CN216358790U - 一种健身器械 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于机械外骨骼应用技术领域，具体涉及一种健身器械，包括固定座、第一动力臂和第二动力臂，第一动力臂的一端通过第一关节组件与固定座连接，另一端通过第二关节组件与第二动力臂连接，第二动力臂远离第二关节组件的一端设有与人的肢体相配合的人机交互机械结构；所述第一动力臂上分别设有沿第一动力臂长度方向滑动设置的第一滑动部和第二滑动部，以及分别用于驱动第一滑动部和第二滑动部滑动的第一驱动模块和第二驱动模块。本实用新型能够模拟多种不同锻炼方式下人肢体的运动轨迹，进而沿着特定的运动轨迹对人的肢体产生阻力，以达到锻炼的效果；另外，本实用新型能够对肢体的运动动作进行主动纠正和引导，提升锻炼效果。
Description
技术领域
本实用新型属于健身器材设计制造技术领域，具体涉及一种健身器械。
背景技术
外骨骼系统结构来自于昆虫的仿生学研究，是一种可穿戴的设备，用于为人提供保护和额外的动力，主要应用于医疗康复、军事和运输等领域。外骨骼技术可以借助传感器等反馈手段，检测判断人体的运动意图，并精确控制助力的强度和执行器末端的位置，保持外骨骼和人体的一致运动。基于这个特点，可以保证使用者的四肢在预设的助力(或阻力)控制下，沿一定的方向移动到指定的位置。现有的外骨骼结构复杂、外观结构大，一般只用于助力场景。
现有健身器材一般使用机械传动或滑轮机构，将负重块的重力转化为使用者所受的阻力，用于锻炼指定的肌肉组织。使用现有健身器材的过程中，阻力大小与方向无法随动调节，从而无法实时纠正运动动作。外骨骼结构的机械系统虽然可以填补这部分的空白，但是在健身领域的应用尚待发展。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对家用健身领域，应用外骨骼的机械电子控制技术，提供一种新型电控机械式健身系统，其结构简单，占地面积小，可以根据用户体态特征定制阻力的控制曲线和轨迹行程，能模拟多种传统有氧和无氧的健身锻炼方式。
本实用新型采取的技术方案具体如下：
一种健身器械，包括固定座、第一动力臂和第二动力臂，第一动力臂的一端通过第一关节组件与固定座连接，另一端通过第二关节组件与第二动力臂连接，第二动力臂远离第二关节组件的一端设有与人的肢体相配合的人机交互机械结构；所述第一动力臂上分别设有沿第一动力臂长度方向滑动设置的第一滑动部和第二滑动部，以及分别用于驱动第一滑动部和第二滑动部滑动的第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一关节组件被装配为能够将第一滑动部的直线运动转换为第一动力臂与固定座之间的相对转动；所述第二关节组件被装配为能够将第二滑动部的直线运动转换为第一动力臂与第二动力臂之间的相对转动。
所述第一动力臂与固定座铰接，所述第一关节组件包括第一连杆，第一连杆的一端与第一滑动部铰接，另一端与固定座铰接，且第一连杆和固定座之间的铰接轴与第一动力臂和固定座之间的铰接轴不同轴。
所述第一驱动模块被装配为能够驱动第一滑动部进行可控加速度的直线运动。
所述第一动力臂与第二动力臂铰接，所述第二关节组件包括第二连杆，第二连杆的一端与第二滑动部铰接，另一端与第二动力臂铰接，且第二连杆和第二动力臂之间的铰接轴与第一动力臂和第二动力臂之间的铰接轴不同轴。
所述第二驱动模块被装配为能够驱动第二滑动部进行可控加速度的直线运动。
所述第二动力臂上远离第二关节组件的一端设有力测量模块。
所述第一动力臂上设有主控制器，所述力测量模块的检测信号输出端与主控制器的信号输入端电连接，主控制器的控制信号输出端与第一驱动模块和第二驱动模块的信号输入端电连接。
所述固定座安装在竖直或水平工作面上。
本实用新型取得的技术效果为：本实用新型基于机械助力外骨骼原理，利用第一动力臂和第二动力臂的叠加运动实现人机交互端的多自由度运动，能够模拟多种不同锻炼方式下人肢体的运动轨迹，进而沿着特定的运动轨迹对人的肢体产生阻力，以达到锻炼的效果；另外由于本实用新型能够精准控制人机交互端的运动轨迹，因此能够对肢体的运动动作进行主动纠正和引导，提升锻炼效果。
附图说明
图1是本实用新型的实施例所提供的健身器械的立体图；
图2是本实用新型的实施例所提供的第一驱动模块的立体图；
图3是本实用新型的实施例所提供的第一关节组件的侧视图；
图4是本实用新型的实施例1的原理图；
图5是本实用新型的实施例2的原理图；
图6是本实用新型的实施例3的原理图；
图7是本实用新型的实施例4的原理图；
图8是本实用新型的实施例5的原理图；
图9是本实用新型的实施例6的原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本实用新型的一种或几种具体的实施方式，并不对本实用新型具体请求的保护范围进行严格限定。
如图1所示，一种健身器械，包括固定座1、第一动力臂2和第二动力臂3，第一动力臂2的一端通过第一关节组件与固定座1连接，另一端通过第二关节组件与第二动力臂3连接，第二动力臂3远离第二关节组件的一端设有与人的肢体相配合的人机交互机械结构；所述第一动力臂2上分别设有沿第一动力臂2长度方向滑动设置的第一滑动部4和第二滑动部9，以及分别用于驱动第一滑动部4和第二滑动部9滑动的第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一关节组件被装配为能够将第一滑动部4的直线运动转换为第一动力臂2与固定座1之间的相对转动；所述第二关节组件被装配为能够将第二滑动部9的直线运动转换为第一动力臂2与第二动力臂3之间的相对转动。本实用新型基于机械助力外骨骼原理，利用第一动力臂2和第二动力臂3的叠加运动实现人机交互端的多自由度运动，能够模拟多种不同锻炼方式下人肢体的运动轨迹，进而沿着特定的运动轨迹对人的肢体产生阻力，以达到锻炼的效果；另外由于本实用新型能够精准控制人机交互端的运动轨迹，因此能够对肢体的运动动作进行主动纠正和引导，提升锻炼效果。
优选的，所述第一动力臂2与固定座1铰接，所述第一关节组件包括第一连杆5，第一连杆5的一端与第一滑动部4铰接，另一端与固定座1铰接，且第一连杆5和固定座1之间的铰接轴与第一动力臂2和固定座1之间的铰接轴不同轴。所述第一动力臂2与第二动力臂3铰接，所述第二关节组件包括第二连杆10，第二连杆10的一端与第二滑动部9铰接，另一端与第二动力臂3铰接，且第二连杆10和第二动力臂3之间的铰接轴与第一动力臂2和第二动力臂3之间的铰接轴不同轴。
如图1、2所示，作为本实用新型的其中一种实现方式，所述第一驱动模块包括沿平行于第一动力臂2的长度方向与第一动力臂2转动连接的第一丝杆6，第一丝杆6通过第一联轴器7与第一驱动电机8的主轴同步转动连接，第一驱动电机8通过电机支架固定在第一动力臂2上；所述第一滑动部4与第一丝杆6构成螺纹传动配合。所述第二驱动模块包括沿平行于第一动力臂2的长度方向与第一动力臂2转动连接的第二丝杆11，第二丝杆11通过第二联轴器12与第二驱动电机的主轴同步转动连接，第二驱动电机通过电机支架固定在第一动力臂2上；所述第二滑动部9与第二丝杠构成螺纹传动配合。
作为本实用新型的另一种实现方式，所述第一驱动模块包括沿平行于第一动力臂2长度方向设置的第一活塞缸，第一活塞缸的缸体与第一动力臂2固接，第一活塞缸的活塞杆与第一滑动部4固接。所述第二驱动模块包括沿平行于第一动力臂2长度方向设置的第二活塞缸，第二活塞缸的缸体与第一动力臂2固接，第二活塞缸的活塞杆与第二滑动部9固接。
具体的，如图1、3所示，为了进一步满足轻量化，小型化的使用需求，本实用新型将第一连杆5和第二连杆10设置成L型，使第一连杆5和第二连杆10与固定座1、第一动力臂2和第二动力臂3的外形更加贴合，并用铝制型材作为第一动力臂2和第二动力臂3的主体部分，在第一动力臂2的两端分别设置铰接接头201，铰接接头201与第一动力臂2的主体部分由螺栓连接；另外在固定座1上设置铰接板101，铰接板101通过螺栓与固定座1固接，铰接接头201和第一连杆5分别与铰接板101铰接。
进一步的，所述第二动力臂3上远离第二关节组件的一端设有力测量模块，所述第一动力臂2上设有主控制器，所述力测量模块的检测信号输出端与主控制器的信号输入端电连接，主控制器的控制信号输出端与第一驱动模块和第二驱动模块的信号输入端电连接。力测量模块能够对锻炼时作用于器械上的外力进行检测，主控制器能够根据该检测数据来调节第一驱动模块和第二驱动模块的电流进而控制第一驱动模块和第二驱动模块的输出扭矩，从而达到对健身器械阻力的实时控制和调节。
实施例1
水平轨道内自由运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块控制第一动力臂2和第二动力臂3的角度，由于动力臂几何长度上为常数，因而第二动力臂3末端的位置点成为一个可控制的位置点P，主控制器通过算法控制连杆角度的组合，将末端位置点P的竖直坐标保持在一个定值，即限定了其在竖直方向的位移，该实施例即可保证末端位置点在水平轨道内自由运动。
实施例2
竖直轨道内自由运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块控制第一动力臂2和第二动力臂3的角度，由于动力臂几何长度上为常数，因而第二动力臂3末端的位置点成为一个可控制的位置点P，主控制器通过算法控制连杆角度的组合，将末端位置点P的水平坐标保持在一个定值，即限定了其在水平方向的位移。该实施例即可保证末端位置点在竖直轨道内自由运动。
实施例3
第一连杆5和第二连杆10所在平面内自由运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块控制第一动力臂2和第二动力臂3的角度，由于动力臂几何长度上为常数，因而第二动力臂3末端的位置点成为一个可控制的位置点P，主控制器通过算法控制连杆角度的组合，结合实施例1和实施例2中水平和竖直方向位置控制的叠加，将限定末端位置点P在第一动力臂2和第二动力臂3所在的平面坐标系内的坐标，即控制了P点在该坐标系内的位置和运动。该实施例即可保证末端位置点P在平面坐标系内的运动状态并反馈运动位置。
实施例4
水平方向固定助力/阻力运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块可以提供两个扭矩，这两个扭矩的转轴位置分别在第一关节组件和第二关节组件的关节中心，主控制器通过算法控制两个扭矩的数值和扭矩方向，叠加到第二动力臂3末端的位置点P上会有一个等效的单方向力F，控制该单方向力F方向为水平方向，即在使用者施加力到P点时会受到一个水平反方向的阻力F。该实施例即可保证使用者施力于末端位置点P时，受到一个水平方向的定值阻力F。
实施例5
竖直方向固定助力/阻力运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块可以提供两个扭矩，这两个扭矩的转轴位置分别在第一关节组件和第二关节组件的关节中心，主控制器通过算法控制两个扭矩的数值和扭矩方向，叠加到第二动力臂3末端的位置点P上会有一个等效的单方向力F，控制该单方向力F方向为竖直方向，即在使用者施加力到P点时会受到一个竖直反方向的阻力F，该实施例即可保证使用者施力于末端位置点时，受到一个竖直方向的定值阻力F。
实施例6
第一连杆5和第二连杆10所在平面内施加定值助力/阻力运动
本实施例使用第一驱动模块和第二驱动模块可以提供两个扭矩，这两个扭矩的转轴位置分别在第一关节组件和第二关节组件的关节中心，主控制器通过算法控制两个扭矩的数值和扭矩方向，叠加到第二动力臂3末端的位置点P上会有一个等效的单方向力F，通过叠加实施例4中的水平分力和实施例5中的竖直分力，可以是末端位置点P受到一个恒定方向的定值阻力F，该实施例即可保证末端位置点在第一动力臂2和第二动力臂3所在平面坐标系内可恒定地受到一个定值定方向的阻力或助力。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实用新型中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (9)
1.一种健身器械，其特征在于：包括固定座（1）、第一动力臂（2）和第二动力臂（3），第一动力臂（2）的一端通过第一关节组件与固定座（1）连接，另一端通过第二关节组件与第二动力臂（3）连接，第二动力臂（3）远离第二关节组件的一端设有与人的肢体相配合的人机交互机械结构；所述第一动力臂（2）上分别设有沿第一动力臂（2）长度方向滑动设置的第一滑动部（4）和第二滑动部（9），以及分别用于驱动第一滑动部（4）和第二滑动部（9）滑动的第一驱动模块和第二驱动模块，所述第一关节组件被装配为能够将第一滑动部（4）的直线运动转换为第一动力臂（2）与固定座（1）之间的相对转动；所述第二关节组件被装配为能够将第二滑动部（9）的直线运动转换为第一动力臂（2）与第二动力臂（3）之间的相对转动。
2.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第一动力臂（2）与固定座（1）铰接，所述第一关节组件包括第一连杆（5），第一连杆（5）的一端与第一滑动部（4）铰接，另一端与固定座（1）铰接，且第一连杆（5）和固定座（1）之间的铰接轴与第一动力臂（2）和固定座（1）之间的铰接轴不同轴。
3.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第一驱动模块被装配为能够驱动第一滑动部进行可控加速度的直线运动。
4.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第一动力臂（2）与第二动力臂（3）铰接，所述第二关节组件包括第二连杆（10），第二连杆（10）的一端与第二滑动部（9）铰接，另一端与第二动力臂（3）铰接，且第二连杆（10）和第二动力臂（3）之间的铰接轴与第一动力臂（2）和第二动力臂（3）之间的铰接轴不同轴。
5.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第二驱动模块被装配为能够驱动第二滑动部进行可控加速度的直线运动。
6.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第二驱动模块包括沿平行于第一动力臂（2）长度方向设置的第二活塞缸，第二活塞缸的缸体与第一动力臂（2）固接，第二活塞缸的活塞杆与第二滑动部（9）固接。
7.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第二动力臂（3）上远离第二关节组件的一端设有力测量模块。
8.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述第一动力臂（2）上设有主控制器，所述力测量模块的检测信号输出端与主控制器的信号输入端电连接，主控制器的控制信号输出端与第一驱动模块和第二驱动模块的信号输入端电连接。
9.根据权利要求1所述的健身器械，其特征在于：所述固定座（1）安装在竖直或水平工作面上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202120178385.6U CN216358790U (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种健身器械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202120178385.6U CN216358790U (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种健身器械 |
Publications (1)
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| CN216358790U true CN216358790U (zh) | 2022-04-22 |
Family
ID=81189402
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| CN202120178385.6U Active CN216358790U (zh) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 一种健身器械 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN216358790U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114974064A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-30 | 景枢(上海)科技有限公司 | 一种显示设备的显示控制方法 |
-
2021
- 2021-01-22 CN CN202120178385.6U patent/CN216358790U/zh active Active
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