CN113577711A - 一种基于电机控制的力量训练器材和运动检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电机控制的力量训练器材，包括：电机、电机控制器、双向运动组件、编码器组件以及处理器，电机和双向运动组件传动连接，电机控制器连接至电机，双向运动组件为具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，两个卷盘和运动同步轮同轴设置，编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，处理器被配置为接收编码器的测量信息以及向电机控制器输入需要调节的电机扭矩。本发明通过利用一个电机控制两个卷盘独立工作，并监测获取两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，实现对于健身器材在使用过程中出现故障问题的智能监测，也确保运动数据的准确性。

Description

一种基于电机控制的力量训练器材和运动检测方法

技术领域

本发明涉及健身器材技术领域，尤其涉及一种基于电机控制的力量训练器材和运动检测方法。

背景技术

目前力量训练器材为了实现对训练载荷的调节，基本使用水泥配重片或铸铁配重片作为训练载荷，通过使用选择轴插入不同配重片的选择孔中，使用钢索沿导杆提拉配重片，达到选择训练载荷的目的。

这种训练方式无法调节对左右手臂的训练进行单独的统计，并对每个手臂运动的单独运动量以及总体运动量进行统计比较，避免测量失误，或者机器设备中某个监测部件出现问题，无法满足健身人群对健身器材智能化的迫切需求。

发明内容

本发明针对上述现有的问题的一个或多个，提出一种基于电机控制的力量训练器材和运动检测方法。

根据本发明的第一方面，提供一种基于电机控制的力量训练器材，包括：电机、电机控制器、双向运动组件、编码器组件以及处理器，所述电机和双向运动组件传动连接，所述电机控制器连接至所述电机，所述双向运动组件为具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，所述卷盘上设置有绕卷盘缠绕的线缆，两个所述卷盘和所述运动同步轮同轴设置，所述处理器与所述电机控制器、编码器组件电性连接，所述编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，所述处理器被配置为接收所述编码器的测量信息；以及向所述电机控制器输入需要调节的电机扭矩。

在某些实施方式中，所述编码器组件包括主编码器、两个副编码器，所述主编码器和所述电机、运动同步轮均保持传动连接，所述主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，两个所述副编码器分别被配置为记录对应的卷盘中线缆的单侧行程，每个所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，所述光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。

在某些实施方式中，所述运动同步轮为差速器，两个所述卷盘分别为右卷盘和左卷盘，所述右卷盘通过右卷轴均连接至所述差速器，所述左卷盘通过左卷轴均连接至所述差速器。

在某些实施方式中，所述差速器通过皮带链轮连接至所述电机。

在某些实施方式中，所述差速器包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括两个太阳齿轮和两个行星齿轮，所述右卷轴和左卷轴分别安装在对应的太阳齿轮上，每个所述太阳齿轮均与两个所述行星齿轮啮合。

在某些实施方式中，所述编码器组件包括主编码器、一个副编码器，所述主编码器和所述电机、运动同步轮均保持传动连接，所述主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，所述副编码器分别被配置为记录其中一个卷盘中线缆的单侧行程，所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，所述光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。

根据本发明的第二方面，一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法，其特征在于，包括：

步骤S100：接收输入的力量参数；

步骤S200：将所述力量参数转化为PWM值，根据PWM值输出第一控制信号至电机控制器；

步骤S300：采集用户输入的拉力信号，根据所述拉力信号输出的第二控制信号至电机控制器；

步骤S400：计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个所述卷盘中线缆的运动总行程以及每个所述卷盘中线缆的单侧行程；

步骤S500：计算判断运动总行程和两个单侧行程之后是否相等，若不相等，则输出设备故障信息至所述健身器材的显示端，若相等，则采集用户对器材使用的运动数据并上传至显示端。

在某些实施方式中，在步骤S400中，计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个所述卷盘中线缆的运动总行程以及每个所述卷盘中线缆的单侧行程，包括：

步骤S401.采用主编码器记录两个卷盘中线缆运动总行程，所述主编码器和所述电机、运动同步轮在同一回路中保持传动连接；

步骤S402.采用两个副编码器记录对应卷盘中线缆的单侧行程，每个所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面为与运动同步轮同轴设置的副编码器。

在某些实施方式中，所述运动总行程和线缆的单侧行程均包括线缆运动的距离和运动方向。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于电机控制的力量训练器材，结构紧凑，利用电机和双向运动组件保持同步传动连接，将双向运动组件配置具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，两个卷盘和运动同步轮同轴设置，编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，处理器被配置为接收编码器的测量信息；以及向电机控制器输入需要调节的电机扭矩。由此，本发明向用户提供类似于使用传统的基于缆线的力量训练机的体验，其中线缆连接到由重力作用的配重堆，抵抗电机的拉力，实现了通过一个电机控制运动同步轮，两个卷盘可以独立转动互不干扰，同时处理器可以监测两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程。

附图说明

图1为一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法的流程示意图；

图2为一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法的一实施例的流程示意图；

图3为一种基于电机控制的力量训练器材的结构示意图；

图4为一种基于电机控制的力量训练器材的双向运动组件的结构示意图；

图5为一种基于电机控制的力量训练器材的运动同步轮的结构示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

下面结合附图对申请技术方案作进一步详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特性可以相互组合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例一

图3－4为本发明实施例提供一种基于电机控制的力量训练器材，包括：电机1、电机控制器、双向运动组件2、编码器组件以及处理器，电机和双向运动组件2传动连接，电机控制器连接至电机，双向运动组件2为具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，卷盘上设置有绕卷盘缠绕的线缆，两个卷盘和运动同步轮同轴设置，处理器与电机控制器、编码器组件电性连接，编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，处理器被配置为接收编码器的测量信息；以及向电机控制器输入需要调节的电机扭矩。在本实施例中，由于卷筒的周长是已知的，并且其旋转的速度是已知的，因此可以计算线缆的线性运动，卷筒的每次旋转等于一个圆周的直线运动或对于半径R为2r的直线运动。同样地，电机1的转矩可以通过将其乘以半径r而转换为线性力。

其中，运动同步轮为差速器，两个卷盘分别为右卷盘和左卷盘，右卷盘通过右卷轴均连接至差速器，左卷盘通过左卷轴均连接至差速器。差速器通过皮带链轮连接至电机。差速器包括行星齿轮组，行星齿轮组包括两个太阳齿轮和两个行星齿轮，右卷轴和左卷轴均安装在太阳齿轮上，两个太阳齿轮分别与位于太阳齿轮两侧的行星齿轮啮合，运动同步轮具有第一空腔和第二空腔，其分别容纳一个行星齿轮安装在运动同步轮内。太阳轮绕轴在单一垂直面内转动，而行星齿轮既可在该竖直平面内旋转，又可水平旋转。

具体地，如图4－5所示，电机采用无刷电机，上述所说的太阳齿轮分别为下文所描述的左弧齿锥齿轮306和右弧齿锥齿轮，行星齿轮分别为下文所描述的下弧齿锥齿轮317和上弧齿锥齿轮，双向运动组件300：包括左第一固定螺丝301、左卷盘303、左第一单肩垫片304、左第一轴承305、左弧齿锥齿轮306、左第二固定螺丝307、左第二轴承308、左第二单肩垫片309、同步轮侧挡片310、带槽销311、左第三轴承312、同步轮314、下单肩垫片315、下第一轴承316、下弧齿锥齿轮317、下第二轴承318，下第二单肩垫片319、小齿轮芯轴320、水平芯轴321。左右两侧对称布局，上下两侧对称布局，因此，还包括位于右侧的右弧齿锥齿轮，上弧齿锥齿轮。

具体的，小齿轮芯轴320依次穿过下第二单肩垫片319、下第二轴承318、下弧齿锥齿轮317、下第二轴承316、下第一单肩垫片315，然后嵌入到同步轮314中，并用带槽销311卡入固定，下弧齿锥齿轮317可转动；根据对称，上侧也为同样位置布局，左第二固定螺丝307将同步轮侧挡片一单肩垫片304、左第一轴承305、左弧齿锥齿轮306、左第二轴承308、左第二单肩垫片309、左第三轴承312、同步轮314；右侧也对称布局，左第一固定螺丝301将左卷盘303固定在同步轮314中，线缆302和线缆313分别绕在左卷盘和右卷盘上，具体如下图可知，左弧齿锥齿轮306分别与下弧齿锥齿轮317、上弧齿锥齿轮啮合，右弧齿锥齿轮分别与下弧齿锥齿轮317、上弧齿锥齿轮啮合。

如图所示，编码器组件包括主编码器、两个副编码器，主编码器和电机、运动同步轮均保持传动连接，主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，两个副编码器分别被配置为记录对应的卷盘中线缆的单侧行程，每个卷盘远离运动同步轮的一端为圆盘面，圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。

本实施例中，提供的一种基于电机控制的力量训练器材，结构紧凑，通过采用电机、电机控制器、双向运动组件、编码器组件以及处理器，利用电机和双向运动组件保持同步传动连接，将双向运动组件配置具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，两个卷盘和运动同步轮同轴设置，编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，处理器被配置为接收编码器的测量信息；以及向电机控制器输入需要调节的电机扭矩。由此，本发明向用户提供类似于使用传统的基于缆线的力量训练机的体验，其中线缆连接到由重力作用的配重堆，抵抗电机的拉力，实现了通过一个电机控制运动同步轮，两个卷盘可以独立转动互不干扰，同时处理器可以监测两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程。

在本实施方式中，编码器组件包括主编码器、一个副编码器，主编码器和电机、运动同步轮均保持传动连接，主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，副编码器分别被配置为记录其中一个卷盘中线缆的单侧行程，卷盘远离运动同步轮的一端为圆盘面，圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。由此，可以通过主编码器记录两个卷盘中线缆运动总行程，副编码器记录其中一个卷盘中线缆的单侧行程，经过处理器计算得出另一个卷盘中线缆的单侧行程。

第二方面，参考图1－2为本发明实施例提供的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法的流程示意图；本实施例提供了一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法，包括：

步骤S100：接收输入的力量参数；

步骤S200：将力量参数转化为PWM值，根据PWM值输出第一控制信号至电机控制器；

步骤S300：采集用户输入的拉力信号，根据拉力信号输出的第二控制信号至电机控制器；

步骤S400：计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程；

其中，计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，具体包括：

步骤S401.采用主编码器记录两个卷盘中线缆运动总行程，主编码器和电机、运动同步轮在同一回路中保持传动连接；

步骤S402.采用两个副编码器记录对应卷盘中线缆的单侧行程，每个卷盘远离运动同步轮的一端为圆盘面，圆盘面为与运动同步轮同轴设置的副编码器。

步骤S500：计算判断运动总行程和两个单侧行程之后是否相等，若不相等，则输出设备故障信息至健身器材的显示端，若相等，则采集用户对器材使用的运动数据并上传至显示端。其中，运动总行程和线缆的单侧行程均包括线缆运动的距离和运动方向。

在本实施例中，通过接收输入的力量参数转化为PWM值，根据PWM值输出第一控制信号至电机控制器，采集用户输入的拉力信号，根据拉力信号输出的第二控制信号至电机控制器，处理器计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，通过计算判断运动总行程和两个单侧行程之后是否相等，若不相等，则输出设备故障信息至健身器材的显示端，若相等，则采集用户对器材使用的运动数据并上传至显示端。由此，通过获取两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，进行对总行程和单侧行程的分析，实现对于健身器材在使用过程中出现故障问题的智能监测，也确保运动数据的准确性。同时在一个卷盘的监测过程出现故障的情况下，可以通过获取总行程和另一侧的单侧行程进行相减获取使用故障端卷盘的运动数据，更具智能性。

本实施例所示的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法可在图中所示的实施例中的一种基于电机控制的力量训练器材中执行，其实现原理与技术效果相同，此处不再赘述。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如上述的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，包括：电机(1)、电机控制器、双向运动组件(2)、编码器组件以及处理器，所述电机(1)和双向运动组件(2)传动连接，所述电机控制器连接至所述电机(1)，所述双向运动组件(2)为具有两个独立转动卷盘的运动同步轮，所述卷盘上设置有绕卷盘缠绕的线缆，两个所述卷盘和所述运动同步轮同轴设置，所述处理器与所述电机控制器、编码器组件电性连接，所述编码器组件被配置为检测并记录两个卷盘中线缆的运动总行程以及每个卷盘中线缆的单侧行程，所述处理器被配置为接收所述编码器的测量信息；以及向所述电机控制器输入需要调节的电机扭矩。

2.根据权利要求1所述的一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，所述编码器组件包括主编码器、两个副编码器，所述主编码器和所述电机(1)、运动同步轮均保持传动连接，所述主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，两个所述副编码器分别被配置为记录对应的卷盘中线缆的单侧行程，每个所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，所述光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，所述运动同步轮为差速器，两个所述卷盘分别为右卷盘和左卷盘，所述右卷盘通过右卷轴均连接至所述差速器，所述左卷盘通过左卷轴均连接至所述差速器。

4.根据权利要求3所述的一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，所述差速器通过同步皮带连接至所述电机(1)。

5.根据权利要求4所述的一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，所述差速器包括行星齿轮组，所述行星齿轮组包括两个太阳齿轮和两个行星齿轮，所述右卷轴和左卷轴分别安装在对应的太阳齿轮上，每个所述太阳齿轮均与两个所述行星齿轮啮合。

6.根据权利要求1所述的一种基于电机控制的力量训练器材，其特征在于，所述编码器组件包括主编码器、一个副编码器，所述主编码器和所述电机(1)、运动同步轮均保持传动连接，所述主编码器被配置为记录两个卷盘中线缆运动总行程，所述副编码器分别被配置为记录其中一个卷盘中线缆的单侧行程，所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面设置有与运动同步轮同轴设置的副编码器的光电码盘，所述光电码盘的上方对应的设置有探测处理电路，用于检测输出的脉冲信号。

7.一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法，其特征在于，应用于权利要求1－5任一所述的基于电机控制的力量训练器材，包括：

步骤S100：接收输入的力量参数；

步骤S200：将所述力量参数转化为PWM值，根据PWM值输出第一控制信号至电机控制器；

步骤S300：采集用户输入的拉力信号，根据所述拉力信号输出的第二控制信号至电机控制器；

步骤S400：计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个所述卷盘中线缆的运动总行程以及每个所述卷盘中线缆的单侧行程；

步骤S500：计算判断运动总行程和两个单侧行程之后是否相等，若不相等，则输出设备故障信息至所述健身器材的显示端，若相等，则采集用户对器材使用的运动数据并上传至显示端。

8.根据权利要求7所述的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法，其特征在于，在步骤S400中，计算分析第一控制信号和第二控制信号，控制电机的运转，获取两个所述卷盘中线缆的运动总行程以及每个所述卷盘中线缆的单侧行程，包括：

步骤S401.采用主编码器记录两个卷盘中线缆运动总行程，所述主编码器和所述电机、运动同步轮在同一回路中保持传动连接；

步骤S402.采用两个副编码器记录对应卷盘中线缆的单侧行程，每个所述卷盘远离所述运动同步轮的一端为圆盘面，所述圆盘面为与运动同步轮同轴设置的副编码器。

9.根据权利要求6所述的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法，其特征在于，所述运动总行程和线缆的单侧行程均包括线缆运动的距离和运动方向。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求7至9中任一项所述的一种基于电机控制的力量健身器材的运动检测方法。

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