专利名称：一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种锻炼姿势矫正装置，特别涉及的是一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置及方法。
背景技术：
随着物质生活水平的提高，人们对身体健康日益重视，各种健身活动蓬勃开展，各种锻炼器材也层出不穷。
肱二头肌和肱三头肌位于上臂两侧，是人体重要的肌肉，也是上肢力量锻炼的重点区域之一。目前市场销售的上肢力量锻炼的健身器材种类繁多，如普通的握力器、屈伸锻炼运动器材、推力锻炼运动器材等，也有一些专门的综合性的健身器材。考察各类锻炼器材的使用情况，发现屈伸锻炼运动器材是目前应用较为广泛的方式，其典型代表如“哑铃”。很多人群例如运动员、病人在接受物理康复治疗时或者普通人在锻炼身体时都会选择举哑铃，因为该方式方便、有效，又相对较安全。但是，在使用过程中，使用者并不太注意锻炼姿势是否变形，或者由于缺乏专业的知识也难以纠正锻炼中姿势的错误。不正确的姿势不仅达不到好的运动效果，还容易让锻炼者受伤。目前市场上已有不少上肢力量锻炼的健身产品，但就各种产品的用途而言，其存在着只以锻炼为目的，而不能纠正人们锻炼运动中的误区的缺陷。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置及方法，该装置能够发现上肢力量锻炼中姿势是否正确，并能够在检测姿势不当的时候，实时反馈给锻炼者，提示并帮助锻炼者及时纠正姿势，进而达到科学锻炼的目的。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，包括置于手臂上方的后臂感应装置(01)、置于手臂下方的前臂感应装置(02)与控制器单元(03)三部分。其中后臂感应装置(01)与前臂感应装置(02)均通过导线与控制器单元(03)相连。置于手臂上方的后臂感应装置(01)，包括第一加速度传感器(10)和三个振动电机(11) (12) (13)，这三个电机被置于手臂的上方两侧以及后方的位置；置于手臂下方的前臂感应装置(02)，包括第二加速度传感器(20)和三个振动电机(21) (22) (23)，这三个电机被置于手臂的下方两侧以及后方的位置。该装置的控制器单元(03)包括单片机控制器(31)、加速度检测电路(32)、振动电机驱动电路(33)。其中加速度检测电路(32)的两路传感器检测接口同两个加速度传感器
(10)、(20)相连,每个包含加速度传感器的3个输出端和3个电容,且每个输出端与一个电容连接，该接点与单片机(31)对应的引脚相连；振动电机驱动电路(33)部分，包括6路电机驱动，每一个电机驱动包含一个电阻、一个场效应管、一个二极管以及电机接线端口，每个电机接线端口一端与一个二极管的负极连接，二极管的正极与5V电源连接，电机接线端口的另一端与一个场效应管的漏极连接，场效应管的源极接地，其门极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端接地，且电阻R与场效应管的门极之间的接点与单片机(11)的引脚相连。作为优选，其中的单片机选择带有AD输入接口的单片机，如Atmel的ATMEGA系列单片机，Silabs的C8051F系列单片机等。一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其矫正方法是在做上臂屈伸锻炼时，相应的肌肉会发生位置变化，单片机控制器(31)将对来自后臂感应装置(01)、前臂感应装置(02)反馈回来的位置信号进行处理，通过与设定好的目标值进行对比，根据对比结果向与它连接的电机控制电路发送控制信号，每个位置信号包含X轴、Y轴、Z轴三轴的位置信息，如果检测到的某个信号值偏离目标值，那么6个电机中对应的那个振动电机将会被激活，位置偏移越多，振动越厉害，使用者可通过相应电机的振动来判断自己姿势的误区，以对动作加以 改进。本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点I.能够对上臂屈伸锻炼的运动姿势进行有效的监控，并能对不正确的姿势进行提示，从而让使用者对动作加以改进。2.还能够对不正确的姿势的偏离程度进行定量的反馈，而不是简单的正确与否的判定，更有利于使用者的自我改进。3.结构轻巧，易于佩戴，能配合大多数上臂屈伸锻炼健身器材的使用。
图I是本发明一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置的设备连接示意图。图2是本发明一种该矫正装置的电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明包括后臂感应装置(01)、前臂感应装置(02)、控制器单元
(03)。在使用时，将后臂感应装置(01)佩戴于锻炼手臂的上方，将前臂感应装置(02)佩戴于手臂的下方，将两者的引线引出，并分别与放置在外面控制器单元(03)的相应接口相连。如图2所示，本发明的控制器单元(03)包括单片机控制器(31)、加速度检测电路
(32)、振动电机驱动电路(33)。其中加速度检测电路(32)包括两路传感器检测接口，用于同两个加速度传感器
(10)(20)相连,且每个包含加速度传感器的3个输出端和3个电容,每个输出端与一个电容连接，该接点与单片机(31)对应的引脚相连。连接电容的目的在于，在传感器的信号传输过程中可能会受到外界的干扰，该电容可以滤除这些干扰，从而保证信号的正确性。其中振动电机驱动电路(33)包括6路电机驱动，每一个电机驱动包含一个电阻、一个场效应管和一个二极管以及电机接线端口。每个电机接线端口一端与一个二极管的负极连接，二极管的正极与5V电源连接，放置二极管的目的在于，在电机的启动停止过程中，电机会产生自感电动势，特别的，在电机停止的时候，此时无其它负载供其消耗，该电流会在电机的电感上产生高压电，易造成与之相连的场效应管损毁、绝缘破坏甚至爆炸，放置该二极管能在电机导通时刚好为逆向截止，但在电机停止后，因为与电感释放电流成顺向而导通，因此可提供电感释放电流，又因二极管顺向偏压极低，故不至于产生高压电弧，从而有效的保护场效应管；电机接线端口的另一端与一个场效应管的漏极连接，场效应管的源极接地，门极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端接地，在电阻R与场效应管的门极之间的接点与单片机(11)的引脚相连。放置该电阻的有益效果是，在单片机不工作或者处于高阻态时，能给与场效应管的门极一个明确的低电平信号，防止场效应管的误导通和振动电机的误动作。使用单片机的有益效果是，单片机不仅能够输出高低电平来控制场效应管的导通关断进而控制振动电机的开启和关闭，更为重要的是，单片机还能够产生脉冲宽度调制(PWM)的波形，利用PWM的看空比不同来控制电机振动的幅度，使用户能够接收到定量的反馈。使用单片机的另一个有益效果是，单片机还具备复杂的信息处理能力，能够更好的接收传感器传递过来的信息，并进行判定输出。下面结合图I来叙述一下本发明装置在上臂屈伸锻炼中的矫正过程。本装置的两个加速度传感器和六个振动电机放置位置分别为第一加速度传感器
(10)和三个振动电机(11) (12) (13)配对被置于手臂的上方，第二加速度传感器(20)和三个振动电机(21) (22) (23)配对被置于手臂的下方。上臂侧面的电机(11)是用来反映上臂远离使用者向侧面移动的角度，上臂前面的电机(12)是用来反馈上臂正向移动的角度，上臂后面的电机(13)是用来反馈上臂向后移动的角度，下臂左面的电机(21)和右面的电机(22)是用来反馈下臂向左右移动的角度，下臂后面的电机(23)是用来反馈曲臂的速度。它们分别会在检测到的角度值或速度值与目标值偏差大于某设定值时由单片机(31)控制产生振动。例如，以“举哑铃”为例，不到位的动作往往得不到应有的锻炼效果，还容易造成意夕卜，比如锻炼过程中，下臂偏里或者偏外。其他如在刚开始的时候，有些锻炼者往往状态较好，急于求成，速度很快，也很容易发生事故。下面就以上的情况，叙述本装置是如何来提示并帮助锻炼者纠正的。在锻炼过程中，以右手为例，当锻炼者的下臂过于向内偏移，那么这个时候，位于下臂加速度传感器(20)返回过来的坐标中，标识左右移动方向的坐标值就会同设定值有较大的偏差，返回到单片机(31)后，单片机(31)就会通过电机驱动电路驱动振动电机(21)产生振动，提示用户下臂往里面偏了。根据偏离程度的不同，电机的振动也会有所差异，偏离越多，振动越大，用户可以根据振动电机的反馈情况，及时调整姿势；如果锻炼者的下臂过于向外侧偏移，那么振动电机(22)就产生振动；如果在锻炼的过程中，曲臂的动作过于快速，这个时候单片机(31)就会检测到这个问题，控制振动电机(23)产生振动。
其他如曲臂不到位等情况，通过检测到第一加速度传感器(10)第二加速度传感器(20)的状态也会被单片机(11)检测到，单片机根据实际情况进行判断后，利用振动电机会对使用者进行适当的提示。
权利要求
1.一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，包括置于手臂上方的后臂感应装置(01)、置于手臂下方的前臂感应装置(02)、控制器单元(03)三部分；后臂感应装置(01)通过导线与控制器单元(03)相连；前臂感应装置(02)也通过导线与制器部分(03)相连。
2.根据权利要求I所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，所述的置于手臂上方的后臂感应装置(01)，包括第一加速度传感器(10)和三个振动电机(11) (12)(13)。
3.根据权利要求I所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，所述的置于手臂下方的前臂感应装置(02)，包括第二加速度传感器(20)和三个振动电机(21) (22)(23)。
4.根据权利要求I所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，所述的控制器单元(03)包括单片机控制器(31)、加速度检测电路(32)、振动电机驱动电路(33)。
5.根据权利要求4所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，所述的加速度检测电路(32)包括两路传感器检测单元；每个单元包含一个加速度传感器接口和3个电容；加速度传感器的三个信号输出端XOUT，YOUT, ZOUT与电容连接形成接点并与单片机(31)的引脚相连。
6.根据权利要求4所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其特征在于，所述的振动电机驱动电路(33)，包括6路电机驱动单元；每一个电路驱动单元包含一个电阻、一个场效应管、一个二极管以及电机接线端口 ；每个电机接线端口一端与一个二极管的负极连接，二极管的正极与5V电源连接；电机接线端口的另一端与一个场效应管的漏极连接，场效应管的源极接地，场效应管的门极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端接地；电阻R与场效应管的门极之间的接点与单片机(11)的引脚相连。
7.根据权利要求I所述的一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置，其矫正方法是，在做上臂屈伸锻炼时，相应的肌肉会发生位置变化，单片机控制器(31)将对来自后臂感应装置(01)、前臂感应装置(02)反馈回来的位置信号进行处理；通过与设定好的目标值进行对比，根据对比结果向与它连接的电机控制电路发送控制信号；每个位置信号包含X轴、Y轴、Z轴三轴的位置信息，如果检测到的某个信号值偏离目标值，那么6个电机中对应的那个振动电机将会被激活，位置偏移越多，振动越厉害；使用者将通过相应电机的振动来判断自己动作的偏差，并对动作加以改进。
全文摘要
本发明涉及一种上臂屈伸锻炼运动矫正装置及方法。包括后臂感应装置(01)、前臂感应装置(02)、控制器单元(03)。后臂感应装置(01)和前臂感应装置(02)分别与控制器单元(03)的相应接口通过导线相连。前、后臂感应装置各包括1个位置传感器和3个振动电机。使用时，将后臂感应装置(01)佩戴于锻炼手臂的上方，将前臂感应装置(02)佩戴于手臂的下方，单片机控制器(31)将对来自后臂感应装置(01)、前臂感应装置(02)反馈回来的位置信号进行处理，通过与设定好的目标值进行对比，如果检测到信号值偏离目标值，单片机控制器(31)将激活对应的振动电机，位置偏移越多，振动越厉害。本发明能够发现上肢力量锻炼中姿势是否正确，并能够反馈给锻炼者，提示并帮助锻炼者及时纠正姿势，进而帮助锻炼者达到科学锻炼的目的。
文档编号A63B23/12GK102631767SQ201210086169
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者潘海鹏, 王惠姣, 蒋琳, 顾敏明 申请人:浙江理工大学