一种具主动增强的半被动阻力控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具主动增强的半被动阻力控制系统，适用于具有拖曳组件的运动器材。该具主动增强的半被动应力控制系统包含阻力调整模块、储能装置及控制模块。储能装置能够在用户拉动拖曳组件时提供输出阻力至拖曳组件，并且降低因为拉动行程增加而造成的输出阻力改变。控制模块则可以依据通过用户拉动拖曳组件时系统内部传感器传回的感测数据，除了可以被动式的补偿输出阻力，使其维持固定，更可以依据默认的控制模式，对输出阻力进行主动式的补偿，使得使用者可以感受到预期阻力。
【专利说明】一种具主动增强的半被动阻力控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具主动增强的半被动阻力控制系统，适用于具有拖曳组件的运动器材。
【背景技术】
[0002]目前，电子及电动机械的快速发展也推动了运动器材的演进，间接刺激消费者对于运动器材的功能化及个人化需求，消费者希望在使用运动器材时能够满足其个人的特定需求。然而，现今运动器材使用完全被动式的阻力系统无法在用户拉动运动器材的拖曳组件时提供一固定的输出阻力，也无法针对使用者的需求在运动行程中提供可设定改变的输出阻力补偿，因此无法达成上述目的。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种具主动增强的半被动阻力控制系统，以解决现有技术中完全被动式的阻力系统不具有主动调整的功能，能够在使用时提供固定的输出阻力或在拉动的运动行程中调整输出阻力。
[0004]为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现:一种具主动增强的半被动阻力控制系统，适用于具有拖曳组件的运动器材，包含阻力调整模块、储能装置及控制模块。阻力调整模块连接至拖曳组件，用以主动补偿或调整输出阻力；储能装置连接至阻力调整模块，当用户通过拖曳组件及阻力调整模块拉动储能装置的一活动组件时，提供输出阻力于拖曳组件；控制模块与该储能装置及该阻力调整模块电性连接，该控制模块用于设定该储能装置的该输出阻力及该阻力调整模块的该调整阻力，以使该使用者在拉动该拖曳组件时感受一预期阻力。
[0005]储能装置包含活塞式阻力模块及气压供应模块；活塞式阻力模块连接至阻力调整模块，当用户通过拖曳组件拉动活塞式阻力模块的活塞时，提供输出阻力于拖曳组件；气压供应模块连通至活塞式阻力模块，通过调整输送至活塞式阻力模块的气体，以使活塞式阻力模块在活塞未被拉动前达到一预设气压，且在活塞被拉动时，通过气压供应模块与活塞式阻力模块气体互通，以使活塞式阻力模块的输出阻力以第一默认模式进行改变。
[0006]气压供应模块包含气压传感器及储气桶，气压传感器及储气桶是通过气压管路而连通至活塞式阻力模块。气压传感器侦测气压管路的压力值，并将压力值转换成为电性信号后传送至控制模块。气压管路通过气压源控制阀连通至外在气压源，例如氮气桶或压缩空气，气压源控制阀依据控制模块的第一控制指令而开启或关闭。气压管路还通过排气控制阀连通至外在环境，排气控制阀依据控制模块的第二控制指令而开启或关闭。储气桶的内容量为该活塞式阻力模块的内容量的若干倍，例如为9倍。
[0007]阻力调整模块包含电动马达、位置传感器及耦合器，耦合器与电动马达、活塞式阻力模块及拖曳组件机械式连接。位置传感器侦测电动马达转动的行程长度，并将行程长度转换成为电性信号后传送至控制模块。控制模块是依据气压传感器的电性信号及位置传感器的电性信号送出第三控制指令控制电动马达的功率以提供调整阻力予该耦合器，整合输出阻力及调整阻力后输出预期阻力至拖曳组件。
[0008]其中，耦合器由同轴的第一转轮、第二转轮及第三转轮所构成，其中第一转轮与活塞式阻力模块机械式连接，将活塞式阻力模块提供的输出阻力转换为旋转的第一力矩；第三转轮与电动马达机械式连接，将电动马达提供的调整阻力转换为旋转的第二力矩；第二转轮与拖曳组件机械式连接，将第一力矩及第二力矩通过同轴作用转换为对拖曳组件的预期阻力。第一转轮、第三转轮及第二转轮的半径比例是依据活塞式阻力模块的输出阻力、电动马达的调整阻力及预期阻力的大小及比例而定。
[0009]控制模块通过默认气压及气压传感器的电性信号决定气压源控制阀及排气控制阀的开关以调节气体出入，使气压供应模块达到默认气压，以产生默认阻力至拖曳组件，控制模块也可随时动态调整气压供应模块的默认气压以调整预设阻力；控制模块通过活塞运动时气压传感器所侦测的压力改变值，以求出输出阻力与预设固定阻力的差值，控制模块再通过位置传感器侦测电动马达转动的行程长度，并配合第二默认模式产生的主动调整值，控制模块再依据差值及主动调整值计算出电动马达的调整阻力。
[0010]本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明的气压供应模块具有调整气压功能的储气桶，在活塞被拉动时，可以通过气压供应模块与活塞式阻力模块气体互通，以使活塞式阻力模块的输出阻力以较为稳定的默认模式进行；
(2)本发明具有侦测气压的气压传感器，可随时监测由于活塞被拉动所造成的气压改变，并且将输出的电性信号传送至控制模块，使得控制模块可据以控制阻力调整模块以主动补偿气压改变所造成的输出阻力改变，使输出阻力维持固定；
(3)本发明具有位置传感器，可随时监测拖曳组件被拉动时电动马达的转动行程，并且将输出的电性信号传送至控制模块，控制模块再依据一默认的第二默认模式对输出阻力进行主动式的调整，以供使用者感受预设的阻力。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明具主动增强的半被动阻力控制系统的结构框图。
[0012]图2为本发明具主动增强的半被动阻力控制系统实施例的机械架构图；
图3为本发明具主动增强的半被动阻力控制系统的耦合器的结构图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0014]本发明一种具主动增强的半被动阻力控制系统，适用于具有一拖曳组件的运动器材。此具主动增强的半被动应力控制系统包含阻力调整模块、储能装置及控制模块。储能装置能够在用户拉动拖曳组件时提供一输出阻力至拖曳组件，并且降低因为拉动行程增加而造成的输出阻力改变。控制模块则可以依据通过用户拉动拖曳组件时系统内部的传感器传回的感测数据，除了可以被动式的补偿输出阻力，使其维持固定，更可以依据默认的的控制模式，例如使预期阻力随拉动行程增长而线性增加，对输出阻力进行主动式的补偿，使得使用者可以感受到预期阻力，以训练例如上半身或是腿部的肌肉。本发明的储能装置具有活动组件，包括但不限于可伸缩弹簧或是包含活塞式阻力模块及气压供应模块。
[0015]如图1所示，本发明具主动增强的半被动阻力控制系统100包含阻力调整模块200、储能装置及控制模块500。在本实施例中，储能装置包含活塞式阻力模块300及气压供应模块400，且此储能装置的活动组件例如为活塞301。
[0016]具体地说，阻力调整模块200连接至拖曳组件600，用以主动补偿或调整输出阻力；活塞式阻力模块300通过传动组件302与阻力调整模块200机械式连接，当用户通过拖曳组件600拉动该活塞式阻力模块300的活塞301时，提供输出阻力于拖曳组件600 ;气压供应模块400通过气压管路405连通至活塞式阻力模块300以调整输送至活塞式阻力模块300的气体，使活塞式阻力模块300在活塞301未被拉动前达到一预设气压，且在活塞301被拉动时，通过气压供应模块400与活塞式阻力模块300的气体互通，以使活塞式阻力模块300的输出阻力以第一默认模式进行改变；控制模块500与气压供应模块400及阻力调整模块200电性连接，控制模块500是通过第一控制指令103及第二控制指令105设定气压供应模块400的默认气压及通过第三控制指令104控制阻力调整模块200以调整活塞式阻力模块300的输出阻力及阻力调整模块200的调整阻力，以使使用者在拉动该拖曳组件600时感受预期阻力。
[0017]优选的，如图2所示，气压供应模块400包含气压传感器403及储气桶404，其中气压传感器403及储气桶404是通过气压管路405而连通至活塞式阻力模块300。气压传感器403是用以监测气压管路405的压力值，并将监测得到的压力值转换成为电性信号101后传送至控制模块500。气压管路405通过气压源控制阀401连通至外在气压源700，例如氮气桶或压缩空气，气压源控制阀401依据控制模块500的第一控制指令103而开启或关闭。气压管路405更通过排气控制阀402连通至外在环境800，排气控制阀402依据控制模块500的第二控制指令105而开启或关闭。
[0018]当使用者使用此具主动增强的半被动阻力控制系统时，用户可以透过控制模块500设定默认气压，控制模块500可根据此默认电压及气压传感器403传回的电性信号101，以决定开启或关闭气压源控制阀401及排气控制阀402，使气压供应模块400及活塞式阻力模块300达到默认压力。
[0019]当用户拉动拖曳组件600时，拖曳组件600会透过阻力调整模块200及传动组件302拉动活塞式阻力模块300的活塞301，进而改变活塞式阻力模块300内的气体内容量及压力，此气体压力的改变可通过气压供应模块400与活塞式阻力模块300的气体互通，以使活塞式阻力模块300的输出阻力以较为稳定平缓的第一默认模式方式改变，避免用户感受过大的阻力变化。为达此目的，储气桶404的内容量必须是活塞式阻力模块300的内容的若干倍，例如为9倍。
[0020]更佳的，如图2所示，阻力调整模块200包含电动马达201、位置传感器202及耦合器203。耦合器203是由传动组件204以机械式连接电动马达201、活塞式阻力模块300及拖曳组件600。位置传感器202是用以侦测拖曳组件600移动的行程长度，并将行程长度转换成为电性信号102后传送至控制模块500。控制模块500是依据气压传感器403的电性信号101及位置传感器202的电性信号102输出第三控制指令调整电动马达201的功率输出以提供适当调整阻力予该耦合器203，整合输出阻力及调整阻力后成为预期阻力输出至拖曳组件600。[0021]如图3所示，耦合器203由同轴的第一转轮2031、第二转轮2032及第三转轮2033所构成，其中第一转轮2031是由传动组件302与活塞式阻力模块300机械式连接，将活塞式阻力模块300提供的输出阻力转换为旋转的第一力矩；第三转轮2033是由传动组件204与电动马达201机械式连接，将电动马达201提供的调整阻力转换为旋转的第二力矩；第二转轮2032与拖曳组件600机械式连接，将第一力矩及第二力矩通过同轴作用转换为对拖曳组件600的预期阻力。第一转轮2031、第三转轮2033及第二转轮2032的半径比例是依据活塞式阻力模块的输出阻力、电动马达的调整阻力及预期阻力点的大小及比例而定。
[0022]更具体地说，控制模块500是由默认气压及气压传感器403的电性信号101决定气压源控制阀401及排气控制阀402的开关以调节气体出入，使气压供应模块400达到默认气压，以产生默认阻力至拖曳组件600，控制模块也可随时动态调整气压供应模块400的默认气压以调整预设阻力；控制模块500通过用户拉动拖曳组件600造成活塞运动时气压传感器403所监测的压力改变值，以求出输出阻力与预设固定阻力的差值，控制模块500再通过位置传感器202侦测电动马达401转动的行程长度，并配合使用者预先选定的第二默认模式产生主动调整值，控制模块500再依据差值计算出补偿，以抵消输出阻力与预设阻力的差值，再加上第二默认模式所指定的主动调整值计算出电动马达401的调整阻力，控制模块500并以第三控制指令104控制电动马达401以产生所需的调整阻力。
[0023]优选的，当气体压力设定为约21磅/平方英寸时，由气压供应模块400与活塞式阻力模块300所产生的阻力为30公斤重，在此条件下阻力调整模块200可以产生大约土 30公斤重的调整阻力。另外，若是设定气压供应模块400与活塞式阻力模块300所产生的阻力为115公斤重，在此条件下阻力调整模块200可以产生大约±35公斤重的调整阻力。通过上述输出阻力组合，用户可以依照个人体能状况及运动需求调整所需的输出阻力。
[0024]总结，本发明具主动增强的半被动阻力控制系统100，在用户拉动拖曳组件时通过气压供应模块400与活塞式阻力模块300的组合提供一输出阻力至拖曳组件600，并且降低因为拉动行程增加而造成的输出阻力改变。控制模块500则可以依据通过用户拉动拖曳组件600时气压传感器403及位置传感器202传回的感测数据，除了可以被动式的补偿输出阻力，使其维持固定，更可以依据默认的控制模式，对输出阻力进行主动式的补偿，使得使用者可以感受到预期阻力，以训练例如上半身或是腿部的肌肉。
[0025]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种具主动增强的半被动阻力控制系统，适用于具有一拖曳组件(600)的运动器材，其特征在于，所述的具主动增强的半被动阻力控制系统(100)包含: 一阻力调整模块(200 )，连接至该拖曳组件(600 )，为该拖曳组件(600 )提供一调整阻力； 一储能装置，连接至该阻力调整模块(200)，当用户通过该拖曳组件(600)及该阻力调整模块(200)拉动该储能装置的一活动组件时，提供一输出阻力于该拖曳组件(600);以及， 一控制模块(500)，与该储能装置及该阻力调整模块(200)电性连接，该控制模块(500)是用以设定该储能装置的输出阻力及该阻力调整模块(200)的调整阻力，以使该使用者在拉动该拖曳组件(600)时感受一预期阻力。
2.如权利要求1所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的储能装置包含一活塞式阻力模块(300)及一气压供应模块(400)，且该活动组件是该活塞式阻力模块(300 )的一活塞(301);该活塞式阻力模块(300 )连接至该阻力调整模块(200 )，当用户通过该拖曳组件(600)拉动该活塞式阻力模块(300)的活塞(301)时，提供该输出阻力于该拖曳组件(600);该气压供应模块(400)连通至该活塞式阻力模块(300)，通过调整输送至该活塞式阻力模块 (300 )的气体，以使该活塞式阻力模块(300 )在该活塞(301)未被拉动前达到一预设气压，且在该活塞(301)被拉动时，通过该气压供应模块(400)与该活塞式阻力模块(300)的气体互通，以使该活塞式阻力模块(300)的输出阻力以一第一默认模式进行改变。
3.如权利要求2所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的气压供应模块(400 )包含一气压传感器(403 )及一储气桶(404 )，该气压传感器(403 )及该储气桶(403 )是通过一气压管路(405 )而连通至该活塞式阻力模块(300 )。
4.如权利要求3所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的气压传感器(403)用于测量该气压管路(405)的压力值，并将该压力值转换成为一电性信号后传送至该控制模块(500)。
5.如权利要求4所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的气压管路(405 )通过一气压源控制阀(401)连通至一外在气压源(700 )，该气压源控制阀(401)是依据该控制模块(500)的一第一控制指令(103)而开启或关闭。
6.如权利要求5所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的气压管路(405)还通过一排气控制阀(402)连通至一外在环境(800)依据该控制模块(500)的一第二控制指令(104)而开启或关闭。
7.如权利要求6所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的储气桶(404)的内容量为该活塞式阻力模块(300)的内容量的若干倍。
8.如权利要求7所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的阻力调整模块(200)包含一电动马达(201)及一耦合器(203)，该耦合器(203)将该储能系统的输出阻力及该电动马达(201)输出的调整阻力整合成为预期阻力。
9.如权利要求8所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的阻力调整模块(200)包含一位置传感器(202)、一电动马达(201)及一耦合器(203)，该耦合器(203 )与电动马达(201 )、活塞式阻力模块(300 )及拖曳组件(600 )机械式连接，位置传感器(202)用于侦测电动马达(201)转动的一行程长度，并将该行程长度转换成为一电性信号后传送至控制模块(500 )，该控制模块(500 )依据该气压传感器(403 )的电性信号及该位置传感器(202)的电性信号控制该电动马达(201)的功率以提供该调整阻力于该耦合器(203)，整合该输出阻力及该调整阻力后输出该预期阻力至该拖曳组件(600)。
10.如权利要求9所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的耦合器(203)由同轴的一第一转轮(2031)、一第二转轮(2032)及一第三转轮(2033)所构成，所述的该第一转轮(2031)与活塞式阻力模块(300)机械式连接，将该活塞式阻力模块(300)提供的该输出阻力转换为旋转的一第一力矩；该第三转轮(2033)与电动马达(201)机械式连接，将该电动马达(201)提供的该调整阻力转换为旋转的一第二力矩；该第二转轮(2032)与拖曳组件(600)机械式连接，将该第一力矩及该第二力矩通过轴作用转换为对该拖曳组件(600)的该预期阻力。
11.如权利要求10所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的第一转轮(2031)、该第三转轮(2032)及该第二转轮(2033)的半径比例是依据该活塞式阻力模块(300)的输出阻力、该电动马达(201)的调整阻力及该预期阻力的大小及比例而定。
12.如权利要求11所述的具主动增强的半被动阻力控制系统，其特征在于，所述的控制模块(500)通过该默认气压及该气压传感器(403)的该电性信号决定该气压源控制阀(401)及该排气控制阀(402)的开关以调节气体出入，以设定该气压供应模块(400)的该默认气压及产生一默认阻力至该拖曳组件(600)，该控制模块(500)也可随时动态调整该气压供应模块(400)的该默认气压以调整该预设阻力；该控制模块(500)通过该活塞(301)运动时该气压传感器(403)所侦测的一压力改变值，以求出该输出阻力与该预设阻力的一差值，该控制模块(500)再通过该位置传感器(202)侦测该电动马达(201)转动的该行程长度，并配合一第二默认模式产生一主动调整值，该控制模块(500)再依据该差值及该主动调整值计算出该电动马达(201)的调整阻力。
【文档编号】A63B24/00GK103830884SQ201310408705
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年11月26日
【发明者】张照国, 罗瓦帝 申请人:鸿略企业股份有限公司