CN108926799A - 用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统 - Google Patents

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Abstract

用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统是对力量健身器械的一种全新设计，它区别于以往所有健身器械的负载方式，是利用压缩空气作为健身器械的工作负荷并对负荷的多项指标实现精确控制的方法。其特征是：通过电磁阀、气动元件对直线气缸内压缩空气压强的精确控制，对抗连杆带动气缸內的活塞运动时产生的空气压力，作用于健身执行机构，成为健身器械的有效负荷。压缩空气作为健身器械的负荷其力量范围大、方向性灵活，力量大小精度高，易于数字化控制，安全可靠、成本低、清洁环保，是健身器械尤其是健身房器械的理想负荷。并可以为健身运动的教学、健身科学研究、大数据采集，提供精确可靠的运动数据。

Description

用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统
一、技术领域
本发明专利涉及健身器械领域，是利用压缩空气作为健身器械的工作负荷并对负荷的多项指标实现精确控制的方法。其特征是：通过电磁阀、气动元件对直线气缸内压缩空气压强的精确控制，对抗连杆带动气缸内的活塞运动时产生的空气压力，作用于健身执行机构，成为健身器械的有效负荷。压缩空气作为健身器械的负荷其力量范围大、方向性灵活，力量大小精度高，易于数字化控制，安全可靠、成本低、清洁环保，是健身器械尤其是健身房器械的理想负荷。并可以为健身运动的教学、健身科学研究、大数据采集，提供精确可靠的运动数据。
二、背景技术
现代人的健身意识越来越强，特别是力量健身训练对于增强肌肉力量，保持健美身材的作用非常明显。但现有力量健身器械多以弹力负载、液体阻力负载、磁力负载或重力负载的型式出现：弹力负载的方向性灵活，但不易掌握力量大小，应用较少；液体阻力负载，结构复杂，成本较高，故主要应用在特种领域如划船机上；磁力负载的力量大小调整方便且精细，但是成本巨大，并不适合大众普及型的健身器械；重力负载得益于其成本较低，力量大小调整方便，目前应用最为广泛。但是重力负载的方向是竖直指向地心的，现在多采用比较复杂的滑轮系统配合使用，增加了器械设计的复杂度。虽然可以方便地通过负载累加调整力量大小，但要想实现大范围内的细化调整，势必会增加健身设备的成本。同时在较大重量的训练中也存在相当大的危险性，要求具备一定的使用技能，甚至需要旁人协助保护才能使用。本发明是为了克服现在所有负载方式的缺陷而设计的空气压力负载方式，其特点是力量大小调整精细，方便，自动化；力量方向没有限制；使用简单易懂；成本造价低廉；安全保护性能优异；可对动作的完成度实时反馈，为使用者纠正动作、科学健身提供更多数据资料。
三、发明内容
1、本发明的目的是：利用密闭容器内空气压力作为健身器械阻力，并利用电磁阀，直线气缸等气动元件对阻力的方向，大小进行有效控制，从而实现更便捷，更安全，更时尚的健身器械使用效果。它既有弹力负载的方向性灵活，更有磁性负载力量调整的便捷，还比重力负载的结构更简单，成本更低廉；而且其安全性和动作反馈能力的设计更是现在所有健身设备所不具有的。
2、本发明的技术方案是：根据压强公式推导出F＝PS公式为基本原理来实现。(P为密闭容器内气体的压强，S为产生阻力的直线气缸的活塞面积，F是密闭容器内气体压强作用于直线气缸活塞产生的压力)。根据健身动作所需要的力量大小，和完成该动作所需要的动作幅度选择合适直径与行程的直线气缸，并搭配用于完成该动作的健身器械；再根据完成该动作直线气缸压缩的空气的体积选择一定容积的密闭容器与该直线气缸组成密闭容器系统。以人力通过传动机构带动直线气缸的活塞运动的方式进行健身训练。
该系统也应该与气源通过阀门(手动，机械或电磁)相连，平时关闭阀门，保持系统内压强恒定；需要增大负载时打开阀门通过气源增加系统内压强，以达到增加阻力的目的。该系统还应该与大气通过阀门(手动，机械或电磁)相连，平时关闭阀门，保持系统内压强恒定；需要减小负载时打开阀门通过释放气体减小系统内压强，以达到减小阻力的目的。
在密闭容器与直线气缸间加装三通换向阀门，并使其开口与大气相连，该阀门以手动或脚踩开关控制，触动开关后密闭容器系统连通，可正常进行健身训练，一旦在训练中发生意外情况，可放开开关，封闭密闭容器，同时迅速释放直线气缸内气体压强，从而达到使直线气缸的阻力迅速降低，来实现安全保护功能。
在直线气缸上加装磁感线圈，可实时感知并反馈直线气缸内活塞的位置，从而判断该健身动作幅度是否标准进行统计，指导健身者以正确的姿势进行训练。
3、本发明的有益效果是：压缩空气，特别是可控的压缩空气很少出现在人们的生活之中，对大多数人来说是十分陌生的，所以人们很难将其与健身器械负载联系到一起，这是其新颖性。近些年得意于工业气动技术领域长足的发展，气动阀门、气缸等的性能越来越好，成本越来越低，所以将其利用于健身器械领域反而有了比传统负载更优异的性能。首先，其方向性灵活，可在健身器械设计中省去过于繁琐的传动组件；其次，将力量大小的调整简化为气体压强的调整，完全数字化操作，简单快捷，力度调整范围更大，精度更高；再次，其独有的安全性设计在进行大重量训练时将无需保护人员的参与，同时将大幅降低运动损伤的发生；再次，其反馈能力也为未来人机互动，大数据采集，甚至虚拟健身教练的技术扩展提供了可能；最后，更低的成本也为该技术与传统负载系统的比拼创造出极强的竞争优势。
四、附图说明
图1：系统增压状态原理图
图2：系统减压状态原理图
图3：系统负载健身状态原理图
图4：系统安全保压状态原理图
图中：1、管路 2、三位五通电磁阀 3、二位五通电磁阀 4、直线气缸 5、安全保压容器 6、密闭压力容器 7、压力传感器 8、管路
五、具体实施方案
图1：系统增压状态原理图
当外部给定一个设定值，这时控制系统通过压力传感器(7)感知压力容器(6)当前压力值，并与设定值比较。如果设定值大于当前压力值，此时二位五通阀(3)处在常闭状态，控制三位五通阀(2)左侧电磁阀打开，连通外部高压气源，高压气体只能通过管路(1)流入压力容器(6)，开始增压状态。当压力传感器(7)感知压力容器(6)当前值等于设定值，控制三位五通阀(2)关闭，结束增压状态。
图2：系统减压状态原理图
当外部给定一个设定值，这时控制系统通过压力传感器(7)感知压力容器(6)当前压力值，并与设定值比较。如果设定值小于当前压力值，此时二位五通阀(3)处在常闭状态，控制三位五通阀(2)右侧电磁阀打开，连通外部大气，高压气体只能通过管路(1)流出压力容器 (6)，开始减压状态。当压力传感器(7)感知压力容器(6)当前值等于设定值，控制三位五通阀(2)关闭，结束减压状态。
图3：系统负载健身状态原理图
此时三位五通阀(2)处在常闭状态，控制二位五通阀(3)打开，通过管路(1)连通压力容器(6)与直线气缸(4)。连通后，直线气缸(4)内的气体压强与压力容器(6)内的气体压强保持一致，此时，直线气缸(4)内的压缩空气负载建立，当使用者通过传动机构推动或拉动直线气缸(4)时，达到克服阻力并实现健身的目的。预先安装在直线气缸上的感应开关，可在气缸每次经过时发出信号给控制系统，次信号可为人机互动提供动态数据。
图4：系统安全保压状态原理图
此时三位五通阀(2)处在常闭状态，控制二位五通阀(3)关闭，压力容器(6)被封闭，直线气缸(4)与安全保压容器(5)通过管路(8)连通。连通后，直线气缸(4)内的气体压强与安全保压容器(5)内的气体压强保持一致，高于安全压强范围的气体将通过管路(8)从安全保压容器(5)的安全阀上自动排出，使得直线气缸(4)内的负载回复安全范围，从而避免大重量安全事故的发生。因为直线气缸(4)与安全保压容器(5)通过管路(8)相连的密闭系统仍保持有一定压强，所以当器械处于静止状态时，密闭系统压强将会把气缸固定于起始位置，防止他人无意让气缸离开安全位置，造成器械损坏或人员安全事故。

Claims (4)

1.用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统，其特征是当人力通过传动机构，推动或拉动连通密闭压力容器系统内的直线行程运动气缸的活塞时，以密闭压力容器系统内部压缩空气的压强作用于直线行程运动气缸的活塞上的压力为负载，实现健身训练。
2.如权利1所述的用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统，其特征是通过充气或放气的方式，改变密闭压力容器系统内部压缩空气的压强，来改变作用于直线行程运动气缸的活塞上的压力，从而实现负载的增大或减小。
3.如权利1所述的用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统，其特征是利用控制气控阀隔离密闭压力容器，并泄放直线行程运动气缸内部的气体压强，来实现健身训练中危险情况的安全保护。
4.如权利1所述的用于健身器械的密闭压力容器空气压力负载及控制系统，其特征是直线行程运动气缸配合感应开关，通过实时感知直线行程运动气缸的活塞位置来检测健身者的动作幅度。
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