CN113226495B - 固定式锻炼装置 - Google Patents

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Abstract

一种固定式锻炼装置包括：驱动组件，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板；飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到驱动组件；制动组件，该制动组件用于向飞轮施加制动力；至少一个测量装置，该至少一个测量装置用于测量第一曲柄和第二曲柄的位置，其中，检测装置检测若干时间间隔，在各个时间间隔中，飞轮位移预定角度，所述检测装置还检测至少两个时间间隔之间的时间差，其中，控制装置根据至少两个时间间隔之间的时间差来确定驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值。

Description

固定式锻炼装置
【技术领域】
本发明涉及固定式锻炼装置和用于测量驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值的方法。
【背景技术】
已知具有驱动组件的固定式锻炼装置，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板。进一步地，设置飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到驱动组件。固定式锻炼装置通常还包括用于向飞轮施加制动力的制动组件，并且还可以包括用于测量第一曲柄和第二曲柄的位置的至少一个测量装置。
固定式锻炼装置可用于理疗领域。利用固定式锻炼装置，可以确定左肢与右肢之间的扭矩平衡。然而，在现有技术中已知的固定式锻炼装置中，这是非常困难的，并且使用附加的外部传感器来测量扭矩平衡。例如，应变计可以附接到曲柄或曲柄之间的轴，或者可以测量传动链中的张力。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种固定式锻炼装置或用于测量驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值的方法，其非常容易且划算。
本发明的固定式锻炼装置包括：驱动组件，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到所述驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板；飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到所述驱动组件；制动组件，该制动组件用于向所述飞轮施加制动力；至少一个测量装置，该至少一个测量装置用于测量所述第一曲柄和所述第二曲柄的位置。
根据本发明，检测装置检测若干时间间隔，在各个时间间隔中，车轮移位预定角度，所述检测装置还检测至少两个时间间隔之间的时间差，其中，控制装置根据至少两个时间间隔之间的时间差来确定驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值。
本发明具有的优点是，在驱动组件处不需要附加的传感器，并且可以容易地确定驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值。
控制装置根据第一曲柄和第二曲柄的位置使所确定的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值与第一曲柄或第二曲柄相关。
第一曲柄和第二曲柄也可以被理解为左曲柄和右曲柄。
可以设置显示器，在该显示器上示出与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值以及与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值，使得可以看到与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩和与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩之间的差。
例如，第一曲柄可以是左曲柄，第二曲柄可以是右曲柄。例如，对于左肢，扭矩可以在左曲柄或踏板处于其最高点的位置和处于其最低点的位置之间与左肢相关。另一方面，右肢可以与当右曲柄处于右曲柄或踏板处于其最高点的位置和处于其最低点的位置之间时的扭矩相关。
例如，第一曲柄或第二曲柄的平均扭矩可以从与相应曲柄相关联的半圈旋转的所有扇区的平均扭矩中估计。另选地，也可以只使用旋转中的峰值扭矩。作为另外的另选方案，可以在显示器上示出为各个间隔计算的每一个扭矩。
这样，可以确定肢体或腿部之间的平衡。
与第一曲柄或第二曲柄相关的取决于驱动轮处的扭矩的值可以是例如与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩相对于驱动轮处的总扭矩的百分比和/或与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩相对于驱动轮处的总扭矩的百分比。
也可以的是，可以计算平衡指数，优选地是瓦特平衡指数，该平衡指数是示出在与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩和与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩之间的关系的值。
制动组件可包括用于发电的发电机和涡流磁阻。
包括用于发电的发电机和涡流磁阻的制动组件在现有技术中是已知的，例如在专利US 6,084,325中描述。
发电机产生AC电流，其中，电流的变化用于检测时间间隔，飞轮在各个时间间隔中位移预定角度。
发电机可以使用磁体和一组线圈来产生n相AC功率，其中，检测装置检测1相或多相的过零，使得可以确定过零之间的时间间隔，飞轮在各个时间间隔中位移预定角度。
当检测到相中之一的过零时，检测装置可以产生矩形波，并且其中，检测装置捕获各个波的上升沿和/或下降沿的时间，以便确定在波的边沿之间的时间间隔。
检测装置可以包括检测过零并产生矩形波的比较器，并且还包括捕获各个脉冲的上升沿的时间的监测器。检测装置可以是制动装置的一部分或控制装置的一部分。
发电机可以使用6个磁体和3组线圈来产生三相AC功率。
磁体和线圈组彼此均匀地隔开，使得当飞轮位移预定角度时发生过零。在三相AC功率的情况下，在飞轮每旋转60°时，有彼此隔开的矩形波的六个边沿。
控制装置可预设制动组件的扭矩。
曲柄处的扭矩可以根据时间间隔、至少两个时间间隔之间的时间差以及制动器的扭矩来确定。
对于各个固定式锻炼装置，可以校准一次制动组件的扭矩。校准可以利用外部扭矩传感器和驱动曲柄轴的外部马达来进行。制动器线圈中的恒定电流提供了很大程度上与制动器的旋转速度无关的扭矩。
曲柄处的扭矩可以用下面的公式计算：
飞轮处的扭矩＝角动量×角加速度
角加速度
Figure GDA0003630080610000041
进一步地，
Figure GDA0003630080610000043
是恒定的预定角度。T2和T1是飞轮旋转预定角度
Figure GDA0003630080610000044
的时间间隔。T2-T1＝Δt，其是时间间隔之间的时间差。
飞轮处的扭矩＝制动器的扭矩-曲柄的扭矩
Figure GDA0003630080610000042
角动量可以在使用滚降测试时确定。通过使制动器在最高所需速度之上旋转，然后允许其以恒定的制动扭矩减速，来进行滚降测试。在这种情况下，由于没有力施加到踏板上，所以曲柄的扭矩为零。如已经提到的，制动扭矩是已知的，因此对于各个锻炼装置可以确定一次动量。
曲柄处的扭矩可以用上述公式计算。
根据本发明，还具有一种用于测量锻炼装置的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值的方法，该锻炼装置包括：驱动组件，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板；飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到驱动组件；制动组件，该制动组件用于向飞轮施加制动力；以及至少一个测量装置，该至少一个测量装置用于测量第一曲柄和第二曲柄的位置。该方法包括以下步骤：
-通过检测装置检测若干时间间隔，在所述时间间隔中的每一个中，飞轮移位预定角度，其中，进一步确定时间间隔中的至少两个之间的时间差；以及
-根据至少两个时间间隔之间的时间差来确定驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值。
根据第一曲柄和第二曲柄的位置，使所确定的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值与第一曲柄或第二曲柄相关。
在显示器上示出与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值以及与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值，使得可以看到与第一曲柄相关的驱动轮处的扭矩和与第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩之间的差。
制动组件包括产生n相AC功率的发电机，其中，检测各个相的过零，使得可以确定过零之间的时间间隔，飞轮在各个时间间隔中移位预定角度。
当检测到相中之一的过零时产生矩形波，并且其中，捕获各个脉冲的上升沿的时间以便确定各个脉冲的边沿之间的时间间隔。
制动组件的扭矩是预设的，并且其中，驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值是根据至少两个时间间隔之间的时间差确定的。制动组件的扭矩也可以根据时间间隔来确定。
【附图说明】
下面将参照示意图描述本发明。
图1示出了固定式锻炼装置；
图2示出了具有曲柄和踏板的示意性驱动轮；
图3示出了显示曲柄处的扭矩的显示器；
图4示出了具有扭矩的另选表示的显示器。
【具体实施方式】
在图1中，示出了固定式锻炼装置1。固定式锻炼装置1包括驱动组件2，该驱动组件具有围绕驱动轴3旋转的驱动轮16、连接到驱动轮16的第一曲柄和第二曲柄4、6以及各自连接到一个曲柄4、6的两个踏板8、10。飞轮14通过至少一个齿轮机构12连接到驱动组件2。在本发明中，齿轮机构12是传动带。
进一步地，设置制动组件18，用于向飞轮14施加制动力。至少一个测量装置7布置在驱动组件2处，用于测量第一曲柄和第二曲柄4、6的位置。设置检测装置5，该检测装置检测若干时间间隔，在各个时间间隔中，飞轮14位移预定角度。
所述检测装置还检测至少两个时间间隔之间的时间差，其中，控制装置20根据至少两个时间间隔之间的时间差确定驱动轮处的扭矩或取决于驱动轮处的扭矩的值。进一步地，设置显示器23。在显示器上，可以示出与第一曲柄或第二曲柄相关的驱动轮处的扭矩或用于第一曲柄或第二曲柄的取决于驱动轮处的扭矩的值，如下所述。
制动组件18包括发电机22和涡流制动线圈24，该涡流制动线圈用作飞轮14的涡流磁阻。当电流施加到涡流线圈24时，制动扭矩施加到飞轮。对制动扭矩进行校准，使得可以将预设的制动扭矩施加到飞轮。
发电机使用磁体26和一组线圈28来产生AC功率。在本发明情况下，发电机使用6个磁体和3组线圈来产生三相AC功率。检测装置5检测一相的过零，使得可以确定过零之间的时间间隔，在各个时间间隔中，飞轮位移预定角度。在本发明情况下，存在彼此均匀隔开的线圈。预定角度是60°。检测装置5可以产生矩形波，并且检测相中之一的过零，并且检测装置和/或控制装置20可以捕获各个脉冲的上升沿的时间，以便确定各个脉冲的边沿之间的时间间隔。
测量装置7测量第一曲柄和第二曲柄4、6的位置。
图2中还示意性地示出了驱动轮。由于从测量装置7知道位置，所以计算出的扭矩可与第一曲柄和/或第二曲柄4、6的位置相关。此外，曲柄的半圈旋转可与右腿相关联，曲柄的半圈旋转可与左腿相关联。例如，如图2所示，第二曲柄处于最高位置。在曲柄处于最高位置时的该位置和曲柄处于最低位置时的位置之间(如虚线所示)，此时确定的扭矩可以与右腿相关联，反之与左腿或第一曲柄相关联。
与第一曲柄和/或第二曲柄相关联的确定的扭矩可以在如图3和图4所示的显示器中示出。例如在图3中示出第一曲柄40的扭矩相对于曲柄的总扭矩的百分比和第二曲柄42的扭矩相对于曲柄的总扭矩的百分比。例如，在显示器中，在左侧底部示出与第一曲柄相关联的扭矩40的百分比，并且在右手侧示出与第二曲柄相关联的扭矩42的百分比。作为另选方案，也可以只示出图形表示，如图4所示。图形44、46中的各个垂直条表示曲柄的扭矩测量结果或例如两个扭矩测量结果的平均值。
此外，由于飞轮的每次旋转确定六个时间间隔，并且由于齿轮机构，曲柄的旋转或飞轮的旋转之间的比率为10:1，例如曲柄的每次旋转进行60次扭矩测量。

Claims (15)

1.一种固定式锻炼装置，包括：
-驱动组件，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到所述驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板；
-飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到所述驱动组件；
-制动组件，该制动组件用于向所述飞轮施加制动力；
-至少一个测量装置，该至少一个测量装置用于测量所述第一曲柄和所述第二曲柄的位置，
其特征在于：
检测装置检测若干时间间隔，在各个时间间隔中，所述飞轮位移预定角度，所述检测装置还检测至少两个所述时间间隔之间的时间差，
其中，控制装置根据至少两个所述时间间隔之间的所述时间差来确定所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值。
2.根据权利要求1所述的固定式锻炼装置，其中，所述控制装置根据所述第一曲柄和所述第二曲柄的位置使所确定的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值与所述第一曲柄或所述第二曲柄相关。
3.根据权利要求2所述的固定式锻炼装置，其中，设置显示器，在该显示器上示出与所述第一曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值以及与所述第二曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值，使得能够看到与所述第一曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩和与所述第二曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩之间的差。
4.根据权利要求2所述的固定式锻炼装置，其中，所述控制装置确定与所述第一曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩相对于所述驱动轮处的总扭矩的百分比和/或与所述第二曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩相对于所述驱动轮处的总扭矩的百分比。
5.根据权利要求1所述的固定式锻炼装置，其中，所述制动组件包括用于发电的发电机和涡流磁阻。
6.根据权利要求5所述的固定式锻炼装置，其中，所述发电机产生用于检测所述时间间隔的电流，在各个时间间隔中，所述飞轮位移预定角度。
7.根据权利要求5所述的固定式锻炼装置，其中，所述发电机使用磁体和一组线圈来产生n相AC功率，其中，所述检测装置检测各个相的过零，使得能够确定所述过零之间的时间间隔，在各个时间间隔中，所述飞轮位移预定角度。
8.根据权利要求7所述的固定式锻炼装置，其中，当检测到相中之一的过零时，所述检测装置产生矩形波，并且其中，所述检测装置捕获各个脉冲的上升沿和/或下降沿的时间，以便确定各个脉冲的边沿之间的时间间隔。
9.根据权利要求1所述的固定式锻炼装置，其中，所述控制装置预设所述制动组件的扭矩，其中，根据所述时间间隔、至少两个所述时间间隔之间的时间差以及所述制动组件的扭矩来确定所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值。
10.一种用于测量锻炼装置的驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值的方法，该锻炼装置包括：驱动组件，该驱动组件具有围绕驱动轴旋转的驱动轮、各自连接到所述驱动轮的第一曲柄和第二曲柄以及各自连接到曲柄之一的两个踏板；飞轮，该飞轮通过至少一个齿轮机构连接到所述驱动组件；制动组件，该制动组件用于向所述飞轮施加制动力；以及至少一个测量装置，该至少一个测量装置用于测量所述第一曲柄和所述第二曲柄的位置，所述方法包括以下步骤：
-通过检测装置检测若干时间间隔，在每个所述时间间隔中，所述飞轮移位预定角度，其中，进一步确定至少两个所述时间间隔之间的时间差；以及
-根据至少两个所述时间间隔之间的时间差来确定所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，根据所述第一曲柄和所述第二曲柄的位置，使所确定的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值与所述第一曲柄或所述第二曲柄相关。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在显示器上示出与所述第一曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值以及与所述第二曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值，使得能够看到与所述第一曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩和与所述第二曲柄相关的所述驱动轮处的扭矩之间的差。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述制动组件包括产生n相AC功率的发电机，其中，检测各个相的过零，使得能确定所述过零之间的时间间隔，所述飞轮在各个时间间隔中移位预定角度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，当检测到所述相中之一的过零时产生矩形波，并且其中，捕获各个脉冲的上升沿的时间以便确定各个脉冲的边沿之间的时间间隔。
15.根据权利要求10所述的方法，其中，预设所述制动组件的扭矩，并且其中，根据至少两个所述时间间隔之间的所述时间差和所述制动组件的扭矩来确定所述驱动轮处的扭矩或取决于所述驱动轮处的扭矩的值。
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