CN110384892A - 一种健身练功装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种健身练功装置和方法，涉及智能家居、体育锻炼、养生保健、休闲娱乐等技术领域，通过逆向思维，改变电动滑板车的形状、构造、功能、控制方法和/或使用方法，转用到健身练功领域，利用技术人员力图避免的技术特征产生了预料不到的技术效果，形成新的用途，帮助使用者提高平衡、协调、放松、柔顺、应变能力，更便捷、轻松、高效的达到健身练功效果。

Description

一种健身练功装置和方法

技术领域

本发明涉及智能家居、体育锻炼、养生保健、休闲娱乐等技术领域，特别是涉及一种健身练功装置和方法。

背景技术

现有健身练功装置中，多数强调力量、刚猛、紧张、对抗，追求“更快、更高、更强”。少数健身练功方法，如武术、瑜伽等，主张柔化、放松，特别是主张中正安舒、舍己从人、以柔克刚的内家功夫太极拳，对于身心修炼非常有益，但这类方法，较难理解把握，不容易入门和持续，目前也缺乏有效的辅助练习装置。

现有电动滑板车、平衡车等类似装置，设计用途主要为代步、运输或娱乐，平稳、舒适是其主要设计目标，启动、停止、换向的过程力求平缓，以防止将使用者从踏板上甩落，一般只宜在较大空间、特别是户外使用，转换方向、变换速度需要人工干预，不具备自动调速功能，不具备在室内小空间范围内连续自动往返功能，该领域的技术人员也没有意愿和动机增加或改进出有违平稳、舒适目标的功能；现有类似装置由于省电、爬坡、转向、做花样动作等使用需要以及技术限制，车轮大多裸露在外，踏板较为轻薄，有些部位上翘、尖锐，缺少防撞部件，在室内小空间范围内使用极易撞伤他人、他物，特别是孩童、宠物由于好奇或意外闯入时极易受到伤害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过逆向思维，改变电动滑板车的形状、构造、功能、控制方法和/或使用方法，转用到健身练功领域，以提供一种健身练功装置及方法，帮助使用者提高平衡、协调、放松、柔顺、应变能力，更便捷、轻松、高效的达到健身练功效果。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案如下：

1、一种健身练功装置，由踏板、桥架组件、车轮、电机、电源组件、印刷电路板、微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块、遥控器构成，车轮、电机安装在桥架组件下方，桥架组件安装在踏板下方，微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块安装在印刷电路板上，电源组件、印刷电路板安装在踏板下方，电源组件与印刷电路板相连，电机驱动模块与电机相连，微处理器与电机驱动模块、遥控信号接收模块相连，遥控器通过非接触方式与遥控信号接收模块交换数据，使用者可通过遥控器控制所述装置启动、停止、调整移动速度，其特征在于：还包括自动换向单元，每隔一定距离或一定时间自动将电机运转方向切换到相反的方向，从而带动所述装置连续自动往返移动。

现有电动滑板车，一般为单方向运行，需要较大的使用空间，即使少数可以双向运行，换向时也需要人工干预，使用者主动换向时，由于有心理准备，所以对健身练功帮助不大。所述装置连续自动往返移动，换向无需使用者干预，非常适合在室内使用；使用者站立或端坐在所述装置上，要想保持不掉落，需要随时调节身心状态、且不能使用蛮力，特别是换向时更需要克服惯性冲击，所以有益于健身练功。

2、根据第1项所述装置，其特征还在于：换向方式是硬换向，即换向时不等待所述装置停稳立即以相同或更大的功率朝相反的方向移动。

现有电动滑板车，为了保障平稳、舒适，换向方式会尽量选择软换向——即先停下或先减速、再朝相反方向运行，以减少冲击；所述装置进行硬换向，可以加强对使用者的冲击，从而提高其健身练功效果。

3、根据第1或2项所述装置，其特征还在于：踏板的上表面分布有众多凸起按摩点，凸起按摩点高度超过8mm、相互间距多数超过5mm，以辅助刺激、按摩使用者脚掌或臀部等与踏板接触的部位。优选地，将指压板贴附于踏板上表面，以形成众多凸起按摩点。

现有电动滑板车，为了保障舒适、轻薄、易操控，踏板的上表面倾向于做成轻微的凹型，表面相对平整或贴有止滑砂纸，没有太多较大的凸起点。

现有技术条件下，有很多人选择脚踩鹅卵石板、指压板等静态物件锻炼养生，脚踩这类静态物件相对枯燥乏味，而且踩的过程中往往会努力回避更需要锻炼的压痛部位；使用者站或坐在所述装置踏板上表面的凸起按摩点上，由于需要应对所述装置的扰动，所获刺激、按摩效果会比在静态物件上使用更明显。

4、根据第1至3任一项所述装置，其特征还在于：包括防撞开关，安装在踏板移动方向的两侧，防撞开关与微处理器或电源组件相连，所述装置在移动中碰撞到外物时自动急停。

现有电动滑板车，一般没有防撞开关，移动中即使碰撞到外物，也不宜自动急停，因为在使用者没有思想准备时自动急停极易将使用者摔伤。缺少防撞部件的电动滑板车，在室内小空间范围内使用极易撞伤他人、他物，特别是孩童、宠物由于好奇或意外闯入时极易受到伤害。由于使用目的不同，所述装置连续自动往返移动，换向时的冲击大于急停的冲击，使用者时刻警惕以防摔落，自动急停对使用者的威胁不大，且可以更好地降低对外界的伤害。

5、根据第1至4任一项所述装置，其特征还在于：包括自动变速单元，使用者选用自动变速模式时，自动变速单元每间隔一定距离或一定时间自动调整所述装置移动速度，在使用者觉得速度合适时可用遥控器锁定速度，从而使所述装置维持以最适合使用者的速度移动。

现有电动滑板车，加速、减速是通过遥控器/油门人工干预的，在使用者没有思想准备时也不宜自动变速。所述装置自动变速，有利于更方便、更精确地接近使用者喜爱或耐受的速度，所述装置以最适合使用者的速度移动可以提高使用者的健身练功效果。

6、根据第1至5任一项所述装置，其特征还在于：包括脑电波传感组件、无线通讯模块，无线通讯模块安装在印刷电路板上、与微处理器相连，脑电波传感组件自动采集使用者脑电波数据，并通过无线通讯方式将使用者脑电波数据发送给无线通讯模块，由无线通讯模块传送给微处理器，微处理器根据接收到的使用者脑电波数据自动调整所述装置移动速度。实时采集使用者脑电波中的放松度和/或专注度和/或alpha波含量指标数据，与训练目标值进行比较，采集到的指标数据大于训练目标值时自动加速，小于训练目标值时自动减速，从而逐渐逼近、维持最佳状态，从而达到更好的健身练功效果。

现有技术条件下，有采用脑电波反馈控制的学习娱乐装置，例如根据专注度操纵玩具小车、小球等单向移动，这类装置一般由使用者在静态下使用，对健身练功帮助不大。

科学研究已表明，人要保持良好的身心状态，需要经常运动，但是也不可以运动过激，盲目运动和过激运动都是有害的。然而，个体在主观上很难把握到合适的运动强度，在使用所述装置进行健身练功时，所述装置移动速度过慢，使用者会分心和乏味，移动速度过快，使用者会过于紧张，都会影响效果。所述装置通过脑电波反馈自动调整移动速度，更加客观、直观、方便、高效。

7、一种采用第1至6任一项所述装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S0：预设单程移动距离或时长最大允许值A；

S1：等待启动指令，收到启动指令后进入S2，否则继续S1；

S2：以初始速度朝初始方向移动，同时进入S3.1和S4；

S3.1：自动计算运行距离或时长a并与A比较大小，如果a≥A，进入S3.2，否则继续S3.1；

S3.2：自动朝当前移动方向相反的方向移动，并将a值清0，然后返回步骤S3.1；

S4：监听停止信号，如果收到停止信号，进入S5，否则继续S4；

S5：停止移动，并将a值清0，然后返回S1。

预设单程移动时长、进行定时自动换向，可直接通过微处理器内含的定时器中断处理实现，但由于移动速度不同，单程移动的路程会不一样，对于使用场地要求会高一些。

优选地，预设单程移动距离、进行定距自动换向，可选用有霍尔传感的轮毂电机，微处理器通过电机驱动模块获取轮毂电机的霍尔脉冲信号，并累加比较，达到预设值时自动换向，这样可以保障在不同速度下的往返单程距离基本一致。

由于实际使用工况的偏差，例如场地倾斜或不平、正反向摩擦系数偏差、装置重心及使用者重心分布偏差等，仍会导致一定累积偏差，所述装置逐渐滑向某一侧。为解决这个问题，所述装置还可包括立即换向单元，由使用者在需要时使用遥控器发送立即换向指令，微处理器接收到立即换向指令时，立即改变电机转动方向，使所述装置朝当前移动方向相反的方向移动，从而纠正累积偏差。

8、根据第7项所述方法，其特征还在于：如果使用者选用了脑电波传感模式，在步骤S0中还可预设脑电波数据训练目标值g，在步骤S3.1中监听接收脑电波传感组件采集的使用者脑电波数据i，并与目标值g比较，如果i>g则自动将电机运转速度提高1级，如果i<g则自动将电机运转速度降低1级。所述脑电波数据，可以是使用者放松度、专注度、alpha波含量等指标中的一种或多种组合。优选地，鉴于脑电波数据的波动性，为避免产生频繁变速抖动，可采用多次比较符合条件时再变速。

9、一种健身练功方法，其特征在于使用第1项至第6项任一项所述装置进行健身练功，具体步骤为：

T0：将所述装置放置于地面，打开电源开关；

T1：使用者在所述装置踏板上站或坐稳，启动所述装置，进入T2和T3；

T2：所述装置承载着使用者自动往返移动，以向使用者施加干扰；

T3：使用者为防止从所述装置踏板上掉落，顺应所述装置的移动及时调节身心状态，从而达到健身练功效果。

10、根据第9项所述方法，其特征还在于：步骤T3中包括使用者在所述装置上保持不掉落的同时操练武术或功法动作。操练的动作姿势以至少有一只脚支撑不动的为佳，太极拳、八段锦、易筋经等武术或功法中包含很多这样的动作，例如站桩、云手、十字手等等，可单式操练，也可多式连贯操练。

练习者在没有扰动的环境中操练武术或功法动作时，由于环境宽松，下盘根基不稳、身体僵硬、头重脚轻、东倒西歪、分心他顾、心浮气躁等情形经常出现，致使影响健身练功的效率和效果。

使用者在所述装置上保持不掉落的同时操练武术或功法动作，需要时刻深根固柢、中正安舒、无暇分心，自然而然地符合了武术或功法的基本原则和要求，通过动中求静，快速提高健身练功效果。

11、根据第1至6任一项所述装置，其特征还在于：包括音频播放模块，以用于播放伴奏音乐、导引指令等音频；还包括显示模块，以直观显示运行速度、电池电量等信息；还包括易拆换的遮挡组件，以易拆换的方式安装在踏板下方四周、遮挡住车轮，使用者可自行拆卸、更换，可自行定制个性化的外观。

12、根据第1至11任一项所述装置，其特征还在于：可以使用智能手机等类似设备代替遥控器的功能，还可以由智能手机通过应用程序接收脑电波传感组件采集的数据、并自动分析调整所述装置的移动速度。

本发明的有益效果是：

创造了一种健身练功装置和方法，将现有电动滑板车技术改进创新后转用到健身练功领域，利用技术人员力图避免的技术特征产生了预料不到的技术效果，形成新的用途，帮助使用者提高平衡、协调、放松、柔顺、应变能力，更便捷、轻松、高效的达到健身练功效果。

现代医学认为，脚是人体“第二心脏”。双脚离心脏最远，血液从心脏流向双脚很容易，但是从双脚流回心脏却不容易。人体需要借助脚部肌肉收缩的力量，使人体血液循环得以顺利进行。拳谚云：其根在脚，发于腿，主宰于腰，形于手指。产科医生拍打初生婴儿脚底开启生命旅程，连接人体脏腑的十二大经脉有一半起止于脚，人体70%以上肌肉在下半身。脚部锻炼，对于体能与健康至关重要，本发明非常有助于脚部锻炼。

深根固柢、中正安舒、松沉自然、动中求静是练拳练功的基本原则，也是较难达到的，本发明创造的扰动环境，有助于使用者在不知不觉中符合这些基本原则，经常练习即能改善身体机能、增强身体素质、提升综合素养。本装置体积小、重量轻，使用环境要求低，在室内小空间都可使用，显著提高了经济性和实用性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，图1为本发明实施例的构成示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例的构成示意图。实施例由踏板1、桥架组件2、从动车轮3、轮毂电机4、电源组件5、控制盒6构成，控制盒6中包括印刷电路板、微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块，遥控器也可以收纳在控制盒6中，在需要时取出使用。

从动车轮3、轮毂电机4分别安装在桥架组件2下方，桥架组件2安装在踏板1下方，微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块安装在印刷电路板上，电源组件5、印刷电路板/控制盒6安装在踏板1下方，电源组件5与印刷电路板相连，电机驱动模块与电机相连，微处理器与电机驱动模块、遥控信号接收模块相连，遥控器通过非接触方式与遥控信号接收模块交换数据，使用者可通过遥控器控制所述装置启动、停止、调整移动速度。

踏板的尺寸、形状、材料可以有多种选择，为描述简便，本实施例选用长60cm、宽25cm、厚2cm的竹板作为踏板；选用额定电压24V、尺寸为123*38*58mm的动力型锂电池组作为电源组件5；从动车轮3直径72mm、数量2套，轮毂电机4工作电压24V、功率120W、直径72mm、数量2套，桥架组件2分别为从动车轮3、轮毂电机4的标准配套桥架；选用Arduino卡片电脑作为微处理器，电机驱动模块选用工作电压12至36V、双驱、直流、无刷、有霍尔、大功率轮毂电机控制板，电机驱动模块的相线输出端与轮毂电机4的相线输入端依次相连、霍尔线与轮毂电机的霍尔线依次相连；遥控信号接收模块输出端与微处理器的数字输入口相连。本实施例的基本外形尺寸约为长60cm、宽25cm、高12cm，适宜在室内使用。

优选地，自动换向单元包括：微处理器的数字输出口分别与电机驱动模块的转速控制、正反控制端相连，微处理器的含中断输入功能的数字输入口与电机驱动模块的测速脉冲信号端相连，在微处理器嵌入程序中包括自动换向子程序块，处理算法为：

S0：预设单程移动最大允许测速脉冲数量A；

S1：等待启动指令，收到启动指令后进入S2，否则继续S1；

S2：初始化测速脉冲计数器a=0，打开测速脉冲中断处理，设置转速控制端口的转速控制电压值以启动电机，同时进入S3.1和S4；

S3.1：接收到测速脉冲中断信号时，令a=a+1，并与A比较大小，如果a≥A，进入S3.2，否则继续S3.1；

S3.2：将微处理器与电机驱动模块正反控制端相连的数字输出口的值取反，以朝当前移动方向相反的方向移动，并将a值清0，然后返回步骤S3.1；

S4：监听停止信号，如果收到停止信号，进入S5，否则继续S4；

S5：将转速控制端口的转速控制电压值设置为0以停止移动，并将a值清0，然后返回S1。

自动换向单元，也可以不选用自动换向子程序块，使用数字电路或数字集成电路模块实现：例如选用D触发器（乒乓开关）、带断电记忆功能的预置数计数器，焊接或插接在印刷线路板上，将所述计数器预置为单程移动最大允许测速脉冲数量A，所述计数器输入端与电机驱动模块的测速脉冲信号端相连、输出端与D触发器的输入端相连，D触发器的输出端与电机驱动模块的正反控制端相连。

本实施例的换向方式优选硬换向，现有通用的电机驱动模块不符合硬换向要求，应将电机驱动模块上的驱动芯片替换成专用于硬换向的IC芯片。

要想让踏板的上表面分布有众多凸起按摩点，可以有多种方法，例如在踏板上切割雕刻或插接附件、开专用模具制造等，本实施例优选指压板7，选用一张（或多张拼成）与踏板面积接近的指压板，固定或粘贴在踏板上表面，优选可拆卸式粘贴，例如使用强力背胶魔术贴粘贴。

本实施例优选在踏板两侧安装防撞开关8，可选用硅胶导电压条开关作为防撞开关，压条开关长度与踏板宽度接近，2根，开关信号线与微处理器的输入端口相连，微处理器收到开关动作信号时，立即向电机驱动模块发出急停控制信号。如果不使用微处理器实现碰撞急停功能，也可以将防撞开关信号线与电源组件相连，检测到碰撞时直接切断控制盒6的电源供应。

本实施例优选在微处理器中设置自动变速子程序块实现自动变速单元，自动变速子程序块根据测速脉冲计数器信号或定时器信号，每间隔一定距离(脉冲数)或一定时间，自动提高或降低转速控制端口的转速控制电压值，从而调整所述装置移动速度；优选地，同时监听遥控器指令，收到锁定速度的指令时，维持转速控制电压值不变，从而使所述装置维持以最适合使用者的速度移动。

本实施例可选包括脑电波传感组件、无线通讯模块，脑电波传感组件可选用带蓝牙通讯的TGAM脑电模块套件，TGAM模块可采集提供原始波值、EEG功率- delta(0.5-2.75Hz)，theta（3.5-6.75 Hz），low-alpha(7.5-9.25 Hz)， high-alpha(10-11.75 Hz)，low-beta(13-16.75 Hz)，high-beta(18-29.75 Hz)，low-gamma(31-39.75 Hz)，mid-gamma(41-49.75 Hz)、专注度、放松度指数；选用蓝牙模块作为无线通讯模块，无线通讯模块安装在印刷电路板上、与微处理器相连；使用者将脑电波传感组件戴在头上，脑电波传感组件自动采集使用者脑电波数据，并通过无线通讯方式将使用者脑电波数据发送给无线通讯模块，由无线通讯模块传送给微处理器，微处理器根据接收到的使用者脑电波数据自动调整所述装置移动速度。实时采集使用者脑电波中的放松度和/或专注度和/或alpha波含量指标数据，与训练目标值进行比较，采集到的指标数据大于训练目标值时自动加速，小于训练目标值时自动减速。例如放松度连续3个采样周期高于目标值时，自动将电机运转速度提高1级，连续3个采样周期小于目标值时，自动将电机运转速度降低1级。

本实施例优选采用站姿练习，使用者参照武术、养生站桩要领，双脚站在踏板上，双脚平行、双脚距离与肩同宽，头容正直、身体放松、保持平衡，准备就绪后使用遥控器启动，随着所述装置自动往返移动，使用者相应调整身心状态、尽量保持不从踏板上掉落，从而达到健身娱乐效果。使用者逐渐适应或熟练后，在保持不掉落的同时，可操练武术或功法动作，操练的动作姿势以至少有一只脚支撑不动的为佳，例如伴随所述装置往返移动的节奏，进行左右太极云手，能更好更快地体会和掌握太极拳的虚灵顶劲、含胸拔背、松腰、分虚实、沉肩坠肘、用意不用力、上下相随、内外相合、相连不断、动中求静十个要领，而且节奏、韵律感很强，较有趣味性和观赏性。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，依此类推，还可以作出更多变形和改进。

Claims (10)

1.一种健身练功装置，由踏板、桥架组件、车轮、电机、电源组件、印刷电路板、微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块、遥控器构成，车轮、电机安装在桥架组件下方，桥架组件安装在踏板下方，微处理器、电机驱动模块、遥控信号接收模块安装在印刷电路板上，电源组件、印刷电路板安装在踏板下方，电源组件与印刷电路板相连，电机驱动模块与电机相连，微处理器与电机驱动模块、遥控信号接收模块相连，遥控器通过非接触方式与遥控信号接收模块交换数据，使用者可通过遥控器控制所述装置启动、停止、调整移动速度，其特征在于：还包括自动换向单元，每隔一定距离或一定时间自动将电机运转方向切换到相反的方向，从而带动所述装置连续自动往返移动。

2.根据权利要求1所述装置，其特征还在于：换向方式是硬换向，即换向时不等待所述装置停稳立即以相同或更大的功率朝相反的方向移动。

3.根据权利要求1或2所述装置，其特征还在于：踏板的上表面分布有众多凸起按摩点。

4.根据权利要求1至3任一项所述装置，其特征还在于：包括防撞开关，安装在踏板移动方向的两侧，所述装置在移动中碰撞到外物时自动急停。

5.根据权利要求1至4任一项所述装置，其特征还在于：包括自动变速单元，使用者选用自动变速模式时，自动变速单元每间隔一定距离或一定时间自动调整所述装置移动速度。

6.根据权利要求1至5任一项所述装置，其特征还在于：包括脑电波传感组件、无线通讯模块，无线通讯模块安装在印刷电路板上、与微处理器相连，脑电波传感组件自动采集使用者脑电波数据，并通过无线通讯方式将使用者脑电波数据发送给无线通讯模块，由无线通讯模块传送给微处理器，微处理器根据接收到的使用者脑电波数据自动调整所述装置移动速度。

7.一种采用权利要求1至6任一项所述装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S0：预设单程移动距离或时长最大允许值A；

S1：等待启动指令，收到启动指令后进入S2，否则继续S1；

S2：以初始速度朝初始方向移动，同时进入S3.1和S4；

S3.1：自动计算运行距离或时长a并与A比较大小，如果a≥A，进入S3.2，否则继续S3.1；

S3.2：自动朝当前移动方向相反的方向移动，并将a值清0，然后返回步骤S3.1；

S4：监听停止信号，如果收到停止信号，进入S5，否则继续S4；

S5：停止移动，并将a值清0，然后返回S1。

8.根据权利要求7所述方法，其特征还在于：如果使用者选用了脑电波传感模式，在步骤S0中还可预设脑电波数据训练目标值g，在步骤S3.1中监听接收脑电波传感组件采集的使用者脑电波数据i，并与目标值g比较，如果i>g则自动将电机运转速度提高1级，如果i<g则自动将电机运转速度降低1级。

9.一种健身练功方法，其特征在于使用第1项至第6项任一项所述装置进行健身练功，具体步骤为：

T0：将所述装置放置于地面，打开电源开关；

T1：使用者在所述装置踏板上站或坐稳，启动所述装置，进入T2和T3；

T2：所述装置承载着使用者自动往返移动，以向使用者施加干扰；

T3：使用者为防止从所述装置踏板上掉落，顺应所述装置的移动及时调节身心状态，从而达到健身练功效果。

10.根据权利要求9所述方法，其特征还在于：步骤T3中包括使用者在所述装置上保持不掉落的同时操练武术或功法动作。