一种上肢训练器的制作方法

本发明属于健身器材技术领域，涉及一种上肢训练器。

背景技术：

上肢训练器中蝴蝶夹胸器是一种常用的健身器材，其针对胸大肌、斜方肌、肱三头肌及小臂肌肉群具有很好的锻炼效果。

目前的上肢训练器，一般采用控制砝码的重量来控制训练强度，受训人员通过蝴蝶夹胸推动施力手柄，施力手柄通过提升机构将砝码提升，从而实现上肢的抗阻训练，然而这种上肢训练器由于受训人员在训练过程中需要提升砝码，砝码重量所产生的拉力始终作用于受训人员的双臂，当受训人员添加砝码重量过大或者训练力竭的时候，在提升砝码中及其容易造成肌肉拉伤。

技术实现要素：

本发明要达到的目的就是提供一种上肢训练器，解决现有的上肢训练器容易造成受训人员受伤的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种上肢训练器，包括机架，所述机架包括基座，所述基座上设有供手臂驱动的两个上肢驱动设备，每个上肢驱动设备包括施力手柄、与施力手柄连接的转轴以及设置于基座中的阻尼单元，所述阻尼单元包括输出阻尼力矩的磁阻尼电机以及输入端与磁阻尼电机相连的扭矩传递机构，所述的扭矩传递机构的输出端与转轴相连，所述上肢训练器还包括主控系统，所述主控系统包括CPU模块和控制电路，所述控制电路的输入端与CPU模块电连接、输出端与磁阻尼电机电连接，所述CPU模块通过控制电路控制输入磁阻尼电机的电流大小，以控制磁阻尼电机输出的阻尼力矩。

进一步的，所述扭矩传递机构包括固定于磁阻尼电机输出端的第一传动齿轮、固定于转轴上的第二传动齿轮以及用于将第一传动齿轮输出的扭矩传递并放大至第二传动齿轮的减速齿轮组。

进一步的，所述减速齿轮组包括第一齿轮组和第二个齿轮组，第一齿轮组包括同轴连接的第一大齿轮和第一小齿轮，第二齿轮组包括同轴连接的第二大齿轮和第一小齿轮，第一大齿轮与第一传动齿轮啮合传动，第一小齿轮与第二大齿轮啮合传动，第二小齿轮与第二传动齿轮啮合传动。

进一步的，所述施力手柄和转轴之间通过扭矩传感器相连，所述扭矩传感器与CPU模块相连。

进一步的，所述转轴上设有用于检测转轴转动角度的角度传感器，所述角度传感器与CPU模块相连。

进一步的，所述基座包括基板和基盖，所述基板和基盖围合形成安装腔，所述阻尼单元位于安装腔中且固定在基板上，所述转轴穿过基盖伸出安装腔与施力手柄相连，所述安装腔中设有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的下端固定连接于基板、上端连接于所述第二连杆的杆体，所述第二连杆两端均设有用于转轴穿过的套环。

进一步的，还包括将两个转轴的上端固定相连的第三连杆。

进一步的，还包括座椅，所述基座上设有升降立柱，所述座椅包括座垫，所述升降立柱的上端固定于座垫的下底面。

进一步的，所述座椅还包括靠背，所述座垫的后端设有转轴，所述靠背的下端设有套设于转轴上的套筒，所述座垫中设有电动推杆，该电动推杆的驱动端通过传动铰链与套筒的外壁相连，以将电动推杆的直线运动转化为靠背的翻转运动。

进一步的，所述施力手柄由座椅的下方向上延伸并位于座椅的两侧。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1.本发明的磁阻尼电机通过扭矩传递机构将阻尼力矩输出至施力手柄上，受训人员的手臂推动施力手柄摆动做“蝴蝶夹胸运动”时，需要克服该阻尼力矩，从而实现胸大肌等肌肉群的抗阻训练，由于磁阻尼电机输出的阻尼力矩由所输入的电流强度决定，通过主控系统的CPU模块和控制电路控制输入磁阻尼电机的电流强度，可以使磁阻尼电机输出的阻尼力矩进行实时的调节，阻尼力矩的调节不存在滞后，因此提高了颈肌训练的效果，更重要的时，磁阻尼电机仅在受训人员推动施力手柄时，才会将阻尼力施加给受训人员，当受训人员停止推动施力手柄时，施力手柄并不会对受训人员的手臂产生作用力，因此，受训人员即使在力量不足的情况下，施力手柄也不会造成受训人员发生肌肉拉伤的危险，提高了上肢训练的安全性；

2.在磁阻尼电机输出的阻尼力矩依次通过第一传动齿轮、减速齿轮组和第二传动齿轮传递至施力手柄的过程中，由于减速齿轮组的作用，磁阻尼电机所输出的阻尼力得到了放大，因此，采用输出较低阻尼力矩的磁阻尼电机，仍可以获得较大的上肢训练强度；

3.受训人员的胸大肌等肌肉群所释放的肌力大小将被扭矩传感器实时检测并发送给CPU模块，CPU模块就可以根据肌力大小控制电路控制输入磁阻尼电机的电流大小，实时控制磁阻尼电机输出合理的阻尼力矩，实现可变阻力的上肢训练，设定不同的训练等级并通过递增阻力逐级增加训练强度，使得上肢训练更加科学有效；

4.在进行上肢训练时，受训人员手臂在做“蝴蝶夹胸运动”时，推动施力手柄的摆动角度过大时容易造成损伤，而在摆动角度过小则训练效果降低，本发明通过角度传感器实时检测转轴的摆动角度并发送给CPU模块，CPU模块可以预设一个限制角度，当角度传感器检测到转轴的摆动角度达到限制角度，CPU模块就可以通过控制电路控制输入磁阻尼电机的电流增大，使得受训人员可以明显感知训练阻力加大并且继续使施力手柄向更大角度摆动变得困难，此时，受训人员就可以往回摆动施力手柄，确保了受训人员手臂在一个安全合理的角度进行摆动训练；

5.本发明中设置的座椅可以通过升降立柱进行升降，受训人员需要进行上肢训练时，坐到座垫上后，通过控制升降立柱的升降，就可以使手臂位于一个舒适的位置握持施力手柄，提高了受训人员使用的便利性以及确保了上肢训练的坐姿符合训练要求；

6.通过控制电动推杆的伸缩，可以使座椅上的靠背相对座垫进行翻转，从而调节靠背的角度，满足受训人员直立坐姿或斜上坐姿的多种训练坐姿需求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一中上肢训练器的立体结构示意图；

图2为本发明实施例一中上肢训练器的局部立体爆炸图；

图3为本发明实施例一中阻尼单元的俯视图；

图4为图3中A-A向的剖视图；

图5为本发明实施例一中座椅的立体结构示意图；

图6为本发明实施例二中用于上肢训练器的控制方法的流程示意图；

图7为本发明实施例二中用于上肢训练器的控制方法的简要示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图1至图2所示，本发明提供一种上肢训练器，包括机架1，机架包括基座11和立柱12，基座11上设有供手臂驱动的两个上肢驱动设备2，每个上肢驱动设备2包括施力手柄21、与施力手柄21连接的转轴22以及设置于基座11中的阻尼单元23，阻尼单元23包括输出阻尼力矩的磁阻尼电机231以及输入端与磁阻尼电机231相连的扭矩传递机构232，扭矩传递机构232的输出端与转轴21相连，上肢训练器还包括主控系统，主控系统包括CPU模块和控制电路，所控制电路的输入端与CPU模块电连接、输出端与磁阻尼电机231电连接，所CPU模块通过控制电路控制输入磁阻尼电机231的电流大小，以控制磁阻尼电机231输出的阻尼力矩。

施力手柄21和转轴22之间通过扭矩传感器相连，扭矩传感器与CPU模块相连，受训人员的胸大肌等肌肉群所释放的肌力大小将被扭矩传感器实时检测并发送给CPU模块，CPU模块就可以根据肌力大小控制电路控制输入磁阻尼电机的电流大小，实时控制磁阻尼电机输出合理的阻尼力矩，实现可变阻力的上肢训练，设定不同的训练等级并通过递增阻力逐级增加训练强度，使得上肢训练更加科学有效。

转轴22上设有用于检测转轴转动角度的角度传感器，角度传感器与CPU模块相连，角度传感器除了可以使受训人员在一个安全合理的摆动角度内进行摆动训练，还可以用于使CPU模块通过角度信息识别出转轴22往复摆动的次数，从而实现受训人员手臂进行“蝴蝶夹胸运动”摆动次数的识别和记录，用于科学的指导受训人员根据实际情况进行相应摆动次数的训练。

在本实施例中，基座11包括基板111和基盖112，基板111和基盖112围合形成安装腔，阻尼单元23位于安装腔中且固定在基板111上，转轴22穿过基盖112伸出安装腔与施力手柄21相连，安装腔中设有第一连杆24和第二连杆25，第一连杆24的下端固定连接于基板111、上端连接于第二连杆25的杆体，第二连杆25两端均设有用于转轴22穿过的套环251，转轴22与套环251采用稍大的间隙配合，也就是转轴22可在套环251中转动，但当施力手柄21对转轴22产生径向力时，转轴22的轴面与套环251的内环壁接触并且将该径向力传递至第二连杆25，此时，由于第二连杆25和第一连杆24连接在一起，而第一连杆24固定在基板111上，因此，施力手柄21对转轴22所施加的径向力将被第二连杆25和第一连杆24所抵消，防止了阻尼单元23因转轴22受到径向力而使扭矩传递机构232受损。

上肢训练器还包括将两个转轴22的上端固定相连的第三连杆26，在本实施例中，第三连杆26为条板状结构，两个转轴22的上端面均设有螺孔，第三连杆26的两端均设有用于安装螺栓的安装孔，通过在安装孔中穿入螺栓，再将螺栓螺纹连接两个转轴22上的螺孔，从而使第三连杆26将两个转轴22固定连接，当受训人员推动施力手柄21摆动时，第三连杆26可以进一步抵消两个转轴22所受到的施力手柄21的径向力，加强两个转轴22的稳定性，进一步防止阻尼单元23因转轴22受到径向力而使扭矩传递机构232受损。

如图3至图4所示，扭矩传递机构232包括固定于磁阻尼电机231输出端的第一传动齿轮2321、固定于转轴22233的第二传动齿轮2322以及用于将第一传动齿轮2321输出的扭矩传递并放大至第二传动齿轮2322的减速齿轮组2323，第一传动齿轮2321、第二传动齿轮2322和减速齿轮组2323安装于齿轮箱234中，齿轮箱234安装于罩体231的安装腔231a中，磁阻尼电机231输出端为扁位轴231a，第一传动齿轮2321具有扁位孔2321a，扁位轴231a与扁位孔2321a配合，实现磁阻尼电机231输出端与第一传动齿轮2321的扭矩传递，第二传动齿轮2322上固定有同轴设置的轴套2322a，该轴套2322a具有带键槽的内孔，转轴22伸入该内孔且转轴22上的凸键与该内孔的键槽配合，实现转轴22与第二传动齿轮2322的扭矩传递；减速齿轮组2323包括至少一个齿轮组，齿轮组包括同轴连接的大齿轮2323a和小齿轮2323b，当减速齿轮组2323仅具有一个齿轮组时，大齿轮2323a与第一传动齿轮2321啮合传动，小齿轮2323b与第二传动齿轮2322啮合传动，而在本实施例中，如图4所示，减速齿轮组2323包括第一齿轮组和第二个齿轮组，第一齿轮组包括同轴连接的第一大齿轮2323a和第一小齿轮2323b，第二齿轮组包括同轴连接的第二大齿轮2323c和第一小齿轮2323d，第一大齿轮2323a与第一传动齿轮2321啮合传动，第一小齿轮2323b与第二大齿轮2323c啮合传动，第二小齿轮2323d与第二传动齿轮2322啮合传动，当然，减速齿轮组2323也可以具有两个以上的齿轮组，以此实现多级的减速，从而放大磁阻尼电机231输出并传递至第一传动齿轮2321的扭矩，因此，采用输出较低阻尼力矩的磁阻尼电机231，仍可以获得较大的上肢训练强度。

如图1和图5所示，上肢训练器还包括座椅3，座椅3包括座垫31和靠背32，基座11上设有升降立柱4，升降立柱4的上端固定于座垫31的下底面，升降立柱4采用的是市面上的电动升降立柱，座垫31由座垫框架31a及包覆于座垫框架31a外部的包覆层构成，靠背32同样的由靠背框架32a包覆于靠背框架32a外部的包覆层构成，座垫31的后端具体是指座垫框架31a的后端，该位置设有转轴31b，靠背32的下端具体是指靠背框架32a的下端，该位置设有套设于转轴31b上的套筒32b，座垫31中设有电动推杆33，该电动推杆33的驱动端33a通过传动铰链34与套筒32b的外壁相连，具体在套筒32b的外壁上设置了凸柱32c，传动铰链34与凸柱32c铰接，从而使得电动推杆33的直线运动可以转化为套筒32b的旋转运动，以控制靠背32的翻转。

施力手柄21由座椅3的下方向上延伸并位于座椅3的两侧，施力手柄21的上部具有向座椅3侧弯曲的握持部21a，受训人员坐在座椅3上，通过控制升降立柱4调节好坐垫31高度，通过控制电动推杆33调节好靠背32的角度，之后双手抓住握持部21a，即可进行蝴蝶夹胸运动，对上肢肌肉群进行训练。

CPU模块的输入端连接有手持操作器6，手持操作器6具有调节按键，调节按键包括高度调节按键和高度记忆按键，通过操作高度调节按键可以控制升降立柱4升降，从而控制座椅31的高度值，通过操作高度记忆按键可以控制升降立柱4运行至设定的位置，使座椅31达到设定的高度值，立柱12上设有用于挂接手持操作器6的挂杆61，手持操作器6不使用时，可以挂在挂杆61上，便于受训人员需要使用时拿取。

另外，座椅3还设有多功能显示器7，该多功能显示器7通过CAN总线与主控系统中的CPU模块进行信息交互，多功能显示器7为触摸显示屏，触摸显示屏可显示的信息包括角度传感器的角度信息、受训人员的肌力信息、座椅高度信息、训练次数及其历史信息数据等，触摸显示屏具有触摸按键，通过操作触摸按键可对以上显示信息对应的功能进行操作和设定，多功能显示器7还具有语音模块，语音模块对训练次数进行语音播报，提醒受训人员的训练进程，另外，多功能显示器7具有USB接口，可以通过外部存储设备进行数据存储、读取的交互。

实施例二：

针对实施例一的上肢训练器，本发明提供了对应的控制方法，如图6所示，所述控制方法包括：

步骤一，当检测到调节按键按下时，获取当前座椅高度值，如果当前座椅高度值没有超出限位区间，则获取调节按键属性；

步骤二，根据调节按键属性判定调节按键为高度调节按键，则获取座椅高度变化量，如果根据座椅高度变化量调节后的座椅高度处于安全区间内，则在调节按键松开时停止座椅高度调节，等待接收包括第一训练指令或第二训练指令的训练指令；或

根据按键属性判定调节按键为高度记忆按键，则获取高度记忆按键对应的座椅高度数值对座椅高度进行调节，等待接收包括第一训练指令或第二训练指令的训练指令；

步骤三，在完成对座椅高度的调节后，如果接收到第二训练指令，则向上肢驱动设备中设有的磁阻尼电机通电，等待接收上肢力度调节指令；

步骤四，如果接收到上肢力度调节指令，则根据上肢力度调节指令对输入上肢驱动设备中的磁阻尼电机的电流进行调节。

在本实施中，第一训练指令并不用于控制本申请的上肢训练器，因此，在此不作展开介绍，在执行步骤二后，如果接收到了第二训练指令，则会执行与第二训练指令对应的上肢训练步骤。在根据第二训练指令对上肢驱动设备中的磁阻尼电机进行通电后，如果进一步接收到上肢力度调节指令，则根据上肢力度调节指令的具体内容对输入上肢驱动设备中的磁阻尼电机的电流进行调节。

本步骤中位于上肢驱动设备中的磁阻尼电机是用于对上肢训练部件产生阻尼力，使得受训人员在对颈部肌肉进行锻炼的间隙，还可以通过上肢驱动设备对上肢运动产生阻尼力的方式对受训人员的上肢肌肉力量锻炼，从而弥补了现有的颈肌训练器中仅能对颈肌进行训练、无法对上肢肌肉力量进行训练的缺陷。

为了便于理解本控制方法的实施过程，特提供了如图7所示的整个训练过程的简要流程图。出于简化流程的目的，图7中的训练指令实际上包括第二训练指令，同样力度调节指令包括上肢力度调节指令，在完成对座椅的调节后，可以根据接收到的是第二训练指令上肢训练。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。