面，专业运动员的训练越来越讲究科学性和可追溯性，需要更好的智能训练器材来满足训练方法的提高。
力量型的训练器材在健身器材及专业的体育训练器材中应用都很普遍，不管哪种形式的力量型训练器材，其共同点就是都必须具备配重系统。在现有技术中，通常的力量型训练器材的配重系统都是基于通过调整砝码数量的方式来改变配重，其缺点在于：调节过程繁琐，需要人工插装定位插销改变砝码数量；训练数据没有采集和分析功能，无法实现科学的健身运动和体育训练知道；砝码的调节只能实现阶梯性配重变化，无法实现线性的自动配重变化；用户体验差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有训练器材的配重系统存在的上述缺陷，提出了一种智能力量训练器电子配重系统及方法，实现了对健身器材的力量输出控制，提高了力量控制精度；操作终端设有APP增强了人机互动，简化了器械的操作步骤；另外，还实现了对器材使用过程中的数据采集和分析，并将健身数据做储存并生成分析报告，推送给用户。大大提高用户的操作便捷性和健身科学性。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种智能力量训练器电子配重系统包括：
拉力检测装置：与器材连接，用于感应和检测器材的外部拉力，并将拉力信号转换为模拟信号和数字信号；
位移输出装置：提供可调的位移和速度输出并作用于器材以实现器材的配重；
操作终端：用于人机交互；
运动控制器：分别与拉力检测装置、位移输出装置和操作终端连接，用采集拉力检测装置的模拟电信号和数字信号，通过计算、分析并输出相应的控制信号给位移输出装置以实时控制和驱动位移输出装置，实现不同的外部拉力匹配位移输出装置相应的位移和速度；用户通过操作终端操作使用器材，运动控制器还通过采集用户对器材的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据，并将运动数据上传；
后台服务器：与运动控制器连接，接收运动控制器上传的运动数据，针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方。
优选地，还包括设置在拉力检测装置和位移输出装置之间的缓冲装置，缓冲装置用于提供缓冲作用力。
优选地，缓冲装置采用弹簧或者气弹簧。
优选地，拉力检测装置采用拉力传感器。
优选地，位移输出装置包括互相连接的伺服驱动器和伺服电机。
优选地，位移输出装置包括依次连接的电机驱动器、电机和减速器。
本发明还提出一种智能力量训练器电子配重方法，包括：
步骤S1：通过操作终端设置运动参数，并通过器材进行健身运动；
步骤S2：与器材连接的拉力检测装置感应和检测器材的外部拉力，将拉力信号转换为模拟信号和数字信号传递给运动控制器；
步骤S3：运动控制器计算和分析拉力检测装置的模拟信号和数字信号，输出相应的控制信号实时控制位移输出装置的位移和速度，位移输出装置的位移和速度输出作用于器材以实现器材的配重；
步骤S4：运动控制器采集用户对器材的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据并上传至后台服务器；
步骤S5：后台服务器针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方传递给运动控制器，运动控制器将运动处方传递给操作终端显示；
步骤S6：用户远动完成后运动控制器将运动参数、实际运动数据和运动处方生成数据报表推送至操作终端。
优选地，运动参数包括设定拉力值、设定速度值、设定距离值和运动模式。
优选地，运动控制器控制位移输出装置的控制模式包括等力模式和等速模式，等力模式和等距模式均包括等距模式和不等距模式。
优选地，等力模式为用户使用器材时，运动控制器驱动位移输出装置适配用户的拉力，使拉力检测装置保持在波动范围内；等速模式为用户使用器材时，拉力检测装置输出的保持恒定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，通过拉力检测装置感应和检测器材的外部拉力信号并传递给运动控制器，运动控制器输出相应的控制信号给位移输出装置以实时控制和驱动位移输出装置，实现不同的外部拉力匹配位移输出装置相应的位移和速度，位移输出装置的位移和速度输出作用于器材，以实现器材的配重，实现了对健身器材的力量输出控制，提高了力量控制精度；操作终端设有APP增强了人机互动，简化了器械的操作步骤；另外，运动控制器还通过采集用户对器材的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据，并将运动数据上传至后台服务器，后台服务器针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方递给运动控制器，运动控制器将运动处方传递给操作终端显示，给予用户健康科学的运动指导，大大提高用户的操作便捷性和健身科学性。
附图说明
图1是本发明配重系统的原理框图。
图2是实施例1的原理框图。
图3是实施例1中拉力检测装置、缓冲装置和位移输出装置的结构示意图。
图4是等力模式下的数学模型。
图中：1、拉力检测装置；11、拉力传感器；2、运动控制器；21、单片机控制板；3、位移输出装置；31、电机；32、减速器；4、缓冲装置；41、气弹簧；5、后台服务器；6、操作终端；7、器材。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和具体实例，对本发明提出的智能力量训练器电子配重系统及方法进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本发明所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，如图1所示，包括运动控制器3和与运动控制器3连接的拉力检测装置1、位移输出装置3、后台服务器5和操作终端6。
拉力检测装置1与器材7连接，用于感应和检测器材7的外部拉力，并将拉力信号转换为模拟信号和数字信号发送给运动控制器3，运动控制器3经过计算和分析并输出相应的控制信号给位移输出装置3以实时控制和驱动位移输出装置3，实现不同的外部拉力匹配位移输出装置3相应的位移和速度，位移输出装置3的位移和速度输出作用于器材7，以实现器材7的配重；用户通过操作终端6操作使用器材7，运动控制器3还通过采集用户对器材7的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据，并将运动数据上传至后台服务器5，后台服务器5针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方递给运动控制器3，运动控制器将运动处方传递给操作终端6显示，给予用户健康科学的运动指导，大大提高用户的操作便捷性和健身科学性。
运动控制器3通过采集用户对器材7的使用数据、分析用户的运动特征并上传至后台服务器5，后台服务器5根据其内的数据库提供相应的运动处方，提升用户的运动体验。运动控制器3不但接收拉力检测装置1采集的器材7外部拉力通过位移输出装置3控制器材7的运行外，还要对用户的运动习惯进行采集和分析。
作为优选地，系统还包括设置在拉力检测装置1和位移输出装置3之间的缓冲装置4，缓冲装置4用于提供缓冲作用力，使位移输出装置3的转速波动平缓。
在本实施例中：如图2或图3所示，运动控制器3采用单片机控制板21，拉力检测装置1采用拉力传感器11；位移输出装置3包括电机驱动器、电机31和减速器32，单片机控制板21、电机驱动器、电机驱动器、电机31和减速器32依次连接，减速器32还与单片机连接，减速器与拉力传感器11之间设有弹簧或者气弹簧41，弹簧或者气弹簧41提供拉力传感器11和位移输出装置3之间的缓冲作用力，使位移输出装置3的转速波动平缓；操作终端6采用触控显示屏、手机或IPAD，操作终端6通过有线、无线或者蓝牙与单片机控制板21连接，触控显示屏、手机或IPAD上安装有APP，实现数据读取和器材7控制，简化了器材7的操作步骤。
单片机控制板21通过采集用户对器材7的使用数据、分析用户的运动特征并上传至后台服务器5，后台服务器5根据其内的数据库提供相应的运动处方，提升用户的运动体验。单片机控制板21不但接收拉力传感器11采集的器材7外部拉力并通过电机控制器材7的运行外，还要对用户的运动习惯如使用数据、速度设定、力量设定、运动次数进行采集和分析。其中，通过拉力传感器11采集用户使用器材7的拉力、操作次数和操作频率，通过电机的脉冲采集用户使用器材7时的距离、角度等数据。
实施例2：
本实施例和实施例1的区别在于：位移输出装置3包括伺服驱动器和伺服电机，单片机控制板21、伺服驱动器和伺服电机依次连接，伺服电机和拉力传感器11之间还设有弹簧或气弹簧41。
实施例3：
本发明还提供了一种智能力量训练器电子配重方法，包括：
步骤S1：通过操作终端6设置运动参数，并通过器材7进行健身运动，其中：运动参数包括设定拉力值、设定速度值、设定距离值和运动模式，用户进行健身运动过程中实际运动数据包括实际拉力值、实际速度值、实际距离值、实际选择的运动模式和运动次数；
步骤S2：与器材7连接的拉力检测装置1感应和检测器材7的外部拉力，将拉力信号转换为模拟信号和数字信号传递给运动控制器3；本实施例中，拉力检测装置1为拉力传感器11，运动控制器3为单片机控制板21；
步骤S3：运动控制器3计算和分析拉力检测装置1的模拟信号和数字信号，输出相应的控制信号实时控制位移输出装置3的位移和速度，位移输出装置3的位移和速度输出作用于器材7以实现器材7的配重；本实施例中，位移输出装置3包括电机驱动器、电机和减速器；
步骤S4：运动控制器3采集用户对器材7的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据并上传至后台服务器5；
步骤S5：后台服务器5针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方传递给运动控制器3，运动控制器将运动处方传递给操作终端6显示；
步骤S6：用户远动完成后运动控制器3将运动参数、实际运动数据和运动处方生成数据报表推送至操作终端6。
运动控制器3控制位移输出装置3的控制模式包括等力模式和等速模式，等力模式和等距模式均包括等距模式和不等距模式。
等力模式：通过操作终端6触控显示屏、手机或IPAD设置一个设定拉力值，即模拟配重的重量，此时用户使用该器材7，单片机控制板21通过电机驱动器驱动电机来适配用户的拉力，使拉力传感器11始终保持在设定的波动范围内，即：当用户用力比较大时，电机输出的速度变快，用户用力比较小时，电机输出的速度变慢，亦是：实际拉力值减去设定拉力值≥0时，差值越大，电机输出速度越快；当实际拉力值减去设定拉力值≤0时，电机不输出。等力模式下的数学模型如下：
S＝x(F-Fn)
其中：S：电机输出速度，F-Fn：拉力差值，F为实际拉力值，Fn为设定拉力值，X为比例系数，电机输出速度与拉力差值的关系如图4所示。
等速模式：通过操作终端6触控显示屏、手机或IPAD设置一个设定拉力值，即模拟配重的重量，此时用户使用该器材7，实际拉力值超过设定拉力值时，单片机控制板21通过电机驱动器驱动电机以恒定速度输出，即当用户的实际拉力值大于设定拉力值的过程中，不管用户的拉力变大变小，电机的输出速度不受拉力差值的影响而始终保持恒定，但拉力传感器11可以实时监测到实时的拉力值。
在等力模式和等速两种运动模式下，每种模式都包含等距模式和不等距模式。当选择等距模式时，电机输出的脉冲数是固定的设定值，当选择不等距模式时，电机输出的脉冲数不受限制。

Claims (10)

1.一种智能力量训练器电子配重系统，其特征在于：包括：
拉力检测装置(1)：与器材(7)连接，用于感应和检测器材(7)的外部拉力，并将拉力信号转换为模拟信号和数字信号；
位移输出装置(3)：提供可调的位移和速度输出并作用于器材(7)以实现器材(7)的配重；
操作终端(6)：用于人机交互；
运动控制器(3)：分别与拉力检测装置(1)、位移输出装置(3)和操作终端(6)连接，用采集拉力检测装置(1)的模拟电信号和数字信号，通过计算、分析并输出相应的控制信号给位移输出装置(3)以实时控制和驱动位移输出装置(3)，实现不同的外部拉力匹配位移输出装置(3)相应的位移和速度；用户通过操作终端(6)操作使用器材(7)，运动控制器(3)还通过采集用户对器材(7)的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据，并将运动数据上传；
后台服务器(5)：与运动控制器(3)连接，接收运动控制器(3)上传的运动数据，针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方。
2.根据权利要求1所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，其特征在于：还包括设置在拉力检测装置(1)和位移输出装置(3)之间的缓冲装置(4)，缓冲装置(4)用于提供缓冲作用力。
3.根据权利要求2所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，其特征在于：缓冲装置(4)采用弹簧或者气弹簧(41)。
4.根据权利要求1所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，其特征在于：拉力检测装置(1)采用拉力传感器(11)。
5.根据权利要求1所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，其特征在于：位移输出装置(3)包括互相连接的伺服驱动器和伺服电机。
6.根据权利要求1所述的智能力量训练器电子配重系统及方法，其特征在于：位移输出装置(3)包括依次连接的电机驱动器、电机和减速器。
7.一种智能力量训练器电子配重方法，其特征在于：包括：
步骤S1：通过操作终端(6)设置运动参数，并通过器材(7)进行健身运动；
步骤S2：与器材(7)连接的拉力检测装置(1)感应和检测器材(7)的外部拉力，将拉力信号转换为模拟信号和数字信号传递给运动控制器(3)；
步骤S3：运动控制器(3)计算和分析拉力检测装置(1)的模拟信号和数字信号，输出相应的控制信号实时控制位移输出装置(3)的位移和速度，位移输出装置(3)的位移和速度输出作用于器材(7)以实现器材(7)的配重；
步骤S4：运动控制器(3)采集用户对器材(7)的使用数据，分析用户的运动习惯特征形成运动数据并上传至后台服务器(5)；
步骤S5：后台服务器(5)针对不同用户的运动数据提供相应的运动处方传递给运动控制器(3)，运动控制器(3)将运动处方传递给操作终端(6)显示；
步骤S6：用户远动完成后运动控制器(3)将运动参数、实际运动数据和运动处方生成数据报表推送至操作终端(6)。
8.根据权利要求7所述的智能力量训练器电子配重方法，其特征在于：运动参数包括设定拉力值、设定速度值、设定距离值和运动模式。
9.根据权利要求8所述的智能力量训练器电子配重方法，其特征在于：运动控制器(3)控制位移输出装置(3)的控制模式包括等力模式和等速模式，等力模式和等距模式均包括等距模式和不等距模式。
10.根据权利要求9所述的智能力量训练器电子配重方法，其特征在于：等力模式为用户使用器材(7)时，运动控制器(3)驱动位移输出装置(3)适配用户的拉力，使拉力检测装置(1)保持在波动范围内；等速模式为用户使用器材(7)时，拉力检测装置(1)输出的速度保持恒定。
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