基于柔性机械臂原理的健身器制造技术

本发明专利技术属于健身器材设计制造技术领域，具体涉及一种基于柔性机械臂原理的健身器，包括机械臂、支撑部，机械臂与支撑部连接，所述机械臂末端设有机械交互结构；还包括力馈关节、运动控制模块、力场控制模块、人机交互模块与人体运动姿态分析模块；本发明专利技术不使用任何配重进行力量控制，可以在有限的环境中进行过去只能在专业环境中才能完成的健身训练。本发明专利技术能够模拟多种庞大的健身设备，将众多健身房中的大型运动器材小型化，一体化，使有限空间内的力量训练成为可能，也能让健身房节约大量设备占地，极大的提高其运营效率。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性机械臂原理的健身器
本专利技术属于健身器材设计制造
，具体涉及一种基于柔性机械臂原理的健身器。
技术介绍
力量训练是人类参与健身运动中必不可少的组成部分。力量训练通让人体与器械进行多次多组的力量对抗来提高肌肉力量、增加肌肉围度。力量训练以无氧训练为基础，可以提高上肢力量、腰腹部力量、下肢力量等、力量训练包括徒手训练和负重训练，负重训练比徒手训练拥有更好的运动效果。现有负重训练需要通过固定或自由健身器械来完成，这些设备的动力来源分为“被动阻尼来源”与“主动动力来源”。被动阻力使用于传统健身设备，包括：重物阻尼：通过让人体与配重块、配重片等重物产生的力量对抗进行训练，例如杠铃、哑铃、蹬腿机、史密斯机等。水利阻尼：通过让人体与液体产生的阻力进行对抗进行训练，例如划船机、登高机。空气阻尼：通过让人体与空气产生的阻力进行对抗进行训练，例如带有风扇的动感单车。磁力阻尼：通过让人体与磁力产生的阻力进行对抗进行训练，例如椭圆机、磁阻动感单车。弹簧阻尼：通过让人体与弹力结构(弹簧、液压、气压等)产生的阻力进行对抗进行训练，例如拉力器。肌肉力量训练的有效性来自与肌肉运动过程中能量消耗之后的超量恢复效应。力量的控制、运动的轨迹、运动的速度对于健身效果而言尤为重要。在现有健身器材中，受制于动力来源的产生原理，健身器往往具备以下问题：健身器通过增减配重块的形式改变训练力量，每次增减配重只能增减固定的重量，如增减5公斤配重。训练力量变化间隔大，容易造成过度训练或训练不足。通过增减配重块调节力量的健身器材，在一次训练中只能使用恒定的力量，如需调整力量，必须等待训练完成后才能进行更换。无法精确控制每次训练效果，使每次训练完成时都恰好达到肌肉消耗与过量恢复的临界值，无法精确的完成肌肉训练所需的力竭训练。配重块密度恒定，为了增加可调范围，必须配置大量配重，体积巨大。以史密斯机为例，若要配置总重100公斤的杠铃片配重，需要通过2个20公斤片，2个10公斤片，4个5公斤片和一根20公斤杠铃杆搭配实现，总体积巨大，无法使用于有限环境。现有技术力量方向恒定，每次训练只能固定方向施力，运动受力点单一，无法做到对健身者运动需求的精确控制。单一设备只能使用单一动作，训练部位单一。部分固定器械虽然可以控制运动轨迹，但无法跟踪、控制运动的速度，不利于锻炼效果提升。针对以上问题，一些智能健身器材尝试使用其他力量来源对健身流程进行控制，例如气压动力，或者通过电机控制金属拉索来制造对抗阻力，然而这些设备同样因为其自身基于的原理具有一些重大缺陷。气动控制健身器材过将气筒连接在机械设备上，通过调节气筒内气压的方式来调整机械运动。然而这种作用方式响应频率低，响应速度慢，控制范围窄，且设备巨大。气动调节只适用于连接金属链条用作部分拉力训练，并不具备更广泛用途。通过电机连接钢索进行力量控制可以在一定程度上给健健身器带来主动控制的单向力量，通过调整设备外观和使用方式，可以实现部分推拉动做，并根据使用者的输出力量反馈进行相应的调整。然而，这类设备只能调整力量的大小，不能调整力量的方向和力量的加速度，无法模拟复杂器械的工作效果，无法在一个动作中同时实现推、拉两个方向阻力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于柔性机械臂原理的健身器，通过由算法控制的机械臂结构向健身者提供可以对力量的加速度、强度、方向进行可实时精确控制的、连贯的、可变的对抗力量，使在有限空间内可以达到的健身效率大幅提高。本专利技术采取的技术方案具体如下：一种基于柔性机械臂原理的健身器，包括机械臂、支撑部，机械臂与支撑部连接，所述机械臂末端设有与人的肢体相配合的机械交互结构；还包括力馈关节、运动控制模块、力场控制模块、人机交互模块与人体运动姿态分析模块；所述力馈关节位于机械臂与支撑部的连接处和/或机械臂本身的各个关节处，所述力馈关节包含力量传感器、动力器件以及机械传动机构；人机交互模块用于选择\输入训练模式和训练强度，人机交互模块将训练模式和训练强度参数输送至力场控制模块，力场控制模块根据接收的训练模式和训练强度参数生成机械臂末端发力需求参数并将该参数发送至运动控制模块，运动控制模块根据接收到的机械臂末端发力需求参数计算出每个力馈关节的动力输出参数并将各动力输出参数发送至各个力馈关节，各个力馈关节驱动机械臂各关节动作，各力量传感器检测各力馈关节的实际受力参数并形成负反馈控制逻辑，力场控制模块将机械臂运动参数反馈至人机交互模块。本专利技术取得的技术效果为：本专利技术不使用任何配重进行力量控制，可以在有限的环境中进行过去只能在专业环境中才能完成的健身训练。借助于对机械臂的精确控制，健身器能实时干预健身者的运动姿态，在健身者动作出现偏差时可以通过限制轨迹的方式纠正健身动作，在健身者出现力竭或其他运动风险时及时停止运动，保证运动安全。本专利技术能够模拟多种庞大的健身设备，将众多健身房中的大型运动器材小型化，一体化，使有限空间内的力量训练成为可能，也能让健身房节约大量设备占地，极大的提高其运营效率。附图说明图1是本专利技术的实施例所提供的基于柔性机械臂原理的健身器的立体结构示意图；图2是本专利技术的实施例所提供的基于柔性机械臂原理的健身器电控模块部分的结构框图；图3是本专利技术的实施例所提供的双手握把的结构示意图；图4是本专利技术的实施例所提供的座椅的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本专利技术的一种或几种具体的实施方式，并不对本专利技术具体请求的保护范围进行严格限定。如图1、2所示，一种基于柔性机械臂原理的健身器，包括机械臂、支撑部4，机械臂与支撑部4连接，所述机械臂末端设有与人的肢体相配合的机械交互结构；还包括力馈关节、运动控制模块、力场控制模块、人机交互模块与人体运动姿态分析模块；所述力馈关节位于机械臂与支撑部的连接处和/或机械臂本身的各个关节处，所述力馈关节包含力量传感器、动力器件以及机械传动机构；人机交互模块用于选择\输入训练模式和训练强度，人机交互模块将训练模式和训练强度参数输送至力场控制模块，力场控制模块根据接收的训练模式和训练强度参数生成机械臂末端发力需求参数并将该参数发送至运动控制模块，运动控制模块根据接收到的机械臂末端发力需求参数计算出每个力馈关节的动力输出参数并将各动力输出参数发送至各个力馈关节，各个力馈关节驱动机械臂各关节动作，各力量传感器检测各力馈关节的实际受力参数并形成负反馈控制逻辑，力场控制模块将机械臂运动参数反馈至人机交互模块。所述人机交互模块还用于输入运动姿态检测控制指令，人机交互模块将运动姿态检测控制指令发送至人体运动姿态检测模块，人体运动姿态检测模块接收力场控制模块输出的机械臂运动参数，并根据该参数计算人体实际运动姿态数据，再将人体运动姿态数据发送至人机交互模块。本专利技术中人机交互模块的交互应当指双向的信息流动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性机械臂原理的健身器，其特征在于：包括机械臂、支撑部(4)，机械臂与支撑部(4)连接，所述机械臂末端设有与人的肢体相配合的机械交互结构；还包括力馈关节、运动控制模块、力场控制模块、人机交互模块与人体运动姿态分析模块；所述力馈关节位于机械臂与支撑部的连接处和/或机械臂本身的各个关节处，所述力馈关节包含力量传感器、动力器件以及机械传动机构；人机交互模块用于选择\输入训练模式和训练强度，人机交互模块将训练模式和训练强度参数输送至力场控制模块，力场控制模块根据接收的训练模式和训练强度参数生成机械臂末端发力需求参数并将该参数发送至运动控制模块，运动控制模块根据接收到的机械臂末端发力需求参数计算出每个力馈关节所需的动力输出参数并将各动力输出参数发送至各个力馈关节，各个力馈关节驱动机械臂各关节动作，各力量传感器检测各力馈关节的实际受力参数并形成负反馈控制逻辑，力场控制模块将机械臂运动参数反馈至人机交互模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性机械臂原理的健身器，其特征在于：包括机械臂、支撑部(4)，机械臂与支撑部(4)连接，所述机械臂末端设有与人的肢体相配合的机械交互结构；还包括力馈关节、运动控制模块、力场控制模块、人机交互模块与人体运动姿态分析模块；所述力馈关节位于机械臂与支撑部的连接处和/或机械臂本身的各个关节处，所述力馈关节包含力量传感器、动力器件以及机械传动机构；人机交互模块用于选择\输入训练模式和训练强度，人机交互模块将训练模式和训练强度参数输送至力场控制模块，力场控制模块根据接收的训练模式和训练强度参数生成机械臂末端发力需求参数并将该参数发送至运动控制模块，运动控制模块根据接收到的机械臂末端发力需求参数计算出每个力馈关节所需的动力输出参数并将各动力输出参数发送至各个力馈关节，各个力馈关节驱动机械臂各关节动作，各力量传感器检测各力馈关节的实际受力参数并形成负反馈控制逻辑，力场控制模块将机械臂运动参数反馈至人机交互模块。


2.根据权利要求1所述的基于柔性机械臂原理的健身器，其特征在于：所述人机交互模块还用于输入运动姿态检测控制指令，人机交互模块将运动姿态检测控制指令发送至人体运动姿态检测模块，人体运动姿态检测模块接收力场控制模块输出的机械臂运动参数，并根据该参数计算人体实际运动姿态数据，再将人体运动姿态数据发送至人机交互模块。


3.根据权利要求1所述的基于柔性机械臂原理的健身器，其特征在于：所述机械臂包括第一动力臂(1)和第二动力臂(2)，第一动力臂(1)通过第一力馈关节与支撑部(4)铰接，第二动力臂(2)通过第二力馈关节与第一动力臂(1)铰接，第一力馈关节和第二力馈关节的动力器件与运动控制模块电连接；所述机械交互结构与第二动力臂(2)连接。


4.根据权利要求3所述的基于柔性机械臂原理的健身器，其特征在于：所述第一力馈关节和第二力馈关节的机械传动机构相同，其中第一力馈关节的机械传动机构包括连杆(8)和滑动部(7)，所述滑动部(7)沿第一动力臂(1)长度方向与第一动力臂(1)滑动连接，所述连杆(8)的一端与滑动部(7)铰接，另一端与一固定座(5)铰接，固定座(5)与支撑部(4)连接，第一动力臂(1)与固定座(5)铰接；所述第一力馈关节的动力器件是用于驱动滑动部(7)滑动的直线驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：周少阳，张路通，王屴，孔家祺，许舒翔，
申请(专利权)人：景枢上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31