CN109011382B - 基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械 - Google Patents

Abstract

基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械，包括框支架和设置在框支架顶部的座椅，框支架内设置有直流无刷电机、减速器和动力传动切换机构，直流无刷电机通过减速器与动力传动切换机构传动连接，框支架前侧上部设置有下肢健身器，框支架后侧、左侧和右侧的上部设置有扩胸健身器，下肢健身器和扩胸健身器分别通过第一牵引钢丝和第二牵引钢丝与动力传动切换机构传动连接。本发明设计合理，构造简单，结构紧凑，将上肢和下肢的健身设计到一个健身器械上，切换方便，一机两用，便于调节阻尼，安全性也大大提高。

Description

基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械

技术领域

本发明属于室内健身器械技术领域，具体涉及一种基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械。

背景技术

随着生活节奏的加快，越来越多人处于亚健康状态，尤其是对于长期从事办公室工作的人员，由于长工作时间，其下肢缺乏锻炼，并伴随着难以恢复的疲劳感。人们需要健身器来健身强体，实际上，而户外运动对于大多数朝九晚五的办公室人群来说较难长期持续进行，人们更多的地是在健身房使用健身器材健身。传统的大型类力量型健身器械，比如下肢健身器或扩胸健身器上会安装一些配重块，通过钢丝牵引配重块实现对人体肌肉的训练，通过增加或减少配重块的多少来调控阻尼大小，但这种结构的健身器械存在以下缺陷：体积大、重量较重、可调范围有限、安全性较差（当运动至中间突然松开时会猛然复位容易伤及锻炼者），使用者不易因人的体能不同而随个人条件而适当调整阻尼。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于操作、安全可靠、将下肢健身与扩胸健身设计于一体并方便切换的基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械，包括框支架和设置在框支架顶部的座椅，框支架内设置有直流无刷电机、减速器和动力传动切换机构，直流无刷电机通过减速器与动力传动切换机构传动连接，框支架前侧上部设置有下肢健身器，框支架后侧、左侧和右侧的上部设置有扩胸健身器，扩胸健身器和下肢健身器分别通过第一牵引钢丝和第二牵引钢丝与动力传动切换机构传动连接。

动力传动切换机构包括垂直固定设置在框支架内的左支板和右支板，左支板和右支板的前侧转动设置有传动轴，传动轴上键连接有第一齿轮和第一带轮，传动轴上转动连接有两个转套，每个转套外周沿径向方向设置有辐条板，辐条板的外端连接有与转套同中心线的拨圈，拨圈内左支板和右支板，两个拨圈前侧之间通过连杆连接，第一齿轮位于两个转套之间，左支板和右支板在拨圈的后侧上部左右对应开设有第一长孔，左支板和右支板在拨圈的下部左右对应开设有第二长孔，第一长孔和第二长孔的长度方向均平行于拨圈的径向方向，两个第一长孔内穿设有第一横杆，两个第二长孔内穿设有第二横杆，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第一横杆的左端和右端之间设置有第一拉簧，第一拉簧位于横杆的后上方，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第二横杆的左端和右端之间设置有第二拉簧，第二拉簧位于第二横杆的下方；两个拨圈的内圆周上均设置有左右对应的定位块，定位块的内侧设置有可与第一横杆或第二横杆定位配合的定位槽，定位块内圈的上下两侧到定位槽之间的部分均呈导向斜面过渡；

第一横杆上键连接有第二齿轮、第二横杆上键连接有第三齿轮，当定位槽与第一横杆或第二横杆定位配合时，第二齿轮或第三齿轮与第一齿轮啮合；减速器的动力输出轴上安装有第二带轮，第二带轮与第一带轮之间通过皮带传动连接；

第二齿轮的一侧同轴向固定连接有第一绕线轮，第一牵引钢丝的一端固定并缠绕在第一绕线轮上，第三齿轮的一侧同轴向固定连接有第二绕线轮，第二牵引钢丝的一端固定并缠绕在第二绕线轮上；

右侧的拨圈的右侧固定连接有手柄。

下肢健身器包括腿部护套、脚脖护套和第三绕线轮，腿部护套和脚脖护套的中心线均沿左右方向设置，腿部护套固定设置在框支架前侧上部，脚脖护套的中部与腿部护套中部之间设置有摆杆，摆杆上端和第三绕线轮转动连接在腿部护套中部，第三绕线轮与摆杆上端固定连接，第二牵引钢丝的另一端固定并缠绕在第三绕线轮上。

扩胸健身器包括均转动连接在框支架后侧上部的主动齿轮、左从动齿轮、右从动齿轮和换向齿轮，主齿轮分别与左从动齿轮和换向齿轮啮合，右从动齿轮与换向齿轮啮合，左从动齿轮和右从动齿轮分别固定连接有位于座椅左侧和右侧的摆臂，主动齿轮下侧同轴向固定连接有第四绕线轮，框支架上设置有万向滑轮，第一牵引钢丝的另一段绕过万向滑轮后缠绕并固定到第四绕线轮上。

框支架的前部左侧或右侧设置有支杆架，支杆架上设置有触摸屏一体机，触摸屏一体机通过控制线路与直流无刷电机连接。

采用上述技术方案，本发明的工作原理是：采用直流无刷电机来模拟重物，通过触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩来调节训练的力量大小，设定以后直流无刷电机工作在恒定转矩状态。拉力产生的力矩大于设定转矩时，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟重物的作用，直流无刷电机在拉力作用下正转；拉力小于设定转矩时，直流无刷电机反转返回起始位置。

本发明是一个多功能肌肉训练装置，将下肢健身器或扩胸健身器合为一体，可以训练胸肌、大腿股四头肌等，便于切换。

本发明的具体操作方法为：当作为下肢健身器训练大腿股四头肌时，健身者坐在座椅上，手握手柄驱动两个拨圈以传动轴为中心转动，两个拨圈内侧的定位块靠近第二横杆，随着拨圈的转动，两个定位块内圈的导向斜面与第二横杆顶压接触并驱动第二横杆克服第二拉簧的拉力，第二横杆沿第二长孔移动，直到第二横杆卡接到两个定位块上的定位槽内后停止转动手柄，此时第三齿轮与第一齿轮啮合，然后通过操控触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩，大腿和小腿之间的腿弯放置到腿部护套上，脚面向上钩住脚脖护套。小腿向前向上用力驱动脚脖护套，此时当小腿用力大于设定直流无刷电机的转矩，脚脖护套和摆杆以腿部护套为中心向上转动，摆杆转动的同时带动第三绕线轮转动，第二牵引钢丝缠绕到第三绕线轮上，同时通过第二牵引钢丝拉动第二绕线轮转动，第二绕线轮带动同轴的第三齿轮转动，第三齿轮驱动啮合的第一齿轮转动，第一齿轮通过传动轴带动第一带轮转动，第一带轮通过皮带驱动第二带轮转动，第二带轮安装在减速器的动力输出轴上，通过减速器驱动直流无刷电机转动，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当小腿用力小于设定直流无刷电机的转矩时，直流无刷电机通过减速器驱动第二绕线轮向后拉动第二牵引钢丝使脚脖护套向下复位。脚脖护套如此上下转动，达到训练大腿股四头肌的作用。

当作为扩胸健身器训练胸肌时，健身者坐在座椅上，手握手柄驱动两个拨圈以传动轴为中心转动，两个拨圈内侧的定位块靠近第一横杆，随着拨圈的转动，两个定位块内圈的导向斜面与第一横杆顶压接触并驱动第一横杆克服第一拉簧的拉力，第一横杆沿第一长孔移动，直到第一横杆卡接到两个定位块上的定位槽内后停止转动手柄。此时第二齿轮与第一齿轮啮合，然后通过操控触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩。然后健身者的上肢分别向外驱动两个摆臂，左侧的摆臂驱动左从动齿轮转动，右侧的摆臂驱动右从动齿轮，右从动齿轮通过换向齿轮也驱动主动齿轮转动，与主动齿轮同轴设置的第四绕线轮转动并拉动第一牵引钢丝，第一牵引钢丝通过万向滑轮拉动第一绕线轮转动，第一绕线轮带动同轴的第二齿轮转动，第二齿轮驱动啮合的第一齿轮转动，第一齿轮通过传动轴带动第一带轮转动，第一带轮通过皮带驱动第二带轮转动，第二带轮安装在减速器的动力输出轴上，通过减速器驱动直流无刷电机转动，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当上肢对摆臂外向的扩力小于设定直流无刷电机的转矩时，直流无刷电机通过减速器驱动第一绕线轮向后拉动第一牵引钢丝使两个摆臂复位。上肢如此左右扩张转动，达到训练胸肌的作用。

本发明中设置两个拨圈，同时转动驱动第一横杆或第二横杆的左右两端，同时克服第一拉簧或第二拉簧的拉力，达到稳定平衡的作用。当第一横杆与定位槽定位配合时，第二齿轮与第一齿轮啮合，当第二横杆与定位槽定位配合时，第三齿轮与第一齿轮啮合。从而实现了下肢健身器或扩胸健身器之间的切换。

由于主动齿轮和第四绕线轮为水平转动，因此设置万向滑轮可以调整第一牵引钢丝的受力方向，避免第一绕线轮受到左右方向的拉力而受损。

综上所述，本发明设计合理，构造简单，结构紧凑，将上肢和下肢的健身设计到一个健身器械上，切换方便，一机两用，便于调节阻尼，安全性也大大提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图2的俯视图；

图4是扩胸健身器后侧的主动齿轮处的传动示意图；

图5是图2中拨圈的结构示意图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本发明的基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械，包括框支架1和设置在框支架1顶部的座椅2，框支架1内设置有直流无刷电机3、减速器4和动力传动切换机构，直流无刷电机3通过减速器4与动力传动切换机构传动连接，框支架1前侧上部设置有下肢健身器，框支架1后侧、左侧和右侧的上部设置有扩胸健身器，扩胸健身器和下肢健身器分别通过第一牵引钢丝5和第二牵引钢丝6与动力传动切换机构传动连接。

动力传动切换机构包括垂直固定设置在框支架1内的左支板7和右支板8，左支板7和右支板8的前侧转动设置有传动轴9，传动轴9上键连接有第一齿轮10和第一带轮11，传动轴9上转动连接有两个转套12，每个转套12外周沿径向方向设置有辐条板13，辐条板13的外端连接有与转套12同中心线的拨圈14，拨圈14内左支板7和右支板8，两个拨圈14前侧之间通过连杆15连接，第一齿轮10位于两个转套12之间，左支板7和右支板8在拨圈14的后侧上部左右对应开设有第一长孔16，左支板7和右支板8在拨圈14的下部左右对应开设有第二长孔17，第一长孔16和第二长孔17的长度方向均平行于拨圈14的径向方向，两个第一长孔16内穿设有第一横杆18，两个第二长孔17内穿设有第二横杆19，左支板7的右侧面和右支板8的左侧面分别与第一横杆18的左端和右端之间设置有第一拉簧20，第一拉簧20位于横杆的后上方，左支板7的右侧面和右支板8的左侧面分别与第二横杆19的左端和右端之间设置有第二拉簧21，第二拉簧21位于第二横杆19的下方；两个拨圈14的内圆周上均设置有左右对应的定位块22，定位块22的内侧设置有可与第一横杆18或第二横杆19定位配合的定位槽23，定位块22内圈的上下两侧到定位槽23之间的部分均呈导向斜面过渡；

第一横杆18上键连接有第二齿轮24、第二横杆19上键连接有第三齿轮25，当定位槽23与第一横杆18或第二横杆19定位配合时，第二齿轮24或第三齿轮25与第一齿轮10啮合；减速器4的动力输出轴上安装有第二带轮26，第二带轮26与第一带轮11之间通过皮带27传动连接；

第二齿轮24的一侧同轴向固定连接有第一绕线轮28，第一牵引钢丝5的一端固定并缠绕在第一绕线轮28上，第三齿轮25的一侧同轴向固定连接有第二绕线轮，第二牵引钢丝6的一端固定并缠绕在第二绕线轮上；

右侧的拨圈14的右侧固定连接有手柄30。

下肢健身器包括腿部护套31、脚脖护套32和第三绕线轮33，腿部护套31和脚脖护套32的中心线均沿左右方向设置，腿部护套31固定设置在框支架1前侧上部，脚脖护套32的中部与腿部护套31中部之间设置有摆杆34，摆杆34上端和第三绕线轮33转动连接在腿部护套31中部，第三绕线轮33与摆杆34上端固定连接，第二牵引钢丝6的另一端固定并缠绕在第三绕线轮33上。

扩胸健身器包括均转动连接在框支架1后侧上部的主动齿轮35、左从动齿轮36、右从动齿轮37和换向齿轮38，主齿轮分别与左从动齿轮36和换向齿轮38啮合，右从动齿轮37与换向齿轮38啮合，左从动齿轮36和右从动齿轮37分别固定连接有位于座椅2左侧和右侧的摆臂42，主动齿轮35下侧同轴向固定连接有第四绕线轮38，框支架1上设置有万向滑轮39，第一牵引钢丝5的另一端绕过万向滑轮39后缠绕并固定到第四绕线轮38上。

框支架1的前部左侧或右侧设置有支杆架40，支杆架40上设置有触摸屏一体机41，触摸屏一体机41通过控制线路与直流无刷电机3连接。

本发明的工作原理是：采用直流无刷电机3来模拟重物，通过触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩来调节训练的力量大小，设定以后直流无刷电机3工作在恒定转矩状态。拉力产生的力矩大于设定转矩时，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟重物的作用，直流无刷电机3在拉力作用下正转；拉力小于设定转矩时，直流无刷电机3反转返回起始位置。

本发明是一个多功能肌肉训练装置，将下肢健身器或扩胸健身器合为一体，可以训练胸肌、大腿股四头肌等，便于切换。

本发明的具体操作方法为：当作为下肢健身器训练大腿股四头肌时，健身者坐在座椅2上，手握手柄30驱动两个拨圈14以传动轴9为中心转动，两个拨圈14内侧的定位块22靠近第二横杆19，随着拨圈14的转动，两个定位块22内圈的导向斜面与第二横杆19顶压接触并驱动第二横杆19克服第二拉簧21的拉力，第二横杆19沿第二长孔17移动，直到第二横杆19卡接到两个定位块22上的定位槽23内后停止转动手柄30，此时第三齿轮25与第一齿轮10啮合，然后通过操控触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩，大腿和小腿之间的腿弯放置到腿部护套31上，脚面向上钩住脚脖护套32。小腿向前向上用力驱动脚脖护套32，此时当小腿用力大于设定直流无刷电机3的转矩，脚脖护套32和摆杆34以腿部护套31为中心向上转动，摆杆34转动的同时带动第三绕线轮33转动，第二牵引钢丝6缠绕到第三绕线轮33上，同时通过第二牵引钢丝6拉动第二绕线轮转动，第二绕线轮带动同轴的第三齿轮25转动，第三齿轮25驱动啮合的第一齿轮10转动，第一齿轮10通过传动轴9带动第一带轮11转动，第一带轮11通过皮带27驱动第二带轮26转动，第二带轮26安装在减速器4的动力输出轴上，通过减速器4驱动直流无刷电机3转动，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当小腿用力小于设定直流无刷电机3的转矩时，直流无刷电机3通过减速器4驱动第二绕线轮向后拉动第二牵引钢丝6使脚脖护套32向下复位。脚脖护套32如此上下转动，达到训练大腿股四头肌的作用。

当作为扩胸健身器训练胸肌时，健身者坐在座椅2上，手握手柄30驱动两个拨圈14以传动轴9为中心转动，两个拨圈14内侧的定位块22靠近第一横杆18，随着拨圈14的转动，两个定位块22内圈的导向斜面与第一横杆18顶压接触并驱动第一横杆18克服第一拉簧20的拉力，第一横杆18沿第一长孔16移动，直到第一横杆18卡接到两个定位块22上的定位槽23内后停止转动手柄30。此时第二齿轮24与第一齿轮10啮合，然后通过操控触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩。然后健身者的上肢分别向外驱动两个摆臂42，左侧的摆臂42驱动左从动齿轮36转动，右侧的摆臂42驱动右从动齿轮37，右从动齿轮37通过换向齿轮38也驱动主动齿轮35转动，与主动齿轮35同轴设置的第四绕线轮38转动并拉动第一牵引钢丝5，第一牵引钢丝5通过万向滑轮39拉动第一绕线轮28转动，第一绕线轮28带动同轴的第二齿轮24转动，第二齿轮24驱动啮合的第一齿轮10转动，第一齿轮10通过传动轴9带动第一带轮11转动，第一带轮11通过皮带27驱动第二带轮26转动，第二带轮26安装在减速器4的动力输出轴上，通过减速器4驱动直流无刷电机3转动，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当上肢对摆臂42外向的扩力小于设定直流无刷电机3的转矩时，直流无刷电机3通过减速器4驱动第一绕线轮28向后拉动第一牵引钢丝5使两个摆臂42复位。上肢如此左右扩张转动，达到训练胸肌的作用。

本发明中设置两个拨圈14，同时转动驱动第一横杆18或第二横杆19的左右两端，同时克服第一拉簧20或第二拉簧21的拉力，达到稳定平衡的作用。当第一横杆18与定位槽23定位配合时，第二齿轮24与第一齿轮10啮合，当第二横杆19与定位槽23定位配合时，第三齿轮25与第一齿轮10啮合。从而实现了下肢健身器或扩胸健身器之间的切换。

由于主动齿轮35和第四绕线轮38为水平转动，因此设置万向滑轮39可以调整第一牵引钢丝5的受力方向，避免第一绕线轮28受到左右方向的拉力而受损。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械，其特征在于：包括框支架和设置在框支架顶部的座椅，框支架内设置有直流无刷电机、减速器和动力传动切换机构，直流无刷电机通过减速器与动力传动切换机构传动连接，框支架前侧上部设置有下肢健身器，框支架后侧、左侧和右侧的上部设置有扩胸健身器，扩胸健身器和下肢健身器分别通过第一牵引钢丝和第二牵引钢丝与动力传动切换机构传动连接；

动力传动切换机构包括垂直固定设置在框支架内的左支板和右支板，左支板和右支板的前侧转动设置有传动轴，传动轴上键连接有第一齿轮和第一带轮，传动轴上转动连接有两个转套，每个转套外周沿径向方向设置有辐条板，辐条板的外端连接有与转套同中心线的拨圈，拨圈内左支板和右支板，两个拨圈前侧之间通过连杆连接，第一齿轮位于两个转套之间，左支板和右支板在拨圈的后侧上部左右对应开设有第一长孔，左支板和右支板在拨圈的下部左右对应开设有第二长孔，第一长孔和第二长孔的长度方向均平行于拨圈的径向方向，两个第一长孔内穿设有第一横杆，两个第二长孔内穿设有第二横杆，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第一横杆的左端和右端之间设置有第一拉簧，第一拉簧位于横杆的后上方，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第二横杆的左端和右端之间设置有第二拉簧，第二拉簧位于第二横杆的下方；两个拨圈的内圆周上均设置有左右对应的定位块，定位块的内侧设置有可与第一横杆或第二横杆定位配合的定位槽，定位块内圈的上下两侧到定位槽之间的部分均呈导向斜面过渡；

第一横杆上键连接有第二齿轮、第二横杆上键连接有第三齿轮，当定位槽与第一横杆或第二横杆定位配合时，第二齿轮或第三齿轮与第一齿轮啮合；减速器的动力输出轴上安装有第二带轮，第二带轮与第一带轮之间通过皮带传动连接；

第二齿轮的一侧同轴向固定连接有第一绕线轮，第一牵引钢丝的一端固定并缠绕在第一绕线轮上，第三齿轮的一侧同轴向固定连接有第二绕线轮，第二牵引钢丝的一端固定并缠绕在第二绕线轮上；

右侧的拨圈的右侧固定连接有手柄；

下肢健身器包括腿部护套、脚脖护套和第三绕线轮，腿部护套和脚脖护套的中心线均沿左右方向设置，腿部护套固定设置在框支架前侧上部，脚脖护套的中部与腿部护套中部之间设置有摆杆，摆杆上端和第三绕线轮转动连接在腿部护套中部，第三绕线轮与摆杆上端固定连接，第二牵引钢丝的另一端固定并缠绕在第三绕线轮上；

扩胸健身器包括均转动连接在框支架后侧上部的主动齿轮、左从动齿轮、右从动齿轮和换向齿轮，主齿轮分别与左从动齿轮和换向齿轮啮合，右从动齿轮与换向齿轮啮合，左从动齿轮和右从动齿轮分别固定连接有位于座椅左侧和右侧的摆臂，主动齿轮下侧同轴向固定连接有第四绕线轮，框支架上设置有万向滑轮，第一牵引钢丝的另一段绕过万向滑轮后缠绕并固定到第四绕线轮上；主动齿轮和第四绕线轮为水平转动。

2.根据权利要求1所述的基于恒转矩控制的电机驱动组合式健身器械，其特征在于：框支架的前部左侧或右侧设置有支杆架，支杆架上设置有触摸屏一体机，触摸屏一体机通过控制线路与直流无刷电机连接。