本發(fā)明屬于一種健身設(shè)備，尤其涉及一種力量訓(xùn)練器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的力量訓(xùn)練器，基本原理是由拉繩的一端連接操作部(例如手柄、腳踏板、墊板等)，拉繩的另一端連接配重塊，拉繩繞過(guò)滑輪組，使用者操作操作部，配重塊被拉起放下，從而鍛煉使用者肌肉。

但是，力量訓(xùn)練器使用者無(wú)法知道訓(xùn)練的速度、行程、瞬時(shí)力量等訓(xùn)練數(shù)據(jù)，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估鍛煉相應(yīng)肌肉的鍛煉效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種可以測(cè)量速度、加速度、行程和力量的智能力量訓(xùn)練器，其目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，讓使用者可以及時(shí)得知運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的行程、運(yùn)動(dòng)次數(shù)、運(yùn)動(dòng)發(fā)揮的實(shí)際力量等數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還提供上述智能力量訓(xùn)練器的測(cè)量方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種可以測(cè)量速度、加速度、行程和力量的智能力量訓(xùn)練器，其特征在于：具有龍門(mén)架，龍門(mén)架上樞設(shè)有兩個(gè)滑輪，兩個(gè)滑輪之間具有一個(gè)滑輪固定件，中間滑輪用軸承17樞設(shè)在滑輪固定件上，稱重傳感器的一端與滑輪固定件固連，另一端與龍門(mén)架固連，中間滑輪用碼盤(pán)螺釘6設(shè)有同軸的光碼盤(pán)，滑輪固定件上設(shè)有與光碼盤(pán)對(duì)應(yīng)的光電傳感器；上述稱重傳感器和光電傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊電連接，數(shù)據(jù)采集模塊與單片機(jī)電連接；一根拉繩分別繞過(guò)上述兩個(gè)滑輪的上方和中間滑輪的下方，拉繩的兩端分別為配重塊和操作部。

具有螺桿穿過(guò)稱重傳感器的另一端及龍門(mén)架后與螺母配合而將稱重傳感器固連在龍門(mén)架上。

單片機(jī)與藍(lán)牙或wifi模塊電連接，具有與藍(lán)牙或wifi模塊連接的手機(jī)或電子顯示屏。

一種可以測(cè)量速度、加速度、行程和力量的智能力量訓(xùn)練器的測(cè)量方法，其特征在于：

光碼盤(pán)做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器輸出信號(hào)b滯后信號(hào)a90度，光碼盤(pán)做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器輸出信號(hào)b超前信號(hào)a90度，單片機(jī)通過(guò)光電傳感器輸傳輸來(lái)的信號(hào)a和信號(hào)b的相位差判斷配重塊的運(yùn)動(dòng)方向；

訓(xùn)練器配重塊從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的最大物理行程為l，光電傳感器對(duì)應(yīng)輸出的脈沖數(shù)為nmax，由此得知每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的行程為：

s1＝l÷nmax；

當(dāng)配重塊在最低點(diǎn)時(shí)，稱重傳感器輸出原始重量值，單片機(jī)對(duì)照預(yù)存的配重塊起點(diǎn)位置重量值，確定配重塊是否在起點(diǎn)位置；當(dāng)配重塊在起點(diǎn)位置時(shí)，單片機(jī)將光電傳感器的脈沖數(shù)nmin清0；

若t1時(shí)刻mcu檢測(cè)到的脈沖數(shù)為n1，則可計(jì)算出配重塊該時(shí)刻相對(duì)于起點(diǎn)位置的高度h1為：

h1＝s1·n1；

若t2時(shí)刻mcu檢測(cè)到的脈沖數(shù)為n2，則可計(jì)算出配重塊4該時(shí)刻相對(duì)于起點(diǎn)位置的高度h2為：

h2＝s1·n2；

由速度計(jì)算公式v＝s/t，得t2時(shí)刻的速度：

v2＝|h2–h1|/(t2-t1)；

由加速度公式a＝△v/△t即可計(jì)算出配重塊在某一時(shí)間段的加速度a；

當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變且行程達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)即可判斷為一次有效運(yùn)動(dòng)。

一種可以測(cè)量速度、加速度、行程和力量的智能力量訓(xùn)練器的測(cè)量方法，其特征在于：

拉繩拉力f的作用下，質(zhì)量為m的配重塊以加速度a向上運(yùn)動(dòng)，稱重傳感器在此狀態(tài)下稱出的數(shù)值經(jīng)處理后得到數(shù)值m`，g為配重塊重力，則有以下關(guān)系：

f–g＝ma；

f＝m`g；

g＝mg；

可得：

m`g–mg＝ma；

進(jìn)一步可得：

m＝m`g/(a+g)；

上述m`為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下單片機(jī)讀取稱重傳感器采集的數(shù)據(jù)后計(jì)算出的數(shù)值，g為重力加速度常量9.8，加速度a可由單片機(jī)讀取光電傳感器7采集的位置信息后計(jì)算出；

以上m為在配重塊以任意加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量。

本發(fā)明的有益之處在于：

本發(fā)明將光電傳感器和稱重傳感器應(yīng)用在傳統(tǒng)力量訓(xùn)練器材上，將光電傳感器和稱重傳感器安裝在龍門(mén)架上的倆滑輪之間，測(cè)量配重塊重量、運(yùn)動(dòng)方向、速度、次數(shù)，并計(jì)算時(shí)間、總計(jì)數(shù)、卡路里和行程，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳到電子表并顯示數(shù)據(jù)，并可以通過(guò)藍(lán)牙把數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)app。電子表和手機(jī)app可以根據(jù)自己已經(jīng)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行比較處理，及時(shí)通過(guò)聲音和圖像信息提醒和指導(dǎo)使用者，使之及時(shí)有效的提供運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)和糾正使用者操作錯(cuò)誤的信息，達(dá)到更好的訓(xùn)練效果。

本發(fā)明將用傳感器總成取代傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)傳感器、位置檢測(cè)器等傳感器，安裝簡(jiǎn)單，布線簡(jiǎn)潔。本發(fā)明所述的軟件自適應(yīng)功能，降低了對(duì)機(jī)器加工精度的要求；本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)稱重算法，解決了傳統(tǒng)的插銷位置檢測(cè)法等傳感器多、靈敏度低、加工精度要求高、通用性差等問(wèn)題；本發(fā)明所述的次數(shù)計(jì)算法，解決了傳統(tǒng)的磁簧管、光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)法布線多、安裝難度大、通用性差等問(wèn)題。電子表可以監(jiān)測(cè)使用者的鍛煉速度、加速度、行程、重量、瞬時(shí)力量、次數(shù)等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使鍛煉不再盲目，不再枯燥。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明剖視圖；

圖2是本發(fā)明的仰角視圖；

圖3是滑輪固定件、滑輪、稱重傳感器、螺桿剖視圖；

圖4是光碼盤(pán)順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)信號(hào)a和信號(hào)b相位圖；

圖5是光碼盤(pán)逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)信號(hào)a和信號(hào)b相位圖；

圖6是配重塊受力圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的實(shí)施例。

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明是一種進(jìn)行力量訓(xùn)練的健身器械。

本發(fā)明具有龍門(mén)架1，龍門(mén)架1上樞設(shè)有兩個(gè)滑輪2，滑輪2上方均有檔線板3，具有一根拉繩5，拉繩5的兩端分別為配重塊4和操作部41。

本發(fā)明的改進(jìn)之處在于，在兩個(gè)滑輪2之間具有一個(gè)滑輪固定件9，中間滑輪16用軸承17樞設(shè)在滑輪固定件9上，稱重傳感器10的一端與滑輪固定件9固連，具有螺桿11穿過(guò)稱重傳感器10的另一端及龍門(mén)架1后與螺母22螺合而將稱重傳感器10固定在龍門(mén)架1上。

中間滑輪16用碼盤(pán)螺釘6固設(shè)有同軸的光碼盤(pán)19，滑輪固定件9上設(shè)有與光碼盤(pán)19對(duì)應(yīng)的光電傳感器7；上述稱重傳感器10和光電傳感器7與數(shù)據(jù)采集模塊電連接，數(shù)據(jù)采集模塊與單片機(jī)電連接，單片機(jī)與藍(lán)牙或wifi模塊電連接，具有與藍(lán)牙或wifi模塊連接的手機(jī)或電子顯示屏。

拉繩5分別繞過(guò)上述兩個(gè)滑輪2的上方和中間滑輪16的下方

測(cè)量重量拉力部分：

操作時(shí)，人拉放拉繩5的操作部，利用配重塊4進(jìn)行力量訓(xùn)練，拉繩5繞過(guò)兩個(gè)滑輪2與中間滑輪16，中間滑輪16由于拉繩5兩邊的支點(diǎn)的分力，根據(jù)平行四邊形法則，中間滑輪16受到一個(gè)向上的力，滑輪固定件9就受到向上的力，稱重傳感器10的兩端分別固定在龍門(mén)架1上和滑輪固定件9上，會(huì)產(chǎn)生變形，由于壓電效應(yīng)，稱重傳感器10感應(yīng)并發(fā)出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到單片機(jī)，該數(shù)據(jù)與重量成一定的比例，單片機(jī)通過(guò)軟件調(diào)整系數(shù)。從而得知操作者的運(yùn)動(dòng)重量數(shù)據(jù)。

測(cè)量速度、行程、次數(shù)部分：

操作時(shí)，拉繩5繞過(guò)兩個(gè)滑輪2及中間滑輪16，由于拉繩5的線性摩擦作用，中間滑輪16也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，光電傳感器7固定不動(dòng)，光碼盤(pán)19隨中間滑輪16轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，其光碼盤(pán)19的的通孔等于一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，到通孔處時(shí)，光電傳感器7接收光，這是一個(gè)通電的過(guò)程；當(dāng)光碼盤(pán)19閉合時(shí)，光電傳感器7不起作用，等于是一個(gè)斷電的過(guò)程，所以這是一個(gè)不斷的通斷的過(guò)程，光電傳感器7將這個(gè)數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)計(jì)算光碼盤(pán)19的轉(zhuǎn)數(shù)，就可以得出使用者操作的速度、加速度、行程以及次數(shù)。

單片機(jī)通過(guò)藍(lán)牙或wifi將數(shù)據(jù)發(fā)到手機(jī)或電子顯示屏顯示。

i/o主要包括輸入和輸出部分，輸入方式有按鍵設(shè)置輸入、傳感器檢測(cè)輸入和賬戶檢測(cè)輸入，輸出方式有l(wèi)ed指示，數(shù)碼管顯示，并配有蜂鳴器聲音輸出，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通信方式有藍(lán)牙通信和wifi通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)、服務(wù)器和設(shè)備的互聯(lián)。

用戶通過(guò)刷卡登入，使用力量器械，該設(shè)備將自動(dòng)記錄用戶的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、總次數(shù)、次數(shù)、行程、卡路里、速度、重量、心率等數(shù)據(jù)。用戶可以查詢數(shù)據(jù)，并獲得推薦健身數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

本發(fā)明使用時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量方法如下：

行程及次數(shù)計(jì)算算法：

當(dāng)圖2中光碼盤(pán)19隨滑輪16做順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器7輸出信號(hào)b滯后信號(hào)a90度，如圖4所示；當(dāng)圖2中光碼盤(pán)19隨滑輪16做逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，光電傳感器7輸出信號(hào)b超前信號(hào)a90度，如圖5所示。mcu(單片機(jī))通過(guò)光電傳感器7輸傳輸來(lái)的此編碼信號(hào)即可判斷配重塊4的運(yùn)動(dòng)方向。

假設(shè)訓(xùn)練器配重塊4從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍(以下稱最大物理行程)為l，光電傳感器對(duì)應(yīng)輸出的脈沖數(shù)為nmax，由此得知每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的行程為：

s1＝l÷nmax①式

當(dāng)配重塊在最低點(diǎn)(即未被拉起)時(shí)，稱重傳感器10輸出原始重量值，電子表mcu利用此值即可確定配重塊4是否在起點(diǎn)位置。當(dāng)配重塊4在起點(diǎn)位置時(shí)，mcu將光電傳感器7的脈沖數(shù)nmin清0。

若t1時(shí)刻mcu檢測(cè)到的脈沖數(shù)為n1，則可計(jì)算出配重塊4該時(shí)刻相對(duì)于起點(diǎn)位置的高度h1為：

h1＝s1·n1②式

若t2時(shí)刻mcu檢測(cè)到的脈沖數(shù)為n2，則可計(jì)算出配重塊4該時(shí)刻相對(duì)于起點(diǎn)位置的高度h2為：

h2＝s1·n2③式

將②式③式代入速度計(jì)算公式v＝s/t，得t2時(shí)刻的速度：

v2＝|h2–h1|/(t2-t1)④式

由此可知，利用④式可計(jì)算出配重塊4任意時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)速度，得到速度v后，利用加速度公式a＝△v/△t即可計(jì)算出配重塊4在某一時(shí)間段的加速度a。

綜上所述，mcu利用光電傳感器7輸出的編碼信號(hào)，即可判斷配重塊4的運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)行程、運(yùn)動(dòng)速度和加速度。當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變且行程達(dá)到設(shè)定值時(shí)，即可判斷為一次有效運(yùn)動(dòng)，達(dá)到計(jì)算次數(shù)的目的。

動(dòng)態(tài)稱重算法：

如圖6所示，假設(shè)在拉繩5拉力f的作用下，質(zhì)量為m的配重塊4以加速度a向上運(yùn)動(dòng)，稱重傳感器10在此狀態(tài)下稱出的數(shù)值經(jīng)處理后得到數(shù)值m`，g為配重塊重力，則有以下關(guān)系：

f–g＝ma⑤式

f＝m`g⑥式

g＝mg⑦式

將⑤式和⑥式代入⑦式，得：

m`g–mg＝ma⑧式

⑧式換算得：

m＝m`g/(a+g)⑨式

⑨式中，m`為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下mcu讀取稱重傳感器7采集的數(shù)據(jù)后計(jì)算出的數(shù)值，g重力加速度常量9.8，加速度a可由mcu讀取光電傳感器7采集的位置信息后計(jì)算出，由此可見(jiàn)，即使配重塊4以任意加速度運(yùn)動(dòng)，也可計(jì)算出配重塊4的質(zhì)量m。

上述算法不僅可以計(jì)算出靜止?fàn)顟B(tài)下的配重塊4重量，還可以計(jì)算出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的配重塊4的真實(shí)重量，還可以精確計(jì)算出使用者上下運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。