CN110139694B - 可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够精准地辅助肌肉运动，帮助体能锻炼者独自完成举重训练，提供具有竞争力的高附加值体育健身装备的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备。本发明包括动力传导机组和运动辅助机组，所述运动辅助机组提供一种运动辅助装置，其包括：收纳套壳、负荷传感器、覆盖部件以及向所述动力传导机组发送控制信号的微型计算机。

Description

可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的 体育健身装备
{EXERCISE ASSISTANCE APPARATUS BY JUDGEMENT OF ASSIST POWER ANDPHYSICAL FITNESS EQUIPMENT HAVING THE SAME}
技术领域
本发明涉及一种可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备，具体涉及一种即使没有专业教练的陪练也可以通过电子控制精准地辅助肌肉运动，使体能锻炼者独自完成举重训练，并提供具有竞争力的高附加值体育健身装备，节省人力成本，判断出辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备。
背景技术
举重训练(Weight Training)是具有代表性的无氧运动，是一种上提重物而刺激肌肉，以增强筋力的运动。随着人们对于健康和身材的关注程度越来越高，举重训练的人气度也随之变高。
举重训练需要配备杠铃杆和杠铃片及哑铃等重物。为了进行更有体系的训练，可以按照重量分别保管重物，还需要配备将重物放置在运动起始位置的机架(Rack)。机架大体上分为起蹲架(Power Rack)、半机架(Half Rack)、多机架(Multi Rack)等，由于基本功能和构成本身是单一物品，各种类型在形状上略有不同，但整体功能和结构则大同小异。但是，所述各类机架价格较高，几乎不发生故障等问题，只要安装一次，就可以长期使用。
传统技术公开了采用电动式辅助或实施举重训练等肌肉运动的多项技术。换言之，采用电动式辅助或实施肌肉运动的技术使体能锻炼者像专业教练陪练一样自然柔和地得到装置的帮助。
上述技术的一例有大韩民国注册专利公报第10-0657716号(2006.12.07.)公开的“举重训练的卸荷装置”。
但是，上述传统技术将位置或速度检出量只用于判断卸载起点时，由于卸载程度(大小)不变，因此不能柔和地辅助运动，而反馈位置或速度而核算卸载量时，由于反应速度慢，因此难以用自然的感觉安排负荷。另外，传感器不设在杆部，而是设置在外部时，检测出的值误差大，难以精准地进行控制，普及具有局限性。
并且，为了改善反应性，计算增速而使用时，噪音会引起运转不正常。为了防范传感器设于并非杆部的外部发生误差而设置在杆部本身时，不容易创建将传感器值传输到控制器的通信系统。
另外，举重训练等肌肉运动只有继续刺激肌肉，使肌肉在疲劳状态下继续坚持运动，才能得到运动的效果，积累疲劳的肌肉即使面对细微的外力变化，也会敏感地做出反应。因此，根据电动式辅助器具传输的外力的细致强度，增强或减半运动的效果。但是，传统技术适用只接受经由外部传感器的信息的单一运算法则，不考虑运动产生的反力的信息以及装置本身产生的摩擦力等细微的力量变化，所以不能提供适合于处在疲劳状态的肌肉做出的敏感反应的训练辅助系统。
【先行技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)(文献1)大韩民国注册专利公报第10-0657716号(2006.12.07.)
(专利文献2)(文献2)大韩民国注册专利公报第10-1425769号(2014.07.25.)
(专利文献3)(文献3)大韩民国公开专利公报第10-2010-0026062号(2010.03.10.)
(专利文献4)(文献4)大韩民国公开专利公报第10-2012-0123855号(2012.11.12.)
发明内容
所要解决的课题
为了解决上述传统技术的弊端，本发明的目的是提供一种即使没有专业教练的陪练也可以通过电子控制精准地辅助肌肉运动，使体能锻炼者独自完成举重训练，并提供具有竞争力的高附加值体育健身装备，节省人力成本，判断出辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备。
本发明要解决的技术问题并不局限在以上提及的内容，本发明所属技术领域的技术人员应当可以依据以下阐述的内容明确地理解未提及的另外需要解决的技术问题。
课题解决方案
为了达到本发明的技术目的以及实现另外技术特征，本发明的一方面提供一种可以判断辅助力量的运动辅助装置，其包括：
盒型收纳套壳，其包括以可拆卸方式形成于构成肌肉运动用机架的第1方向框体上并与所述第1方向框体平行的安装机组；具备于所述安装机组，产生动力并传输的动力传导机组；以可移动方式结合到所述安装机组，接受传输自所述动力传导机组的动力，施加运动辅助及运动需要的外力的运动辅助机组，所述运动辅助机组一端部结合到所述动力传导机组，具备上面开放的开放部；
一个以上负荷检测部件，其收纳在所述收纳套壳里，检测出上部施加的负荷；
覆盖部件，其覆盖所述收纳套壳的开放部，以使外部施加的负荷提供到所述负荷检测部件；以及
微型计算机，其具备于所述动力传导机组或所述收纳套壳，依据构成所述动力传导机组的电机发送的编码器信号计算出运动辅助时刻和运动辅助强度的计算值，按照计算值核算出将由所述动力传导机组造成的外力值，向所述动力传导机组发送控制信号。
本发明中，可以包括：具备于所述覆盖部件的导轨；沿着所述导轨移动的移动体；固定于所述移动体的上部的稳定板；以及防护所述导轨，在露出所述稳定板的状态下进行覆盖的防护体。
本发明中，所述负荷检测部件由多个压力传感器组成，其还可以包括：具备于所述多个压力传感器和覆盖部件之间，使施加到所述多个压力传感器的荷载施压多个压力传感器全部的负荷传导部件。
本发明中，所述安装机组包括穿过所述第1方向框体的杆状安装销钉和挂到所述安装销钉的第1挂槽，固定
Figure BDA0002049130000000041
型第1安装杆和所述动力传导机组，设置挂住所述安装销钉的第2挂槽，具备
Figure BDA0002049130000000042
型第2安装杆；所述动力传导机组包括与所述安装机组平行地得到固定并具备内部空间的机壳、设置于所述机壳的电机、接受所述电机的动力，沿着第1方向延伸的滚珠螺杆以及接受所述滚珠螺杆的动力，沿着所述第1方向或第1方向的反方向移动的滚珠螺杆螺母；所述运动辅助机组结合到所述滚珠螺杆螺母。
本发明中，所述微型计算机在接收所述压力传感器检测出的重量值，保存开始运动前施压的初始重量值，并判断重量值是否为0，而判定重量值为0时，确定即将开始运动之后，如果所述压力传感器检测出的负荷大于初始重量值，压力传感器的负荷检测时间比预先设定的时间长，就驱动所述辅助运动机组，而驱动所述辅助运动机组时，接收压力传感器实时检测的重量值，依据通过检测重量值和初始重量值的对比计算出的对比值，核算其差值的扭力，计算所述电机的扭矩，并依据计算的值交互启动电机。
本发明的另一方面，提供一种包括所述肌肉运动用机架的体育健身装备。
发明效果
如上所述，本发明提供的可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备运动辅助装置的体育健身装备即使没有专业教练的陪练也可以通过电子控制精准地辅助肌肉运动，使体能锻炼者独自完成举重训练，节省人力成本。
并且，本发明不以位置或速度为基础辅助运动，而是基于检测出的实际负荷辅助运动，使体能锻炼者在运动时感觉不到卡涩感，而感觉到自然、精准和有效。
并且，本发明可以通过运动辅助构成要素的最佳设计进行普及，提供具有竞争力的高附加值体育健身装备。
本发明的技术效果并不局限在以上提及的内容，本发明所属技术领域的技术人员应当可以依据以下阐述的内容明确地理解未提及的另外需要解决的技术问题。
附图说明
图1是体育健身装备肌肉运动用机架(Rack)上贴附本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的透视图。
图2是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的安装机组的透视图。
图3是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的动力传导机组的组装透视图。
图4是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的运动辅助机组的分解透视图。
图5示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的组装运动辅助机组时状态。
图6是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的另一实施例的运动辅助机组分解透视图。
图7示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的组装运动辅助机组时状态。
图8示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的辅助运动机组运行的运动辅助运算法则。
*附图标记*
10：肌肉运动用机架 11：垂直框体 12：水平框体
13：安装孔 100：安装机组 110：安装销钉
120、130：安装杆 121、131：卡槽 200：动力传导机组
220：电机 230：滚珠螺杆 240：滚珠螺杆螺母
300：运动辅助机组 310：收纳套壳 320：压力传感器
330：覆盖部件 340：负荷传导部件 350：导轨
360：移动体 370：稳定板 380：防护体
具体实施方式
以下，参考详细说明及附图更加明确地理解本发明的附加目的、特征及优点。
详细说明本发明之前，应当理解，本发明可以进行多种变更，可以具备多个实施例，以下进行说明和附图示出的示例不限定本发明的特定实施形态，涵盖了包括在本发明的思想和技术范围的所有变更、等同物乃至替代物。
对于任一构成要素“连接”或“接入”到另一构成要素，可以理解为，连接或接入到其另一构成要素，也可以理解为，中间具备另一构成要素。反之，对于任一构成要素“直接连接”或“直接接入”到另一构成要素，应当理解为，中间不具备另一构成要素。
本说明书使用的术语只用于特定实施例的说明，本发明不受其限定。在单数的表达上，只要文章没有表示明显不同的含义，就包括复数的表达。本说明书中，对于“包括
Figure BDA0002049130000000071
或“具备”等术语，应当理解为，其用于指出说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合，并不预先排除一个或其以上另一特征或者数字、步骤、动作、构成要素、部件或其组合的存在或添加可能性。
并且，说明书中记载的
Figure BDA0002049130000000072
部
Figure BDA0002049130000000073
机组
Figure BDA0002049130000000074
模块”等术语意指运行至少一个功能或动作的单位，其可以通过硬件或软件或者硬件和软件的结合来实现。
并且，参考附图进行说明的过程中，与附图符号无关，对于相同的构成要素使用相同的参考符号，并省略对其的重复说明。在说明本发明时，认为对于相关公开技术的具体说明不必要地混淆本发明的要点时，将省略其详细说明。
以下，参考附图详细说明优选实施例的可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备其的体育健身装备。首先，参考图1至图3详细说明本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置。图1是体育健身装备肌肉运动用机架(Rack)上贴附本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的透视图，图2是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的安装机组的透视图，图3是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的动力传导机组的组装透视图。
如图1至图3所示，本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置包括：
安装机组100，其以可拆卸方式形成于构成体育健身装备的肌肉运动用机架10的一对第1方向框体(例如，垂直框体)11上并与所述第1方向框体11平行；
动力传导机组200，其具备于所述安装机组100，产生动力并传输；以及
运动辅助机组300，其以可移动方式结合到所述安装机组100，接受传输自所述动力传导机组200的动力，施加运动辅助及运动需要的外力。
所述肌肉运动用机架10包括：沿着第1方向(D1)延伸的一对第1方向框体11以及沿着与第1方向(D1)交叉的第2方向(D3)延伸并分布于所述一对第1方向框体11之间的第2方向框体(例如，水平框体)12。
所述安装机组10包括：穿过形成于各个垂直框体11的安装孔12的安装销钉110；包括挂到所述安装销钉110的第1挂槽121的
Figure BDA0002049130000000081
型钢第1安装杆120；以及包括挂到所述安装销钉110的第2挂槽131的
Figure BDA0002049130000000082
Figure BDA0002049130000000083
型钢第2安装杆130。
安装所述安装机组100时，可以在用于肌肉运动的机架10的垂直框体11上穿出可以穿过安装销钉110的安装孔12。因此，可以不顾及以往安装的机架的种类进行贴附。
其次，所述动力传导机组200与安装机组100平行地得到固定，产生动力并传输。如图3所示，其包括：
机壳211、212，其与所述安装机组100平行地得到固定并具备内部空间；
电机220，其分布于所述机壳211、212的一端部，并产生动力；
滚珠螺杆230，其分布于所述机壳210的内部空间，与所述电机220联动而传输电机220产生的动力，并沿着第1方向(D1)延伸；
各个滚珠螺杆螺母240，其分布于所述滚珠螺杆230的螺纹上，沿着所述第1方向(D1)或第1方向(D1)的反方向移动。
所述机壳211、212包括：
结合板部件211，其包括可以固定所述电机220的固定部件(未图示)；
Figure BDA0002049130000000084
型方状部件212，其使引导运动辅助机组300移动的移动槽213沿着第1方向(D1)得到延伸。
并且，所述动力传导机组200包括：覆盖电机的电机覆盖部件214以及覆盖以下旋转支座222的支座覆盖部件215。
这里，本发明可以包括：代为所述滚珠螺杆230和滚珠螺杆螺母240传输产自电机220的动力的传动带(未图示)以及支持所述传动带而旋转的滑轮(未图示)。
并且，所述电机220可以通过接受电机220的动力传输到滚珠螺杆230的电机连接部250，将动力传输到滚珠螺杆230。并且，所述滚珠螺杆230得到旋转支座260的支持进行旋转。
这里，所述电机220通过构成以下运动辅助机组的微型计算机发送的控制信号控制驱动，并发送编码器信号。
所述滚珠螺杆螺母240分布于滚珠螺杆230的螺纹上，可以沿着第1方向(D1)或第1方向(D1)的反方向移动，并将动力产生的纵向运动传导到辅助运动机组300。例如，滚珠螺杆螺母240可以随着电机220的动作，沿着第1方向(D1)或第1方向(D1)的反方向，以大约1mm为单位精准地移动。
再则，参考附图详细说明所述运动辅助机组300。
首先，参考图4和图5说明构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的运动辅助机组的一实施例。图4是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的运动辅助机组的分解透视图，图5示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的组装运动辅助机组时状态。
所述运动辅助机组300包括：
盒型收纳套壳310，其一端部结合到所述动力传导机组200，并具备上面开放的开放部；
一个以上压力传感器320，其收纳在所述收纳套壳310里，检测出上部施加的负荷；
覆盖部件330，其覆盖所述收纳套壳310的开放部，以使外部施加的负荷提供到所述压力传感器320；以及
微型计算机(未图示)，其具备于所述动力传导机组或所述收纳套壳310，依据所述电机220发送的编码器信号对于运动辅助时刻、运动辅助强度和运动辅助位置计算出计算值，按照计算值核算出将由所述电机220造成的外力值，向所述电机220发送控制信号。
这里，所述运动辅助机组300中，所述压力传感器320可以由两个以上的多个组成，还包括：具备于所述多个压力传感器320和覆盖部件330之间，使施加到所述多个压力传感器320的荷载施压多个压力传感器320全部的负荷传导部件340。
所述负荷传导部件340包括：接触所述覆盖部件330的面的接触部341以及从所述接触部351向各压力传感器320侧延伸而固定于压力传感器320的固定部342。
再则，参考图6和图7说明构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的运动辅助机组的另一实施例。图6是构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的另一实施例的运动辅助机组分解透视图，图7示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的一实施例的组装运动辅助机组时状态。
如图6和图7所示，另一实施例的运动辅助装置包括：
盒型收纳套壳310，其一端部结合到所述动力传导机组200，并具备上面开放的开放部；
一个以上压力传感器320，其收纳在所述收纳套壳310里，检测出上部施加的负荷；
覆盖部件330，其覆盖所述收纳套壳310的开放部，以使外部施加的负荷提供到所述压力传感器320；
微型计算机(未图示)，其具备于所述动力传导机组或所述收纳套壳310，依据所述电机220发送的编码器信号对于运动辅助时刻、运动辅助强度和运动辅助位置计算出计算值，按照计算值核算出将由所述电机220造成的外力值，向所述电机220发送控制信号；
导轨350，其具备于所述覆盖部件330；
移动体360，其可以沿着所述导轨340移动；
稳定板370，其固定于所述移动体360的上部；以及
防护体380，其防护所述导轨350，在露出所述稳定板370的状态下进行防护。
这里，所述另一实施例的运动辅助机组300中，所述压力传感器320也同样由两个以上的多个组成，还包括：具备于所述多个压力传感器320和覆盖部件330之间，使施加到所述多个压力传感器320的荷载施压多个压力传感器320全部的负荷传导部件340。
所述另一实施例的运动辅助机组300由导轨350、移动体360和稳定板370组成，因此，位于稳定板370的杠铃等进行纵向运动时，连前后运动(沿着D3方向的运动)也产生自由度，并减少摩擦力而最大限度去除卡涩感。
图8示出了构成本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的辅助运动机组运行的运动辅助运算法则。
如图8所示，所述辅助运动机组中，微型计算机接受由压力传感器320检测出的、为进行杠铃或肌肉运动施压覆盖部件330(一实施例)或稳定板(370)的另一运动器具的重物的重量值，保存开始运动前施加的初始重量值。
然后，判断重量值是否为0，而判定重量值为0时，就确定即将开始运动。然后，如果压力传感器320检测出的负荷大于初始重量值，压力传感器320的负荷检测时间比预先设定的时间长，就通过辅助运动机组300开始实施辅助运动。
实施所述运动辅助时，接收压力传感器320实时检测的重量值，依据通过检测重量值和初始重量值的对比计算出的对比值，核算出其差值(不够的力量)的扭力，与此相应地计算电机的扭矩，依据计算的值启动电机，从而纵向驱动辅助运动机组300。
然后，具备于辅助运动装置的停止开关被接通(on)时，终止运动，辅助运动机组返回原位。
所述微型计算机基于编码器信号，利用SMCWSPO(Sliding Mode Control WithSliding Perturbation Observer)运算法则计算出扰动值，从计算出的扰动值减去驱动摩擦力而计算出外力，并对于计算出的外力，适用低通滤波器计算出消除误差的最终外力跟踪值，从而确定更正确的辅助外力大小、更妥当的辅助时刻及辅助位置。因此，本发明的运动辅助装置符合于用户的运动情况，成倍提高运动效果，并减少辅助装置的卡涩感。
并且，所述微型计算机不仅为了辅助利用重物的肌肉运动计算出将由电机220造成的外力值，还为了辅助运动机组300上安装杠铃杆，通过电机220的动力，将用于肌肉运动的负荷施加到杠铃杆而实施的肌肉运动，计算出即将由电机220造成的外力值。
因此，本发明的运动辅助装置均可以实施和辅助利用重物的肌肉运动和利用电动力产生的负荷的肌肉运动。
另外，上述本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置的说明和图示例中，虽然说明和示出了采用杠铃杆时的运动辅助，但是本发明的技术思想和实施方式可以用于为肌肉运动施加负荷而锻炼体能的多种器具，如压腿机、腿部韧带拉伸机、绳索夹胸机、拉力器、高滑轮等，对此，只要是本发明所属技术领域的技术人员，应当充分理解，可以通过本发明的技术思想和实施技术进行嫁接。
本说明书说明的实施例和附图仅限于举例说明涵盖于本发明的部分技术思想。因此，本说明书公开的实施例并非限定本发明的技术思想，而是为了说明本发明的技术思想。应当认为，在涵盖于本发明说明书和附图的技术思想的范围内，本发明所属技术领域的技术人员容易类推的变形例和实施例均落入本发明的权利要求范围。
工业应用性
如上所述，本发明的可以判断辅助力量的运动辅助装置以及具备其的体育健身装备即使没有专业教练的陪练也可以通过电子控制精准地辅助肌肉运动，使体能锻炼者独自完成举重训练，节省人力成本，不以位置或速度为基础辅助运动，而是基于检测出的实际负荷辅助运动，使体能锻炼者在运动时感觉不到卡涩感，而感觉到自然、精准和有效。
并且，本发明可以通过运动辅助构成要素的最佳设计进行普及，提供具有竞争力的高附加值体育健身装备。

Claims (5)

1.一种可以判断辅助力量的运动辅助装置，其包括：
盒型收纳套壳，其包括以可拆卸方式形成于构成肌肉运动用机架的第1方向框体上并与所述第1方向框体平行的安装机组；具备于所述安装机组，产生动力而传输的动力传导机组；以可移动方式结合到所述安装机组，接受传输自所述动力传导机组的动力，施加运动辅助及运动需要的外力的运动辅助机组，所述运动辅助机组一端部结合到所述动力传导机组，具备上面开放的开放部；
一个以上负荷检测部件，其收纳在所述收纳套壳里，检测出上部施加的负荷；
覆盖部件，其覆盖所述收纳套壳的开放部，以使外部施加的负荷提供到所述负荷检测部件；以及
微型计算机，其具备于所述动力传导机组或所述收纳套壳，依据构成所述动力传导机组的、产生旋转驱动力的驱动手段发送的编码器信号对于运动辅助时刻和运动辅助强度计算出计算值，按照计算值核算出将由所述动力传导机组造成的外力值，向所述动力传导机组发送控制信号；
包括：具备于所述覆盖部件的导轨；沿着所述导轨移动的移动体；固定于所述移动体的上部的稳定板；以及防护所述导轨，在露出所述稳定板的状态下进行覆盖的防护体。
2.根据权利要求1所述的可以判断辅助力量的运动辅助装置，其特征在于：所述负荷检测部件由多个压力传感器组成，其还包括：具备于所述多个压力传感器和覆盖部件之间，使施加到所述多个压力传感器的荷载施压多个压力传感器全部的负荷传导部件。
3.根据权利要求2所述的可以判断辅助力量的运动辅助装置，其特征在于：
所述安装机组包括穿过所述第1方向框体的杆状安装销钉和挂到所述安装销钉的第1挂槽，固定
Figure FDA0002972449690000011
型第1安装杆和所述动力传导机组，设置挂住所述安装销钉的第2挂槽，具备
Figure FDA0002972449690000012
型第2安装杆；
所述动力传导机组包括与所述安装机组平行地得到固定并具备内部空间的机壳、设置于所述机壳的电机、接受所述电机的动力，沿着第1方向延伸的滚珠螺杆以及接受所述滚珠螺杆的动力，沿着所述第1方向或第1方向的反方向移动的滚珠螺杆螺母；所述运动辅助机组结合到所述滚珠螺杆螺母。
4.根据权利要求3所述的可以判断辅助力量的运动辅助装置，其特征在于：所述微型计算机在接收所述压力传感器检测出的重量值，保存开始运动前施压的初始重量值，并判断重量值是否为0，而判定重量值为0时，确定即将开始运动之后，如果所述压力传感器检测出的负荷大于初始重量值，压力传感器的负荷检测时间比预先设定的时间长，就驱动所述运动辅助机组，而驱动所述运动辅助机组时，接收压力传感器实时检测的重量值，依据通过检测重量值和初始重量值的对比计算出的对比值，核算其差值的扭力，计算所述电机的扭矩，并依据计算的值交互启动电机。
5.一种具备权利要求1至4中任一项所述的运动辅助装置的体育健身装备。
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