CN111790096B - 一种多功能组合型智能伺服健身器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能组合型智能伺服健身器，包括：控制单元、电磁动力单元和健身组件单元；电磁动力单元用于提供负载力，其中负载力为旋转扭力；控制单元与电磁动力单元连接，用于控制电磁动力单元的功率从而控制负载力的大小；健身组件单元与电磁动力单元组合连接，用于施加对抗力与电磁动力单元产生的负载力进行对抗。本发明以电磁动力单元代替传统健身设备通过配重或弹簧等方式提供负载力，能够有效降低健身器的体型，同时降低了成本，适应家庭健身器材的需求。

Description

一种多功能组合型智能伺服健身器

技术领域

本发明涉及智能健身设备技术领域，特别是一种多功能组合型智能伺服健身器。

背景技术

随着人们越来越注重健康的需要，健身成为了人们生活不可缺少的一部分。传统的健身设备大部分采用配重的形式来提供负载力，在健身的过程中通过克服配重(如铁锭、铁块)的重力作用来达到健身的效果。但是这种健身设备通常占地较大，不能适应家庭健身设备的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种多功能组合型智能伺服健身器。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

第一方面，提出一种多功能组合型智能伺服健身器材的负载力提供方法，健身器材上设置有电磁动力单元和控制单元，该方法包括：

控制单元控制电磁动力单元为健身器材提供负载力，其中负载力的形式为电磁动力单元产生的电磁力。

第二方面，提出一种多功能组合型智能伺服健身器材系统，包括：设置在健身器材上的电磁动力单元、控制单元和健身组件单元；其中，

电磁动力单元用于提供负载力，其中负载力为旋转扭力；

控制单元与电磁动力单元连接，用于控制电磁动力单元的功率从而控制负载力的大小；

健身组件单元与电磁动力单元组合连接，用于供用户施加与负载力进行对抗的对抗力。

第三方面，提出一种多功能组合型智能伺服健身器，包括：电磁动力单元、控制单元和健身组件单元；其中，

电磁动力单元包括电机；其中电机包括外壳、电机轴、电机定子和电机转子，其中电机轴与电机定子固定连接；电机轴通过轴承与外壳连接；外壳与电机转子固定连接；

控制单元包括驱动器，其中驱动器与电机电连接，用于控制电机启动以及调节电机的转速和扭矩。

健身组件单元与外壳或电机轴连接，用于施加对抗力与电机产生的电磁力对抗。

在一种实施方式中，电磁动力单元还包括电池组，电池组设置于外壳上，用于为电机供电。

在一种实施方式中，电机为伺服电机，控制单元还包括编码器；

编码器与电机连接，用于实时获取电机的速度信息、电流信息和位置信息反馈；

驱动器与编码器连接，用于根据编码器获取的速度信息、电流信息和位置信息反馈，采用伺服算法对反馈的信息进行处理，并完成对伺服电机的速度控制、扭矩控制以及位置控制。

在一种实施方式中，驱动器内置有通信单元，通过通信单元完成驱动器与外部终端的数据交互。

在一种实施方式中，健身组件单元包括手柄和橡胶轮，

手柄分别设置在电机的左右两侧，并与电机的电机轴固定连接；

橡胶轮套设在外壳的外侧。

在一种实施方式中，健身组件单元包括传动绳和固定架；

传动绳的一端与外壳固定连接，传动绳可卷绕在外壳上；

固定架与电机轴固定连接，用于固定电磁动力单元的位置。

本发明的有益效果为：本发明提出了一种通过电磁动力单元提供旋转扭力作为健身器的负载力提供源，可配合不同健身组件使用进行健身，用户通过健身组件施加对抗力与负载力进行对抗，从而达到健身的效果。同时电磁动力单元输出的负载力可通过控制单元进行调节，能够满足用户对不同部位、不同强度的健身需求。

与传统通过依托配重的健身设备相比，本发明健身器以电磁动力单元代替传统健身设备通过配重(如铁饼、铁锭)或弹簧等方式提供负载力，能够有效降低健身器的体型，同时降低了成本，适应家庭健身器材的需求。

通过控制单元对电磁动力单元输出的负载力实现精准的控制，能够提高健身器的使用效果。

健身组件单元通过拼装的方式实现将电磁动力单元应用到不同健身动作中，通过单个电磁动力单元配合不同的拼装组件，便能涵盖各种推拉运动的覆盖，组合灵活，节省空间，有效减少传统推拉健身器材的位置空间需求。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明健身器材系统的框架结构图；

图2为本发明其中一种实施方式中健身器的结构爆炸图；

图3为本发明其中一种实施方式中健身器的结构剖视图；

图4为本发明其中一种实施方式中健身器的使用状态示意；

图5为本发明其中一种实施方式中健身器的使用拼装结构示意图；

图6为本发明其中一种实施方式中健身器的使用拼装结构示意图。

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

提出一种多功能组合型智能伺服健身器材的负载力提供方法，其中健身器材上设置有电磁动力单元和控制单元，该方法包括：

控制单元控制电磁动力单元为健身器材提供负载力，其中负载力的形式为电磁动力单元产生的电磁力。

与传统的健身器材中提供的负载力为铁块的重力或者弹簧的弹力等建设器材负载力提供方式相比，上述提供的健身器材负载力提供方法，其采用电磁动力单元产生的电磁力作为健身器材的负载力，同时可配合不同健身组件使用进行健身，用户通过健身组件施加对抗力与负载力进行对抗，从而达到健身的效果。同时电磁动力单元输出的负载力可通过控制单元进行调节，能够满足用户对不同部位、不同强度的健身需求。

依据上述提出的负载力提供方法，参见图1，其示出一种多功能组合型智能伺服健身器，包括：控制单元1、电磁动力单元2和健身组件单元3；

电磁动力单元2用于提供负载力，其中负载力为旋转扭力，其中该电磁动力单元包括但不限于根据电动机原理产生电磁力的方式提供旋转扭力的设备，同时也包括其他能够通过电流调节产生电磁力的设备，该电磁动力单元为健身器提供在健身时对抗所需的负载力，其中负载力为由健身器材持续产生的用于供用户进行对抗的力；

控制单元1与电磁动力单元2连接，用于控制电磁动力单元2的功率从而控制负载力的大小；其中控制单元包括与电磁动力单元连接的控制设备，其通过控制电磁动力单元的输出功率从而调节电磁动力单元输出负载力的大小，以使得健身器提供大小合适的负载力供用户进行对抗，其包括集成电路芯片、DPS芯片、单片机、调节开关等。

健身组件单元3与电磁动力单元2组合连接，用于施加对抗力与电磁动力单元2产生的负载力进行对抗；健身组件单元作为将负载力以不同方式引出电磁动力单元的组件，其用于供用户施加与该电磁动力单元产生的负载力相反的对抗力，并可以根据实际的需要，将对施加对抗力的方式进行调整，如施加对抗力的方向、位移、或者施加形式的调整，其中施加形式包括推、拉等，可根据实际的健身动作进行合理设定。

上述提出了一种通过电磁动力单元提供旋转扭力作为健身器的负载力提供源，可配合不同健身组件使用进行健身，用户通过健身组件施加对抗力与负载力进行对抗，从而达到健身的效果。同时电磁动力单元输出的负载力可通过控制单元进行调节，能够满足用户对不同部位、不同强度的健身需求。

与传统通过依托配重的健身设备相比，本发明健身器以电磁动力单元代替传统健身设备通过配重(如铁饼、铁锭)或弹簧等方式提供负载力，能够有效降低健身器的体型，同时降低了成本，适应家庭健身器材的需求。

在一种实施方式中，参见图2、图3，电磁动力单元2包括外壳21、电池组22和电机23；其中电机23包括电机轴、电机定子和电机转子，其中电机轴与电机定子固定连接；电机轴通过轴承25与外壳21连接；外壳21与电机转子固定连接；外壳21内设置有电池组22，电池组22用于为电机23供电。

在一种实施方式中，外壳21上设置有充电口与电池组22连接，用于通过外部电源对电池组22的充电。

在一种实施方式中，电机轴还通过减速齿轮组24与外壳21连接。其中，该减速齿轮为行星齿轮，行星齿轮的太阳齿轮与电机轴固定连接，行星齿轮的行星架与外壳21固定连接。

作为优选的实施方式，外壳21垂直于电机轴的截面为圆形，其中电机轴被设置在原型截面的圆心位置，以提高负载力输出和对抗力施加的效率。

在使用时，将电机轴进行固定，当电机23启动时，电机转子绕电机定子转动产生电机扭矩，从而带动外壳21整体绕电机轴旋转，从而产生的旋转扭力作为健身器的负载力。

同时本领域技术人员应当理解，由于本申请电磁动力单元在大部分的应用场景中为通过电机轴进行固定，因此将电机23中与电机轴固定连接的部分称为电机定子，将与外壳21固定连接的部分称为电机转子。

在一种实施方式中，电池组22沿电机23旋转的方向环绕设置在电机23外侧，通过电池固定套26与电机23进行固定；有助于提高健身器的结构紧凑性。

作为优选的实施方式，电磁动力单元中的电机23采用无刷电机。

在一种实施方式中，电磁动力单元中的电机23为花键轴电机。

在一种实施方式中，控制单元1设置在外壳21内，与电机23固定连接。

在一种实施方式中，控制单元包括驱动器11；

驱动器11与电机23电连接，用于根据接收的指令控制电机23启动以及调节电机23的转速和扭矩。

针对电机23采用直流电机等作为电磁动力单元的负载力提供源，通过在控制单元中设置的驱动器11，通过驱动器11控制电机23的开关和输出功率，从而对电机23输出的负载力大小进行调节。

在一种实施方式中，电机23为伺服电机，控制单元包括编码器12和驱动器11；其中

编码器12与电机23连接，用于实时获取电机23的速度信息、电流信息和位置信息反馈；

驱动器11与编码器12连接，用于根据编码器12获取的速度信息、电流信息和位置信息反馈，采用伺服算法对反馈的信息进行处理，并完成对伺服电机的速度控制、扭矩控制以及位置控制。

针对电机23采用伺服电机的情况下，驱动器11采用伺服算法通过电机23速度环、电流环、位置环等反馈实现精准的速度控制、扭矩控制以及位置控制，从而实现多样化的控制算法以实现不同功能的健身需求。

在一种场景中，驱动器11中设置有最大位移阈值，当使用者在健身过程中，通过施加对抗力使电机转子运转达到设定的最大位移阈值距离时，驱动器11对电机23电流输出进行控制，使得电机23提供扭矩与使用者施加的力矩相等，方向相反，从而使得健身器达到制动的效果，以防在健身过程中出现的打滑危险。

在一种实施方式中，驱动器11中还集成有充电电路，当电机23在被动力矩的时候为电池组22充电。在克服负载力的过程中产生位移时，通过充电电路对电池组22充电，从而减少电池消耗并延长一次充电的使用时间，同时可以提供一定的阻尼扭矩提高安全性

在一种实施方式中，外壳21上设置有控制面板，通过控制面板能够对驱动器11输入相应的控制指令，从而使得驱动力调节电机23的输出以满足对电机23的转速和扭矩进行控制的需求。

在一种场景中，电机23的转速可调节范围为0～100rpm；扭矩可调节范围为0～200Nm。

在一种实施方式中，驱动器11内置有通信单元，通过通信单元完成驱动器11与外部终端的数据交互。

在一种场景中，用户通过手机将其包括但不限于体重、锻炼部位等信息发送到驱动器11中，驱动器11根据接收的信息能够自适应地调整电机23输出的负载力大小，从而满足用户对健身的需求，提高了健身器的智能化水平。

在一种实施方式中，驱动器11通过伺服算法，根据体重及力量自适应回弹扭矩，经过第一次的训练寻找扭矩曲线并根据曲线算法规划后续的训练扭矩曲线匹配以实现肌肉力量的强化锻炼。

针对传统健身设备一个设备只能针对一个健身动作从而导致需要大空间，高成本的投入的问题，本发明提出的健身器配备的健身组件单元，能够通过拼装、组装等方式与电磁动力单元结合，以实现不同健身动作的需要。

在一种实施方式中，参见图2，以健身器能够作为健腹轮进行使用为例，其中健身组件单元3包括手柄31和橡胶轮32，其中手柄31分别设置在电机23的左右两侧，并与电机23的电机轴固定连接；橡胶轮32套设在外壳21的外侧。

在一种场景中，其中手柄上还设有手柄护套39。

在一种实施方式中，参见图4，健身组件单元包括传动绳34和固定架33，实现组装式的健身器，其中

传动绳34的一端与外壳21固定连接，外壳21上设置有绕绳部件，传动绳34可卷绕在外壳21上；固定架33与电机轴固定连接，用于固定电磁动力单元的位置。用户能够通过拉动传动绳34，对电磁动力单元施加对抗力，同时配合固定架33，能够将电磁动力单元结合实际使用情况固定在不同位置或场景中。

在一种实施方式中，传动绳34的另一端连接有拉环、拉杆、吊杆手柄31等，以配合不同健身动作的需求。

在一种实施方式中，参见图5、图6，固定架33包括由组装拼接的支架和绳轮组成，通过支架将绳轮固定在合适的位置，并通过绳轮改变对传动绳34的施力方向；通过拼装的方式以涵盖不同的健身动作，如拉背动作，划船动作等。通过拼装式的固定架33实现不同的健身需求，组装方便，节省空间，避免了传统健身设备一个设备只能针对一个健身动作从而需要大空间，高成本的投入。固定架通过组装的方式合理设置支架作为固定支撑的支点，同时通过设置绳轮改变传动绳的拉力和使力方向，以适应不同的健身动作的需求。

在一种场景中，传动绳34的端部配置有拉环，通过固定架33将电磁动力单元固定在较高的位置，或者通过支架配合绳轮，使得通过将拉环向下拉时克服电磁动力单元的负载力，从而实现拉背动作，对背部肌肉进行锻炼。

在一种场景中，电磁动力单元通过固定架被固定在靠近底面的位置，传动绳的端部设置有拉环或拉杆，电磁动力单元为传动绳提供拉力，用户以坐在底面或垫子上，双手紧握该拉环或拉杆并向后拉伸，以模拟划船的动作进行全身协调和肌肉训练。

结合上述的实施方式，提供一种同时能够适用与健腹轮以及组装式的健身器的实施方式，该实施方式中，健身组件包括传动绳34和橡胶轮32，其中传动绳34的一端固定在电磁动力单元的外壳21上；橡胶轮32套设在电磁动力单元外壳21的外侧上，其中橡胶轮32与外壳21之间留有供传动绳34卷绕的空间，橡胶轮32上设置有开口，传动绳34的另一端从该开口伸出至橡胶轮32外部；

其中橡胶轮32与外壳21的连接出设置有离合器，当离合器打开时，橡胶轮32不随外壳21的转动而转动；当离合器闭合时，橡胶轮32随外壳21一同转动。

同时位于外壳21两侧的电机轴可与手柄31或者固定架33可拆卸固定连接，以满足不同健身需求。

在本申请的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种多功能组合型智能伺服健身器材的负载力提供方法，其特征在于，所述健身器材包括电磁动力单元、控制单元和健身组件单元；其中，

所述电磁动力单元包括电机；其中所述电机包括外壳、电机轴、电机定子和电机转子，其中所述电机轴与所述电机定子固定连接；所述电机轴通过轴承与所述外壳连接；所述外壳与所述电机转子固定连接；

所述控制单元包括驱动器，其中所述驱动器与所述电机电连接，用于控制所述电机启动以及调节所述电机的转速和扭矩；

所述健身组件单元与所述外壳或电机轴连接，用于施加对抗力与所述电机产生的电磁力对抗；其中，所述健身组件包括传动绳和橡胶轮，其中传动绳的一端固定在所述外壳上；橡胶轮套设在所述外壳的外侧上，其中橡胶轮与所述外壳之间留有供传动绳卷绕的空间，橡胶轮上设置有开口，传动绳的另一端从该开口伸出至橡胶轮外部；

其中橡胶轮与外壳的连接处设置有离合器，当离合器打开时，橡胶轮不随外壳的转动而转动；当离合器闭合时，橡胶轮随外壳一同转动；

所述方法包括：

控制单元控制所述电磁动力单元为所述健身器材提供负载力，其中所述负载力的形式为电磁动力单元产生的电磁力。

2.一种多功能组合型智能伺服健身器，其特征在于，包括：电磁动力单元、控制单元和健身组件单元；其中，

所述电磁动力单元包括电机；其中所述电机包括外壳、电机轴、电机定子和电机转子，其中所述电机轴与所述电机定子固定连接；所述电机轴通过轴承与所述外壳连接；所述外壳与所述电机转子固定连接；

所述控制单元包括驱动器，其中所述驱动器与所述电机电连接，用于控制所述电机启动以及调节所述电机的转速和扭矩；

所述健身组件单元与所述外壳或电机轴连接，用于施加对抗力与所述电机产生的电磁力对抗；其中，所述健身组件包括传动绳和橡胶轮，其中传动绳的一端固定在所述外壳上；橡胶轮套设在所述外壳的外侧上，其中橡胶轮与所述外壳之间留有供传动绳卷绕的空间，橡胶轮上设置有开口，传动绳的另一端从该开口伸出至橡胶轮外部；

其中橡胶轮与外壳的连接处设置有离合器，当离合器打开时，橡胶轮不随外壳的转动而转动；当离合器闭合时，橡胶轮随外壳一同转动。

3.根据权利要求2所述的一种多功能组合型智能伺服健身器，其特征在于，所述电磁动力单元还包括电池组，所述电池组设置于所述外壳上，用于为所述电机供电。

4.根据权利要求2所述的一种多功能组合型智能伺服健身器，其特征在于，所述电机为伺服电机，所述控制单元还包括编码器；其中所述编码器与电机连接，用于实时获取电机的速度信息、电流信息和位置信息反馈；所述驱动器与所述编码器连接，用于根据所述编码器获取的速度信息、电流信息和位置信息反馈，采用伺服算法对反馈的信息进行处理，并完成对伺服电机的速度控制、扭矩控制以及位置控制。

5.根据权利要求4所述的一种多功能组合型智能伺服健身器，其特征在于，所述驱动器内置有通信单元，通过所述通信单元完成所述驱动器与外部终端的数据交互。

6.根据权利要求2所述的一种多功能组合型智能伺服健身器，其特征在于，所述健身组件单元包括手柄或固定架；其中，所述外壳两侧的电机轴与手柄或者固定架可拆卸固定连接。

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