等速肌力训练设备的制作方法

本实用新型涉及运动器械技术领域，特别是涉及一种等速肌力训练设备。

背景技术：

肌肉收缩是肌肉对刺激所产生的收缩反应现象。根据肌肉收缩时肌肉长度和肌张力的变化，可将肌肉收缩分为三种形式：等长收缩、等张收缩、等速收缩。其中，等速收缩，指的是肌肉在收缩时，肌肉的长度变化，而肌肉内部张力也不断变化，但肌肉收缩速度保持恒定的肌肉收缩方式。由于等速收缩中肌肉承受的是顺应性阻力，肌肉在活动范围内始终产生最大肌力，因此，能更有效的锻炼肌肉的力量、耐力和灵活性。在自然状态下，肌肉本身可产生等长和等张收缩，但是无法产生等速收缩，必须借助专门的设备，提供可以随着肌肉收缩而不断变化的阻力，保持肌肉收缩时的角速度不变，这种设备称为等速肌力设备。

然而，传统的等速肌力训练系统设备在技术上存在的不足：普遍采用模拟信号传输的方式测量扭矩或力，具体的，应变片粘贴在转动的主轴上，ad转换器测量端设置在控制板上，这种测量方式对应采用变片电路的供电和模拟信号的传输大都需要同轴碳刷接触的方法，不仅造成使用寿命短，机械震动影响大，而且接触不良会导致严重的测量误差，安装难度较大，传输线路过长也容易使模拟信号受到干扰。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统等速肌力训练设备安装不便、使用寿命短、测量和传输不稳定的问题，提供一种等速肌力训练设备。

一种等速肌力训练设备，包括操作组件和等速机头，所述操作组件与所述等速机头固定连接，所述等速机头包括驱动组件和传感器组件；

所述驱动组件包括电机；所述传感器组件包括转轴、固定座、采集模块和转换模块；所述转轴穿设于所述固定座，所述转轴的一端与所述操作组件固定连接，另一端与所述电机的输出轴固定连接；

所述转换模块包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述采集模块电连接并分别套设在所述转轴上，所述第二线圈设置在所述固定座上并与所述第一线圈相对，所述采集模块用于采集所述转轴的扭矩参数，所述第一线圈用于将所述扭矩参数传输到所述第二线圈。

上述的等速肌力训练设备通过在转轴上设置第一线圈，在固定座上设置第二线圈，采集模块采集到的转轴的扭矩参数，并通过第一线圈将扭矩参数传输到第二线圈，以实现对采集到的扭矩参数的传输。本实用新型的等速肌力训练设备结构简单且安装方便，不仅不需要直接的接触，实现收发信号隔离，大大延长了传感器组件的使用寿命，而且机械震动小，扭矩测量和传输更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例的等速肌力训练设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的等速机头的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的等速机头的剖面示意图；

图4为本实用新型实施例的传感器组件的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的急停开关与驱动器、电机的连接示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参阅图1至图4，本实用新型实施例提供一种等速肌力训练设备100。

等速肌力训练设备100包括操作组件10和等速机头20。操作组件10与等速机头20固定连接，等速机头20包括驱动组件21和传感器组件22。驱动组件21包括电机211。传感器组件22包括转轴221、固定座222、采集模块223和转换模块224。转轴221穿设于固定座222，转轴221的一端与操作组件10固定连接，另一端与电机211的输出轴固定连接。转换模块224包括第一线圈2241和第二线圈2242，第一线圈2241和采集模块223电连接并分别套设在转轴221上，第二线圈2242设置在固定座222上并与第一线圈2241相对，采集模块223用于采集转轴221的扭矩参数，第一线圈2241用于将扭矩参数传输到第二线圈2242。

操作组件10固定设置在等速机头20上，等速机头20为操作组件10提供运动阻力。本实用新型实施例的等速肌力训练设备100可以应用于医疗康复技术领域，以供使用者进行等速肌力康复训练。在一个实施例中，操作组件10包括操作件和固定件，固定件与等速机头20固定连接，操作件与固定件固定连接，操作件用于固定使用者的肢体，例如供使用者握持或穿戴。在一个例子中，操作件为夹持腕带。当使用者通过操作组件10施加作用力时，等速机头20对操作组件10施加相反的运动阻力，如此，以达到等速训练的目的。以固定腿部为例，使用者将腿部固定在操作件上，进行膝关节的坐位伸/屈训练、膝关节的俯卧位伸/屈、膝关节的胫骨内旋/外旋训练等。

等速机头20包括驱动组件21和传感器组件22。驱动组件21用于驱动操作组件10施加运动阻力，传感器组件22用于采集使用者施加至操作组件10上的力。

具体的，驱动组件21包括电机211。在其中一个实施例中，驱动组件21还包括减速机212，减速机212用于降低电机211的转速，以提高电机211的输出扭矩，并提高电机211驱动的精确度和可靠性。

传感器组件22包括转轴221、固定座222、采集模块223和转换模块224。转轴221穿设于固定座222，固定座222与等速机头20的外壳23固定连接，转轴221可相对于固定座222转动。转轴221的一端与操作组件10固定连接，另一端与电机211的输出轴固定连接，如此，在电机211启动时，电机211的输出轴带动转轴221以顺时针方向或逆时针方向转动。当使用者的肢体通过操作组件10施加作用力时，等速机头20对操作组件10施加相反的运动阻力，如此，以进行等速训练。

在此过程中，设置在转轴221上的采集模块223采集转轴221的扭矩参数，并发送至同一转轴221上的第一线圈2241，接着第一线圈2241通过电磁感应将扭矩参数发送至位于固定座222上与第一线圈2241相对的第二线圈2242。其中，第一线圈2241与第二线圈2242相对的方式可以为两者同心、部分交错。如此，以将采集到转轴221上的扭矩参数发送到固定座222上的外部电路中，实现收发信号的物理隔离。

上述的等速肌力训练设备100通过在转轴221上设置第一线圈2241，在固定座222上设置第二线圈2242，采集模块223将采集到的转轴221的扭矩参数，并通过第一线圈2241将扭矩参数传输到第二线圈2242，以实现对采集到的扭矩参数的传输。本实用新型的等速肌力训练设备100结构简单且安装方便，不仅不需要直接的接触，实现收发信号隔离，大大延长了传感器组件22的使用寿命，而且机械震动小，扭矩测量和传输更加稳定。

请参阅图1，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括主板30，主板30上设置有频率捕捉接口，频率捕捉接口与第二线圈2242电连接，主板30用于处理第二线圈2242传输的扭矩参数。

第二线圈2242通过导线连接至频率捕捉接口，如图4所示，第二线圈2242通过出线口的导线225连接至频率捕捉接口。在一个例子中，主板30通过频率捕捉接口接收到扭矩参数后，计算出转轴221的扭矩大小。

在其中一个实施例中，采集模块223包括应变片和采集芯片。应变片用于采集转轴221的应变信号，采集芯片用于将应变信号转换成频率信号。传感器组件22还包括线圈座226，线圈座226套设在转轴221上，第一线圈2241绕制在线圈座226上并与采集芯片电连接，第二线圈2242绕制在固定座222的内壁上并与第一线圈2241相对。

其中，在未转换前，扭矩数据为应变信号，在转换后，扭矩数据为频率信号。频率信号用于计算出转轴221的扭矩大小。第一线圈2241通过电磁感应将频率信号发送至第二线圈2242，主板30通过频率捕捉接口接收到频率信号后，根据频率与扭矩之间的对应关系，将第二线圈2242传输的频率信号转换为扭矩数据。

在其中一个实施例中，频率与扭矩之间的对应关系如下：

m＝(f-1000)/10

式中，m为扭矩，f为频率。

在其他实施例中，频率与扭矩之间的对应关系还可以根据等速肌力训练设备100的具体类型采用对应的计算方式，在此不做具体的限定。

线圈座226用于固定第一线圈2241。具体的，线圈座226套设在转轴221上，第一线圈2241绕制在线圈座226上，而第二线圈2242则绕制在固定座222的内壁上，并且与第一线圈2241相对。在转轴221转动时，线圈座226跟随转轴221一起转动，而固定座222相对转轴221静止，则线圈座226上的第一线圈2241相对第二线圈2242转动。在使用过程中，使用者的肢体对转轴221施力，应变片采集转轴221的扭矩并输出应变模拟信号，采集芯片将输出的应变模拟信号转换成频率信号，然后发送至第一线圈2241，在第一线圈2241和第二线圈2242的电磁感应配合下，频率信号从第一线圈2241传输到第二线圈2242，如此以实现收发信号的隔离，避免因同轴碳刷接触的方法对扭矩传感器造成磨损。

在其中一个实施例中，线圈座226上形成有凹槽，第一线圈2241绕制在凹槽内。如此，第一线圈2241既可以跟随转轴221转动，又不会因为转轴221转动而导致绕制的第一线圈2241发生散乱，从而对第一线圈2241提供保护。

在其中一个实施例中，线圈座226由绝缘材料制成。如此，以防止与第一线圈2241短路。

在其中一个实施例中，转换模块224还包括第三线圈2243、第四线圈2244、第一转换模块和第二转换模块。第三线圈2243和第一转换模块均设置在转轴221上。第一转换模块的输入端电连接第三线圈2243，第一转换模块的输出端电连接采集模块223，用于将交流电转换为直流电。第四线圈2244和第二转换模块均设置在固定座222上，第四线圈2244与第三线圈2243相对，第二转换模块的输入端用于电连接直流电源，第二转换模块的输出端电连接第四线圈2244，用于将直流电源的直流电转换为交流电。

第三线圈2243和第四线圈2244为充电线圈。其中，第三线圈2243与第四线圈2244相对的方式可以为两者同心、部分交错。第一转换模块包括交流转直流稳压电路，用于将交流电转换为直流电。第二转换模块包括直流-交流转换电路，用于对输入的电压进行降压输出。具体的，第二转换模块的输入端电连接直流电源，输出端与第四线圈2244电连接，将直流电源的直流电转换为交流电并输出至第四线圈2244。第四线圈2244与第三线圈2243相对，当第四线圈2244有交流电通过时，第四线圈2244通过电磁感应使得第三线圈2243内产生交流电。第三线圈2243的交流电通过第一转换模块转换为直流电，从而为采集模块223供电。

在其中一个实施例中，线圈座226上形成的凹槽为两个，两个凹槽相互间隔。第一线圈2241绕制在其中一个凹槽内，第三线圈2243绕制在另外一个凹槽内。

如此，以同时对第一线圈2241和第二线圈2242提供固定和保护隔离。

请参阅图2和图3，在其中一个实施例中，等速机头20还包括外壳23，驱动组件21和传感器组件22均设置在外壳23内。等速肌力训练设备100还包括限位组件40，限位组件40包括限位件41和限位插板42。限位插板42固定在外壳23上，转轴221穿设限位插板42，并从外壳23伸出与操作组件10固定连接。限位插板42开设有限位孔43，限位件41用于插设在限位孔43内，以限定操作组件10旋转的角度。

限位插板42固定在外壳23上。当转轴221转动时，操作组件10相对于外壳23旋转，限位插板42相对于外壳23静止。限位孔43用于预设操作组件10旋转的角度范围，当限位件41插入限位插板42的限位孔43时，限位件41阻挡操作组件10旋转，从而限定操作组件10旋转的角度。

在其中一个实施例中，限位插板42为横截面为圆形。限位孔43以圆心为中心，轴对称分布在限位插板42上。

在其中一个实施例中，限位插板42上形成有刻度，用于指示操作组件10的角度。例如，以12点钟位置为零刻度，若使用者训练的角度为50度，则将限位件41插设在50度的限位孔43内，如此操作组件10旋转的角度限定为0度至50度。

请参阅图3，在其中一个实施例中，限位件41包括插接部411、握持部412和弹性套413。插接部411和握持部412连接，插接部411用于插设在限位孔43内，弹性套413套设于握持部412。

弹性套413用于缓冲限位件41跌落或操作组件10在往复旋转时对限位件41造成的冲击，从而延长限位件41的使用寿命，当然还可以在异常情况时，缓冲限位件41对使用者的肢体的冲撞。

在其中一个实施例中，限位插板42为由金属材质制成的插板，插接部411为带有磁性的插接部。

金属材质包括金属及其合金，例如铝、铁、不锈钢等。由于插接部411是由磁性材质制成的，带有磁性，因此当插接部411插接至金属材质的限位插板42时，磁力吸紧固定防止限位件41因重力、振动等意外跌落，使得限位件41的限位功能更加牢靠。

在其中一个实施例中，握持部412的横截面积大于插接部411的横截面积。如此，当插接部411插设在限位孔43内且握持部412抵持插接面板时，表示插接部411安装到位。

在其中一个实施例中，弹性套413由弹性塑料制成。

请参阅图2，在其中一个实施例中，外壳23上还设置有插销座231，用于插放限位件41。

当限位件41使用时，限位件41插设在限位孔43内。当限位件41闲置时，限位件41插放在插销座231内，以防止限位件41丢失。如图2所示，限位件41插设在插销座231内，表示等速肌力训练设备100处于闲置状态。

请参阅图3，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括限位检测组件50，限位检测组件50包括限位检测模块51。限位检测模块51设置在限位插板42上并与限位孔43对应，用于在检测到限位件41插设于限位孔43时，输出检测信号。

限位检测组件50设置在限位插板42上。具体的，限位检测模块51与限位孔43对应，限位孔43的一端口设置有限位检测模块51，限位件41从限位孔43的另一端口插入。当检测到限位件41插设在对应的限位孔43内时，限位检测组件50输出对应的检测信号。此时，表示限位件41安装到位，即没有出现限位件41跌落、人为漏插等情况。如此，通过增加限位检测组件50，可以实时检测限位件41是否正确插入限位孔43，从而避免出现限位件41意外跌落、人为漏插、误插等情况，而无需人工判断是否正确插入限位件41，使得限位检测功能更加智能。

在其中一个实施例中，限位检测模块51与主板30电连接，主板30用于处理限位检测模块51输出的检测信号，并生成相应的提示，例如安装正确提示、安装错误提示、漏插提示等。

在其中一个实施例中，限位检测模块51包括电容感应模块。

当限位件41插设在对应的限位孔43内时，电容感应模块上的电容大小发生改变，从而输出检测信号。由于电容感应模块的结构简单，制造成本低，采用电容感应模块作为限位检测模块51，使得限位检测功能的成本低。

当然，在其他实施例中，限位检测模块51还可以为红外感应模块、超声波感应模块，在此不做具体的限定。

请参阅图2和图3，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括灯板组件60，灯板组件60包括指示灯61和指示灯座62。指示灯61设置在指示灯座62上，指示灯座62和限位检测模块51分别设置在限位插板42的两侧，指示灯61用于指示操作组件10的当前角度。

当操作组件10旋转至对应位置的指示灯61上时，对应指示灯61亮起，从而实时显示操作组件10运动的位置，可以用于提醒使用者有没有运动到设定范围的端点。例如操作组件10的当前角度为30度，30度对应位置的指示灯61亮起；再例如，操作组件10的当前角度为70度，则70度对应位置的指示灯61亮起。

此外，指示灯61除了用于指示操作组件10的当前角度，还能用于指示其他信息。

在其中一个实施例中，指示灯61还用于零点指示。当在进行零点校准时，0度位置的指示灯61点亮，提示使用者将操作组件10手动转到此位置。

在另外一个实施例中，指示灯61还用于指示限位件41的插入情况。具体的，限位检测模块51与主板30电连接，主板30与指示灯61电连接。在设置操作组件10的旋转范围后，相应位置的指示灯61闪烁，用于提示使用者在对应的限位孔43插入限位件41，若主板30检测到检测信号时，则表示正确插入，并控制指示灯61停止闪烁。

在其中一个实施例中，指示灯61还用于作为模式切换中休息时间的指示。具体的，若预设旋转范围内的指示灯61全部闪烁，可以指示使用者休息，若预设旋转范围内的指示灯61全部停止闪烁，可以指示使用者继续训练。

请参阅图2，在其中一个实施例中，指示灯61包括多个，限位孔43包括多个，限位检测模块51包括多个，限位孔43的位置与指示灯61的位置一一对应，限位检测模块51的位置与限位孔43的位置一一对应。

指示灯61、限位孔43和限位检测模块51的数量对应，位置也对应。例如，指示灯61的数量为八个，其中一个指示灯61以12点方向作为零刻度，其余的七个指示灯61分别设置在1点半、3点、4点半、5点、6点半、8点、10点半的位置上。对应的，限位孔43和限位检测模块51的数量也为八个，且分别与指示灯61的分布位置一一对应。如此，可以根据训练模式选择合适的限位孔43，从而限定操作组件10的旋转角度范围，而多个限位检测模块51也可以检测任意位置上的限位件41是否安装正确，指示灯61可以指示操作组件10的相关信息。

本实施例中，指示灯61先封装在指示灯座62上，然后指示灯座安装在限位插板42上，限位检测模块51从限位插板42的另一侧安装在限位插板42上，如此，结构紧凑。

请参阅图5，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括急停开关k1，驱动组件21还包括驱动器213，驱动器213用于驱动电机211运行。驱动器213包括安全接口，急停开关k1与安全接口电连接。

请结合图5，驱动器213包括三个安全接口：sf1+接口、sf1-接口和sf2-接口。急停开关k1可以与任意一个安全接口电连接，从而控制电机211是否停止运行。例如，sf1+接口与+5v电源连接，急停开关k1串接在sf1+接口于电源之间；或，急停开关k1串接在sf1-接口和sf2-接口之间；或，急停开关k1串接在sf2-接口的接地回路中。在发生异常情况时，使用者可以通过急停开关k1直接断开驱动器213的安全接口回路，以使电机211及时停止运转。

在其中一个实施例中，急停开关k1的数量为2个，每个急停开关k1分别串接至两个安全接口，例如sf1+接口和sf2+接口。当按下任意一个急停开关k1的按键时，驱动器213均能停止电机211运行。

在其中一个实施例中，急停开关k1还用于与主板30电连接，急停开关k1发出异常信号至主板30，主板30控制其他设备停止运行，并控制报警装置报警。使用者可手动解除紧急停止状态。

在其中一个实施例中，急停开关k1为手持自锁式急停按钮。在设备异常时，使用者通过操作手持自锁式急停按钮，立即断开驱动器222的安全接口回路，以使电机211及时停止运转。

请参阅图1，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括显示屏70，显示屏70与主板30电连接，显示屏70用于显示主板30处理后的结果。

显示屏70用于显示主板30处理后的结果，例如使用者训练实时产生的扭矩大小、与预设扭矩的差值等。

在其中一个实施例中，主板30还用于处理第二线圈2242输出后的扭矩数据，并加载虚拟情景互动游戏训练。

使用者在操作操作组件10时，可同时在显示屏70进行虚拟情景互动游戏训练。例如，虚拟情景互动游戏训练展示为弯道前进，弯道上设置有多个金币，当操作组件10旋转至预设角度范围的端点时，表现为拾到一个金币，然后根据累计的金币判断训练成果，若金币越多，表示训练越准确。如此，通过增加虚拟情景互动游戏训练，改变以往等速设备的训练功能比较枯燥的情况，增强训练反馈、趣味性和互动性，增强使用者训练意愿。

请参阅图1，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括等速机箱80，等速机头20安装于等速机箱80上，主板30容置在等速机箱80内。如此，等速机箱80可为主板30提供防水、防尘等保护。

请继续参阅图1，在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括等速机箱80、第一旋转升降机构90、座椅移动机构110、运行底座120、座椅130和座椅调节机构140。等速机头20通过第一旋转升降机构90设置在等速机箱80上，等速机箱80上设置有第一指示件(图未示)，第一指示件用于指示等速机头20的当前角度和/或当前高度。座椅130通过座椅移动机构110活动设置在运行底座120上；运行底座120上设置有第二指示件，第二指示件用于指示座椅130的当前位置。座椅130包括坐垫和背垫，座椅调节机构140用于调节坐垫与背垫之间的夹角；座椅调节机构140上设置有第三指示件，第三指示件用于指示坐垫和背垫之间的夹角。

在使用等速肌力训练设备100前，需要校准等速肌力训练设备100的位置参数，例如等速机头倾斜角度、等速机头旋转角度、测力机高度、座椅横向距离、座椅靠背倾斜角度、座椅旋转角度、座椅高度等，以便设备处于合适的测量状态，如果未校准，则可能使得设备采集到数据存在误差。当然，设备也可以根据具体的训练模式，通过显示屏70推荐合适的位置参数。然而，现有的等速设备通常需要手动校准，而手动校准存在误差，也不方便使用者将设备调节至合适位置。

本实施例中，第一旋转升降机构90可旋转或升降，以使等速机头20处于不同的角度和高度。通过在等速机箱80上设置第一指示件，第一指示件可以指示等速机头20的当前角度、当前高度或两者。例如，等速机头20的当前角度为15度，使用者对照第一指示件可以将等速机头20调节至0度。在一个例子中，第一旋转升降机构90包括一个锁紧机构，锁紧机构用于锁住第一旋转升降机构的旋转角度。锁紧机构由等速肌力训练设备100配备的遥控手柄控制，防止第一旋转升降机构90的自动旋转或升降。

座椅移动机构110包括设置在座椅130底部的电动推杆，可在运行底座120上移动。通过在运行底座120上设置第二指示件，第二指示件可以指示座椅130的当前位置。例如，在手部训练模式下，座椅130与等速机箱80的所需横向距离较小，则将座椅130调节至第二指示件数值较小的位置；在腿部训练模式下，座椅130与等速机箱80的所需横向距离较大，则将座椅130调节至第二指示件数值较大的位置。

通过在座椅调节机构140上设置第三指示件，第三指示件可以指示坐垫和背垫之间的夹角，方便使用者根据训练模式调节合适的坐垫和背垫之间的角度。在一个实施例中，座椅调节机构140为手动调节机构，用于控制坐垫和背垫之间的角度。

在其中一个实施例中，第一指示件和第三指示件为刻度盘，第二指示件为刻度尺。

在其中一个实施例中，等速肌力训练设备100还包括激光传感器，激光传感器设置在操作组件10上并用于检测用户的肢体。

当用户坐在座椅上，肢体放在操作组件10上，通过调节座椅的位置，使激光传感器发射的激光对准肢体的旋转轴，如此，对用户肢体的测量更加精确。以膝盖为例，用户坐在座椅上，腿放在操作组件10上，通过调节座椅的位置，使发射的激光对准膝盖的旋转轴。

在其中一个实施例中，等速肌力训练设备还包括第二旋转机构，第二旋转机构用于调节座椅的高度。

在一个例子中，第二旋转机构包括一个锁紧机构，锁紧机构用于锁住第二旋转机构的旋转角度。锁紧机构由等速肌力训练设备100配备的遥控手柄控制，防止第二旋转机构的自动旋转。

在其中一个实施例中，显示屏70还用于显示等速肌力训练设备100的当前参数，例如位置参数(等速机头倾斜角度、等速机头旋转角度、测力机高度、座椅横向距离、座椅靠背倾斜角度、座椅旋转角度、座椅高度等)，从而让使用者更加贴切地了解设备运转的情况，大大减少使用者在校准时的困惑，提升用户体验。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。