一种等速肌力训练系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种等速肌力训练系统及其控制方法，涉及健身器材技术领域。等速肌力训练系统包括：由控制板控制伺服驱动器驱动电机并带动减速机按顺时针或逆时针方向旋转；电阻应变片固定在减速机的转轴上，将肢体对转轴的用力经过放大电路转换为电压模拟量传给控制板。该等速肌力训练系统控制方法，包括：在肢体活动范围内检测到肢体用力时，根据设定的训练方式，控制电机加速至所需的训练速度；在肢体推动转轴进行等速训练的过程中，电机通过向肢体提供等大反向的作用力，保证肢体运动的阻力负荷与肌力大小相等，从而达到等速训练的目的，提高训练效果。

An isokinetic muscle strength training system and its control method

The invention discloses an isokinetic muscle strength training system and its control method, and relates to the technical field of fitness equipment. Isokinetic muscle strength training system includes: the control board controls the servo driver to drive the motor and drives the reducer to rotate clockwise or counterclockwise; the resistance strain gauge is fixed on the rotating shaft of the reducer, and the force of the opposite rotating shaft of the limb is converted to voltage analog value by amplifying circuit to the control board. The control method of the isokinetic muscle strength training system includes: when the limb exertion is detected within the range of limb movement, the motor is controlled to accelerate to the required training speed according to the set training mode; during the isokinetic training of the limb pushing the rotating shaft, the motor guarantees the limb by providing the large reverse force to the limb during the isokinetic training. The resistance load of exercise is equal to the muscle strength, so as to achieve the goal of isokinetic training and improve the training effect.

【技术实现步骤摘要】
一种等速肌力训练系统及其控制方法
本专利技术涉及健身器材
，尤其涉及一种等速肌力训练系统及其控制方法。
技术介绍
肌肉功能检查和评价是康复医学中最基本、最重要的内容之一。常用的肌肉功能检查包括等长肌力、等张肌力和等速肌力检查等。由于等速运动技术在肌肉功能测试上具有很好的准确性、可靠性和可重复性，在肌力训练上具有很好的安全性、高效性和合理性，故在体育训练及康复医学的临床实践和科学研究中有广泛的应用前景。等速运动，又称可调节抗阻运动或恒定角速度运动，指利用专门设备，根据运动过程的肌力大小变化，相应调节外加阻力，使整个关节运动依预先设定速度运动，运动过程中肌肉用力仅使肌张力增高，力矩输出增加。等速运动能依肌力强弱、肌肉长度变化、力臂长短、疼痛疲惫等状况。提供适合其肌肉本身的最大阻力，且不会超过其负荷的极限。因此，等速运动具有相当高的效率与安全性。等速运动分为等速向心收缩运动和等速离心收缩运动两种方式，二者的区别在于肌肉收缩时肌纤维长度变化不同，前者肌纤维缩短，后者变长。表现在等速运动装置上，等速向心收缩运动时，主动力由肌肉收缩提供，等速装置提供与运动方向相反的阻力；等速离心收缩运动时，主动力由等速装置提供，肌力与运动方向相反。等速运动需要借助于专门的等速设备来实现，国内使用的等速设备主要来自进口，价格昂贵，只有少数大中城市的医院拥有此类成套设备。为了推动等速设备的国产化，人们做了一些尝试和努力，提出了不少等速训练的实现方法，如中国专利CN201010301048公开的《等速肌力测试系统及其核心控制算法》，该专利的技术方案是检测到有肌力时，电机加速到设定的转速，检测到无肌力时，电机减速至零。这种训练方式是肌力检测的被动加速模式。如果在检测到肌力时，肌力突然消失，电机会先加速再减速至零；即肌力方向发生改变时，电机的加速度方向不能迅速改变方向。然而，在实际的运动过程中，肌力方向是不断改变的，电机被动加速的工作模式跟不上肌力改变，会导致使用者的惯性运动，严重的会导致电机卡顿；这对使用者的训练或者治疗都非常不利。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过肢体力量推动电机运动以实现等速训练，从而提高训练效果的等速肌力训练系统及其控制方法。为了解决上述问题，第一方面，本专利技术提供一种等速肌力训练系统，包括：电机、伺服驱动器、减速机、电阻应变片、放大电路以及控制板；所述电机通过伺服驱动器与控制板电连；所述减速机与电机电连；所述电阻应变片与控制板电连；所述电阻应变片与控制板之间电连有放大电路。其进一步地技术方案为：所述减速机设置有转轴，电阻应变片固定在减速机的转轴上。第二方面，本专利技术提供一种等速肌力训练系统的控制方法，应用于如第一方面所述的等速肌力训练系统，该控制方法包括：(1)测量并记录用户的肢体的活动范围；(2)检测用户的肢体是否用力；(3)若检测到用力，根据当前设定的训练方式，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴至第一预设速度，训练方式包括向心向心、向心离心、离心向心以及离心离心；(4)控制电机带动转轴以第一预设速度匀速运动；(5)若检测到用户的肢体的力的方向或大小发生变化时，控制伺服驱动器驱动电机提供与肢体的力大小相等的反向作用力。其进一步地技术方案为：上述步骤还包括：若检测到电机的位置超过预设的限幅位置，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动，以避免用户的肢体超出活动范围。其进一步地技术方案为：所述步骤还包括：若检测到肢体停止用力时，控制伺服驱动器驱动电机停止运动。其进一步地技术方案为：所述步骤(2)具体包括：接收放大电路传输的电压模拟量；若电压模拟量超过第一预设值，且肢体用力的方向为顺时针，判定肢体顺时针用力；若电压模拟量超过第一预设值，且肢体用力的方向为逆时针，判定肢体逆时针用力；若电压模拟量低于第二预设值，判定肢体停止用力。其进一步地技术方案为：若设定肢体的训练方式为向心向心，则有，检测到肢体顺时针用力时，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向顺时针方向旋转，当电机旋转位置达到顺时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；；检测到肢体逆时针用力时，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向逆时针方向旋转，当电机旋转位置达到逆时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动。其进一步地技术方案为：若肢体的训练方式为向心离心，则有，检测到肢体顺时针用力，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向顺时针方向旋转，当电机旋转位置达到顺时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；当电机匀减速至停止运动时，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向逆时针方向旋转，当电机旋转位置达到逆时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；训练过程中电机带动转轴在顺时针方向的预设限幅位置和逆时针方向的预设限幅位置之间摆动。其进一步地技术方案为：若肢体的训练方式为离心向心，则有，检测到肢体逆时针用力，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向逆时针方向旋转，当电机旋转位置达到逆时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；当电机匀减速至停止运动时，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向顺时针方向旋转，当电机旋转位置达到顺时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；训练过程中电机带动转轴在顺时针方向的预设限幅位置和逆时针方向的预设限幅位置之间摆动。其进一步地技术方案为：若肢体的训练方式为离心离心，则有，若检测到肢体顺时针用力，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向逆时针方向旋转，当电机旋转位置达到逆时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；当电机匀减速至停止运动时，调整肢体为逆时针用力，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向顺时针方向旋转，当电机旋转位置达到顺时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动；若检测到肢体逆时针用力，且伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向逆时针方向旋转时，控制伺服驱动器驱动电机停止运动。与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：控制板通过分析肢体用力的大小以及方向与训练方式相结合，从而对电机的运动进行控制。在肢体推动转轴进行等速训练的过程中，电机通过向肢体提供等大反向的作用力，保证肢体运动的阻力负荷与肌力大小相等，从而达到等速训练的目的，提高训练效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1提供的等速肌力训练系统的电路结构示意框图。附图标记控制板1，伺服驱动器2，电机3，减速机4，放大电路5，电阻应变片6。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等速肌力训练系统，其特征在于，包括：电机、伺服驱动器、减速机、电阻应变片、放大电路以及控制板；所述电机通过伺服驱动器与控制板电连；所述减速机与电机电连；所述电阻应变片与控制板电连；所述电阻应变片与控制板之间电连有放大电路。

【技术特征摘要】
1.一种等速肌力训练系统，其特征在于，包括：电机、伺服驱动器、减速机、电阻应变片、放大电路以及控制板；所述电机通过伺服驱动器与控制板电连；所述减速机与电机电连；所述电阻应变片与控制板电连；所述电阻应变片与控制板之间电连有放大电路。2.如权利要求1所述的等速肌力训练系统，其特征在于，所述减速机设置有转轴，电阻应变片固定在减速机的转轴上；所述电阻应变片将肢体对转轴用力的大小通过放大电路转换成电压模拟量。3.一种等速肌力训练系统的控制方法，应用于如权利要求2所述的等速肌力训练系统，其特征在于，包括：(1)测量并记录用户的肢体的活动范围；(2)检测用户的肢体是否用力；(3)若检测到用力，根据当前设定的训练方式，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴至第一预设速度，训练方式包括向心向心、向心离心、离心向心以及离心离心；(4)控制电机带动转轴以第一预设速度匀速运动；(5)若检测到用户的肢体的力的方向或大小发生变化时，控制伺服驱动器驱动电机提供与肢体的力大小相等的反向作用力。4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，还包括：若检测到电机的位置超过预设的限幅位置，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动，以避免用户的肢体超出活动范围。5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：若检测到肢体停止用力时，控制伺服驱动器驱动电机停止运动。6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：接收放大电路传输的电压模拟量；若电压模拟量超过第一预设值，且肢体用力的方向为顺时针，判定肢体顺时针用力；若电压模拟量超过第一预设值，且肢体用力的方向为逆时针，判定肢体逆时针用力；若电压模拟量低于第二预设值，判定肢体停止用力。7.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，若设定肢体的训练方式为向心向心，则有，检测到肢体顺时针用力时，控制伺服驱动器驱动电机加速带动转轴向顺时针方向旋转，当电机旋转位置达到顺时针方向的预设限幅位置时，控制伺服驱动器驱动电机匀减速至停止运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢金秋，都吉良，黄日新，杨国波，许广艳，李冬青，曾慧聪，
申请(专利权)人：广州一康医疗设备实业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44