基于恒转矩控制的电机配重式上肢健身器械的制作方法

本实用新型属于室内健身器械技术领域，具体涉及一种基于恒转矩控制的电机配重式上肢健身器械。

背景技术：

随着生活节奏的加快，越来越多人处于亚健康状态，尤其是对于长期从事办公室工作的人员，由于长工作时间，其下肢缺乏锻炼，并伴随着难以恢复的疲劳感。人们需要健身器来健身强体，实际上，而户外运动对于大多数朝九晚五的办公室人群来说较难长期持续进行，人们更多的地是在健身房使用健身器材健身。传统的大型类力量型健身器械，比如上肢拉力健身器上会安装一些配重块，通过钢丝牵引配重块实现对肩胛肌群或肱二头肌等肌肉的训练，通过增加或减少配重块的多少来调控阻尼大小，但这种结构的健身器械存在以下缺陷：体积大、重量较重、可调范围有限、安全性较差（当运动至中间突然松开时会猛然复位容易伤及锻炼者），使用者不易因人的体能不同而随个人条件而适当调整阻尼。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于操作、安全可靠、将肩胛肌群或肱二头肌等肌肉的训练设计于一体并方便切换的基于恒转矩控制的电机配重式上肢健身器械。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：基于恒转矩控制的电机配重式上肢健身器械，包括框支架和设置在框支架顶部的座椅，框支架顶部设置有位于座椅的靠背后侧的立架，立架顶部水平设置有位于座椅正上方的悬臂梁，立架前侧上部与悬臂梁下侧之间设置有斜撑杆，立架顶部高于靠背的顶部，框支架内设置有直流无刷电机、减速器和动力传动切换机构，直流无刷电机通过减速器与动力传动切换机构传动连接，框支架前侧上部设置有肱二头肌训练拉力健身器，立架后侧、顶部及悬臂梁上设置有肩胛肌群训练拉力健身器，肱二头肌训练拉力健身器和肩胛肌群训练拉力健身器分别与动力传动切换机构传动连接。

动力传动切换机构包括垂直固定设置在框支架内的左支板和右支板，左支板和右支板的前侧转动设置有传动轴，传动轴上键连接有第一齿轮和第一带轮，传动轴上转动连接有两个转套，每个转套外周沿径向方向设置有辐条板，辐条板的外端连接有与转套同中心线的拨圈，拨圈内左支板和右支板，两个拨圈前侧之间通过连杆连接，第一齿轮位于两个转套之间，左支板和右支板在拨圈的后侧上部左右对应开设有第一长孔，左支板和右支板在拨圈的下部左右对应开设有第二长孔，第一长孔和第二长孔的长度方向均平行于拨圈的径向方向，两个第一长孔内穿设有第一横杆，两个第二长孔内穿设有第二横杆，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第一横杆的左端和右端之间设置有第一拉簧，第一拉簧位于横杆的后上方，左支板的右侧面和右支板的左侧面分别与第二横杆的左端和右端之间设置有第二拉簧，第二拉簧位于第二横杆的下方；两个拨圈的内圆周上均设置有左右对应的定位块，定位块的内侧设置有可与第一横杆或第二横杆定位配合的定位槽，定位块内圈的上下两侧到定位槽之间的部分均呈导向斜面过渡；

第一横杆上键连接有第二齿轮、第二横杆上键连接有第三齿轮，当定位槽与第一横杆或第二横杆定位配合时，第二齿轮或第三齿轮与第一齿轮啮合；减速器的动力输出轴上安装有第二带轮，第二带轮与第一带轮之间通过皮带传动连接；

第二齿轮的一侧同轴向固定连接有第一绕线轮，第三齿轮的一侧同轴向固定连接有第二绕线轮；右侧的拨圈的右侧固定连接有手柄。

肩胛肌群训练拉力健身器包括安装筒、左拉手、右拉手、左牵拉钢丝、右牵拉钢丝和主牵拉钢丝，安装筒固定设置在框支架前侧顶部，左拉手左牵拉钢丝前端连接，右拉手与右牵拉钢丝前端连接，左牵拉钢丝的后端、右牵拉钢丝的后端和主牵拉钢丝的前端通过一个连接环连接为一体，主牵拉钢丝的后端固定并缠绕在第二绕线轮上，安装筒设置有两个，两个安装筒左右对称设置，安装筒的中心线呈前后高后低倾斜设置，每个安装筒内均设置有垂直限位导轮组和水平限位导轮组，垂直限位导轮组位于安装筒前侧敞口处并位于水平限位导轮组的前上方，垂直限位导轮组和水平限位导轮组均由位于同一平面的两个导轮组成，两个导轮的轮缘相互接触，两个导轮接触处的轮槽两端通透、周围封闭的通道，左牵拉钢丝穿过左侧的垂直限位导轮组的通道和水平限位导轮组的通道，右牵拉钢丝穿过右侧的垂直限位导轮组的通道和水平限位导轮组的通道。

肱二头肌训练拉力健身器包括垂直牵拉钢丝、牵拉杆、第一导轮、第二导轮和第三导轮，第一导轮转动设置在立架下端部、第二导轮转动设置在立架上端部、第三导轮设置在悬臂梁的前端部，垂直牵拉钢丝的下端固定并缠绕在第一绕线轮上，垂直牵拉钢丝向上依次绕过第一导轮、第二导轮和第三导轮，牵拉杆水平设置，垂直牵拉钢丝的上端由第三导轮前上侧轮槽向下连接在牵拉杆的中部，第三导轮上设置有放置垂直牵拉钢丝绳脱槽的限位卡。

框支架的前部左侧或右侧设置有支杆架，支杆架上设置有触摸屏一体机，触摸屏一体机通过控制线路与直流无刷电机连接。

悬臂梁底部设置有LED照明灯。

安装筒的前侧设置有前侧凸出且曲面过渡的封盖，封盖上开设有用于穿设左牵拉钢丝或右牵拉钢丝的透孔。

采用上述技术方案，本实用新型的工作原理是：采用直流无刷电机来模拟重物，通过触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩来调节训练的力量大小，设定以后直流无刷电机工作在恒定转矩状态。拉力产生的力矩大于设定转矩时，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟配重块的作用，直流无刷电机在拉力作用下正转；拉力小于设定转矩时，直流无刷电机反转返回起始位置。

本实用新型是一个多功能肌肉训练装置，将肩胛肌群训练和肱二头肌训练结合为一体设计，便于切换。

本实用新型的具体操作方法为：当作为肩胛肌群训练拉力健身器使用时，健身者站在框支架前方的地面上，操作手柄驱动两个拨圈以传动轴为中心转动，两个拨圈内侧的定位块靠近第二横杆，随着拨圈的转动，两个定位块内圈的导向斜面与第二横杆顶压接触并驱动第二横杆克服第二拉簧的拉力，第二横杆沿第二长孔移动，直到第二横杆卡接到两个定位块上的定位槽内后停止转动手柄，此时第三齿轮与第一齿轮啮合，然后通过操控触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩。然后健身者的双手分别握紧左拉手和右拉手，向前拉动左牵拉钢丝和右牵拉钢丝，在垂直限位导轮组和水平限位导轮组的导向下，左牵拉钢丝和右牵拉钢丝同时拉动主牵拉钢丝，主牵拉钢丝的拉力大于设定直流无刷电机的转矩，主牵拉钢丝拉动第二绕线轮转动，第二绕线轮带动同轴的第三齿轮转动，第三齿轮驱动啮合的第一齿轮转动，第一齿轮通过传动轴带动第一带轮转动，第一带轮通过皮带驱动第二带轮转动，第二带轮安装在减速器的动力输出轴上，通过减速器驱动直流无刷电机转动，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当主牵拉钢丝的拉力小于设定直流无刷电机的转矩时，直流无刷电机通过减速器驱动第二绕线轮向后拉动主牵拉钢丝、左牵拉钢丝和右牵拉钢丝向后移动复位。主牵拉钢丝、左牵拉钢丝和右牵拉钢丝如此前后运动，达到训练大腿股四头肌的作用。

由于健身者在牵拉左牵拉钢丝和右牵拉钢丝时，牵引力的方向可能会向上、向下、向左或向右偏移，设置垂直限位导轮组和水平限位导轮组起到限定左牵拉钢丝和右牵拉钢丝项不同方向偏移的作用。

当作为肱二头肌训练拉力健身器使用时，健身者坐在座椅上，手握手柄驱动两个拨圈以传动轴为中心转动，两个拨圈内侧的定位块靠近第一横杆，随着拨圈的转动，两个定位块内圈的导向斜面与第一横杆顶压接触并驱动第一横杆克服第一拉簧的拉力，第一横杆沿第一长孔移动，直到第一横杆卡接到两个定位块上的定位槽内后停止转动手柄。此时第二齿轮与第一齿轮啮合，然后通过操控触摸屏一体机设定直流无刷电机的转矩。然后健身者抬起两只手臂，双手抓住牵拉杆的两端部，向下拉动牵拉杆，牵拉杆通过垂直牵拉钢丝拉动第一绕线轮转动，第一绕线轮带动同轴的第二齿轮转动，第二齿轮驱动啮合的第一齿轮转动，第一齿轮通过传动轴带动第一带轮转动，第一带轮通过皮带驱动第二带轮转动，第二带轮安装在减速器的动力输出轴上，通过减速器驱动直流无刷电机转动，直流无刷电机在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当垂直牵拉钢丝的拉力小于设定直流无刷电机的转矩时，直流无刷电机通过减速器驱动第一绕线轮反转拉动牵拉钢丝使牵拉杆上升。两只手臂如此上下运动，达到训练肱二头肌的作用。

本实用新型中设置两个拨圈，同时转动驱动第一横杆或第二横杆的左右两端，同时克服第一拉簧或第二拉簧的拉力，达到稳定平衡的作用。当第一横杆与定位槽定位配合时，第二齿轮与第一齿轮啮合，当第二横杆与定位槽定位配合时，第三齿轮与第一齿轮啮合。从而实现了下肢健身器或扩胸健身器之间的切换。

LED照明灯用于对健身器材下方进行照明。封盖起到安全防护的作用，避免安装筒前端的棱角伤及健身者。

综上所述，本实用新型设计合理，构造简单，结构紧凑，将上肢的两种不同拉力健身设计到一个健身器械上，切换方便，一机两用，便于调节阻尼，安全性也大大提高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2中拨圈的结构示意图；

图5是肩胛肌群训练拉力健身器的俯视图。

具体实施方式

如图1-图5所示，本实用新型的基于恒转矩控制的电机配重式上肢健身器械，包括框支架1和设置在框支架1顶部的座椅2，框支架1顶部设置有位于座椅2的靠背后侧的立架46，立架46顶部水平设置有位于座椅2正上方的悬臂梁47，立架46前侧上部与悬臂梁47下侧之间设置有斜撑杆48，立架46顶部高于靠背49的顶部，框支架1内设置有直流无刷电机3、减速器4和动力传动切换机构，直流无刷电机3通过减速器4与动力传动切换机构传动连接，框支架1前侧上部设置有肱二头肌训练拉力健身器，立架46后侧、顶部及悬臂梁47上设置有肩胛肌群训练拉力健身器，肱二头肌训练拉力健身器和肩胛肌群训练拉力健身器分别与动力传动切换机构传动连接。

动力传动切换机构包括垂直固定设置在框支架1内的左支板7和右支板8，左支板7和右支板8的前侧转动设置有传动轴9，传动轴9上键连接有第一齿轮10和第一带轮11，传动轴9上转动连接有两个转套12，每个转套12外周沿径向方向设置有辐条板13，辐条板13的外端连接有与转套12同中心线的拨圈14，拨圈14内左支板7和右支板8，两个拨圈14前侧之间通过连杆15连接，第一齿轮10位于两个转套12之间，左支板7和右支板8在拨圈14的后侧上部左右对应开设有第一长孔16，左支板7和右支板8在拨圈14的下部左右对应开设有第二长孔17，第一长孔16和第二长孔17的长度方向均平行于拨圈14的径向方向，两个第一长孔16内穿设有第一横杆18，两个第二长孔17内穿设有第二横杆19，左支板7的右侧面和右支板8的左侧面分别与第一横杆18的左端和右端之间设置有第一拉簧20，第一拉簧20位于横杆的后上方，左支板7的右侧面和右支板8的左侧面分别与第二横杆19的左端和右端之间设置有第二拉簧21，第二拉簧21位于第二横杆19的下方；两个拨圈14的内圆周上均设置有左右对应的定位块22，定位块22的内侧设置有可与第一横杆18或第二横杆19定位配合的定位槽23，定位块22内圈的上下两侧到定位槽23之间的部分均呈导向斜面过渡；

第一横杆18上键连接有第二齿轮24、第二横杆19上键连接有第三齿轮25，当定位槽23与第一横杆18或第二横杆19定位配合时，第二齿轮24或第三齿轮25与第一齿轮10啮合；减速器4的动力输出轴上安装有第二带轮26，第二带轮26与第一带轮11之间通过皮带27传动连接；

第二齿轮24的一侧同轴向固定连接有第一绕线轮28，第三齿轮25的一侧同轴向固定连接有第二绕线轮；右侧的拨圈14的右侧固定连接有手柄30。

肩胛肌群训练拉力健身器包括安装筒29、左拉手31、右拉手32、左牵拉钢丝33、右牵拉钢丝34和主牵拉钢丝35，安装筒29固定设置在框支架1前侧顶部，左拉手31左牵拉钢丝33前端连接，右拉手32与右牵拉钢丝34前端连接，左牵拉钢丝33的后端、右牵拉钢丝34的后端和主牵拉钢丝35的前端通过一个连接环36连接为一体，主牵拉钢丝35的后端固定并缠绕在第二绕线轮上，安装筒29设置有两个，两个安装筒29左右对称设置，安装筒29的中心线呈前后高后低倾斜设置，每个安装筒29内均设置有垂直限位导轮组37和水平限位导轮组38，垂直限位导轮组37位于安装筒29前侧敞口处并位于水平限位导轮组38的前上方，垂直限位导轮组37和水平限位导轮组38均由位于同一平面的两个导轮组成，两个导轮的轮缘相互接触，两个导轮接触处的轮槽两端通透、周围封闭的通道，左牵拉钢丝33穿过左侧的垂直限位导轮组37的通道和水平限位导轮组38的通道，右牵拉钢丝34穿过右侧的垂直限位导轮组37的通道和水平限位导轮组38的通道。

肱二头肌训练拉力健身器包括垂直牵拉钢丝39、牵拉杆42、第一导轮43、第二导轮44和第三导轮45，第一导轮43转动设置在立架46下端部、第二导轮44转动设置在立架46上端部、第三导轮45设置在悬臂梁47的前端部，垂直牵拉钢丝39的下端固定并缠绕在第一绕线轮28上，垂直牵拉钢丝39向上依次绕过第一导轮43、第二导轮44和第三导轮45，牵拉杆42水平设置，垂直牵拉钢丝39的上端由第三导轮45前上侧轮槽向下连接在牵拉杆42的中部，第三导轮45上设置有放置垂直牵拉钢丝39绳脱槽的限位卡50。

框支架1的前部左侧或右侧设置有支杆架40，支杆架40上设置有触摸屏一体机41，触摸屏一体机41通过控制线路与直流无刷电机3连接。

悬臂梁47底部设置有LED照明灯51。

安装筒29的前侧设置有前侧凸出且曲面过渡的封盖52，封盖52上开设有用于穿设左牵拉钢丝33或右牵拉钢丝34的透孔。

本实用新型的工作原理是：采用直流无刷电机3来模拟重物，通过触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩来调节训练的力量大小，设定以后直流无刷电机3工作在恒定转矩状态。拉力产生的力矩大于设定转矩时，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟配重块的作用，直流无刷电机3在拉力作用下正转；拉力小于设定转矩时，直流无刷电机3反转返回起始位置。

本实用新型是一个多功能肌肉训练装置，将肩胛肌群训练和肱二头肌训练结合为一体设计，便于切换。

本实用新型的具体操作方法为：当作为肩胛肌群训练拉力健身器使用时，健身者站在框支架1前方的地面上，操作手柄30驱动两个拨圈14以传动轴9为中心转动，两个拨圈14内侧的定位块22靠近第二横杆19，随着拨圈14的转动，两个定位块22内圈的导向斜面与第二横杆19顶压接触并驱动第二横杆19克服第二拉簧21的拉力，第二横杆19沿第二长孔17移动，直到第二横杆19卡接到两个定位块22上的定位槽23内后停止转动手柄30，此时第三齿轮25与第一齿轮10啮合，然后通过操控触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩。然后健身者的双手分别握紧左拉手31和右拉手32，向前拉动左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34，在垂直限位导轮组37和水平限位导轮组38的导向下，左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34同时拉动主牵拉钢丝35，主牵拉钢丝35的拉力大于设定直流无刷电机3的转矩，主牵拉钢丝35拉动第二绕线轮转动，第二绕线轮带动同轴的第三齿轮25转动，第三齿轮25驱动啮合的第一齿轮10转动，第一齿轮10通过传动轴9带动第一带轮11转动，第一带轮11通过皮带27驱动第二带轮26转动，第二带轮26安装在减速器4的动力输出轴上，通过减速器4驱动直流无刷电机3转动，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当主牵拉钢丝35的拉力小于设定直流无刷电机3的转矩时，直流无刷电机3通过减速器4驱动第二绕线轮向后拉动主牵拉钢丝35、左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34向后移动复位。主牵拉钢丝35、左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34如此前后运动，达到训练大腿股四头肌的作用。

由于健身者在牵拉左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34时，牵引力的方向可能会向上、向下、向左或向右偏移，设置垂直限位导轮组37和水平限位导轮组38起到限定左牵拉钢丝33和右牵拉钢丝34项不同方向偏移的作用。

当作为肱二头肌训练拉力健身器使用时，健身者坐在座椅2上，手握手柄30驱动两个拨圈14以传动轴9为中心转动，两个拨圈14内侧的定位块22靠近第一横杆18，随着拨圈14的转动，两个定位块22内圈的导向斜面与第一横杆18顶压接触并驱动第一横杆18克服第一拉簧20的拉力，第一横杆18沿第一长孔16移动，直到第一横杆18卡接到两个定位块22上的定位槽23内后停止转动手柄30。此时第二齿轮24与第一齿轮10啮合，然后通过操控触摸屏一体机41设定直流无刷电机3的转矩。然后健身者抬起两只手臂，双手抓住牵拉杆42的两端部，向下拉动牵拉杆42，牵拉杆42通过垂直牵拉钢丝39拉动第一绕线轮28转动，第一绕线轮28带动同轴的第二齿轮24转动，第二齿轮24驱动啮合的第一齿轮10转动，第一齿轮10通过传动轴9带动第一带轮11转动，第一带轮11通过皮带27驱动第二带轮26转动，第二带轮26安装在减速器4的动力输出轴上，通过减速器4驱动直流无刷电机3转动，直流无刷电机3在受到拖拽时起到模拟重物的作用。当垂直牵拉钢丝39的拉力小于设定直流无刷电机3的转矩时，直流无刷电机3通过减速器4驱动第一绕线轮28反转拉动牵拉钢丝使牵拉杆42上升。两只手臂如此上下运动，达到训练肱二头肌的作用。

本实用新型中设置两个拨圈14，同时转动驱动第一横杆18或第二横杆19的左右两端，同时克服第一拉簧20或第二拉簧21的拉力，达到稳定平衡的作用。当第一横杆18与定位槽23定位配合时，第二齿轮24与第一齿轮10啮合，当第二横杆19与定位槽23定位配合时，第三齿轮25与第一齿轮10啮合。从而实现了下肢健身器或扩胸健身器之间的切换。

LED照明灯51用于对健身器材下方进行照明。封盖52起到安全防护的作用，避免安装筒29前端的棱角伤及健身者。

本实施例并非对本实用新型的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。