CN202666268U - 以马达组合s式荷重传感器的肌力锻炼控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，包括：一架体；一扭力源固定于架体上，扭力源包括一马达及一齿轮减速箱；马达为无刷马达或直流马达，齿轮减速箱一端与马达连接；一操作杆底端枢设于架体上；一连动机构输出端与齿轮减速箱的主轴连接；连动机构包括：一齿轮箱摇臂一端套设于主轴上，另一端连接第一连杆；一操作杆摇臂一端套设于操作杆上，另一端连接第二连杆；一S式荷重传感器左右两侧分别与第一及第二连杆连接；一电子表固定在架体上；一伺服控制器用以比对S式荷重传感器的感测值与电子表设定值的差异。本实用新型构造轻简，无噪音，提供使用者可自行设定连续而圆滑的变动负载，达到肌力锻炼的最佳效果。

Description

以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，尤指一种以S式荷重传感器回授荷重值，经由伺服控制器比对设定值并予调整后驱动马达，以达到运动负载与设定扭力值相等的伺服装置。
背景技术
锻炼肌力的运动器材或健身机，除了架体及连动机构外，必须包括一提供运动负载的阻力装置，如图1、图2美国第7,396,319号专利的主要构造图所示，此类型健身机于座位11的前方设有一供大腿121及小腿122靠合的伸展构件12，底部设有一移动及内部或外部方向转换构件13，侧边设有一提供负载的阻力构造（resistance arrangement)14，且该阻力构件14借由一缆线15与该移动及内部或外部方向转换构件13连动。借此，当使用者的大腿及小腿带动该伸展构件12朝向内部或外部而连动该移动转换构件13时，则该阻力构件14提供一运动负载给使用者。
但查，现有的运动负载大都是使用数片叠置的铁块141所组成的阻力构件14，但这种传统的负重方式，存在有如下的缺失：
一、铁块141体积大占空间，且当使用者运动量负载要调整时，增加或减少铁块141等负载的个数及重量，来作为调整，其不仅费时费力，且无法使运动持续进行，不易达到预期的练习功效。
二、该铁块141等负载，不但笨重且负载大小调整不易，亦无法依设定曲线做连续而圆滑的变动负载，因此不但使运动效果大打折扣而且还有造成肌肉运动伤害的潜在危险。
三、当铁块141等负载被传动缆线15拉起，然后放下时，会产生极大的噪音，其不仅会干扰到别人，亦令运动者感到刺耳与不适，且传动缆线15须配合绞盘等构件，增加复杂性。
是以，现有健身机10的负载装置，具备上述三项缺点；因此，当有改进空间。
又，现有的运动器材或健身机，已有运用马达扭力作为运动负载的阻力控制，并在其马达转轴上连动一光遮断圆盘，及在其周缘设置光藕合器，用以构成一运动行程感知器，来控制马达电流，俾作曲线负载，达到顺畅健身的情境。但查，该光电机构，体积较为庞大，安装颇占空间，且因其精确度与耐久性稍差，制造成本也偏高，其应用性较难被一般使用者所接受。
实用新型内容
本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其是利用马达主轴的扭力，来代替传统铁块，具有构造轻简，不仅大幅降低机台重量及体积，且无噪音的功效增进；其在结合S式荷重传感器的精确感测功能，回授荷重值给控制装置，修正差异后驱动马达，达到使用者所期望的运动负载；其提供使用者可自行设定连续而圆滑的变动负载，达到肌力锻炼的最佳效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，包含：
一架体，是本实用新型的载体，该架体可属于运动器材或医疗器材；
一扭力源，包括：一马达，以产生所需线性运动的负载；一齿轮减速箱，与马达相连接，借着齿轮的减速比来放大该马达输出的扭力值；
一操作杆，是使用者锻炼肌力往复运动的杆件；
一连动机构，其一端为输出端与该齿轮速箱连接，另一端为输入端与该操作杆连接；该连动机构，包括：一齿轮箱摇臂、第一连杆、第二连杆、操作杆摇臂；其中，一S式荷重传感器连接其第一连杆与第二连杆，以感测其机构的荷重值；
S式荷重传感器的原理，应用该机构两侧承受拉力或压力时，机构会产生应变，其应变量会使黏贴于机构上的电阻值因而改变；因系统施予固定电源电压，因此，通过S式荷重传感器的分压也随之改变，该改变的分压值被测得后，其讯号经放大与运算，即可转换成该机构所承受的拉力或压力，亦即荷重值。S式荷重传感器的原理并非本实用新型的诉求重点，但，发明人很巧妙地将该机构装置于第一连杆与第二连杆之间，就是应用S式荷重传感器来感测自操作杆与齿轮减速箱主轴相互作用的荷重值，再传送给控制系统而达到最终控制的成效。
一电子表，供使用者设定其锻炼肌力所需的扭力值；
一伺服控制器，用以比对该连动机构中S式荷重传感器的感测值，与该电子表设定值的差异，其差异值经调整后输出电流以驱动该马达，该马达即可产生转矩；又，该转矩经齿轮减速箱放大后，即为使用者所需的扭力，亦即运动负载的阻力；该扭力值再经连动机构传递至操作杆，使用者操控该操作杆，其肌力就能因承受该运动阻力，而达到锻炼的效果。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中伺服控制器包括：一直流电源供应器、一荷重讯号放大器、一差动放大器、一PID(比例积分微分)控制器、及一DSP驱动器；该S式荷重传感器的感测值，回授给该荷重讯号放大器，讯号经放大后再传至该差动放大器；又，该电子表的设定值，传送给该差动放大器；是以，该差动放大器比对荷重与设定值的差异后，其差异值经PID控制器调整后，推动该DSP驱动器输出电流以驱动该马达。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中S式荷重传感器的左右两侧各设有一螺丝孔，又，该第一连杆与该第二连杆的一端，亦分别设有与该螺丝孔相配合的螺牙，且该第一连杆、第二连杆与该S式荷重传感器之间各装设一弹簧垫圈，使其螺牙与该螺丝孔的配合性更佳。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中齿轮箱摇臂与该主轴间，以一连接套予以套设结合。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中操作杆为左右分离的杆体，各以一法兰座紧密套入该杆体端部，两法兰座之间装设该操作杆摇臂，并以数组螺栓与螺帽锁合固定，使该操作杆摇臂得随该操作杆往复摆动。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中齿轮箱摇臂与该第一连杆之间，以2片第一曲柄连结，并以数组螺栓与螺帽锁合固定。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中操作杆摇臂与该第二连杆之间，以2片第二曲柄连结，并以数组螺栓与螺帽锁合固定。
前述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其中更包括以一轴座，将该操作杆枢设于该架体上。
本实用新型的有益效果是，其是利用马达主轴的扭力，来代替传统铁块，具有构造轻简，不仅大幅降低机台重量及体积，且无噪音的功效增进；其在结合S式荷重传感器的精确感测功能，回授荷重值给控制装置，修正差异后驱动马达，达到使用者所期望的运动负载；其提供使用者可自行设定连续而圆滑的变动负载，达到肌力锻炼的最佳效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是美国第7,396,319号专利所揭示的伸展机立体示意图(一)。
图2是美国第7,396,319号专利所揭示的伸展机立体示意图(二)。
图3是本实用新型实施例的分解立体示意图。
图4是本实用新型实施例的组合立体示意图。
图5是本实用新型的电路方块图。
图6是本实用新型实施例应用在运动器材立体示意图。
图中标号说明：
20  架体
31  马达
32  齿轮减速箱
321 底座
322 主轴
323 方键
33  连接套
331 中心孔
332 键槽
41  齿轮箱摇臂
411 轴孔
412  第一螺栓孔
42   第一连杆
421  第三螺栓孔
422  螺牙
43   S式荷重传感器
431  螺丝孔
44   第二连杆
441  第三螺栓孔
442  螺牙
45   操作杆摇臂
451  第五螺栓孔
452  第一螺栓孔
46   第一曲柄
461  第二螺栓孔
462  第四螺栓孔
47   第二曲柄
471  第二螺栓孔
472  第四螺栓孔
50   操作杆
51   右杆体
52   左杆体
53   轴座
54   法兰座
541  法兰面
542  第六螺栓孔
61   第一螺栓
62   第一螺帽
63   第二螺栓
64   第二螺帽
65   第三螺栓
66 第三螺帽
67 弹簧垫圈
70 电子表
具体实施方式
首先，请参阅图3～图6所示，本实用新型的实施例包含：
一架体20，由数支空心杆体所建构而成，为装置本实用新型的构件；该架体可属于运动器材或医疗器材中具备往复运动者皆适用的，而本实施例(如图6所示)，为众多具备往复运动的器材中应用本实用新型，但不限定于此。
一马达31，包括无刷马达与直流马达的任一型式，用以产生该运动器材所需线性运动的负载。
一齿轮减速箱32，一端与该马达31的马达轴连接，内含数个大小不同的齿轮，借着齿轮间不同的齿数产生的减速比，以放大该马达31输出的扭力值；该齿轮减速箱32下端设有底座321，可采螺丝将其锁固于该架体20上；该齿轮减速箱32相对于连接该马达31的另一端设有一主轴322，以传输放大后的扭力值，该主轴322，可设置键槽并运用键来传送扭力，本实施例在主轴322上直接成型一方键323来连接被动构件。
一操作杆50，由左右分离的右杆体51及左杆体52所构成；2个法兰座54，各以干涉配合方式组合在该右杆体51及该左杆体52的杆体端部；一轴座53，以螺丝或焊接方式固设于该架体20上，其内含有可使杆体枢转的构成，在此不予赘述；该右杆体51穿过该轴座53，使该操作杆50固定在架体20并可在该轴座53上枢转。
一连动机构包括：一齿轮箱摇臂41、一第一连杆42、一S式荷重传感器43、一第二连杆44、及一操作杆摇臂45；该操作杆摇臂45为该连动机构的输入端，与该操作杆50连接；该齿轮箱摇臂41为该连动机构的输出端，与该齿轮减速箱32连接；该齿轮箱摇臂41，其下端设一轴孔411；一连接套33，其外径略小于该轴孔411，以干涉配合方式，将该连接套33置入该轴孔411中；该连接套33，有一贯穿的中心孔331，其孔径略大于主轴322，该中心孔331内设一与该主轴322的方键323相配合的键槽332，将该连接套33套设于该主轴322外，使该齿轮箱摇臂41，可驱使该主轴322转动；该齿轮箱摇臂41的上端设有4个第一螺栓孔412；2片第一曲柄46，其下端各设有4个与该第一螺栓孔412相配合的第二螺栓孔461，以4支第一螺栓61与4个第一螺帽62，将该齿轮箱摇臂41与该2片第一曲柄46予以锁合固定。
该操作杆摇臂45，其下端设有6个第五螺栓孔451，该2个法兰座54，其法兰面541上各设有6个与该第五螺栓孔451相配合的第六螺栓孔542，以6支第三螺栓65与6个第三螺帽66，将该法兰座54与该操作杆摇臂45锁合固定，使该操作杆摇臂45可受该操作杆50驱使而转动。
该操作杆摇臂45的上端设有4个第一螺栓孔452；2片第二曲柄47，其下端各设有4个与该第一螺栓孔452相配合的第二螺栓孔471，以4支第一螺栓61与4个第一螺帽62，将该操作杆摇臂45与该2片第二曲柄47予以锁合固定。
该S式荷重传感器43，其两侧各设一螺丝孔431，该第一连杆42与该第二连杆44的一端，各设有与该螺丝孔431相配合的螺牙422、442，各一个弹簧垫圈67置于该S式荷重传感器43与该第一连杆42及该第二连杆44之间，使该螺牙422、442锁入该螺丝孔431时具有更好的配合性。
该第一连杆42相对于设有螺牙422的另一端，设有一第三螺栓孔421，该2片第一曲柄46，其上端各设有一与该第三螺栓孔421相配合的第四螺栓孔462，以一支第二螺栓63与一个第二螺帽64，将该2片第一曲柄46与该第一连杆42予以锁合。
该第二连杆44，相对于设有螺牙442的另一端，设有一第三螺栓孔441，该2片第二曲柄47，其上端各设有一与该第三螺栓孔441相配合的第四螺栓孔472，以一支第二螺栓63与一个第二螺帽64，将该2片第二曲柄47与该第二连杆44予以锁合。
借此，马达端31产生的转矩，经由该齿轮减速箱32减速而放大扭力值后，再传递给齿轮箱摇臂41、第一曲柄46、第一连杆42、S式荷重传感器43、第二连杆44、第二曲柄47、操作杆摇臂45，而至操作杆50；是以，使用者不论是以手部或腿部操控该操作杆，其肌力都需承受马达经齿轮减速箱放大的扭力值；换言之，使用者往复操控该操作杆，该马达经齿轮减速箱产生的扭力，即形成锻炼肌力所需的负载阻力。
一电子表70，固定在该架体20上，供使用者设定其肌力锻炼所需的扭力值；为了强化锻炼的效果，本实用新型可设定成固定不变的负载，亦可由使用者设定成连续而圆滑的变动式运动负载。
一伺服控制器，其主要功能在比对该S式荷重传感器43的感测值，与该电子表70设定值的差异，其差异值经该电流控制器调整后输出一电流以驱动该马达31；该伺服控制器的电路如图5所示，包括：一直流电源供应器、一荷重讯号放大器、一差动放大器、一PID(比例积分微分)控制器，及一DSP驱动器；该S式荷重传感器43的感测值，回授给该荷重讯号放大器，讯号放大后再传至该差动放大器；另外，该电子表70的设定值，亦传送至该差动放大器；是以，该差动放大器比对实际端-S式荷重传感器的荷重讯号，以及目标端-电子表所设定的需求值，其两者的差异值，经PID控制器调整后，推动该DSP驱动器输出一电流以驱动该马达，因此，该伺服控制器会在本实用新型使用的各个阶段，不断比对实际荷重与目标设定的差异，修正差异后输出电流驱动马达，以达到实际运动负载与需求的设定值相等的效果。
是以，本实用新型借由机电整合的伺服控制系统，即运用马达、齿轮减速箱、控制器、扭力感应器以及电子表，完全取代传统铁块作为运动负载的阻力，可广泛应用于各种肌力锻炼器材，达到机构简单、操控方便与连续性的效益。
再者，本实用新型借由价廉的S式荷重传感器(S Type Load Cell)与连杆及摇臂的整合，达到可取代昂贵的旋转式扭力感应器(Rotary TypeTorque Sensor),其可靠的耐久性与精确度不但适用于一般肌力锻炼，亦可使用在医疗级的精密应用上。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
综上所述，本实用新型在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关新型专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (8)

1.一种以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，包括：
一架体；
一扭力源，固定于该架体上，该扭力源包括一马达及一齿轮减速箱；该马达为无刷马达或直流马达，该齿轮减速箱一端与该马达连接，另一端设有一主轴；
一操作杆，其底端枢设于该架体上；
一连动机构，其输出端与该齿轮减速箱的主轴连接，其输入端与该操作杆连接；该连动机构包括：
一齿轮箱摇臂，其一端套设于该主轴上，另一端连接一第一连杆；
一操作杆摇臂，其一端套设于该操作杆上，另一端连接一第二连杆；
一S式荷重传感器，其左右两侧分别与该第一连杆及该第二连杆连接；
一电子表，固定在该架体上，供使用者设定其所需的扭力值；
一伺服控制器，用以比对该S式荷重传感器的感测值与该电子表设定值的差异，其差异值经调整后输出电流以驱动该马达。
2.根据权利要求1所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述伺服控制器包括：一直流电源供应器、一荷重讯号放大器、一差动放大器、一PID控制器、及一DSP驱动器；该S式荷重传感器的感测值，回授给该荷重讯号放大器，讯号经放大后再传至该差动放大器；又，该电子表的设定值，传送给该差动放大器；是以，该差动放大器比对荷重与设定值的差异后，其差异值经PID控制器调整后，推动该DSP驱动器输出电流以驱动该马达。
3.根据权利要求2所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述S式荷重传感器的左右两侧各设有一螺丝孔，又，该第一连杆与该第二连杆的一端，亦分别设有与该螺丝孔相配合的螺牙，且该第一连杆、第二连杆与该S式荷重传感器之间各装设一弹簧垫圈，使其螺牙与该螺丝孔的配合性更佳。 
4.根据权利要求1、2或3所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述齿轮箱摇臂与该主轴间，以一连接套予以套设结合。
5.根据权利要求1、2或3所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述操作杆为左右分离的杆体，各以一法兰座紧密套入该杆体端部，两法兰座之间装设该操作杆摇臂，并以数组螺栓与螺帽锁合固定，使该操作杆摇臂得随该操作杆往复摆动。
6.根据权利要求1、2或3所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述齿轮箱摇臂与该第一连杆之间，以2片第一曲柄连结，并以数组螺栓与螺帽锁合固定。
7.根据权利要求1、2或3所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，所述操作杆摇臂与该第二连杆之间，以2片第二曲柄连结，并以数组螺栓与螺帽锁合固定。
8.根据权利要求1、2或3所述的以马达组合S式荷重传感器的肌力锻炼控制装置，其特征在于，更包括以一轴座，将该操作杆枢设于该架体上。 
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