专利名称：一种偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种力量训练装置，具体涉及一种偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器。
背景技术：
在体育领域中，对于大部分运动员来说，力量训练是日常训练的基础内容，在系统化训练中具有重要的作用。在医疗康复中，神经受损或者外科手术后，力量训练可以提高肌肉运动单位的募集能力，增大肌肉体积，从而防止肌肉萎缩，增强肌肉力量(Dodd，K.J.2002)。双侧肢体力量、神经控制的不平衡(差异)会在运动表现(功能)中有所体现(McElveen, MT 2010)，而随着普通非平衡性力量训练的进行，双侧差异可能被放大(RossClark 2005)。如双侧肢体同时完成训练动作时，从动作上来说，两侧肢体是同步的，但由于两侧力量的差异，在完成负荷动作时，优势侧肢体会承担更多的负荷，而非优势侧则相反只负担较小的负荷(Ann M.Simon 2008)，经过长时间训练后，优势侧较非优势侧可能会得到更大的收益，从而加剧两侧肢体的差异；与此同时，由于两侧肢体发力肌群工作的张力长度曲线有差异，即发力的优势段(关节运动幅度，关节运动速度)不同，同样会出现强者更强的发展趋势，促使肌肉张力长度曲线不同步(Brocket CL 2001)。许多研究表明，下肢两侧力量的不平衡容易导致运动损伤的发生，当两侧力量的差异达到10%-15%，运动损伤发生的概率会大大增加(Baumhauer JF 1995, Croisier JL 2002)。下面以股四头肌力量训练为例进行说明，为了增加阻力部分与人体的着力点的面积，防止滑动，提高舒适度，在负荷挡板上加上海绵等物，负荷挡板一般采用以下两种方式，其一是一个从侧面加负荷的独立的海绵圆盘或带有凹槽的海绵套(图1);其二是从中间施加负荷的两个海绵圆盘或带有凹槽的海绵套(图2)。虽然从表面上看，是双腿协同完成训练动作，实际上由于仪器转动自由度的限制(定轴转动，围绕膝关节做屈伸运动)，即便是一侧肢体发力，也同样可以完成动作。研究表明下肢大肌肉群在没有视觉反馈等信息辅助情况下发力，中枢神经系统对两侧负荷(力)的感知要弱于对努力程度的感知，也就是说倾向于用同样的努力程度而不是同样的负荷(力)完成对称性动作，表现为力量较强的一侧发出更大的力(Ann M.Simon 2008)。所以常用的训练方法导致的结果是下肢力量较强的一侧在完成力量训练时，更加主动积极地承担运动负荷，训练后获得的力量增长相对也比力量较弱的一侧要多，即加剧两侧的不平衡性。无论是运动员力量增强训练还是病人损伤后的康复训练，采用单侧独立动作进行分别训练时，可以确保两侧所承受负荷的平衡，但无法完成双侧协同动作，其神经肌肉控制与双侧协同动作不同，对关节运动幅度较难控制，同时增加了设备结构的复杂性，也提高了设备的成本。因此，有必要提出一种力量训练器，能够实现双侧协同动作，确保两侧所承受负荷的平衡，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，简化训练器的结构，降低设备成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够实现双侧协同动作的偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器，根据控制系统的测量指标进行科学化训练，以达到避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本目的。根据本发明的目的提出的一种偏转度检测控制系统，包括:检测模块:用于检测物体偏转的角度以及扭转力矩的大小；输入模块:通过输入模块设定角度及扭转力矩的最大偏转值；处理模块:接收所述检测模块的角度及扭转力矩的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号，同时接收所述输入模块的最大偏转值信号，并将二者进行对比；显示模块:用于显示当前的角度偏转值与扭转力矩值；报警模块:经过所述处理模块的对比处理，当所述检测模块的信号值大于最大偏转值时进行报警。优选的，所述检测模块包括用于检测偏转角度的角度传感器以及用于检测扭转力矩大小的力矩传感器。优选的，所述处理模块包括将所述模拟信号进行放大及处理的处理器，将放大处理后的模拟信号转换为数字信号的转换器，以及CPU。优选的，所述报警模块为光电报警器或蜂鸣报警器。一种力量平衡训练器，包括传导轴、转环、负荷挡板以及所述的偏转度检测控制系统，所述转环转动设置于所述传导轴的前端，所述负荷挡板对称固定于所述转环的两侧，所述负荷挡板能够随转环的转动而摆动。优选的，所述负荷挡板包括固定轴与海绵套，所述海绵套转动设置于所述固定轴上，所述海绵套上开设有供肢体放入的凹槽。优选的，所述角度传感器设置于所述传导轴与所述转环间。优选的，所述训练器还包括用于调整所述转环绕所述传导轴转动角度的调节装置，所述转环上设置有环形槽，所述调节装置位于所述环形槽内，所述环形槽与所述转环共圆心。优选的，所述调节装置包括位于所述环形槽内的至少两块弧形挡片与插销，所述相邻两个弧形挡片相接的一端设置有供所述插销插接的多个销孔，所述插销固定于所述转环上，通过不同销孔间的重叠固定，实现弧形挡片间弧间距的调节；所述力矩传感器设置于所述两弧形挡板的弧间距处并固定在所述传导轴上。优选的，所述转环的转动角度为±5° -±20°。与现有技术相比，本发明通过将负荷挡板固定于转环的两侧，同时将转环转动设置于传导轴上，根据偏转度检测控制系统实时监控转环的转动角度以确定两侧负荷挡板的偏转角度，用户可根据显示模块显示的当前偏转度的情况进行自行调节，一旦偏转度超过设定值则进行报警，让训练人员及时进行左右肢体动作及力量的调整，合理监控，避免不平衡训练。实现科学化的训练，避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中训练器的结构示意图1。图2为现有技术中训练器的结构示意图2。图3为本发明公开的一种力量平衡训练器的主视图。图4为本发明公开的一种力量平衡训练器的仰视图。图5为本发明公开的一种力量平衡训练器中传导轴与转环固定的结构示意图。图6为本发明公开的一种偏转度检测控制系统的控制流程图。图中的数字或字母所代表的相应部件的名称:1、传导轴2、转环3、负荷挡板4、固定轴5、海绵套6、凹槽7、弧形挡片8、插销9、销孔10、角度传感器11、力矩传感器12、环形槽
具体实施例方式传统的力量训练器由于仪器转动自由度的限制(定轴转动，围绕膝关节做屈伸运动)，即便是一侧肢体发力，也同样可以完成动作。无论是运动员力量增强训练还是病人损伤后的康复训练，采用单侧独立动作进行分别训练时，可以确保两侧所承受负荷的平衡，但存在无法完成双侧协同动作，且神经肌肉控制与双侧协同动作不同，对关节运动幅度较难控制，同时增加了设备结构的复杂性，也提高了设备的成本等诸多问题与不足。本发明针对现有技术中的不足，提出了一种能够实现双侧协同动作的偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器，根据控制系统的测量指标进行科学化训练，避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本。请参见图6，图6为本发明公开的一种偏转度检测控制系统的控制流程图。如图6所示，一种偏转度检测控制系统，包括:检测模块:用于检测物体偏转的角度以及扭转力矩的大小；检测模块包括用于检测偏转角度的角度传感器10以及用于检测扭转力矩大小的力矩传感器11。力矩传感器在负荷挡板旋转角度达到两端最大运动范围时开始测量。输入模块:通过输入模块设定角度及扭转力矩的最大偏转值；输入模块可为与处理模块电连接的输入键盘。处理模块:接收检测模块的角度及扭转力矩的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号，同时接收输入模块的最大偏转值信号，并将二者进行对比；处理模块包括将模拟信号进行放大及处理的处理器，将放大处理后的模拟信号转换为数字信号的转换器，以及CPU。输入模块与CPU电连接。显示模块:用于显示当前的角度偏转值与扭转力矩值；显示模块为电子显示屏，显示模块与CPU电连接。
报警模块:经过处理模块的对比处理，当检测模块的信号值大于最大偏转值时进行报警。报警模块为光电报警器或蜂鸣报警器。当扭转角度或力矩超过设定值时，蜂鸣器发出报警声，短音为角度超过设定值，长音为角度达到最大活动度情况下扭转力矩超过设定值，让训练人员及时进行左右肢体动作及力量的调整，合理监控，避免不平衡训练。报警模块具体实施方式
不做限制。报警方式分两种情况，第一是角度的报警，因为有些时候，虽然两侧肢体用力是平衡的，但存在一定偏转角度，及产生“动作不平衡”，维持固定的体位(偏转度)运动，此时若偏转角度超过预设值，报警。第二是扭转力矩的报警，即在两侧肢体用力不平衡时，偏转角度达到最大活动角度，力矩传感器开始测量，超过预设值报警。请一并参见图3-5，图3为本发明公开的一种力量平衡训练器的主视图。图4为本发明公开的一种力量平衡训练器的仰视图。图5为本发明公开的一种力量平衡训练器中传导轴与转环固定的结构示意图。如图所示，一种力量平衡训练器，包括传导轴1、转环2、负荷挡板3以及偏转度检测控制系统，转环2转动设置于传导轴I的前端，负荷挡板3对称固定于转环2的两侧，负荷挡板3能够随转环2的转动而摆动。负荷挡板3通过转环2可以以传导轴I作为中心进行摆动，在训练时，显示模块的偏转角度值与扭转力矩值均为0，当正常训练，两侧受力一致时，数值仍为0，一旦两侧用力不平衡，则用力较大一侧的负荷挡板会向上摆动，同时产生相应的偏转角度及扭转力矩值，偏转角度与扭转力矩值会通过显示模块进行显示，提醒用户及时的调整力度。避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本。负荷挡板3包括固定轴4与海绵套5，海绵套5转动设置于固定轴4上，海绵套5上开设有供肢体放入的凹槽6。海绵套5为高强度压缩海绵，海绵套可绕固定轴旋转，但不可向两侧滑动，在两侧海绵套对称位置处设有凹槽6，力量训练时肢体可以自然滑落于凹槽中，实现等臂训练，也确保扭转角度和力矩测量的有效性。角度传感器10设置于传导轴I与转环2间。角度传感器可以实时测量左右的偏转角度。右侧力量大于左侧时旋转角度为正(逆时针)，反之为负。训练器还包括用于调整转环绕传导轴转动角度的调节装置，转环2上设置有环形槽12，调节装置位于环形槽12内，环形槽12与转环2共圆心。调节装置包括位于环形槽12内的至少两块弧形挡片7与插销8，相邻两个弧形挡片7相接的一端设置有供插销8插接的多个销孔9，插销8固定于转环2上，通过不同销孔间的重叠固定，实现弧形挡片间弧间距的调节；力矩传感器11设置于两弧形挡板的弧间距处并固定在所述传导轴I上。力矩传感器在负荷挡板旋转角度达到两端最大运动范围时开始测量。力矩传感器11设置于两弧形挡板7的弧间距处。根据两侧肢体运动幅度及力量的不平衡程度，选择相应的设置，对应可以调节至的最大活动角度(左右旋转)为:±5度，± 10度，± 15度，±20度，在设置好的活动范围内，负荷挡板可以自由转动。活动角度还可为±7、±12、±17等，具体角度范围视情况而定。角度传感器采用传统的电位器原理，由于角度位置改变引起转环环形电阻值变化，从而改变输出电压。扭矩传感器采用现有用应变片电测技术，根据正常人体使用时的实际情况，考虑包含最大扭转力矩及测量精度，选择0-500Nm(牛*米)量程左右的传感器。
本发明的工作原理如下:S1:根据两侧肢体运动幅度及力量的不平衡程度，调节两片弧形挡板的重叠位置，后通过插销将弧形挡板7固定在转环2上。S2:设定角度及扭转力矩的最大偏转值；在设备上，分别用单侧肢体完成力量训练动作，记录完成过程中最大的力矩，用此力矩的10%作为不平衡的界定指标，即扭转力矩的设定值。S3:双腿放置于凹槽6内进行力量训练，力量训练过程中，如转环不存在偏转，显示模块显示数值为0，如存在偏转时，显示偏转的角度与扭转力矩值；角度传感器可以实时测量左右的偏转角度，右侧力量大于左侧时旋转角度为正(逆时针)，反之为负；当负荷挡板转动角度达到两端，受到力矩传感器的限制，负荷挡板不再转动，力矩传感器可测量左右扭转力矩，逆时针为右侧力矩与左侧力矩差值，顺时针为左侧力矩与右侧力矩差值。S4:—旦偏转角度与扭转力矩值超过设定最大值时，报警模块开始报警，短音为偏转角度超过设定值，长音为角度达到最大活动度情况下扭转力矩超过设定值。该力量训练器可以用于大部分人体上肢下肢大关节力量训练，如伸腿、勾腿，伸屈肘，蹲起力量训练器中。本发明公开了一种偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器，通过将负荷挡板固定于转环的两侧，同时将转环转动设置于传导轴上，根据偏转度检测控制系统实时监控转环的转动角度以确定两侧负荷挡板的偏转角度，用户可根据显示模块显示的当前偏转度的情况进行自行调节，一旦偏转度超过设定值则进行报警，让训练人员及时进行左右肢体动作及力量的调整，合理监控，避免不平衡训练。实现科学化的训练，避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种偏转度检测控制系统，其特征在于，包括: 检测模块:用于检测物体偏转的角度以及扭转力矩的大小； 输入模块:通过输入模块设定角度及扭转力矩的最大偏转值； 处理模块:接收所述检测模块的角度及扭转力矩的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号，同时接收所述输入模块的最大偏转值信号，并将二者进行对比； 显示模块:用于显示当前的角度偏转值与扭转力矩值； 报警模块:经过所述处理模块的对比处理，当所述检测模块的信号值大于最大偏转值时进行报警。
2.如权利I所述的偏转度检测控制系统，其特征在于，所述检测模块包括用于检测偏转角度的角度传感器以及用于检测扭转力矩大小的力矩传感器。
3.如权利I所述的偏转度检测控制系统，其特征在于，所述处理模块包括将所述模拟信号进行放大及处理的处理器，将放大处理后的模拟信号转换为数字信号的转换器，以及CPU。
4.如权利I所述的偏转度检测控制系统，其特征在于，所述报警模块为光电报警器或蜂鸣报警器。
5.一种力量平衡训练器，其特征在于，包括传导轴、转环、负荷挡板以及权利要求1所述的偏转度检测控制系统，所述转环转动设置于所述传导轴的前端，所述负荷挡板对称固定于所述转环的两侧，所述负荷挡板能够随转环的转动而摆动。
6.如权利要求5所述的力量平衡训练器，其特征在于，所述负荷挡板包括固定轴与海绵套，所述海绵套转动设置于所述固定轴上，所述海绵套上开设有供肢体放入的凹槽。
7.如权利要求5所述的力量平衡训练器，其特征在于，所述角度传感器设置于所述传导轴与所述转环间。
8.如权利要求5所述的力量平衡训练器，其特征在于，所述训练器还包括用于调整所述转环绕所述传导轴转动角度的调节装置，所述转环上设置有环形槽，所述调节装置位于所述环形槽内，所述环形槽与所述转环共圆心。
9.如权利要求8所述的力量平衡训练器，其特征在于，所述调节装置包括位于所述环形槽内的至少两块弧形挡片与插销，所述相邻两个弧形挡片相接的一端设置有供所述插销插接的多个销孔，所述插销固定于所述转环上，通过不同销孔间的重叠固定，实现弧形挡片间弧间距的调节；所述力矩传感器设置于所述两弧形挡板的弧间距处并固定在所述传导轴上。
10.如权利要求9所述的力量平衡训练器，其特征在于，所述转环的转动角度为±5° -±20°。
全文摘要
本发明公开了一种偏转度检测控制系统及包含该系统的力量平衡训练器，通过将负荷挡板固定于转环的两侧，同时将转环转动设置于传导轴上，根据偏转度检测控制系统实时监控转环的转动角度以确定两侧负荷挡板的偏转角度及扭转力矩，用户可根据显示模块显示的当前偏转度的情况进行自行调节，一旦偏转度超过设定值则进行报警，让训练人员及时进行左右肢体动作及力量的调整，合理监控，避免不平衡训练。实现科学化的训练，避免或纠正两侧肢体力量训练的不平衡性，促进两侧力量平衡发展，减少运动损伤，同时简化训练器的结构，降低设备成本。
文档编号A63B21/06GK103111064SQ20131002971
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者陆阿明, 王国栋, 雍明 申请人:苏州大学