基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法，所述驱动装置包括控制器和三相直流无刷电机，所述三相直流无刷电机设于健身器材的移动臂上，所述三相直流无刷电机上设置有磁编码器，所述控制器通过采集磁编码器的信号进行电子换向控制电机转向，并输出PWM电压信号控制电机转速；所述控制器通过磁编码器获得电机的绝对位置。本发明专利技术提供的基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法，采用三相无刷直流电机代替传统的机械动力装置，通过磁编码器实时准确地监测移动部件的位置，方便地进行速度控制和力矩调节，大大提升用户体验。用户体验。用户体验。

【技术实现步骤摘要】
基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种健身器材及其控制方法，尤其涉及一种基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法。

技术介绍

[0002]健身器材常以训练功能多少来分为单功能和综合型多功能两大类。，常用的单功能器械有划船器、健美车、健步机、跑步机、美腰机等。它们的主要功能是：增加臂力：哑铃握力器多功能仰卧起坐板。比如跑步机主要用以锻炼腿、臀、腰、腹部肌肉及心肺功能，划船器主要用来增强手臂力量、背阔肌和动作协调能力。
[0003]综合型多功能器：一般都包括扩胸器、引体向上、仰卧推举、仰卧起坐等器械的功能。扩胸器、引体向上、仰卧推举，主要是用来锻炼上肢力量及胸大肌力量；仰卧起坐，主要用来锻炼腰肌群，减少腰腹部多余脂肪。
[0004]健身器材都会用到拉伸或者推压的动力装置，现有的动力装置一般采用机械动力装置，力矩和速度控制比较呆板，难于进行实时调节和显示，用户体验较差。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法，能够实时准确地监测移动部件的位置，方便地进行速度控制和力矩调节，大大提升用户体验。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于磁编码器的健身器材驱动装置，包括控制器和三相直流无刷电机，所述三相直流无刷电机设于健身器材的移动臂上，所述三相直流无刷电机上设置有磁编码器，所述控制器通过采集磁编码器的信号进行电子换向控制电机转向，并输出PWM电压信号控制电机转速；所述控制器通过磁编码器获得电机的绝对位置。
[0007]进一步地，所述控制器包括主控芯片，所述主控芯片的电源端和供电电路相连，所述主控芯片的输入端和温度采样电路、电压电流采样电路、磁编码电路和HALL检测电路相连，所述主控芯片的输出端和电机驱动电路、泄放电路、风机控制电路和电磁泵控制电路相连；
[0008]温度采样电路：采样板子温度和泄放电阻温度，当温度超过预设阈值时，开启温度报警；
[0009]电压电流采样电路：采集输入电压及电机相电流数据；
[0010]磁编码电路：寻找电机位置和采集电机转速；
[0011]HALL检测电路：采集HALL条上的输入信号，并判断驱动装置两边的拉力臂的高度位置输出开关信号；
[0012]电机驱动电路：采用三相桥式电路，驱动三相直流无刷电机转动；
[0013]泄放电路：当三相直流无刷电机被人为拉动过程中，电机产生的反相电动势高于
预设阈值时，泄放电路导通，将产生的能量泄放到泄放电阻上；
[0014]风机控制电路：控制直流风机进行散热；
[0015]电磁泵控制电路：当需要调节驱动装置两边拉力臂的角度时，电磁泵控制电路控制电磁阀的解锁使力臂处于松弛状态，完成角度调整后，控制电磁阀锁住力臂处于固定状态。
[0016]进一步地，所述主控芯片通过内部数据总线和通信模块相连，所述通信模块包括：RS232通信电路：用于与显示屏进行数据交互通信，并把力矩曲线图实时描绘在显示屏上；CAN通信电路：供电电路为数字电源，用于与数字电源通信，并控制数字电源输出指定电压；RS485/RS232通信电路：用于与蓝牙设备通信，远程遥控电机的启动停止。
[0017]进一步地，所述主控芯片为STM32F302单片机。
[0018]进一步地，所述三相直流无刷电机包括定子部件和转子部件，所述定子部件包括定子座和定子线圈，所述转子部件包括转子底座和转子轴；所述定子座和转子底座为一对法兰盘，所述定子座上设置有外部固定孔和电机内部固定孔；所述定子座通过固定销和外部固定孔按单边法兰进行固定，所述定子线圈嵌入安装在定子座中，所述转子底座外设置有钢圈和皮带轮，所述转子底座采用法兰传动。
[0019]进一步地，所述定子座和转子底座通过转子轴进行同心固定，所述皮带轮采用齿轮传动。
[0020]进一步地，所述定子座、转子底座和定子线圈的中间镂空形成电机散热槽，且所述定子座、转子底座和定子线圈上的电机散热槽相对应连通形成通风散热通道。
[0021]进一步地，所述定子座和转子底座沿圆周方向对应分布设置有多个第一散热槽，相邻的两个第一散热槽之间形成有第二散热槽或电机出线槽。
[0022]进一步地，所述三相直流无刷电机还包括刹车器，所述刹车器包括齿型刹车盘，所述齿型刹车盘和Z型连杆的一端相连，所述Z型连杆的另一端通过弹簧和电磁铁相连；当电磁铁失电时，所述齿型刹车盘通过弹簧的拉力与转子底座相抵接实现制动；当电磁铁得电时，产生电磁吸力把Z形连杆往上拉，使得齿型刹车盘向下张开，并与转子底座脱离接触，从而松开刹车。
[0023]本专利技术为解决上述技术问题还提供一种上述的基于磁编码器的健身器材驱动装置的控制方法，其中，包括如下步骤：S1)利用磁编码器实时识别电机的绝对位置，并根据绝对位置计算当前电机的行程和转动速度；S2)在开机初始化的时候利用位置和速度标定初始零位；在调整力臂位置的时候利用位置和速度重新标定初始零位；S3)控制三相直流无刷电机的速度和输出力矩，实现恒定力矩控制和多种力矩可调的控制模式。
[0024]进一步地，所述多种力矩可调的控制模式包括：
[0025](1)观察者模式：当拉伸的速度小于某个预设阈值，则降低力矩；
[0026](2)力量递增模式：利用绝对式位置与速度判断何时用户完成一次拉收动作，每完成一次拉收动作则力矩增加一定数值；
[0027](3)力量递减模式：利用绝对式位置与速度判断何时用户完成一次拉收动作，每完成一次拉收动作则力矩减小一定数值；
[0028](4)极限挑战模式：利用绝对式位置与速度判断何时拉何时收，并根据拉出来的速度判断当前力矩是否达到或超过用户的极限范围，然后自动调整力矩使当前力矩刚好达到
用户能承受的力的极限；
[0029](5)划船模式：利用磁编码器计算的速度实时调整力矩大小，速度越大力矩越大，速度越小力矩越小；
[0030](6)链条模式：利用绝对式位置判断电机行程，并根据拉伸的行程实时改变力矩的大小；
[0031](7)高尔夫模式：利用绝对式位置与速度判断何时用户完成一次拉收动作，拉的时候力矩为较小的基础值，当用户准备要收时则增大力矩帮助用户把绳子快速往回收。
[0032]进一步地，所述三相直流无刷电机还包括刹车器，所述刹车器默认处于制动状态，共享用户扫码付款后松开刹车器，家庭用户登入个人账号后松开刹车器。
[0033]本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术提供的基于磁编码器的健身器材驱动装置及其控制方法，采用三相无刷直流电机代替传统的机械动力装置，通过磁编码器实现健身器材的力矩控制、速度控制、位置识别；采用三相无刷直流电机做动力源不仅能实现传统机械动力设备的恒力矩控制，还可以实现把力矩曲线图描绘在屏幕上，让用户更加直观的看到自己锻炼过程所使用的力以及实时消耗的卡路里。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，包括控制器和三相直流无刷电机，所述三相直流无刷电机设于健身器材的移动臂上，所述三相直流无刷电机上设置有磁编码器，所述控制器通过采集磁编码器的信号进行电子换向控制电机转向，并输出PWM电压信号控制电机转速；所述控制器通过磁编码器获得电机的绝对位置。2.如权利要求1所述的基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，所述控制器包括主控芯片，所述主控芯片的电源端和供电电路相连，所述主控芯片的输入端和温度采样电路、电压电流采样电路、磁编码电路和HALL检测电路相连，所述主控芯片的输出端和电机驱动电路、泄放电路、风机控制电路和电磁泵控制电路相连；温度采样电路：采样板子温度和泄放电阻温度，当温度超过预设阈值时，开启温度报警；电压电流采样电路：采集输入电压及电机相电流数据；磁编码电路：寻找电机位置和采集电机转速；HALL检测电路：采集HALL条上的输入信号，并判断驱动装置两边的拉力臂的高度位置输出开关信号；电机驱动电路：采用三相桥式电路，驱动三相直流无刷电机转动；泄放电路：当三相直流无刷电机被人为拉动过程中，电机产生的反相电动势高于预设阈值时，泄放电路导通，将产生的能量泄放到泄放电阻上；风机控制电路：控制直流风机进行散热；电磁泵控制电路：当需要调节驱动装置两边拉力臂的角度时，电磁泵控制电路控制电磁阀的解锁使力臂处于松弛状态，完成角度调整后，控制电磁阀锁住力臂处于固定状态。3.如权利要求2所述的基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，所述主控芯片通过内部数据总线和通信模块相连，所述通信模块包括：RS232通信电路：用于与显示屏进行数据交互通信，并把力矩曲线图实时描绘在显示屏上；CAN通信电路：供电电路为数字电源，用于与数字电源通信，并控制数字电源输出指定电压；RS485/RS232通信电路：用于与蓝牙设备通信，远程遥控电机的启动停止。4.如权利要求2所述的基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，所述主控芯片为STM32F302单片机。5.如权利要求1所述的基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，所述三相直流无刷电机包括定子部件(1)和转子部件(2)，其特征在于，所述定子部件(1)包括定子座(11)和定子线圈(12)，所述转子部件(2)包括转子底座(21)和转子轴(22)；所述定子座(11)和转子底座(21)为一对法兰盘，所述定子座(11)上设置有外部固定孔(15)和电机内部固定孔(16)；所述定子座(11)通过固定销(5)和外部固定孔(15)按单边法兰进行固定，所述定子线圈(12)嵌入安装在定子座(11)中，所述转子底座(21)外设置有钢圈(4)和皮带轮(3)，所述转子底座(21)采用法兰传动。6.如权利要求5所述的基于磁编码器的健身器材驱动装置，其特征在于，所述定子座(11)和转子底座(21)通过转子轴(22)进行同心固定，所述皮带轮(3)采用齿轮传...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先树，陈云忠，曹杰，
申请(专利权)人：广东麦珂威尔健康科技有限公司，
类型：发明
国别省市：