CN117419916B - 一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构检测技术领域,具体公开了一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,本发明通过转化组件将第一伸缩件活动端的往复直线运动转化为了偏心轴绕转轴轴线的转动运动,使得固定在偏心轴上的踏杆同样进行圆周运动以满足进行试验所需的往复运动轨迹,同时,在转轴转动过程中由角度传感器收集转轴转动的角度变化信息,根据角度变化信息电控箱控制第二伸缩件带动脚掌模型进行转动,转动的脚掌模型会压缩弹性组件,压缩的弹性组件在进行试验所需的往复运动轨迹中,以弹性力作为脚掌发力的补充,从而进一步增加了对人体踩踏过程的模拟程度,从而在极限参数如稳定性和疲劳度的获取过程中增加实验结果的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及结构检测技术领域,具体的,涉及一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置。
背景技术
健身器材检测设备属于健身器材生产厂家需要用到的设备之一,健身器材检测能够在生产研发过程中提供必要数据,辅助厂家研发新设备或者调整设备组成,例如,为了提升椭圆机这种踩踏类健身器材的静音性能,可以将传统的链传动更换为皮带转动,于此同时需要确定皮带相关参数,这个过程就需要大量的测试实验进行验证以保证最终的成品质量的稳定。
现有的踩踏类健身器材的整体的检测实验过程是通过模拟踩踏过程获取相应参数的,一般是通过两个独立的驱动件分别驱动踩踏类健身器材的两个踩踏部分以进行实验的,其中的问题在于,现有的驱动结构通常直接采用气缸类伸缩件,其与踩踏类健身器材的接触过程中,对人体踩踏过程的模拟程度不足,尤其是在进行稳定性和疲劳度试验这类极限参数的获取过程中,需要长时间运行实验装置,即使较小的误差在实验装置长时间运行的积累过程中也会产生较大的影响,也就是说对人体踩踏过程模拟程度不足的问题会导致相关极限参数的最终实验结果不够准确。
鉴于此,本发明提出一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,以提升在踩踏类健身器材的整体的检测实验过程中驱动件对踩踏过程的模拟程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,解决以下技术问题:
如何提升在踩踏类健身器材的整体的检测实验过程中驱动件对踩踏过程的模拟程度。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,包括:
支撑框,所述支撑框底部设有用于使支撑框固定在地面上的固定板,所述固定板上设有电控箱;
第一伸缩件,一对所述第一伸缩件对称设置在所述支撑框的顶部,所述第一伸缩件的活动端沿垂线往复直线运动;
转化组件,包括水平且转动的设置在支撑框内侧的转轴,所述转轴上偏心的设置有偏心轴,所述转化组件用于将所述第一伸缩件活动端的往复直线运动转化为偏心轴绕转轴轴线的转动运动,所述偏心轴上固定连接有踏杆,所述转轴上设置有获取其转动角度信息的角度传感器;
脚掌模型,所述脚掌模型转动连接在所述踏杆下方,所述脚掌模型与踏杆之间设置有第二伸缩件,所述电控箱根据转动角度信息通过第二伸缩件控制脚掌模型绕所述踏杆转动;
弹性组件,所述弹性组件设置于所述脚掌模型和踏杆之间,所述弹性组件随着所述脚掌模型的转动其提供的弹性力发生变化。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了增加踩踏过程的模拟程度的方案,具体的,通过转化组件将第一伸缩件活动端的往复直线运动转化为了偏心轴绕转轴轴线的转动运动,使得固定在偏心轴上的踏杆同样进行圆周运动以满足进行试验所需的往复运动轨迹,同时,在转轴转动过程中由角度传感器收集转轴转动的角度变化信息,根据角度变化信息电控箱控制第二伸缩件带动脚掌模型进行转动,转动的脚掌模型会压缩弹性组件,压缩的弹性组件在进行试验所需的往复运动轨迹中,以弹性力作为脚掌发力的补充,从而进一步增加了对人体踩踏过程的模拟程度,从而在极限参数如稳定性和疲劳度的获取过程中增加实验结果的准确性。
作为本发明的进一步技术方案:所述弹性组件包括环形杆、环形筒和弹性件,所述环形杆设置在脚掌模型上方,所述踏杆侧面连接有环形筒,所述环形杆和环形筒与所述脚掌模型在踏杆上的铰接点共圆心,所述环形筒内设置有弹性件,所述环形杆滑动连接在环形筒内且不与弹性件相连接。
作为本发明的进一步技术方案:所述电控箱根据转动角度信息通过第二伸缩件控制脚掌模型绕所述踏杆转动的过程包括:
所述电控箱将偏心轴转动运动的轨迹划分上升段和下降段两个过程,并于下降段过程中,根据历史数据获取前脚掌发力的区间;
将前脚掌发力的区间划分为若干个分区,在若干个分区内分别求取前脚掌发力大小在时间轴上的平均力;
在所述偏心轴进入每一个分区时,所述电控箱根据平均力控制所述脚掌模型转动并压缩所述弹性件直到所述弹性件提供的弹性力达到平均力,并使脚掌模型的工作段能够自由伸缩。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了弹性力作为脚掌发力的补充的方案,具体的,通过压缩弹性件获得弹性件对脚掌模型的反作用力作为模拟过程中脚掌发力的补充,其压缩距离根据胡克定律确定,这样在踩踏过程中增加了下压过程中脚掌发力的补充与模拟,增加了模拟的完整程度。
作为本发明的进一步技术方案:所述转轴前端连接有连接板,所述偏心轴偏心的设置在连接板上,所述第一伸缩件的活动端连接有连接环,所述连接板滑动连接在所述连接环的直线槽内。
作为本发明的进一步技术方案:所述支撑框侧面固定有固定轴,所述固定轴前端固定有棘轮机构,所述转轴转动连接在所述棘轮机构上。
作为本发明的进一步技术方案:所述连接板为圆盘状结构,一对所述连接板后方分别设置有一个配重块,一对所述配重块分别对称的设置在所述转轴轴线两侧。
作为本发明的进一步技术方案:实验装置还包括可拆卸的一对预制脚踏,所述预制脚踏的转动半径与所述偏心轴的转动半径相同。
作为本发明的进一步技术方案:所述踏杆与所述预制脚踏的踏板部分的转动轴处于同一直线上。
本发明的有益效果:
本发明通过转化组件将第一伸缩件活动端的往复直线运动转化为了偏心轴绕转轴轴线的转动运动,使得固定在偏心轴上的踏杆同样进行圆周运动以满足进行试验所需的往复运动轨迹,同时,在转轴转动过程中由角度传感器收集转轴转动的角度变化信息,根据角度变化信息电控箱控制第二伸缩件带动脚掌模型进行转动,转动的脚掌模型会压缩弹性组件,压缩的弹性组件在进行试验所需的往复运动轨迹中,以弹性力作为脚掌发力的补充,从而进一步增加了对人体踩踏过程的模拟程度,从而在极限参数如稳定性和疲劳度的获取过程中增加实验结果的准确性。
本发明能够根据前脚掌发力大小的变化幅度而确定分区数量,变化幅度越大则分区跨度越小,这种分区方案能够在维持分区的代表能力的同时降低分区数量。
本发明通过配重块一方面能够在连接板在转动过程中提供一定的推力,使得偏心轴与连接环在象限拐点时能够顺利过渡,另一方面,对称设置的配重块能够在停止转动时对连接板进行引导,使得实验装置每次完成实验后连接板均转动到相同位置。
本发明在对不同的踩踏类健身器材进行检测的过程中,通过更换预制脚踏可以避免反复调整实验装置状态,能够使得实验过程标准化,消除部分潜在变量。
本发明通过压缩弹性件获得弹性件对脚掌模型的反作用力作为模拟过程中脚掌发力的补充,其压缩距离根据胡克定律确定,这样在踩踏过程中增加了下压过程中脚掌发力的补充与模拟,增加了模拟的完整程度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体结构示意图;
图2是本发明图1的A处结构局部放大图;
图3是本发明整体结构侧面示意图;
图4是本发明转轴与固定轴连接结构示意图;
图5是本发明脚掌模型侧面结构示意图;
图6是本发明连接环和连接板结构示意图;
图7是本发明的偏心轴位置结构示意图。
附图标记说明:
10、支撑框;11、固定板;12、电控箱;
20、第一伸缩件;21、连接环;22、连接板;23、偏心轴;24、踏杆;25、转轴;26、固定轴;27、角度传感器;28、棘轮机构;
30、脚掌模型;31、第二伸缩件;32、环形筒;33、环形杆;34、弹性件;
40、配重块;41、预制脚踏。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图7所示,在一个实施例中,提供了一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,包括:
支撑框10,支撑框10底部设有用于使支撑框10固定在地面上的固定板11,固定板11与螺栓组相连从而固定在底面上,固定板11上设有电控箱12,电控箱12内包括处理器,用于进行数据计算和相关部件的控制,该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等;
第一伸缩件20,一对第一伸缩件20对称设置在支撑框10的顶部,第一伸缩件20的活动端沿垂线往复直线运动,第一伸缩件20优选为气缸或液压缸,需要说明的是,测试在模拟人体腿部发力过程中,需要按照收集的数据,在循环的踩踏过程中经常性的调整竖直方向上的力,而以电机为动力源的设备在力也就是电机扭矩的调整上受到较大限制,故而在测试中采用如气缸、液压缸一类的伸缩动力源以提供足够的对力的调节能力;
转化组件,包括水平且转动的设置在支撑框10内侧的转轴25,转轴25上偏心的设置有偏心轴23,转化组件用于将第一伸缩件20活动端的往复直线运动转化为偏心轴23绕转轴25轴线的转动运动,偏心轴23上固定连接有踏杆24,转轴25上设置有获取其转动角度信息的角度传感器27,角度传感器27采用磁编码器制作而成,其可以精确检测旋转的位置,其原理是磁场的变化会影响电流的大小,利用这一特性检测安装有磁体的零件的角度或转速,具体运行过程不做赘述;
脚掌模型30,脚掌模型30转动连接在踏杆24下方,脚掌模型30与踏杆24之间设置有第二伸缩件31,第二伸缩件31同样的优选为气缸或液压缸,电控箱12根据转动角度信息通过第二伸缩件31控制脚掌模型30绕踏杆24转动;
弹性组件,弹性组件设置于脚掌模型30和踏杆24之间,弹性组件随着脚掌模型30的转动其提供的弹性力发生变化。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了增加踩踏过程的模拟程度的方案,具体的,通过转化组件将第一伸缩件20活动端的往复直线运动转化为了偏心轴23绕转轴25轴线的转动运动,使得固定在偏心轴23上的踏杆24同样进行圆周运动以满足进行试验所需的往复运动轨迹,同时,在转轴25转动过程中由角度传感器27收集转轴25转动的角度变化信息,根据角度变化信息电控箱12控制第二伸缩件31带动脚掌模型30进行转动,转动的脚掌模型30会压缩弹性组件,压缩的弹性组件在进行试验所需的往复运动轨迹中,以弹性力作为脚掌发力的补充,从而进一步增加了对人体踩踏过程的模拟程度,从而在极限参数如稳定性和疲劳度的获取过程中增加实验结果的准确性。
参考图5,弹性组件包括环形杆33、环形筒32和弹性件34,环形杆33设置在脚掌模型30上方,踏杆24侧面连接有环形筒32,环形杆33和环形筒32与脚掌模型30在踏杆24上的铰接点共圆心,环形筒32内设置有弹性件34,环形杆33滑动连接在环形筒32内且不与弹性件34相连接。
其中,电控箱12根据转动角度信息通过第二伸缩件31控制脚掌模型30绕踏杆24转动的过程包括:
电控箱12将偏心轴23转动运动的轨迹划分上升段和下降段两个过程,并于下降段过程中,根据历史数据获取前脚掌发力的区间,需要说明的是,前脚掌发力的数据通过多个力传感器从鞋底与脚掌的接触区域获得,同时本发明中提到的前脚掌发力是对多个力传感器的数据进行力的分析求取的合力;
将前脚掌发力的区间划分为若干个分区,在若干个分区内分别求取前脚掌发力大小在时间轴上的平均力;
值得说明的是,划分的若干个分区并不是完全相等的,详细的划分以前脚掌发力大小随时间的变化曲线而确定,也就是根据前脚掌发力大小的变化幅度而确定,变化幅度越大则分区跨度越小,具体的,先获取前脚掌发力大小从牛顿的变化过程,在该过程中,以公式/>获取分区参数/>,然后将获得的分区参数/>与区间/>进行比对,若分区参数/>落入/>,则按照预设数量N对/>的区间进行划分,若分区参数/>超出/>,则对/>进行取整获取整数部分n,然后以/>为分区数量对/>的区间进行分区,其中/>是经验系数,根据具体设备进行确定,/>是前脚掌发力大小从/>牛顿的变化过程中,发力大小F随着时间的变化曲线,/>是脚掌发力大小从/>牛顿的变化过程的时间起点,/>是脚掌发力大小从/>牛顿的变化过程的时间终点;进一步的,/>的变化过程同样以上述方案进行分区,直到完成所有分区的划分。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了分区划分的方案,该方案以前脚掌发力大小随时间的变化曲线而确定分区大小,也就是根据前脚掌发力大小的变化幅度而确定,变化幅度越大则分区跨度越小,这种分区方案能够在维持分区的代表能力的同时降低分区数量,其中代表能力指的是当前平均值与当前分若干个数值的方差。
在偏心轴23进入每一个分区时,电控箱12根据平均力控制脚掌模型30转动并压缩弹性件34直到弹性件34提供的弹性力达到平均力,并使脚掌模型30的工作段能够自由伸缩。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了弹性力作为脚掌发力的补充的方案,具体的,通过压缩弹性件34获得弹性组件对脚掌模型30的反作用力作为模拟过程中脚掌发力的补充,其压缩距离根据胡克定律确定,这样在踩踏过程中增加了下压过程中脚掌发力的补充与模拟,增加了模拟的完整程度。
此外本实施例还提供了分区的具体方案,先获取前脚掌发力大小从牛顿的变化过程,在该过程中,以公式/>获取分区参数/>然后将获得的分区参数/>与区间/>进行比对,若分区参数/>落入/>,则按照预设数量N对的区间进行划分,若分区参数/>超出/>,则对/>进行取整获取整数部分n,然后以/>为分区数量对/>的区间进行分区,该方案根据前脚掌发力大小的变化幅度而确定分区数量,变化幅度越大则分区跨度越小,这种分区方案能够在维持分区的代表能力的同时降低分区数量。
转轴25前端连接有连接板22,偏心轴23偏心的设置在连接板22上,第一伸缩件20的活动端连接有连接环21,连接板22滑动连接在连接环21的直线槽内。
支撑框10侧面固定有固定轴26,固定轴26前端固定有棘轮机构28,转轴25转动连接在棘轮机构28上,棘轮机构28是为了避免转轴25反转。
连接板22为圆盘状结构,一对连接板22后方分别设置有一个配重块40,一对配重块40分别对称的设置在转轴25轴线两侧,通过配重块40一方面能够在连接板22在转动过程中提供一定的推力,使得偏心轴23与连接环21在象限拐点时能够顺利过渡,另一方面,对称设置的配重块40能够在停止转动时对连接板22进行引导,使得实验装置每次完成实验后连接板22均转动到相同位置。
实验装置还包括可拆卸的一对预制脚踏41,预制脚踏41的转动半径与偏心轴23的转动半径相同。
通过上述技术方案:于本实施例中提供了转动半径与偏心轴23的转动半径相同的预制脚踏41,在对不同的踩踏类健身器材进行检测的过程中,通过更换预制脚踏41可以避免反复调整实验装置状态,能够使得实验过程标准化,消除部分潜在变量。
踏杆24与预制脚踏41的踏板部分的转动轴处于同一直线上,方便调节脚掌模型30的角度,当然脚掌模型30优选为硬质弹性材料,自身具有一定的弹性变形能力。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,包括:
支撑框(10),所述支撑框(10)底部设有用于使支撑框(10)固定在地面上的固定板(11),所述固定板(11)上设有电控箱(12);
第一伸缩件(20),一对所述第一伸缩件(20)对称设置在所述支撑框(10)的顶部,所述第一伸缩件(20)的活动端沿垂线往复直线运动;
转化组件,包括水平且转动的设置在支撑框(10)内侧的转轴(25),所述转轴(25)上偏心的设置有偏心轴(23),所述转化组件用于将所述第一伸缩件(20)活动端的往复直线运动转化为偏心轴(23)绕转轴(25)轴线的转动运动,所述偏心轴(23)上固定连接有踏杆(24),所述转轴(25)上设置有获取其转动角度信息的角度传感器(27);
脚掌模型(30),所述脚掌模型(30)转动连接在所述踏杆(24)下方,所述脚掌模型(30)与踏杆(24)之间设置有第二伸缩件(31),所述电控箱(12)根据转动角度信息通过第二伸缩件(31)控制脚掌模型(30)绕所述踏杆(24)转动;
弹性组件,所述弹性组件设置于所述脚掌模型(30)和踏杆(24)之间,所述弹性组件随着所述脚掌模型(30)的转动其提供的弹性力发生变化。
2.根据权利要求1所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述弹性组件包括环形杆(33)、环形筒(32)和弹性件(34),所述环形杆(33)设置在脚掌模型(30)上方,所述踏杆(24)侧面连接有环形筒(32),所述环形杆(33)和环形筒(32)与所述脚掌模型(30)在踏杆(24)上的铰接点共圆心,所述环形筒(32)内设置有弹性件(34),所述环形杆(33)滑动连接在环形筒(32)内且不与弹性件(34)相连接。
3.根据权利要求2所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述电控箱(12)根据转动角度信息通过第二伸缩件(31)控制脚掌模型(30)绕所述踏杆(24)转动的过程包括:
所述电控箱(12)将偏心轴(23)转动运动的轨迹划分上升段和下降段两个过程,并于下降段过程中,根据历史数据获取前脚掌发力的区间;
将前脚掌发力的区间划分为若干个分区,在若干个分区内分别求取前脚掌发力大小在时间轴上的平均力;
在所述偏心轴(23)进入每一个分区时,所述电控箱(12)根据平均力控制所述脚掌模型(30)转动并压缩所述弹性件(34)直到所述弹性件(34)提供的弹性力达到平均力,并使脚掌模型(30)的工作段能够自由伸缩。
4.根据权利要求1所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述转轴(25)前端连接有连接板(22),所述偏心轴(23)偏心的设置在连接板(22)上,所述第一伸缩件(20)的活动端连接有连接环(21),所述连接板(22)滑动连接在所述连接环(21)的直线槽内。
5.根据权利要求1所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述支撑框(10)侧面固定有固定轴(26),所述固定轴(26)前端固定有棘轮机构(28),所述转轴(25)转动连接在所述棘轮机构(28)上。
6.根据权利要求4所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述连接板(22)为圆盘状结构,一对所述连接板(22)后方分别设置有一个配重块(40),一对所述配重块(40)分别对称的设置在所述转轴(25)轴线两侧。
7.根据权利要求1所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,试验装置还包括可拆卸的一对预制脚踏(41),所述预制脚踏(41)的转动半径与所述偏心轴(23)的转动半径相同。
8.根据权利要求7所述的一种健身器材用稳定性和疲劳度试验装置,其特征在于,所述踏杆(24)与所述预制脚踏(41)的踏板部分的转动轴处于同一直线上。
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