CN108905048A - 一种阻力输出装置及运动康复训练设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻力输出装置及运动康复训练设备，阻力输出装置一种阻力输出装置，其特征在于包括绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器，伺服电机驱动器和伺服电机连接，绕线盘为圆环形，绕线盘同轴固定安装在伺服电机的输出轴上，绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，第一拉绳沿布线槽缠绕在绕线盘的外壁上，第一拉绳的起始端固定在绕线盘上，第一拉绳的终止端用于连接外部设备将阻力输出，运动康复训练设备包括输入模块、控制器、阻力输出装置和阻力传递装置；优点是可以输出恒定的阻力，提高训练效果。

Description

一种阻力输出装置及运动康复训练设备

技术领域

本发明涉及一种阻力输出装置，尤其是涉及一种阻力输出装置及运动康复训练设备。

背景技术

运动康复训练设备主要用于人们体育锻炼和术后恢复训练，得到了广泛的应用。传统的运动康复训练设备通常包括阻力输出装置和阻力传递装置，阻力输出装置采用金属哑铃片来实现，结构简单，生产加工方便，但是金属哑铃片调整不方便，笨重，且有运动惯量，某些状态下，可能导致锻炼者肌肉拉伤。近年来，出现了一种智能化的运动康复训练设备。该智能化的运动康复训练设备主要包括输入模块、控制器、阻力输出装置和阻力传递装置，使用时，训练者根据需求在输入模块中设定相关参数，控制器根据训练者设置的参数控制阻力输出装置输出相应的阻力，阻力传递装置将阻力输出装置输出的阻力传递给训练者，由此实现训练者的负重锻炼。目前，该智能化的运动康复训练设备中，阻力输出装置要么使用空气压缩机和气缸来实现，要么使用油泵和油缸来实现，通过手动开关增减空气进气量或油缸内的油量来实现所需阻力输出。虽然该智能化的运动康复训练设备相对于传统的运动康复训练设备调整方便，使用更加便捷，但是不管是气压还是油压，都是通过挤压(空气挤压或者液压油挤压)实现阻力输出的，而随着阻力输出，空气或者液压油的密度会产生不可控的改变，由此其输出的阻力不可避免的进行着非线性变换，无法输出恒定的阻力，最终导致运动康复训练设备的训练效果造成不良影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种可以将电机输出的圆周力转换为直线力且阻力恒定的阻力输出装置。

本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种阻力输出装置，其特征在于包括绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器和所述的伺服电机连接，所述的绕线盘为圆环形，所述的绕线盘同轴固定安装在所述的伺服电机的输出轴上，所述的绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，所述的第一拉绳沿所述的布线槽缠绕在所述的绕线盘的外壁上，所述的第一拉绳的起始端固定在所述的绕线盘上，所述的第一拉绳的终止端用于连接外部设备将阻力输出，在开始工作过程时，所述的伺服电机驱动器控制所述的伺服电机输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集所述的电机的实时输出扭矩对所述的电机的当前输出扭矩进行校准，使所述的电机保持恒定输出扭矩输出。与现有技术相比，本发明的阻力输出装置的优点在于通过绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器构建阻力输出装置，伺服电机驱动器和伺服电机连接，绕线盘为圆环形，绕线盘同轴固定安装在伺服电机的输出轴上，绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，第一拉绳沿布线槽缠绕在绕线盘的外壁上，第一拉绳的起始端固定在绕线盘上，第一拉绳的终止端用于连接外部设备将阻力输出，在开始工作过程时，伺服电机驱动器控制伺服电机输出设定输出扭矩，绕线盘随着伺服电机的转动绕放第一拉绳，将伺服电机的圆周旋转运动转化为第一拉绳的直线运动，螺旋型的布线槽方便第一拉绳的顺畅绕放，在工作过程中伺服电机驱动器采集电机的实时输出扭矩对电机的当前输出扭矩进行校准，使电机保持恒定输出扭矩输出，由此保证阻力恒定。

本发明所要解决的技术问题之二是提供一种可以输出恒定阻力，训练效果好的运动康复训练设备。

本发明解决上述技术问题之二所采用的技术方案为：一种运动康复训练设备，包括输入模块、控制器、阻力输出装置和阻力传递装置，所述的输入模块和所述的控制器连接，所述的阻力输出装置包括绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器和所述的伺服电机连接，所述的绕线盘为圆环形，所述的绕线盘同轴固定安装在所述的伺服电机的输出轴上，所述的绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，所述的第一拉绳沿所述的布线槽缠绕在所述的绕线盘的外壁上，所述的第一拉绳的起始端固定在所述的绕线盘上，所述的第一拉绳的终止端和所述的阻力传递装置连接，所述的控制器和所述的伺服电机驱动器连接，在开始工作过程时，所述的伺服电机驱动器在所述的控制器的控制下控制所述的伺服电机输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集所述的电机的实时输出扭矩对所述的电机的当前输出扭矩进行校准，使所述的电机保持恒定输出扭矩输出。

所述的阻力传递装置包括定滑轮组、动滑轮组和用于训练者拉动的第二拉绳，所述的定滑轮组位于所述的动滑轮组的上方，所述的定滑轮组包括横向间隔固定设置的第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮，所述的第一定滑轮和所述的第二定滑轮的高度一样，所述的第二定滑轮的高度低于所述的第一定滑轮和所述的第三定滑轮，所述的动滑轮组包括第一动滑轮和第二动滑轮，所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮同轴间隔设置，且所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮受力能上下移动，所述的第二拉绳依次绕过所述的第一定滑轮、所述的第一动滑轮、所述的第二定滑轮、所述的第二动滑轮和所述的第三定滑轮，所述的第二拉绳的一端从所述的第一定滑轮外侧伸出，所述的第二拉绳的另一端从所述的第三定滑轮的外侧伸出，所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮通过连接件固定连接，所述的第一拉绳的终止端与所述的连接件固定连接。该结构中，训练者训练时通过第二拉绳作用于第一动滑轮和第二动滑轮，阻力输出装置通过第一拉绳作用于第一动滑轮和第二动滑轮，由此通过动滑轮组和定滑轮组的结合，同时第一拉绳的自由端连接连接件再连接动滑轮组，当动力系统带动绕线盘转动的时候，所述动滑轮能够上升或者下降，既能保证训练者者拉绳拉伸距离的要求，又能保证锻炼拉力的要求。

所述的控制器内存储有七种运动模式、每种运动模式下伺服电机的扭矩控制信号以及每种运动模式下伺服电机的参考转速范围，七种所述的运动模式分别为恒力等张运动模式、离心等张运动模式、向心等张运动模式、离心等速运动模式、向心等速运动模式、向心&离心等速运动模式和无惯性运动模式，当所述的运动康复训练设备开启时，所述的伺服电机复位，此时所述的伺服电机处于机械零点位置，，所述的伺服电机输出设定输出设定，其当前转速为零，训练者通过所述的输入模块选择运动模式，所述的控制器根据训练者选择的运动模式输出对应的扭矩控制信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机根据接收到的扭矩控制信号控制所述的伺服电机输出相应的设定输出扭矩，训练者拉动所述的第二拉绳开始训练，在训练者训练过程中，训练者通过所述的阻力传递装置和所述的第一拉绳对所述的伺服电机施加外部扭矩负载，当所述外部负载扭矩大于或等于所述的伺服电机的设定输出扭矩，则所述的伺服电机的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，所述的伺服电机跟随运动；当外部负载扭矩小于所述的伺服电机的设定输出扭矩，则所述的电机保持静止状态，同时所述的伺服电机的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，所述的伺服电机内的编码器实时反馈信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器根据编码器的反馈信号计算得到所述的伺服电机的实时转速并发送给所述的控制器，所述的控制器将接收到的伺服电机的实时转速与其内存储的当前运动模式下的伺服电机的参考转速范围进行比对，并根据比对结果输出转速控制信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器根据接收到的转速控制信号调整所述的伺服电机的转速使所述的伺服电机的转速位于当前运动模式下的伺服电机的参考转速范围内。

与现有技术相比，本发明的运动康复训练设备的优点在于通过绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器构建阻力输出装置，伺服电机驱动器和伺服电机连接，绕线盘为圆环形，绕线盘同轴固定安装在伺服电机的输出轴上，绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，第一拉绳沿布线槽缠绕在绕线盘的外壁上，第一拉绳的起始端固定在绕线盘上，第一拉绳的终止端用于连接外部设备将阻力输出，在开始工作过程时，伺服电机驱动器在控制器控制下控制伺服电机输出设定输出扭矩，绕线盘随着伺服电机的转动绕放第一拉绳，将伺服电机的圆周旋转运动转化为第一拉绳的直线运动，螺旋型的布线槽方便第一拉绳的顺畅绕放，在工作过程中，伺服电机驱动器采集电机的实时输出扭矩对电机的当前输出扭矩进行校准，使电机保持恒定输出扭矩输出，由此保证本发明的运动康复训练设备可以输出恒定的阻力，提高训练效果。

附图说明

图1为本发明的阻力输出装置的结构示意图；

图2为本发明的阻力输出装置绕线盘的结构图；

图3为本发明的运动康复训练设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种阻力输出装置，以下结合附图实施例对本发明的阻力输出装置作进一步详细描述。

实施例：如图1和图2所示，一种阻力输出装置，包括绕线盘1、第一拉绳2、伺服电机3和伺服电机驱动器4，伺服电机驱动器4和伺服电机3连接，绕线盘1为圆环形，绕线盘1同轴固定安装在伺服电机3的输出轴上，绕线盘1的外壁上设置有螺旋型的布线槽5，第一拉绳2沿布线槽5缠绕在绕线盘1的外壁上，第一拉绳2的起始端固定在绕线盘1上，第一拉绳2的终止端用于连接外部设备将阻力输出，在开始工作过程时，伺服电机驱动器4控制伺服电机3输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集伺服电机3的实时输出扭矩对伺服电机3的当前输出扭矩进行校准，使伺服电机3保持恒定输出扭矩输出。本发明还公开了一种运动康复训练设备，以下结合附图实施例对本发明的运动康复训练设备作进一步详细描述。

实施例：如图1～图3所示，一种运动康复训练设备，包括输入模块、控制器、阻力输出装置和阻力传递装置，输入模块和控制器连接，阻力输出装置包括绕线盘1、第一拉绳2、伺服电机3和伺服电机驱动器4，伺服电机驱动器4和伺服电机3连接，绕线盘1为圆环形，绕线盘1同轴固定安装在伺服电机3的输出轴上，绕线盘1的外壁上设置有螺旋型的布线槽5，第一拉绳2沿布线槽5缠绕在绕线盘1的外壁上，第一拉绳2 的起始端固定在绕线盘1上，第一拉绳2的终止端和阻力传递装置连接，控制器和伺服电机驱动器4连接，在开始工作过程时，伺服电机驱动器4在控制器的控制下控制伺服电机3输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集伺服电机3的实时输出扭矩对伺服电机的当前输出扭矩进行校准，使伺服电机3保持恒定输出扭矩输出。

本实施例中，阻力传递装置包括定滑轮组、动滑轮组和用于训练者拉动的第二拉绳 11，定滑轮组位于动滑轮组的上方，定滑轮组包括横向间隔固定设置的第一定滑轮6、第二定滑轮7和第三定滑轮8，第一定滑轮6和第二定滑轮7的高度一样，第二定滑轮 7的高度低于第一定滑轮6和第三定滑轮8，动滑轮组包括第一动滑轮9和第二动滑轮 10，第一动滑轮9和第二动滑轮10横向间隔同轴设置，且第一动滑轮9和第二动滑轮 10受力能上下移动，第二拉绳11依次绕过第一定滑轮6、第一动滑轮9、第二定滑轮7、第二动滑轮10和第三定滑轮8，第二拉绳11的一端从第一定滑轮6外侧伸出，第二拉绳11的另一端从第三定滑轮8的外侧伸出，第一动滑轮9和第二动滑轮10通过连接件 12固定连接，第一拉绳2的终止端与连接件12固定连接。

本实施例中，控制器内存储有七种运动模式、每种运动模式下伺服电机3的扭矩控制信号以及每种运动模式下伺服电机3的参考转速范围，七种运动模式分别为恒力等张运动模式、离心等张运动模式、向心等张运动模式、离心等速运动模式、向心等速运动模式、向心&离心等速运动模式和无惯性运动模式，当运动康复训练设备开启时，伺服电机3复位，此时伺服电机3处于机械零点位置，伺服电机3输出设定输出扭矩，其当前转速为零，训练者通过输入模块选择运动模式，控制器根据训练者选择的运动模式输出对应的扭矩控制信号给伺服电机驱动器4，伺服电机3根据接收到的扭矩控制信号控制伺服电机3输出相应的扭矩，训练者拉动第二拉绳11开始训练，在训练者训练过程中，训练者通过阻力传递装置和第一拉绳2对伺服电机3施加外部扭矩负载，当外部负载扭矩大于或等于伺服电机3的设定输出扭矩，则伺服电机3的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，伺服电机3跟随运动；当外部负载扭矩小于伺服电机3的设定输出扭矩，则伺服电机3保持静止状态，同时伺服电机3的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，伺服电机3内的编码器实时反馈信号给伺服电机驱动器4，伺服电机驱动器4根据编码器的反馈信号计算得到伺服电机3的实时转速并发送给控制器，控制器将接收到的伺服电机 3的实时转速与其内存储的当前运动模式下的伺服电机3的参考转速范围进行比对，并根据比对结果输出转速控制信号给伺服电机驱动器4，伺服电机驱动器4根据接收到的转速控制信号调整伺服电机3的转速使伺服电机3的转速位于当前运动模式下的伺服电机3的参考转速范围内。

Claims (4)

1.一种阻力输出装置，其特征在于包括绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器和所述的伺服电机连接，所述的绕线盘为圆环形，所述的绕线盘同轴固定安装在所述的伺服电机的输出轴上，所述的绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，所述的第一拉绳沿所述的布线槽缠绕在所述的绕线盘的外壁上，所述的第一拉绳的起始端固定在所述的绕线盘上，所述的第一拉绳的终止端用于连接外部设备将阻力输出，在开始工作过程时，所述的伺服电机驱动器控制所述的伺服电机输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集所述的电机的实时输出扭矩对所述的电机的当前输出扭矩进行校准，使所述的电机保持恒定输出扭矩输出。

2.一种运动康复训练设备，包括输入模块、控制器、阻力输出装置和阻力传递装置，所述的输入模块和所述的控制器连接，其特征在于所述的阻力输出装置包括绕线盘、第一拉绳、伺服电机和伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器和所述的伺服电机连接，所述的绕线盘为圆环形，所述的绕线盘同轴固定安装在所述的伺服电机的输出轴上，所述的绕线盘的外壁上设置有螺旋型的布线槽，所述的第一拉绳沿所述的布线槽缠绕在所述的绕线盘的外壁上，所述的第一拉绳的起始端固定在所述的绕线盘上，所述的第一拉绳的终止端和所述的阻力传递装置连接，所述的控制器和所述的伺服电机驱动器连接，在开始工作过程时，所述的伺服电机驱动器在所述的控制器的控制下控制所述的伺服电机输出设定输出扭矩，并在工作过程中采集所述的电机的实时输出扭矩对所述的电机的当前输出扭矩进行校准，使所述的电机保持恒定输出扭矩输出。

3.根据权利要求2所述的一种运动康复训练设备，其特征在于所述的阻力传递装置包括定滑轮组、动滑轮组和用于训练者拉动的第二拉绳，所述的定滑轮组位于所述的动滑轮组的上方，所述的定滑轮组包括横向间隔固定设置的第一定滑轮、第二定滑轮和第三定滑轮，所述的第一定滑轮和所述的第二定滑轮的高度一样，所述的第二定滑轮的高度低于所述的第一定滑轮和所述的第三定滑轮，所述的动滑轮组包括第一动滑轮和第二动滑轮，所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮间隔同轴设置，且所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮受力能上下移动，所述的第二拉绳依次绕过所述的第一定滑轮、所述的第一动滑轮、所述的第二定滑轮、所述的第二动滑轮和所述的第三定滑轮，所述的第二拉绳的一端从所述的第一定滑轮外侧伸出，所述的第二拉绳的另一端从所述的第三定滑轮的外侧伸出，所述的第一动滑轮和所述的第二动滑轮通过连接件固定连接，所述的第一拉绳的终止端与所述的连接件固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种运动康复训练设备，其特征在于所述的控制器内存储有七种运动模式、每种运动模式下伺服电机的扭矩控制信号以及每种运动模式下伺服电机的参考转速范围，七种所述的运动模式分别为恒力等张运动模式、离心等张运动模式、向心等张运动模式、离心等速运动模式、向心等速运动模式、向心&离心等速运动模式和无惯性运动模式，当所述的运动康复训练设备开启时，所述的伺服电机复位，此时所述的伺服电机处于机械零点位置，所述的伺服电机输出设定输出扭矩，其当前转速为零，训练者通过所述的输入模块选择运动模式，所述的控制器根据训练者选择的运动模式输出对应的扭矩控制信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机根据接收到的扭矩控制信号控制所述的伺服电机输出相应的设定输出扭矩，训练者拉动所述的第二拉绳开始训练，在训练者训练过程中，训练者通过所述的阻力传递装置和所述的第一拉绳对所述的伺服电机施加外部扭矩负载，当所述外部负载扭矩大于或等于所述的伺服电机的设定输出扭矩，则所述的伺服电机的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，所述的伺服电机跟随运动；当外部负载扭矩小于所述的伺服电机的设定输出扭矩，则所述的电机保持静止状态，同时所述的伺服电机的输出扭矩保持设定输出扭矩不变，所述的伺服电机内的编码器实时反馈信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器根据编码器的反馈信号计算得到所述的伺服电机的实时转速并发送给所述的控制器，所述的控制器将接收到的伺服电机的实时转速与其内存储的当前运动模式下的伺服电机的参考转速范围进行比对，并根据比对结果输出转速控制信号给所述的伺服电机驱动器，所述的伺服电机驱动器根据接收到的转速控制信号调整所述的伺服电机的转速使所述的伺服电机的转速位于当前运动模式下的伺服电机的参考转速范围内。