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CN111068254A - 一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统 - Google Patents

一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统 Download PDF

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CN111068254A CN201911348410.4A CN201911348410A CN111068254A CN 111068254 A CN111068254 A CN 111068254A CN 201911348410 A CN201911348410 A CN 201911348410A CN 111068254 A CN111068254 A CN 111068254A
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张红帅
肖辉
郭峰
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Boring Changzhou Robot Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，包括数据采集部和控制部，所述数据采集部将采集到的数据传输到控制部，所述数据采集部包括力矩传感器和角度编码器，所述力矩传感器包括脚部力矩传感器、小腿力矩传感器和大腿力矩传感器，所述角度编码器包括脚部角度编码器、小腿角度编码器和大腿角度编码器，所述控制部包括控制电机和控制器，所述控制器控制控制电机工作，所述控制电机包括脚部电机、小腿电机和大腿电机；所述力矩传感器和角度编码器将采集的数据发送到控制器。本发明实时采集拉伸数据并行拉伸过程的姿态和力矩调整，保证拉伸舒适性、专业性和安全性。

Description

一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统
技术领域
本发明涉及一种数据采集控制系统，尤其涉及一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统。
背景技术
市场上目前已经有了多种类型的健身拉伸器材，但绝大多数采用纯机械结构件来制造，完全依靠结构件的定位来固定人体的姿态，靠健身教练等人员来进行辅助拉伸。我国现有的健身教练水平参差不齐且无统一的科学数据来作为支撑，受限于健身教练的个人业务水平和经验等因素，且用户无法知晓本身的姿态水平和具体操作数据。且一些动作，需要用户自身身体发力，如果控制力量不足或过大很容易造成一些意外伤害。
现有技术的问题点：
1.健身拉伸器材由纯机械结构件制造，调整繁琐，且需专人(健身教练等)调整；
2.健身教练等人员的技术水平和经验参差不齐；
3.用户无法知晓自身具体数据；
4.无法知晓拉伸过程中的身体姿态数据；
5.容易造成韧带损伤、肌肉损伤等意外伤害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，解决上述问题。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，包括数据采集部和控制部，所述数据采集部将采集到的数据传输到控制部，所述数据采集部包括力矩传感器和角度编码器，所述力矩传感器包括脚部力矩传感器、小腿力矩传感器和大腿力矩传感器，所述角度编码器包括脚部角度编码器、小腿角度编码器和大腿角度编码器，所述控制部包括控制电机和控制器，所述控制器控制控制电机工作，所述控制电机包括脚部电机、小腿电机和大腿电机；所述力矩传感器和角度编码器将采集的数据发送到控制器。
进一步的，所述脚部电机对脚部施加拉伸力，使脚部按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸脚部和小腿肌肉；所述脚部角度编码器实时测量脚部拉伸时脚部与小腿之间的角度；所述脚部力矩传感器测量脚部拉伸时脚部电机的力矩，所述控制器根据获得脚部角度编码器和脚部力矩传感器的测量数据，分析得到小腿肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整脚部电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
进一步的，所述小腿电机对小腿施加拉伸力，使小腿按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸大腿和小腿肌肉；所述小腿角度编码器实时测量小腿拉伸时小腿与大腿之间的角度；所述小腿力矩传感器测量小腿拉伸时小腿电机的力矩，所述控制器根据获得小腿角度编码器和小腿力矩传感器的测量数据，分析得到大腿和小腿肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整小腿电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
进一步的，所述大腿电机对大腿施加拉伸力，使大腿按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸大腿、小腿和臀部肌肉；所述大腿角度编码器实时测量大腿拉伸时髋关节的角度；所述大腿力矩传感器测量大腿拉伸时大腿电机的力矩，所述控制器根据获得大腿角度编码器和大腿力矩传感器的测量数据，分析得到大腿、小腿以及臀部肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整小腿电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
进一步的，还包括手腕式磁吸保护装置，所述手腕式磁吸保护装置包括佩戴部分和吸附保护部分，所述佩戴部分包括佩戴到手腕的带子以及设置在带子上的磁铁吸附部件，所述吸附保护部分包括金属壳体、内置磁铁和监控元件，所述吸附保护部分通过内置磁铁吸附到磁铁吸附部件，所述监控元件为具有监测功能的霍尔电子电路元件，所述金属壳体中还设置有给监控元件供电的电源。
进一步的，所述监控元件监控吸附保护部分是否脱离佩戴部分，所述吸附保护部分脱离佩戴部分，则控制器控制控制电机进行紧急制动进入安全模式。
进一步的，所述控制器连接有显示器，所述控制器将接收到的传感器数据通过显示器以曲线的方式进行显示，所述显示器还设有拉伸训练动作介绍和设定。
进一步的，所述控制器连接有存储器，所述控制器将接收到的传感器数据和控制器的分析数据存储在存储器，所述存储器设置有USB接口，通过USB接口进行数据转存。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，具有以下优点：1、具有姿态测量和拉伸力实时显示功能，拉伸过程中可以从显示屏上面实时观察到自己的形体状态和角度数据、姿态数据以及拉伸程度，并可根据屏幕上的提示进行相应的动作调整，保证身体姿态的标准性；2、评估用户本身下肢肌肉的紧张和无力状态及程度，并给出拉伸力角度、拉伸力曲线；拉伸过程中不需要用户和健身教练等人员自身发力，由相应电机直接完成；3、实时测量角度和力矩情况，实时修正角度和力矩曲线，保证拉伸舒适性、专业性、安全性；4、具有磁吸式安全保护装置，到遇到突发情况时，挥舞手臂，使磁吸保护装置部分脱离，进入安全模式。及时保证人员安全；5、拉伸数据存储在存储介质中，供专业人士帮助用户分析身体变化以及给出更专业的指导。
附图说明
图1为本发明实施例中用于健身拉伸器材的数据采集控制系统架构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明实施例中用于健身拉伸器材的数据采集控制系统架构图。
请参见图1，本发明实施例的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，包括数据采集部和控制部，所述数据采集部将采集到的数据传输到控制部，所述数据采集部包括力矩传感器和角度编码器，所述力矩传感器包括脚部力矩传感器、小腿力矩传感器和大腿力矩传感器，所述角度编码器包括脚部角度编码器、小腿角度编码器和大腿角度编码器，所述控制部包括控制电机和控制器，所述控制器控制控制电机工作，所述控制电机包括脚部电机、小腿电机和大腿电机；所述力矩传感器和角度编码器将采集的数据发送到控制器。
各部分的关系及作用如下：
脚部电机：拉伸时其对脚部施加一个力，配合相应的拉伸姿态达到拉伸小腿肌肉目的。
脚部角度编码器：拉伸时用于测量脚部与小腿之间的角度，从而反应小腿肌肉的紧张、无力以及拉伸的程度。
脚部力矩传感器：用于精准测量电机的出力情况，以及根据脚部角度编码器测得的小腿肌肉紧张、无力程度来控制拉伸时的电机出力程度以及拉伸时的力矩变化情况。根据大数据算法来实时调整其处理情况，给用户带来专业、正确、舒适的拉伸效果。
小腿电机：拉伸时其对小腿部施加一个力，配合相应的拉伸姿态达到拉伸大腿、小腿肌肉目的。
小腿角度编码器：拉伸时用于测量小腿部与大腿之间的角度，根据相应的拉伸姿势从而反应大腿、小腿肌肉的紧张、无力以及拉伸的程度。
小腿力矩传感器：用于精准测量电机的出力情况，以及根据小腿部角度编码器测得的小腿肌肉紧张、无力程度来控制拉伸时的电机出力程度以及拉伸时的力矩变化情况。根据大数据算法来实时调整其出力情况，给用户带来专业、正确、舒适的拉伸效果。
大腿电机：拉伸时其对大腿部施加一个力，配合相应的拉伸姿态达到拉伸大腿、小腿、臀部肌肉目的。
大腿角度编码器：拉伸时用于测量髋关节的角度，根据不同的拉伸姿势从而反应大腿、小腿、臀部肌肉的紧张、无力以及拉伸的程度。
大腿力矩传感器：用于精准测量电机的出力情况，以及根据大腿部角度编码器测得的大腿、小腿、臀部肌肉紧张、无力程度来控制拉伸时的电机出力程度以及拉伸时的力矩变化情况。根据大数据算法来实时调整其出力情况，给用户带来专业、正确、舒适的拉伸效果。
手腕式磁吸保护装置：此装置一端为戴于用户手腕上的、编织松紧带状的带子，另一端为一个金属壳体、内置磁铁和具有监测功能的霍尔电子电路的磁吸装置。带子和磁吸装置使用柔性的编织线连接。当用户遇到危险时，可随时扯动此装置，此磁吸保护装置与产品本体脱离，然后进行紧急制动进入安全模式。以此来保证用户的安全。给手腕式磁吸保护装置的吸附保护部分设有电源，电源使用25.2V锂电池进行供电。
控制器：采集脚部角度编码器、脚部力矩传感器、小腿部角度编码器、小腿部力矩传感器、大腿部角度编码器、大腿部力矩传感器的数据进行数据分析，分析出用户各部分肌肉的紧张、无力情况，根据生物力学和运动康复学领域内，特别是针对关节活动度测量、FMS(功能性运动风险筛查)、SFMA(选择性功能运动风险评估)的研究中的表述，人体在完成某个动作时，需要肌肉和骨骼相互配合，这些肌肉在运动过程中起到不同的作用，有的发挥原动肌作用，有的则成为对抗肌，当人体完成这个特定动作后，通过测量相应关节的角度、测量得到的角度和完成时间的变化曲线、以及完成过程中角度和相应力矩的变化分析得到小腿肌肉紧张、无力以及拉伸的程度；再计算出电机的出力曲线，然后根据采集出的力矩传感器数据，实时修正电机出力曲线，以保证用户体验度。同时，根据手腕式磁吸保护装置的信息反馈，来控制电机以及整个系统进入不同的模式。并将相关数据传输给显示器进行显示，同时，将有效数据传输至数据存储器。
显示器：连接到控制器，使用触摸显示进行数据显示。便于用户观测姿态数据以及拉伸训练动作介绍。
存储器：接受来自控制器的有效数据，并进行存储，以便保存用户的拉伸数据和拉伸习惯并可针对专业人士进行数据分析，给客户更好的拉伸运动建议。存储器设有USB接口可接入带有USB接口的U盘进行数据转存。
综上所述，本发明实施例的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，1、具有姿态测量和拉伸力实时显示功能，拉伸过程中可以从显示屏上面实时观察到自己的形体状态和角度数据、姿态数据以及拉伸程度，并可根据屏幕上的提示进行相应的动作调整，保证身体姿态的标准性；2、评估用户本身下肢肌肉的紧张和无力状态及程度，并给出拉伸力角度、拉伸力曲线；拉伸过程中不需要用户和健身教练等人员自身发力，由相应电机直接完成；3、实时测量角度和力矩情况，实时修正角度和力矩曲线，保证拉伸舒适性、专业性、安全性；4、具有磁吸式安全保护装置，到遇到突发情况时，挥舞手臂，使磁吸保护装置部分脱离，进入安全模式。及时保证人员安全；5、拉伸数据存储在存储介质中，供专业人士帮助用户分析身体变化以及给出更专业的指导。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，包括数据采集部和控制部，所述数据采集部将采集到的数据传输到控制部，所述数据采集部包括力矩传感器和角度编码器，所述力矩传感器包括脚部力矩传感器、小腿力矩传感器和大腿力矩传感器，所述角度编码器包括脚部角度编码器、小腿角度编码器和大腿角度编码器，所述控制部包括控制电机和控制器，所述控制器控制控制电机工作，所述控制电机包括脚部电机、小腿电机和大腿电机；所述力矩传感器和角度编码器将采集的数据发送到控制器。
2.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述脚部电机对脚部施加拉伸力，使脚部按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸脚部和小腿肌肉；所述脚部角度编码器实时测量脚部拉伸时脚部与小腿之间的角度；所述脚部力矩传感器测量脚部拉伸时脚部电机的力矩，所述控制器根据获得脚部角度编码器和脚部力矩传感器的测量数据，分析得到小腿肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整脚部电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
3.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述小腿电机对小腿施加拉伸力，使小腿按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸大腿和小腿肌肉；所述小腿角度编码器实时测量小腿拉伸时小腿与大腿之间的角度；所述小腿力矩传感器测量小腿拉伸时小腿电机的力矩，所述控制器根据获得小腿角度编码器和小腿力矩传感器的测量数据，分析得到大腿和小腿肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整小腿电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
4.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述大腿电机对大腿施加拉伸力，使大腿按照设计的拉伸姿态进行拉伸，拉伸大腿、小腿和臀部肌肉；所述大腿角度编码器实时测量大腿拉伸时髋关节的角度；所述大腿力矩传感器测量大腿拉伸时大腿电机的力矩，所述控制器根据获得大腿角度编码器和大腿力矩传感器的测量数据，分析得到大腿、小腿以及臀部肌肉紧张、无力以及拉伸的程度，进而调整小腿电机的输出力矩来控制拉伸时的拉伸姿态和拉伸力矩。
5.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，还包括手腕式磁吸保护装置，所述手腕式磁吸保护装置包括佩戴部分和吸附保护部分，所述佩戴部分包括佩戴到手腕的带子以及设置在带子上的磁铁吸附部件，所述吸附保护部分包括金属壳体、内置磁铁和监控元件，所述吸附保护部分通过内置磁铁吸附到磁铁吸附部件，所述监控元件为具有监测功能的霍尔电子电路元件，所述金属壳体中还设置有给监控元件供电的电源。
6.如权利要求5所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述监控元件用来监控吸附保护部分是否脱离佩戴部分，所述吸附保护部分脱离佩戴部分，则控制器控制控制电机进行紧急制动进入安全模式。
7.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述控制器连接有显示器，所述控制器将接收到的传感器数据通过显示器以曲线的方式进行显示，所述显示器还设有拉伸训练动作介绍和设定。
8.如权利要求1所述的用于健身拉伸器材的数据采集控制系统，其特征在于，所述控制器连接有存储器，所述控制器将接收到的传感器数据和控制器的分析数据存储在存储器，所述存储器设置有USB接口，通过USB接口进行数据转存。
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