CN112044018A - 一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置 - Google Patents

一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置 Download PDF

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CN112044018A CN202010953934.2A CN202010953934A CN112044018A CN 112044018 A CN112044018 A CN 112044018A CN 202010953934 A CN202010953934 A CN 202010953934A CN 112044018 A CN112044018 A CN 112044018A
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motor
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actuator
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唐天广
施佳宾
李坤
罗秀锋
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Chengdu Fit Future Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置，该方法通过根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；根据致动器的运动状态和训练模式获取拉力加成参数；根据基准拉力和拉力加成参数获取目标拉力；通过惯量补偿算法对目标拉力进行补偿，获取输出拉力；根据输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩，以为力量训练设备提供阻力，使得用户完成力量训练，实现根据训练人员的训练需求自动调节训练重力，提高用户的训练体验。

Description

一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置
技术领域
本发明涉及力量训练技术领域，具体涉及一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置。
背景技术
力量训练可以刺激肌肉的生长，使肌肉更强壮，促进脂肪快速燃烧。传统的力量健身设备，一般是通过训练辅助人员放置不同重量的重物，来实现不同的力量训练要求，从而达到力量健身的目的，这种情况下，需要训练辅助人员根据训练要求对训练人员使用的力量健身设备进行更换，或者训练人员暂停训练动作，更换力量健身设备，比较繁琐，影响用户的训练体验。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的力量健身设备无法自动调节训练重力，影响训练体验，因此，本发明提供一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置，以根据训练人员的训练需求自动调节训练重力，提高用户的训练体验。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于电机的力量训练设备调节方法，包括：
根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；
根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数；
根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力；
通过惯量补偿算法对所述目标拉力进行补偿，获取输出拉力；
根据所述输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
进一步地，所述根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数，包括：
当所述训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数；
当所述训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将所述当前运动位置、增大幅度、所述致动器的初始位置和所述致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数；
当所述训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将所述当前速度和所述致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
进一步地，所述根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力，包括：
当所述训练模式为离心收缩模式时，则通过第一目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第一拉力加成参数进行计算，获取第一目标拉力；
当所述训练模式为铁链模式时，则通过第二目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第二拉力加成参数进行计算，获取第二目标拉力；
当所述训练模式为等速模式时，则通过第三目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第三拉力加成参数进行计算，获取第三目标拉力。
进一步地，所述第一目标拉力计算公式具体为：F1＝F0(1+amp)，其中，F1指第一目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度；
所述第二目标拉力计算公式具体为：
Figure BDA0002677955890000021
其中，F2指第二目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度，s指致动器的当前运动位置，s0指致动器的初始位置，RoM指致动器的最大运动位置；
所述第三目标拉力计算公式具体为：F3＝F0+k(v-v0)，其中，F3指第三目标拉力，F0指基准拉力，k指系数，v指致动器的当前速度，v0指致动器的初始速度。
进一步地，所述惯量补偿算法具体包括：
获取预设质量、电机的等效质量、电机的角加速度和电机输出的拉力；
通过第一补偿计算公式，对所述预设质量、所述角加速度和所述预设质量对应的重力进行计算，获取目标拉力；
通过第二补偿计算公式，对所述目标拉力、所述电机的等效质量和所述角加速度进行计算，获取输出拉力。
进一步地，所述第一补偿计算公式具体为：ma＝F-mg，其中，m指预设质量，a指角加速度，g指重力加速度，F指目标拉力。
进一步地，所述第二补偿计算公式具体为：Ma＝F-Fmotor，其中，M指电机的等效质量，a指角加速度，F指目标拉力，Fmotor指输出拉力。
进一步地，所述一种基于电机的力量训练设备调节方法还包括：
获取电机转子的转动惯量和拉力绳线轴的半径；
通过转动惯量计算公式对所述转动惯量和所述半径进行计算，获取所述电机的等效质量；所述转动惯量计算公式具体为M＝I/r2，其中，M指电机的等效质量，I指转动惯量，r指拉力绳线轴的半径。
进一步地，所述基于所述输出拉力计算输出电流包括：
基于所述输出电流计算公式对所述输出拉力进行计算，获取输出电流；所述输出电流计算公式具体为
一种基于电机的力量训练设备调节装置，包括：
训练指令处理模块，用于根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；
拉力加成参数获取模块，用于根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数；
目标拉力计算模块，用于根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力；
输出拉力计算模块，用于通过惯量补偿算法对所述目标拉力进行补偿，获取输出拉力；
力矩调节模块，用于根据所述输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
进一步地，所述拉力加成参数获取模块包括：
第一拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数；
第二拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将所述当前运动位置、增大幅度、所述致动器的初始位置和所述致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数；
第三拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将所述当前速度和所述致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
本发明提供的一种基于电机的力量训练设备调节方法及装置，通过根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；根据致动器的运动状态和训练模式获取拉力加成参数；根据基准拉力和拉力加成参数获取目标拉力；通过惯量补偿算法对目标拉力进行补偿，获取输出拉力；根据输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩，以为力量训练设备提供阻力，使得用户完成力量训练，实现根据训练人员的训练需求自动调节训练重力，提高用户的训练体验。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种基于电机的力量训练设备调节方法的流程图。
图2为图1中步骤S20的一具体流程图。
图3为图1中步骤S30的一具体流程图。
图4为图1中步骤S40的一具体流程图。
图5为图4中步骤S43的一具体流程图。
图6为本发明一种基于电机的力量训练设备调节装置的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本发明提供一种基于电机的力量训练设备调节方法，该方法可应用于不同计算机设备中，该计算机设备包括但不限于各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机和平板电脑。本实施例中的电机力量训练设备通过电机提供动力的电机力量训练设备。电机力量训练设备指用于进行力量训练的设备。
如图1所示，一种基于电机的力量训练设备调节方法，具体包括如下步骤：
S10：根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力。
其中，力量训练指令指用户在电机力量训练设备的终端或者与电机力量训练设备终端连接的计算设备上输入的用于进行力量训练的指令。训练模式指力量训练的模式，包括但不限于离心收缩模式、铁链模式、等速模式、监控模式和自由模式。
其中，离心收缩模式指用户在电机力量训练设备上做力量训练时，该电机力量训练设备上的拉绳往里回收时，会比往外拉时拉力更大。该种模式下，人体肌肉做离心收缩时，能提供的力量比向心收缩时要大的模式。因此，需要用户根据自身情况输入增大幅度，以完成力量训练。该增大幅度指以基准拉力F0为基准，作用在拉绳上为满足离心收缩要求需要对基准拉力增大的幅度。基准拉力指电机力量训练设备设置的用于参考的一个拉力值。
铁链模式指在杠铃上挂一个铁链，拉绳往外拉的越远，则拉力越大的模式。
等速模式指拉绳的基准拉力不需要用户设置，电机力量训练设备的输出拉力主要根据用户能提供的拉力来决定。系统实时监控拉绳的速度，当速度高于设定值时拉力加大，速度低于设定值时拉力为默认拉力，该种模式在大重量运动时更加安全。
监控模式指系统实时监测致动器的运动状态，当发现致动器的运动速度低于预设速度时，则电机力量训练设备缓慢减小拉力输出，直到致动器的当前速度达到预设速度，该种模式主要用于当用户一个动作做了多次之后，拉不动之前设定的重量，这时逐渐减力，让用户重新能拉动。
自由模式指用户也根据自己的训练需求，设计自己独特的训练模式，可以是上述各模式的组合，以灵活设置训练模式，制定符合自身情况的力量训练。
S20：根据致动器的运动状态和训练模式获取拉力加成参数。
其中，致动器指安装在力量训练器械上使用户进行力量训练的接触部件，包括但不限于拉手、杠铃杆和双头蛇。
拉力加成参数指电机力量训练设备检测得到的参数，包括但不限于用户设定的增大幅度、致动器的当前运动位置、致动器的初始位置、致动器的最大运动位置、致动器的当前速度和致动器的初始速度。
具体地，不同的训练模式下拉力加成参数所包括的具体的数据内容也不同。
S30：根据基准拉力和拉力加成参数获取目标拉力。
其中，目标拉力指根据不同的训练模式对基准拉力进行调整后的拉力。
S40：通过惯量补偿算法对目标拉力进行补偿，获取输出拉力。
其中，惯量补偿算法指由于电机力量训练设备在加速或者减速时，自身会产生一个重力加速度，使得电机力量训练设备上应该输出的拉力与目标拉力不一致，因此，在获取目标拉力时，需要通过惯量补偿算法对目标拉力进行补偿，获取输出拉力。其中，输出拉力指对目标拉力进行惯量补偿后得到的拉力。
S50：根据输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
具体地，本实施例中的致动器通过拉力绳与电机耦合。在得到输出拉力后，根据公式i＝k*Fmotor计算目标拉力对应的电流，然后根据该电流的大小调节力量训练设备中电机的力矩。其中，i为输出电流，k为输出电流与输出拉力的系数，Fmotor指输出拉力。
进一步地，如图2所示，步骤S20，根据致动器的运动状态和训练模式获取拉力加成参数，具体包括如下步骤：
S21：当训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数。
S22：当训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将当前运动位置、增大幅度、致动器的初始位置和致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数。
S23：当训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将当前速度和致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
进一步地，如图3所示，步骤S30，根据基准拉力和拉力加成参数获取目标拉力，具体包括如下步骤：
S31：当训练模式为离心收缩模式时，则通过第一目标拉力计算公式对基准拉力和第一拉力加成参数进行计算，获取第一目标拉力。
其中，第一目标拉力指通过第一目标拉力计算公式计算得到的拉力。
进一步地，第一目标拉力计算公式具体为：F1＝F0(1+amp)，其中，F1指第一目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度。
S32：当训练模式为铁链模式时，则通过第二目标拉力计算公式对基准拉力和第二拉力加成参数进行计算，获取第二目标拉力。
其中，第一目标拉力指通过第二目标拉力计算公式计算得到的拉力。
进一步地，第二目标拉力计算公式具体为：
Figure BDA0002677955890000081
其中，F2指第二目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度，s指致动器的当前运动位置，s0指致动器的初始位置，RoM指致动器的最大运动位置。
S33：当训练模式为等速模式时，则通过第三目标拉力计算公式对基准拉力和第三拉力加成参数进行计算，获取第三目标拉力。
其中，第三目标拉力指通过第三目标拉力计算公式计算得到的拉力。
进一步地，第三目标拉力计算公式具体为：F3＝F0+k(v-v0)，其中，F3指第三目标拉力，F0指基准拉力，k指系数，v指致动器的当前速度，v0指致动器的初始速度。
进一步地，如图4所示，步骤S40中的惯量补偿算法具体包括如下步骤：
S41：获取预设质量、电机的等效质量、电机的角加速度和电机输出的拉力。
其中，预设质量指预先设置的用于进行力量训练时的重物的质量。
S42：通过第一补偿计算公式，对预设质量、角加速度和预设质量对应的重力进行计算，获取目标拉力。
其中，第一补偿计算公式具体为：ma＝F-mg，其中，m指预设质量，a指角加速度，g指重力加速度，F指目标拉力。
S43：通过第二补偿计算公式，对目标拉力、电机的等效质量和角加速度进行计算，获取输出拉力。
其中，第二补偿计算公式具体为：Ma＝F-Fmotor，其中，M指电机的等效质量，a指角加速度，F指目标拉力，Fmotor指输出拉力。
进一步地，如图5所示，步骤S43中的电机的等效质量具体通过如下步骤获取：
S431：获取电机转子的转动惯量和拉力绳线轴的半径。
S432：通过转动惯量计算公式对转动惯量和半径进行计算，获取电机的等效质量。转动惯量计算公式具体为M＝I/r2，其中，M指电机的等效质量，I指转动惯量，r指拉力绳线轴的半径。
实施例2
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种基于电机的力量训练设备调节装置，包括：
训练指令处理模块10，用于根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力。
拉力加成参数获取模块20，用于根据致动器的运动状态和训练模式获取拉力加成参数。
目标拉力计算模块30，用于根据基准拉力和拉力加成参数获取目标拉力。
输出拉力计算模块40，用于通过惯量补偿算法对目标拉力进行补偿，获取输出拉力。
力矩调节模块50，用于根据输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
进一步地，拉力加成参数获取模块20包括第一拉力加成参数获取单元、第二拉力加成参数获取单元和第三拉力加成参数获取单元。
第一拉力加成参数获取单元，用于当训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数。
第二拉力加成参数获取单元，用于当训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将当前运动位置、增大幅度、致动器的初始位置和致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数。
第三拉力加成参数获取单元，用于当训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将当前速度和致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
进一步地，目标拉力获取模块30包括第一目标拉力计算单元、第二目标拉力计算单元和第三目标拉力计算单元。
第一目标拉力计算单元，用于当训练模式为离心收缩模式时，则通过第一目标拉力计算公式对基准拉力和第一拉力加成参数进行计算，获取第一目标拉力。
进一步地，第一目标拉力计算公式具体为：F1＝F0(1+amp)，其中，F1指第一目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度。
第二目标拉力计算单元，用于当训练模式为铁链模式时，则通过第二目标拉力计算公式对基准拉力和第二拉力加成参数进行计算，获取第二目标拉力。
进一步地，第二目标拉力计算公式具体为：
Figure BDA0002677955890000101
其中，F2指第二目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度，s指致动器的当前运动位置，s0指致动器的初始位置，RoM指致动器的最大运动位置。
第三目标拉力计算单元，用于当训练模式为等速模式时，则通过第三目标拉力计算公式对基准拉力和第三拉力加成参数进行计算，获取第三目标拉力。
进一步地，第三目标拉力计算公式具体为：F3＝F0+k(v-v0)，其中，F3指第三目标拉力，F0指基准拉力，k指系数，v指致动器的当前速度，v0指致动器的初始速度。
进一步地，输出拉力获取模块40包括参数获取单元、目标拉力计算单元和输出拉力计算单元。
参数获取单元，用于获取预设质量、电机的等效质量、电机的角加速度和电机输出的拉力。
其中，预设质量指预先设置的用于进行力量训练时的重物的质量。
目标拉力计算单元，用于通过第一补偿计算公式，对预设质量、角加速度和预设质量对应的重力进行计算，获取目标拉力。
其中，第一补偿计算公式具体为：ma＝F-mg，其中，m指预设质量，a指角加速度，g指重力加速度，F指目标拉力。
输出拉力计算单元，用于通过第二补偿计算公式，对目标拉力、电机的等效质量和角加速度进行计算，获取输出拉力。
其中，第二补偿计算公式具体为：Ma＝F-Fmotor，其中，M指电机的等效质量，a指角加速度，F指目标拉力，Fmotor指输出拉力。
进一步地，电机的等效质量包括等效质量参数获取单元和等效质量计算单元。
等效质量参数获取单元，用于获取电机转子的转动惯量和拉力绳线轴的半径。
等效质量计算单元，用于通过转动惯量计算公式对转动惯量和半径进行计算，获取电机的等效质量。转动惯量计算公式具体为M＝I/r2，其中，M指电机的等效质量，I指转动惯量，r指拉力绳线轴的半径。
关于基于电机的力量训练设备调节装置的具体限定可以参见上文中对于一种基于电机的力量训练设备调节方法的限定，在此不再赘述。上述基于电机的力量训练设备调节装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，包括：
根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；
根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数；
根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力；
通过惯量补偿算法对所述目标拉力进行补偿，获取输出拉力；
根据所述输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
2.根据权利要求1所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数，包括：
当所述训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数；
当所述训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将所述当前运动位置、增大幅度、所述致动器的初始位置和所述致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数；
当所述训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将所述当前速度和所述致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力，包括：
当所述训练模式为离心收缩模式时，则通过第一目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第一拉力加成参数进行计算，获取第一目标拉力；
当所述训练模式为铁链模式时，则通过第二目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第二拉力加成参数进行计算，获取第二目标拉力；
当所述训练模式为等速模式时，则通过第三目标拉力计算公式对所述基准拉力和所述第三拉力加成参数进行计算，获取第三目标拉力。
4.根据权利要求3所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述第一目标拉力计算公式具体为：F1＝F0(1+amp)，其中，F1指第一目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度；
所述第二目标拉力计算公式具体为：
Figure FDA0002677955880000021
其中，F2指第二目标拉力，F0指基准拉力，amp指增大幅度，s指致动器的当前运动位置，s0指致动器的初始位置，RoM指致动器的最大运动位置；
所述第三目标拉力计算公式具体为：F3＝F0+k(v-v0)，其中，F3指第三目标拉力，F0指基准拉力，k指系数，v指致动器的当前速度，v0指致动器的初始速度。
5.根据权利要求1所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述惯量补偿算法具体包括：
获取预设质量、电机的等效质量、电机的角加速度和电机输出的拉力；
通过第一补偿计算公式，对所述预设质量、所述角加速度和所述预设质量对应的重力进行计算，获取目标拉力；
通过第二补偿计算公式，对所述目标拉力、所述电机的等效质量和所述角加速度进行计算，获取输出拉力。
6.根据权利要求5所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述第一补偿计算公式具体为：ma＝F-mg，其中，m指预设质量，a指角加速度，g指重力加速度，F指目标拉力。
7.根据权利要求5所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述第二补偿计算公式具体为：Ma＝F-Fmotor，其中，M指电机的等效质量，a指角加速度，F指目标拉力，Fmotor指输出拉力。
8.根据权利要求7所述的一种基于电机的力量训练设备调节方法，其特征在于，所述一种基于电机的力量训练设备调节方法还包括：
获取电机转子的转动惯量和拉力绳线轴的半径；
通过转动惯量计算公式对所述转动惯量和所述半径进行计算，获取所述电机的等效质量；所述转动惯量计算公式具体为M＝I/r2，其中，M指电机的等效质量，I指转动惯量，r指拉力绳线轴的半径。
9.一种基于电机的力量训练设备调节装置，其特征在于，包括：
训练指令处理模块，用于根据用户输入的力量训练指令获取训练模式和基准拉力；
拉力加成参数获取模块，用于根据致动器的运动状态和所述训练模式获取拉力加成参数；
目标拉力计算模块，用于根据所述基准拉力和所述拉力加成参数获取目标拉力；
输出拉力计算模块，用于通过惯量补偿算法对所述目标拉力进行补偿，获取输出拉力；
力矩调节模块，用于根据所述输出拉力调节力量训练设备中电机的力矩。
10.根据权利要求9所述的一种基于电机的力量训练设备调节装置，其特征在于，所述拉力加成参数获取模块包括：
第一拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为离心收缩模式时，则将增大幅度作为第一拉力加成参数；
第二拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为铁链模式时，则实时监测致动器的当前运动位置，并将所述当前运动位置、增大幅度、所述致动器的初始位置和所述致动器的最大运动位置作为第二拉力加成参数；
第三拉力加成参数获取单元，用于当所述训练模式为等速模式时，则实时监测致动器的当前速度，并将所述当前速度和所述致动器的初始速度作为第三拉力加成参数。
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