一种健身动作检测指导机器人

1.本发明涉及健身器材技术领域，具体为一种健身动作检测指导机器人。


背景技术：

2.健身动作检测指导机器人是一种结合智能传感器技术计算机控制技术的健身辅助设备，通过各类传感器、计算机算法等技术对新手使用者的健身动作的检测和纠正，同时还能提供相应的指导和反馈，能摆脱对专业教练员的依赖，以实现更加科学、准确、便捷的健身训练。
3.目前主流的健身动作检测指导机器人主要是通过将红外摄像头、陀螺仪、加速度传感器等设备固定在使用者身上，对使用者肢体的运动状态进行检测，通过传感器获得的肢体的运动状态频率和幅度数据，结合计算机算法，对用户的健身动作进行指导，以便使用者进行更科学、更针对性的健身训练。因为上述红外摄像头、陀螺仪、加速度传感器等检测设备只能检测使用者肢体的运动状态，无法检测到力度和发力时间，仅适合轻度基础健身训练，对核心力量训练的指导意义有限。
4.虽然可以通过算法将肢体的运动状态作为核心力量训练如举重、卧推的指导参照，但不能实时反馈使用者核心力量训练中发力情况和发力时间的数据，因此对健身活动中核心力量的训练帮助有限。另一种解决方案是将陀螺仪、加速度传感器等设备固定在健身器材如杠铃、恒力拉力器上，通过实时监测健身器材的运动状态，如位置变化参数，通过传感器获得的肢体的运动状态频率和幅度数据，结合计算机算法，对用户的健身动作进行指导，能一定程度上实现数据准确性的提高，但是这种方法存在一定安全隐患，例如新手在使用杠铃、恒力拉力器等器材进行举重、卧推时，如果动作不正确，训练量过大或力度、速度控制不当，会存在一些突发性伤害如骨骼肌肉的应力性损伤或无氧运动导致的乳酸堆积过多而形成的抽筋，会进一步加大杠铃失控砸伤害使用者的风险。
5.为此，本发明提供一种健身动作检测指导机器人，在提高健身动作发力检测准确性的同时，降低使用者受伤的风险，提高健身核心力量训练的安全性。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种健身动作检测指导机器人，通过设置模拟举起杠铃的竖直运动的横杠，在横杠上设置线性运动转变为回转运动的结构，在发生回转运动的结构上设置对横杠施加单向静力载荷的恒定阻力单元，实现了对健身动作核心力量训练的模拟，因恒定阻力单元只对横杠施加单向静力载荷而无法驱动横杠，同时规避了恒定阻力单元拉伤或压伤横杠使用者的风险。
7.本发明提供如下具体方案：
8.包括：框架，所述框架围设有用于进行健身动作的空间，所述框架竖直方向上滑动安装有横杠，所述框架底部设有与横杠相连接的通过施加单向转动阻力对横杠增加静力载荷的恒定阻力单元，所述恒定阻力单元中设有将横杠下拉的复位装置，所述框架上设有用
于控制横杠安全悬停的悬停单元，所述框架上设有与恒定阻力单元相配合的用于间接检测举重动作发力时间和发力幅度的数据处理单元。
9.所述框架用于支撑整个结构，使用高强度热成型钢材进行，以防止健身训练过程中框架发生变形。核心力量训练中最重要练习动作是卧推和举重，卧推和举重都需要使用杠铃，本发明旨在检测指导使用者在卧推和举重动作中的发力情况，横杠作为与使用者直接接触的用于核心力量训练的握持部，为保证训练习惯统一性，防止使用者受伤，以模拟杠铃中的杠杆，横杠直径设置为标准杠杆相同的28毫米，材质纹路均与现有标准杠杆完全相同设置，恒定阻力单元为了模拟杠铃片的载荷，因此相比于弹簧、弹性胶带等施加的与位移行程正相关的非恒定阻力单元，能最仿真地模拟卧推和举重动作中杠铃的载荷，恒定阻力单元的单向施力的作用是使用者模拟卧推和举重动作时能单向驱动横杠运动，因恒定阻力单元只对横杠施加单向静力载荷而无法驱动横杠，当使用者停止对横杠施力时，恒定阻力单元不会将力施加到横杠上，从而使用者不会受到来自恒定阻力单元的施力，进一步的，悬停单元能在使用者停止对横杠施力时，将横杠安全悬停在使用者对横杠停止施力的位置，从而横杠也不会受到重力下坠而伤害使用者，同时也方便准确使用者上一次的运动位置。
10.数据处理单元用于记录恒定阻力单元的数据，例如恒定阻力单元的受力时间，受力频率等，通过后台计算核心的算法处理对用户的健身动作进行指导，以便使用者进行更科学、更针对性的健身训练。数据处理单元还包括信号输入部，如麦克风，触摸控制屏，按键，也包括信号输出设备，如显示器，音响，指示灯等。数码硬件与现有的健身辅助设备相同，在此不进行过多赘述。
11.所述恒定阻力单元包括对称安装在框架底部两侧的两个齿轮箱，每个所述齿轮箱内均转动安装有一组由蜗轮和蜗杆组成的减速齿轮，每个所述蜗杆上均绕设有与横杠固定连接的拉力绳，所述蜗轮的转轴通过传力机构连接有可逆电机，所述可逆电机和数据处理单元电性连接，所述蜗杆上设有防止蜗杆转速超出设定值的机械转速限制器。
12.由于卧推和举重的健身动作特点是低速重载，且健身器材不应占据太多空间，因此蜗轮蜗杆的单级传动速比大、扭矩大、承受过载能力高、运行平稳，噪音小等特性最适合在低速重载的力量训练中进行力矩传递，可逆电机用于对蜗杆提供转动阻力，从而对横杠的线性位移提供线性阻力，模拟卧推和举重动作中杠铃的载荷。转动阻力相对于线性阻力更容易记录也更好控制和调整阻力力度大小。数据处理单元只需要记录当下的可逆电机的阻力大小，同时检测可逆电机的转动速度和转动时间，从而可以计算出当前使用者在当前载荷下进行核心力量训练的发力时间和发力幅度。
13.相比于摩擦片等摩擦式转动阻力来源，可逆电机通过改变定子和转子的连接配合关系，可以切换为对外做工的电机，也可以切换为将外力对转轴的力矩转变为电能的发电机，同时改变其线圈的电流数值改变其磁力矩，即可实现调整转动负载的阻力大小，即实现对横杠向上推动阻力的调整，进一步的，当可逆电机切换为发电机状态时，只需要检测发电机的电流，电压，频率等参数，即可通过数据处理单元的处理算法换算得出使用者在力量训练发力时间和发力幅度，一般来说，发电机的输出电压与磁通量、线圈匝数和旋转速度成正比，与线圈长度和截面积、负载电流和磁通密度成反比。发电机的输出电流与负载电阻成正比，与输出电压和磁通量成反比。发电机的输出频率与旋转速度成正比，与磁场强度成反比，为此可以节约一套检测数据的传感器，传力机构可以是联轴器连接，也可以是齿轮啮
合，同时，可逆电机切换为电机状态时，可以当做复位装置的驱动源，可以节约一套复位装置的独立驱动源，优化设备空间布局，同时降低设备成本。
14.复位装置包括设置在齿轮箱内的单向啮合传动机构，所述单向啮合传动机构同时将可逆电机与蜗轮和蜗杆进行单向传动力矩的啮合。
15.单向啮合传动机构可通过机械棘轮和电磁控制力矩实现，具体棘轮或电磁力方向设置为：当可逆电机切换为发电机状态时，此时发电机状态的可逆电机和蜗轮不直接产生力矩传动，蜗轮和蜗杆发生力矩传递，蜗杆和发电机状态的可逆电机发生力矩传递；当可逆电机切换为电机状态时，此时电机状态的可逆电机和蜗轮产生直接力矩传动，蜗轮和蜗杆发生力矩传递，蜗杆和发电机状态的可逆电机不发生力矩传递。复位装置还可以是通过离合器配合行星轮或惰轮实现蜗杆反转的结构，但是需要增加的齿轮和控制结构较多，制造成本更高。
16.所述悬停单元包括安装在框架顶部的通过安全绳和轴承转动块进行连接的恒力卷簧，所述恒力卷簧的拉力等于轴承转动块与横杠所受重力之和。在使用者停止对横杠施力时，恒力卷簧将横杠安全悬停在使用者对横杠停止施力的位置，横杠也不会受到重力下坠而伤害使用者，同时也方便准确使用者上一次的运动位置，同时由于恒力卷簧持续向上施力收卷安全绳，可以避免安全绳被下方的轴承转动块向上运动时压住而发生干涉，可以保证横杠向上拉出时的稳定性，避免发生因安全绳受力干涉而发生的载荷跳跃，悬停单元还可以是带扭矩限制器的电动卷扬机，当采用电动卷扬机时，所述扭矩限制器扭矩的限制值为轴承转动块重力之和与横杠对卷扬机转轴的扭矩。
17.所述机械转速限制器包括固定安装在齿轮箱内的外壳，所述蜗杆转轴穿过外壳，所述蜗杆位于外壳内的区域均布设有由拉簧限制离心运动的多个伸缩卡爪，所述伸缩卡爪外围设有与伸缩卡爪齿形相同的限速齿圈，所述限速齿圈外圈与外壳内壁之间设有多组凹凸相对的相互限位的限位块，每组所述限位块之间设有拉簧。
18.机械转速限制器为防止使用者发力过快而产生扭伤，在蜗杆转速设定值内，由于拉簧的存在，伸缩卡爪被拉动限制在蜗杆一端不与限速齿圈接触，而横杠向上带动蜗杆转速过快时，蜗杆上的伸缩卡爪在离心作用下向脱离蜗杆一侧运动，伸缩卡爪接触到限速齿圈后相互咬合实现锁紧，进而带动限速齿圈相对外壳发生克服拉簧拉力的转动，同时多组凹凸相对的相互限位的限位块除了可以用于安装拉簧，还可以实现限速齿圈相对外壳的转动角度限制，当相邻两个限位块接触时，蜗杆，齿圈以及外壳无法再实现横杠向上运动所引发的的转动，进而对横杠进行锁止。
19.横杠向上运动过快时，拉簧用于对其施力以实现减速预警，限位块实现限位锁止，从而避免使用者发力过快而产生扭伤。
20.所述框架竖直部设有c型滑槽，所述横杠为对称曲轴，所述曲轴两端通过限位转轴转动安装有圆饼形轴承转动块，所述横杠的转动角度为竖直方向上的180
°
，轴承转动块上下两端分别与安全绳和拉力绳连接，所述轴承转动块卡接在c型滑槽中。
21.c型滑槽可以承受径向和轴向负载且和圆饼形轴承转动块的卡接配合天然具有锁止限位的性能，能够承受轴向和径向负载，相比于其他滑动结构，在低速重载的力量训练中c型滑槽能保持可靠的连接强度和稳定性，曲轴的曲柄部位能相对卡接在c型滑槽中轴承转动块发生相对转动，一方面为了进一步模拟核心力量训练发力动作，为了让使用者在力量
训练过程中给发力的肌肉和关节提供一定活动度，防止使用者因进行固定动作持续发力而引发对的受伤，所述横杠的转动角度为竖直方向上的180
°
，避免使用者在使用时，曲轴的曲柄部位转动过度形成后仰而发生拉伤，实现了对健身动作核心力量训练的进一步模拟。
22.每个所述轴承转动块轴向两侧侧边外表面上均设有能与c型滑槽发生相对转动的角接触球轴承，所述角接触球轴承和横杠在轴承转动块上安装的部位同轴安装，每个所述角接触球轴承背离轴承转动块的一侧均设有倒角。角接触球轴承既能承受轴向载荷也能承受径向载荷，力量训练中对横杠施加向上的力时，人体肌肉运动特性下无法保证力的垂直性，即c型滑槽可能会频繁与轴承转动块发生各个方面的接触摩擦，此时轴承转动块侧边外表面上的角接触球轴承能降低c型滑槽与轴承转动块之间的摩擦。这种轴承的载荷承受能力相对较小，在安装时，必须保证轴承内、外圈的中心线与轴线重合，减少偏置载荷的发生，避免影响轴承使用寿命，倒角一方面可以降低轴承边缘和c型滑槽的接触压强，避免应力集中损坏轴承或者c型滑槽内壁，同时由于角接触球轴承既能承受轴向载荷也能承受径向载荷，倒角的设计能让横杠两侧受力不均匀的时候提供导向力，将横杠上偏置的载荷快速传递到轴承径面和c型滑槽上，快速将横杠上偏置的载荷通过轴承转动实现横杠上扭矩快速找平，提高横杠在c型滑槽中运动的顺畅性，避免受力卡顿造成的肌肉拉伤。
23.所述蜗杆的转轴表面上设有与拉力绳相配合的螺旋凹槽，每个所述齿轮箱内均设置有与凹槽的旋向相匹配的弹性导轮，所述导轮的弹力方向与蜗杆轴线平行且指向拉力绳脱离蜗杆方向。
24.弹性导轮能配合螺旋凹槽实现拉力绳在蜗杆的转轴表面沿着螺旋凹槽均匀收卷排布，弹性导轮的设计旨在蜗杆收卷拉力绳时提供少量导向力，引导拉力绳准确落入螺旋凹槽，防止拉力绳在收卷时相互挤压摩擦，一方面提高拉力绳的使用寿命，另一方面，由于拉力绳不会在收卷时发生相互挤压缠绕，在横杠向上拉出时拉力绳之间不会发生相互挤压，横杠向上拉出时能保持稳定，避免发生因摩擦挤压发生的载荷跳跃。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
26.1、本发明通过设置模拟举起杠铃的竖直运动的横杠，在横杠上设置线性运动转变为回转运动的结构，在发生回转运动的结构上设置对横杠施加单向阻力载荷的恒定阻力单元，以替代杠铃片的载荷，实现了对健身动作核心力量训练的模拟，恒定阻力单元只对横杠施加单向静力载荷而无法驱动横杠，同时规避恒定阻力单元伤害横杠使用者的风险，提高健身动作的安全性。
27.2、通过可逆电机实现阻力和动力的切换，通过控制调节发电机状态下可逆电机线圈电流数值改变其磁力矩，即可实现调整转动负载的阻力大小实现了对横杠拉动阻力的设定，同时也实现了对伸出横杠的自动回收，仅通过检测发电机状态的可逆电机发的的电流，电压，频率等参数即可换算得出使用者在力量训练发力时间和发力幅度，优化了本发明的结构布局，降低了本发明的使用成本。
28.3、在横杠上设置悬停单元，配合可调恒定阻力单元和单向啮合传动机构，恒定阻力单元只对横杠施加单向静力载荷而无法驱动横杠，悬停单元持续对横杠施加等于横杠重力的向上拉力，在使用者停止对横杠施力时，恒力卷簧将横杠安全悬停在使用者对横杠停止施力的位置，横杠也不会受到重力下坠而伤害使用者，进一步提高了健身动作的安全性。
附图说明
29.图1为本发明的整体结构示意图；
30.图2为横杠与轴承转动块正面连接示意图；
31.图3为横杠与轴承转动块背面连接示意图；
32.图4为横杠、轴承转动块及角接触球轴承结构图；
33.图5为拉出拉力绳时齿轮箱内部运动状态图；
34.图6为收回拉力绳时齿轮箱内部运动状态图；
35.图7为伸缩卡爪与限速齿圈非锁止状态图；
36.图8为伸缩卡爪与限速齿圈锁止状态图。
37.图中：1、框架；101、c型滑槽；2、横杠；201、轴承转动块；202、角接触球轴承；3、恒力卷簧；4、齿轮箱；401、蜗杆；402、蜗轮；403、锥轮一；404、锥轮二；405、齿轮一；406、齿轮二；407、弹性导轮；408、螺旋凹槽；5、拉力绳；6、安全绳；7、可逆电机；8、机械转速限制器；801、外壳；802、拉簧二；9、伸缩卡爪；901、拉簧一；10、限速齿圈。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在一些实施例中，可参照图1至图4布置框架1、c型滑槽101、横杠2、轴承转动块201、角接触球轴承202、恒力卷簧3、安全绳6、拉力绳5和恒力卷簧3，其中框架1两侧上设置开口相对的q345a材质的c型滑槽101，框架1两侧顶部设置拉力杆连接保证两侧c型滑槽101保持竖直等距。安全绳6、拉力绳5均可采用耐磨尼龙材质以保证静谧性和耐用性。轴承转动块201设置为圆饼形卡嵌在c型滑槽101中，直径28毫米的曲柄形横杠2两端插入c型滑槽101开口部，且分别和安装在两侧c型滑槽101中的轴承转动块201转动连接，轴承转动块201的轴向两侧安装角接触球轴承202，角接触球轴承202直径大于轴承转动块201的直径，即形成一个近似“凹”字的结构。在框架1两侧顶部均设置恒力卷簧3，恒力卷簧3拉力端和轴承转动块201顶部通过安全绳6连接，两个恒力卷簧3拉力之和等于横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202的重力之和。
40.在一些实施例中，可参照图5至图8设置齿轮箱4及安装在其内部的其他部件，齿轮箱4中转动安装蜗杆401，蜗杆401同轴安装有齿轮二406，蜗杆401一端缠绕多圈拉力绳5，且拉力绳5一端与轴承转动块201底部连接，齿轮箱4中转动安装有与蜗杆401啮合的蜗轮402，且蜗轮402同轴安装有锥轮一403，齿轮箱4设有双头可逆电机7，可逆电机7一端转轴上安装有锥轮一403啮合的锥轮二404，可逆电机7另一端转轴上安装有齿轮二406啮合的齿轮一405，其中齿轮一405和锥轮二404为单向棘轮齿轮。
41.在一些实施例中：使用者进行核心力量的举重运动时，对数据处理单元输入举起的重量，数据处理单元自动根据蜗轮402蜗杆401、锥轮一403和锥轮二404的传动比设置好可逆电机7的电流参数，例如使用者设定举重载荷为100kg，蜗杆401比蜗轮402的传动比为5比1，蜗轮402蜗杆401传动效率为60％，锥轮一403和锥轮二404的传动比为1比2，则使用者
通过信号输入部输入100kg的载荷要求，则数据处理单元中的运算模块将可逆电机7的转动阻力换算为100kg*5/2*0.6＝150kg。
42.在一些实施例中：根据设定好的举重载荷进行健身动作的训练，使用者需和使用杠铃一样，双手正面握紧横杠2，脚和膝盖分开至少肩膀那样宽或者前后迈相当宽的一步的姿势，斜倾身体或蹲下，伸出胸部和臀部，双手和躯干核心肌肉群开始发力，如图1所示，逐渐将横杠2向上拉出，此时曲轴的曲柄部位能相对卡接在c型滑槽101中轴承转动块201发生相对转动，当曲轴受到非竖直方向的力时，角接触球轴承202跟随受力与c型滑槽101内壁发生撞击，参照图4，由于角接触球轴承202既能承受轴向载荷也能承受径向载荷，由于角接触球轴承202直径大于轴承转动块201的直径，此时角接触球轴承202会优先和c型滑槽101发生接触摩擦，因此会快速顺畅地将各种非竖直向上的分力导向为竖直向上的合力，降低曲轴和c型滑槽101的卡顿，使得小臂向发力这一过程更符合肌肉发力的人体工程学，使用者得以保持稳定顺畅的发力，降低肌肉拉伤的风险。
43.参照图5，随着使用者的持续发力，安全绳6被逐渐向上拉出，此时安全绳6带动蜗杆401发生如图5中的逆时针转动，蜗杆401带动蜗轮402发生如图5中的逆时针转动，进而锥轮一403跟随蜗轮402发生逆时针转动，此时由于可逆电机7的参数已按照预先设置好，此时的可逆电机7向锥轮二404提供如图5中r1方向的阻力，随着使用者的持续发力，可逆电机7发生s1方向的运动，产生电流，锥轮二404的单向棘轮锁止啮合方向为s1方向转动时传递力矩到可逆电机7转轴上，齿轮一405的单向棘轮锁止啮合方向为s1方向转动时发生打滑，不会将力矩传递到可逆电机7转轴上，此时齿轮一405和齿轮二406不发生力矩传递，此时由蜗杆401带动同轴转动的齿轮二406和由可逆电机7带动的齿轮一405不发生干涉。由于可逆电机7发生s1方向的运动，产生电流，当电流和电压、频率等数据传递到数据处理单元中的运算模块，运算模块即可通过数据处理单元的处理算法换算得出使用者在力量训练发力时间和发力幅度，根据这些数据制定更符合使用者的健身动作指导，当横杠2向上运动时，安全绳6长度产生余量，此时恒力卷簧3对多余的安全绳6收卷。
44.参照图5和图7，在一些实施例中，为防止蜗杆401转动速度过快，在蜗杆401转轴上设置机械转速限制器8，具体一种实施例是：在蜗杆401转轴上均布设置多个运动方向与蜗杆401径向平行的可滑动的伸缩卡爪9，伸缩卡爪9可由设置尖端的圆钢制成，尖端均指向蜗杆401离心方向，伸缩卡爪9均滑动安装在蜗杆401径向方向，限速齿圈10可由设有多个向心尖端的齿圈制成，伸缩卡爪9与蜗杆401之间设有拉簧一901将伸缩卡爪9锁止到不与限速齿圈10接触的位置，而横杠2向上带动蜗杆401转速过快时，参照图8，蜗杆401上的伸缩卡爪9在离心作用下向脱离蜗杆401一侧运动，伸缩卡爪9接触到限速齿圈10后相互咬合实现锁紧，进而带动限速齿圈10相对外壳801发生克服拉簧二802拉力的转动，同时多组凹凸相对的相互限位的限位块除了可以用于安装拉簧，还可以实现限速齿圈10相对外壳801的转动角度限制，当相邻两个限位块接触时，蜗杆401，限速齿圈10以及外壳801无法再实现横杠2向上运动所引发的的转动，进而对横杠2进行锁止，避免蜗杆401快速转动，从而避免使用者发力过快而产生扭伤。
45.参照图6，在一些实施例中，在使用者将横杠2拉到顶部完成一次推举运动后，需要将位于高位的横杠2向下复位，此时对数据处理单元输入向下复位的指令，则此时可逆电机7切换为电机状态，参照图6，此时可逆电机7发生s2方向转动，此时齿轮一405和齿轮二406
能发生力矩传递，锥轮二404的单向棘轮锁止啮合方向为s2方向转动时不会传递力矩到可逆电机7转轴上，此时可逆电机7仅通过齿轮一405对外做工，此时齿轮二406在齿轮一405的作用下发生如图6中的顺时针运动，与齿轮二406同轴的蜗杆401发生对应的顺时针运动，从而将拉力绳5向下拉回收卷，蜗杆401收卷拉力绳时弹性导轮407对拉力绳提供少量导向力，引导拉力绳5准确落入螺旋凹槽408，弹性导轮407可以通过固定安装在齿轮箱4内壁的弹性伸缩杆自由端上设置开槽导轮以实现，此时蜗轮402在蜗杆401的作用下发生如图6中的顺时针转动，锥轮一403发生顺时针运动，由于锥轮二404的单向棘轮锁止啮合方向为s2方向转动时不会传递力矩到可逆电机7转轴上，此时由蜗轮402带动同轴转动的锥轮一403和由可逆电机7带动的锥轮二404不发生干涉。
46.参照图4和图5，在一些实施例中，使用者在进行核心力量训练中，进行将横杠2拉到顶部过程，由于身体不适或者其他紧急情况需要停止训练时，可以直接松手停止对横杠2的施力，由于阻力是来自可逆电机7的磁力矩，而蜗轮402蜗杆401的单向传动性使得可逆电机7产生的惯性无法直接传递到蜗杆401上，此时使用者不会因可逆电机7的力学惯性而受伤，此时使用者所受的力学惯性仅为拉力绳5所产生弹性形变而引起的弹性势能，由于拉力绳5采用耐磨尼龙材质制成，强度好而弹性较差，因此拉力绳5积蓄的弹性势能可以忽略不计。
47.参照图4和图5，在一些实施例中，使用者在进行核心力量训练中，进行将横杠2拉到顶部过程，由于身体不适或者其他紧急情况需要停止训练时，可以直接松手停止对横杠2的施力，而蜗轮402和蜗杆401之间的单向传动性使得可逆电机7产生的惯性无法直接传递到蜗杆401上，此时使用者不会因可逆电机7的力学惯性而受伤，但与此同时，横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202受重力作用会发生向下运动，有可能压伤使用者，由于在框架1两侧顶部均设置有恒力卷簧3，恒力卷簧3拉力端和轴承转动块201顶部通过安全绳6连接，两个恒力卷簧3拉力之和等于横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202的重力之和，此时由于可逆电机7不再对拉力绳5产生拉力，则横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202仅受到自身重力影响，至此两个恒力卷簧3的拉力将横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202悬停在使用者停止施力的位置，不会发生横杠2、轴承转动块201和角接触球轴承202跌落砸伤使用者的情况。
48.在具体实施方式中所描述的各个具体技术特征和各实施例，在不矛盾的情况下可以通过任何合适的方式进行组合，例如通过不同的具体技术特征/实施例/实施方式的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本发明中各个具体技术特征/实施例/实施方式的各种可能的组合方式不再另行说明。

技术特征：
1.一种健身动作检测指导机器人，其特征在于，包括：框架(1)，所述框架(1)围设有用于进行健身动作的空间，所述框架(1)竖直方向上滑动安装有横杠(2)，所述框架(1)底部设有与横杠(2)相连接的通过施加单向转动阻力对横杠(2)增加静力载荷的恒定阻力单元，所述恒定阻力单元中设有将横杠(2)下拉的复位装置，所述框架(1)上设有用于控制横杠(2)安全悬停的悬停单元，所述框架(1)上设有与恒定阻力单元相配合的用于间接检测举重动作发力时间和发力幅度的数据处理单元。2.根据权利要求1所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述恒定阻力单元包括对称安装在框架(1)底部两侧的两个齿轮箱(4)，每个所述齿轮箱(4)内均转动安装有一组由蜗轮(402)和蜗杆(401)组成的减速齿轮，每个所述蜗杆(401)上均绕设有与横杠(2)固定连接的拉力绳(5)，所述蜗轮(402)的转轴通过传力机构连接有可逆电机(7)，所述可逆电机(7)和数据处理单元电性连接，所述蜗杆(401)上设有防止蜗杆(401)转速超出设定值的机械转速限制器(8)。3.根据权利要求2所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述复位装置包括设置在可逆电机(7)转轴上的单向啮合传动机构，所述单向啮合传动机构同时将可逆电机(7)与蜗轮(402)和蜗杆(401)单向啮合传动力矩，所述单向啮合传动机传力方向为：当可逆电机(7)切换为发电机状态时，此时发电机状态的可逆电机(7)和蜗轮(402)不直接产生力矩传动，蜗轮(402)和蜗杆(401)发生力矩传递，蜗杆(401)和发电机状态的可逆电机(7)发生力矩传递；当可逆电机(7)切换为电机状态时，此时电机状态的可逆电机(7)和蜗轮(402)产生直接力矩传动，蜗轮(402)和蜗杆(401)发生力矩传递，蜗杆(401)和发电机状态的可逆电机(7)不发生力矩传递。4.根据权利要求2所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述悬停单元包括安装在框架(1)顶部的通过安全绳(6)和横杠(2)进行固定连接的恒力卷簧(3)，所述恒力卷簧(3)的拉力等于轴承转动块(201)与横杠(2)所受重力之和。5.根据权利要求2所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述机械转速限制器(8)包括固定安装在齿轮箱(4)内的外壳(801)，所述蜗杆(401)的转轴穿过外壳(801)，所述蜗杆(401)位于外壳(801)内的区域均布设有由拉簧一(901)限制离心运动的多个伸缩卡爪(9)，所述伸缩卡爪(9)外围设有与伸缩卡爪(9)齿形相同的限速齿圈(10)，所述限速齿圈(10)外圈与外壳(801)内壁之间设有多组凹凸相对的相互限位的限位块，每组所述限位块之间设有拉簧二(802)。6.根据权利要求2所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述框架(1)竖直部设有c型滑槽(101)，所述横杠(2)为对称曲轴，所述曲轴两端转动安装有圆饼形轴承转动块(201)，所述横杠(2)的转动角度为竖直方向上的180
°
，轴承转动块(201)上下两端分别与安全绳(6)和拉力绳(5)连接，所述轴承转动块(201)卡接在c型滑槽(101)中。7.根据权利要求6所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：每个所述轴承转动块(201)轴向两侧侧边外表面上均设有能与c型滑槽(101)发生相对转动的角接触球轴承(202)，所述角接触球轴承(202)和横杠(2)在轴承转动块(201)上安装的部位同轴安装，每个所述角接触球轴承(202)背离轴承转动块(201)的一侧均设有倒角。8.根据权利要求2所述的一种健身动作检测指导机器人，其特征在于：所述蜗杆(401)的转轴表面上设有与拉力绳(5)相配合的螺旋凹槽(408)，每个所述齿轮箱(4)内均设置有
与凹槽的旋向相匹配的弹性导轮(407)，所述导轮的弹力方向与蜗杆(401)轴线平行且指向拉力绳(5)脱离蜗杆(401)方向。

技术总结
本发明涉及健身器材技术领域，具体为一种健身动作检测指导机器人，包括框架，所述框架围设有用于进行健身动作的空间，所述框架竖直方向上滑动安装有横杠，所述框架底部设有与横杠相连接的通过施加单向转动阻力对横杠增加静力载荷的恒定阻力单元，所述恒定阻力单元中设有将横杠下拉的复位装置，所述框架上设有用于控制横杠安全悬停的悬停单元，所述框架上设有用于间接检测举重动作发力时间和发力幅度的数据处理单元。本发明通过设置在横杠上设置线性运动转变为回转运动的结构，在回转运动结构上设置恒定阻力单元，实现了对健身动作核心力量训练的模拟，恒定阻力单元只对横杠施加单向静力载荷，规避了拉伤或压伤横杠使用者的风险。险。险。


技术研发人员：沈墅 杨大鹏 黄丽 徐洁 周利
受保护的技术使用者：淮南师范学院
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/9/6