技术领域
[0001] 本
发明涉及
电子技术领域，尤其涉及一种健身康复器材中的
伺服电机扭矩控制系统及控制方法。
背景技术
[0002] 目前，国内
力量型训练器材普遍存在负载单一、启动惯性大、过程力不恒定、自动化程度低等问题，如何将现代先进的伺服电机控制技术融入到运动康复训练运动器材中,改变目前健身康复器材普遍使用金属
配重盘或物理设备调整
摩擦力的方法调整锻炼强度的现状。
[0003] 在健身康复
治疗中，合适的锻炼力度及其方法显得格外重要，当前的康复治疗中，康复患者借助徒手或者简单的器械进行锻炼，同时需要康复医师在一边进行指导协助，来进行被动训练，是康复患者进行正确的锻炼。这种方式的训练方法和锻炼力度很难掌握，且会收到康复医师个人
水平的影响，而且成本较高，不能够随时随地进行，缺乏训练评价系统和康复锻炼效果的客观数据，难以保证最终的康复治疗效果。所以提供一种现代化、智能化的康复
治疗方案在当今社会显得尤为重要。
发明内容
[0004] 本发明首先提供一种健身康复器材中的伺服电机扭矩控制系统，该系统通过伺服电机产生不同的扭矩来模拟健身康复器材具备不同的负载，使其给使用者提供不同姿势下的阻力，解决现有传统健身器材配重式、气阻式或者电磁控
飞轮式阻力系统存在的因自身
质量引起的阻力随运动
加速度造成阻力不恒定问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
[0006] 一种健身康复器材中的伺服电机扭矩控制系统，包括健身康复器材和伺服电机，其关键在于：还设置有智能控制面板、身份识别模
块、总
控制器、
云服务器以及
传感器，所述智能控制面板一方面与所述云服务器双向通信，另一方面还连接所述总控制器；在所述智能控制面板中内嵌有所述身份识别模块；所述总控制器与所述伺服电机连接，用于实现所述伺服电机的扭矩调节；所述伺服电机连接所述健身康复器材并作为所述健身康复器材的阻力装置；在所述健身康复器材上还连接传感器，所述总控制器根据预设的目标阻力参数和通过传感器实时检测的用户当前运动信息控制所述伺服电机的扭矩。
[0007] 可选地，所述智能控制面板用于实现用户信息的录入和展示。
[0008] 可选地，所述用户信息包括但不限于：脸部特征、性别、年龄、身高、体重、心率、血压、体脂率。
[0009] 此外，本发明还提出了上述控制系统的控制方法，主要包括以下步骤：
[0010] S1：接收用户输入的阻力参数；
[0011] S2：根据步骤S1所设阻力参数确定目标阻力曲线；
[0012] S3：总控制器根据步骤S2所确定的目标阻力曲线控制伺服电机输出相应的扭矩，用于实现健身康复器材中不同负载的模拟。
[0013] 可选地，步骤S1中包括通过智能控制面板录入用户信息的步骤。
[0014] 可选地，所述阻力参数通过锻炼模式获取，当用户通过智能控制面板选择进入锻炼模式后，智能控制面板提示用户完成
指定的运动动作，总控制器通过传感器获取各个运动动作所对应的运动参数，结合所述云服务器计算出最适合本用户的健身参数作为其阻力参数。
[0015] 可选地，用户的阻力参数信息存储在云服务器中，在使用所述健身康复器材时，用户通过身份识别模块识别出身份，所述健身康复器材自动获取该用户对应的参数信息并进行参数调整。
[0016] 可选地，所述总控制器通过控制伺服电机的工作
电流实现扭矩控制。
[0017] 可选地，所述总控制器通过传感器实时检测用户当前的运动信息，包括但不限于：身体姿势、发力
角度、力量大小、心率。由此以来，总控制器便根据扭矩曲线和这些收集到的信息对伺服电机进行控制，所述的伺服电机则会输出指定的扭矩。同时在同一阻力参数对应的不同锻炼模式下的目标阻力曲线信息不同，计算出的伺服扭矩曲线就不同，伺服电机输出扭矩也就不同。
[0018] 基于上述描述可以理解，本发明提供的一种伺服电机扭矩控制系统及控制方法，应用于运动康复器材上，能够取代依靠配重块产生阻力的方式。本方法能根据用户设置的阻力参数确定对应的阻力曲线，通过该阻力曲线控制伺服电机在不同
位置、不同时间、不同速度时输出不同的扭矩，从而实现了对各种负载的模拟，并且力矩是可随位置变化而变化，随速度变化而变化，解决了现有传统配重块提供阻力存在的惯性大、运动速度变化不能太快，阻力不恒定，爆发力锻炼效果不好等问题。
[0019] 本发明提出的伺服电机的扭矩控
制模式，是指伺服电机按系统给定的恒定扭矩旋转，即保持电机电流环的输出恒定。人体对以所述伺服电机扭矩作为阻力源健身设备施加作用力，即对所述伺服电机施加外部扭矩负载，当所述外部负载扭矩大于或等于所述伺服电机设定的输出扭矩，则所述伺服电机的输出转矩保持设定的恒定扭矩不变，所述伺服电机跟随运动；当所述外部负载扭矩小于所述伺服电机设定的恒定扭矩，则所述电机保持静止状态，同时输出扭矩保持恒定；根据
牛顿第三运动定律(相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上)，即人体受到或者施加力保持恒定，从而提升康复训练效果，确保康复锻炼安全。
[0020] 通过上述方法进行控制，用户设置阻力参数(曲线)，所述健身器材接收用户设定或者输入阻力参数曲线，通过控制
软件数据生成目标阻力曲线；然后控制软件按照所述用户的目标阻力曲线控制所述伺服电机输出相应的扭矩；这样以来，健身器材产生的阻力完全拟合目标阻力曲线，符合康复训练的目的。
[0021] 此外，阻力曲线是通过预先测试后存在总控制器或者云服务平台，数据来源于各运动专家和康复治疗医师，可以提供多元化的锻炼模式。
[0022] 综上所述，本发明的显著效果是：
[0023] 1)进行健身康复锻炼，可提供恒扭矩控制，解决了现有配重方式产生阻力存在惯性大、运动过程中速度变化不能太快，爆发力锻炼效果不好等问题。
[0024] 2)进行健身康复锻炼，可提供按参数(曲线)变化扭矩控制，解决了现有配重方式产生阻力不能适应运动全过程，锻炼模式单一的问题。
[0025] 3)阻力曲线(参数)存储在总控制器或者云服务平台，由运动专家或康复治疗医师为用户量身定制，为用户提供科学的健康训练。
附图说明
[0026] 图1为本发明具体
实施例的系统原理
框图；
[0027] 图2为伺服电机扭矩与工作电流的对比关系图；
[0028] 图3为伺服电机扭矩、转动速度以及工作电流的对比关系图；
[0029] 图4为具体实施例中康复健身器材的安装结构示意图。
[0030] 附图序号说明：1-智能控制面板，2-总控制器，3-传感器总成，4-伺服电机。
具体实施方式
[0031] 为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0032] 如图1所示，本实施例公开一种健身康复器材中的伺服电机扭矩控制系统，包括健身康复器材、和伺服电机、智能控制面板、身份识别模块、总控制器、云服务器以及传感器，所述智能控制面板一方面与所述云服务器双向通信，另一方面还连接所述总控制器；在所述智能控制面板中内嵌有所述身份识别模块；所述总控制器与所述伺服电机连接，用于实现所述伺服电机的扭矩调节；所述伺服电机连接所述健身康复器材并作为所述健身康复器材的阻力装置；在所述健身康复器材上还连接传感器，所述总控制器根据预设的目标阻力参数和通过传感器实时检测的用户当前运动信息控制所述伺服电机的扭矩。
[0033] 智能控制面板可提供用户的信息输入及信息展示，当用户第一次使用所述的健身康复器材，需通过所述的身份识别模块录入信息，所述的信息包括但不限于：脸部特征、性别、年龄、身高、体重、心率、血压、体脂率。
[0034] 当用户第一次使用所述健身康复器材，需按照所述智能控制面板提示完成指定简单运动动作，所述总控制器便会记录下当前用户的运动参数，并可以通过云服务计算出最适合本用户的健身参数(曲线)，此参数可作为参考参数，用户也可以根据自身身体情况进行随时更改。往后的每一次运动，用户通过身份识别模块可以识别出身份，所述健身康复器材便会切换用户信息，进行参数调整，用户可根据当日计划进行参数调整，同时健身康复器材也会同时记录下运动参数，达到循序渐进的有益的健身康复锻炼目的。
[0035] 所述的总控制器从所述的智能控制面板获得用户设定参数(曲线)，根据获得的参数(曲线)，控制伺服电机输出随参数(曲线)变化而变化的扭矩。所述的伺服电机在所述的总控制器的控制下可以选择恒定扭矩输出或者变化扭矩输出。
[0036] 如图2所示，扭矩跟随电流变化而变化，通过所述总控制器即可对输出电流进行控制，从而达到控制扭矩的目的。所述总控制器从所述的智能控制面板获得用户设定参数(曲线)，所述的总控制器就按照所述参数输出相对应的电流曲线，从而使得扭矩按照曲线输出，达到我们想要的变化扭矩输出，通过图2可以看出，总控制通过对输出电流的控制，可是实现输出扭矩随着电流变化而变化，两者的变化曲线
波形一致。
[0037] 如图3所示，在所述的恒定扭矩输出下，健身康复使用者在锻炼中不需要承受很大的惯性，可进行速度变化的练习，不必担心拉伤。我们在总控制器内部加入了双闭环调速系统。在正常负载时，双闭环调速系统的速度调节器不饱和，依靠速度调节器的调节作用，使得系统本身可以具备较硬的机械特性。从静态特性上看，转速环要求电流迅速地跟随转速变化，而电流环又力图保持电流不变；当伺服电机突加负载时，轴上转矩受到破坏，从而产生了
电动机转速的降落，所述总控制器依靠传感器测出这个转速降落，反馈到转速调节器输入端，使它发挥调节作用，电流调节器则跟随转速调节器的
输出电压发挥调节作用，使伺服电机电枢电压加大，伺服电机的转矩增加，在一个很快的时间内进行调节使得伺服电机的输出转矩达到平衡。综上所述，无论是正常负载情况还是突发负载情况下，所述总控制器都能够达到恒定扭矩输出，也就是说在当设定了恒扭矩模式后，使用者在使用健身康复器材时，本身的使用习惯、一开始的突然发力、锻炼过程中的速度变化均不会影响恒扭矩的输出，一方面达到了恒扭矩锻炼的目的，另一方也为安全健身提供了保障。
[0038] 在所述的变化扭矩输出下，通过所述的传感器检测到使用者的姿势及力量，并根据输入参数(曲线)在所述的总控制器进行计算，实时的输出变化跟随扭矩，会根据使用者的锻炼姿势及锻炼力量的变化而变化，此种方式也更适合于康复患者进行被动锻炼。以上任何锻炼的数据都将上传云服务，以供以后在别的场合、时间使用，且可以和专家数据进行比对，输出更加客观可靠的运动锻炼计划。
[0039] 上述系统及方法可以应用在图4所示的健身康复器材中，图中可以看出，智能控制面板1设于
机体正面，便于身份信息以及运动参数的录入、方便操作和观看，总控制器2位于机体内，各种传感器构成传感器总成3并与相应的传动部件连接，伺服电机4设置在
机舱内，并通过各种
传动系统与受力部件相连。该健身康复器材可根据用户选择的阻力参数确定对应的阻力曲线，通过该阻力曲线计算出扭矩曲线控制伺服电机在不同位置、不同时间、不同速度下输出不同的力矩，从而实现了对各种负载的模拟，并且力矩是可随位置变化而变化，随速度变化而变化，随时间变化而变化。解决了现有配重块产生阻力的系统中存在的惯性大、运动速度变化不能太快，爆发力锻炼效果不好等问题。
[0040] 综上所述，本系统及方法，无论是正常负载情况还是突发负载情况下，所述总控制器都能够达到恒定扭矩输出，也就是说在当设定了恒扭矩模式后，使用者在使用健身康复器材时，本身的使用习惯、一开始的突然发力、锻炼过程中的速度变化均不会影响恒扭矩的输出，一方面达到了恒扭矩锻炼的目的，另一方也为安全健身提供了保障。
[0041] 最后需要说明的是，本实施例描述仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及
权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
