一种具有心率测量功能的智能健腹轮的制作方法

本发明涉及智能健腹轮，尤其涉及一种具有心率测量功能的智能健腹轮。

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背景技术：
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物质的丰盛和工作生活的压力使肥胖人群逐渐增大，而腹部是人体脂肪最易沉积的部位，啤酒肚和大肚腩既影响健康又影响美观。健腹轮是一种可锻炼肌肉、关节、减轻体重的小型推动器，结构简洁，外形小巧，坚固耐用，使用方便，是居室健身的良好选择。健腹轮主要用于腹部、腰臀部及手臂等身体部位的锻炼，锻炼时所需要的场地简单，便于使用，是一种老少皆宜的运动用具。

专利号为cn201520387738.8的实用新型公开了一种智能健腹轮，包括智能健腹轮本体，与本体建立无线通讯的智能终端设备及网络服务器.智能健腹轮本体包含支撑杆、滚轮、左右把手、左右力测量装置、心电或心率测量电极、控制电路板、变速装置、发电装置、电池模块，滚轮安装在支撑杆中部，左右把手对称安装在支撑杆两端；变速装置将滚轮转速放大后通过发电装置将机械能转换为电能并通过控制电路板整流后蓄存在电池模块中，反之亦可控制滚轮的转速；智能健腹轮本体中还包含轮速感应计数电路、手柄压力传感器和心率或心电传感器，用来测量使用者的使用姿势、运动强度。用户使用智能健腹轮时的多种传感器数据能够上传至智能设备，运行在智能设备中的软件可以对相关数据进行处理并实现计时、计次和对用户进行自动指导提示，或将数据通过互联网上传到服务器端。

该实用新型智能健腹轮手柄上的压力传感器和心率或心电传感器与控制电路板需要通过线路连接，拆装时需要拆卸或连接线路，装配和维护比较麻烦。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种便于拆装智能健腹轮。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种具有心率测量功能的智能健腹轮，包括滚轮、支撑轴、两个手柄和控制电路，控制电路包括微控制器和心率测量电路，微控制器和心率测量电路布置在电路板上，心率测量电路接微控制器；手柄上安装有心率测量电极，心率测量电极与安装在空心支撑轴中的电路板电连接；滚轮的轮毂松套在支撑轴的中部，电路板包括两个金属弹片，两个金属弹片分别与电路板上的线路电连接；手柄的内端包括轴向的承孔，支撑轴的端部插入到手柄的承孔中；导电螺钉穿过心率测量电极、手柄和支撑轴，顶在金属弹片上，实现心率测量电极与电路板上的心率测量电路电连接。

以上所述的智能健腹轮，所述的心率测量电极为导电胶套，导电胶套套在手柄的外面；所述的电路板包括两块子电路板，两块子电路板分别固定在支撑轴内孔的两端，两块子电路板之间通过线路和连线器电连接，所述的微控制器和心率测量电路布置在第一子电路板上；每个子电路板包括一个所述的金属弹片，金属弹片与子电路板上的线路电连接；导电螺钉穿过导电胶套的螺钉孔、手柄的螺纹孔和支撑轴的螺钉孔，顶在金属弹片上，导电胶套通过导电螺钉和金属弹片实现与心率测量电路的电连接。

以上所述的智能健腹轮，支撑轴包括套管和内芯，内芯安装在套管的内孔中，套管的端部插入到手柄的承孔中；内芯的内孔中包括两个支承座，两块子电路板分别固定在内芯内孔两端的支承座上；内芯朝向于支承座的一侧包括用于操作两块子电路板径向开口。

以上所述的智能健腹轮，包括扭簧，滚轮包括左右布置的两个半轮，左半轮与右半轮通过螺钉连接，扭簧布置在滚轮内部两个半轮之间的腔体中；所述的扭簧为双联扭簧，双联扭簧包括两个第一支腿和两个第二支腿，两个第二支腿位于双联扭簧中部并连接在一起，两个第一支腿位于双联扭簧的两侧；支撑轴中部包括两个径向孔，双联扭簧的第一支腿插入到支撑轴的径向孔中；左半轮轮缘与右半轮轮缘的结合面上包括径向卡槽，双联扭簧的第二支腿卡所述的径向卡槽中。

以上所述的智能健腹轮，控制电路包括角度测量电路和六轴加速度传感器，角度测量电路包括电磁传感器和环形的永磁盘，永磁盘包括复数个磁极；电磁传感器和微处理器分别安装在第一子电路板上，通过第一子电路板的线路连接；滚轮为空心轮，环形的永磁盘安在滚轮轮毂的内侧，第一子电路板上的电磁传感器靠近永磁盘的磁极；六轴加速度传感器安装在第一子电路板上、与微处理器连接；六轴加速度传感器的z轴与支撑轴的轴线平行。

以上所述的智能健腹轮，控制电路包括压力测量电路、电源管理模块、存储模块和无线通信模块，压力测量电路包括压力传感器和放大电路；电源管理模块、存储模块、放大电路和无线通信模块布置在第一子电路板上，存储模块和无线通信模块分别接微控制器；压力传感器包括4块应变片电阻，4块应变片电阻粘贴在支撑轴的外表面，沿支撑轴的周向相互错开90°；4块应变片电阻组成桥式测量电路，桥式测量电路的输入端接直流电源，输出端经放大电路接微控制器；第二子电路板包括4块应变片电阻的接线端子。

以上所述的智能健腹轮，控制电路包括角度测量电路、加速度传感器、压力测量电路、电源管理模块、存储模块和无线通信模块；角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路、存储模块和无线通信模块分别接微控制器；智能健腹轮工作时包括左右均衡锻炼的步骤；

701)用户使用健腹轮时，控制电路记录健腹轮行进的方向、距离和时间；用户打开手机app，通知智能健腹轮控制电路的微控制器通过无线通讯模块将记录的数据传给手机app，手机app计算得到健腹轮运动的向左总次数、向左总能量消耗、向左平均能量消耗、向右运动总次数、向右总能量消耗和向右平均能量消耗、总运动距离、总能量消耗和单次平均能量消耗；

702)手机app比较向左总能量消耗与向右总能量消耗，将两者的差值除以较小的那个平均能量消耗，得到较小平均能量消耗运动方向需要增加的运动次数，将需要增加运动运动的次数和方向显示在手机屏幕上。

以上所述的智能健腹轮，智能健腹轮工作时包括智能识别运动方式的步骤；

801)用户打开手机app，点击新增用户选项，输入自己的名称信息，手机app提醒用户初始化运动数据；

802)用户选择多种运动方式中的一种进行初始化，在用户按选择的运动方式初始化锻炼的过程中，健腹轮控制电路计算并记录健腹轮对地面压力最大值的平均数值和压力变化速率的平均数值，将这些数据发送给手机app，手机app记录在该运动方式的对应存储项中；

803)重复步骤802，对多种运动方式的数据初始化完毕；

804)用户使用健腹轮运动时，健腹轮控制电路测量并计算健腹轮对地面压力最大值的平均值和压力变化速率的平均值，并将这些数据发送给手机app，手机app将收到的数据与各种运动方式的存储项逐一对比匹配，并按匹配到的运动方式，记录运动次数、能量消耗和运动初始结束时间，并保存为临时数据；

805)用户运动结束后操作手机时，手机app提醒用户确认将匹配后记录的临时数据存储到用户的名下。

以上所述的智能健腹轮，智能健腹轮工作时包括通过数据匹配识别用户的步骤；

901)手机app存储有不同用户初始化的数据，包括对地面压力最大值和压力变化速率；

902)用户运动时，健腹轮控制电路测得当前用户运动时对地面压力最大值和压力变化速率；

903)将当前用户运动时对地面压力最大值跟手机app存储的不同用户初始化数据中对地面压力最大值数据进行匹配，如果匹配成功，则将当前用户的运动数据临时存储到相应用户的名下；

904)如果步骤903匹配失败将当前用户运动时压力变化速率跟手机app存储的不同用户初始化数据中压力变化速率数据进行匹配，如果匹配成功，则将当前用户的运动数据临时存储到相应用户的名下；

905)如果叔904匹配失败，手机app提醒用户进行手动选择。

以上所述的智能健腹轮，智能健腹轮工作时包括以下步骤；

1001)当用户打开手机app的界面，点击开始运动的选项时，手机app弹出窗口供用户选择用户名称，用户在用户名称列表中选择后，手机app通知健腹轮控制电路将运动数据发送给手机，手机app记录在选定用户之下；

1002)当用户没有打开手机app，或没有选择自己代号就使用健腹轮运动，健腹轮控制电路测得的用户运动数据存储在内部的存储模块中；当用户打开手机app时，健腹轮控制电路将存储在存储模块中的数据通过无线通讯模块发送给手机app，进行数据匹配；

1003)用户确认临时存储到相应用户的名下的数据是否需要修改用户名称。

本发明的智能健腹轮在拆卸或装配手柄时，只要松开或拧上螺钉，不需要拆卸线路，便于智能健腹轮拆装和维护。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例智能健腹轮的主视图。

图2是本发明实施例智能健腹轮的右视图。

图3是图1中的a向剖视图。

图4是图3中i部位的局部放大图。

图5是图2中的b向剖视图。

图6是图5中ii部位的局部放大图。

图7是本发明实施例智能健腹轮部分结构的立体图。

图8是本发明实施例扭簧的立体图。

图9是本发明实施例压力测量电路的原理图。

图10是本发明实施例角度测量电路的结构图。

图11是本发明实施例控制电路的原理框图。

图12是本发明实施例心率测量电路的测量回路示意图。

[具体实施方式]

本发明实施例智能健腹轮的结构和原理如图1至图12所示，智能健腹轮包括滚轮1、支撑轴2、两个手柄3和控制电路。

滚轮1包括左右布置的两个半轮，左半轮1a与右半轮通过螺钉11连接在一起，扭簧4布置在滚轮1内部、左半轮1a与右半轮1b之间的腔体中。扭簧4为双联扭簧，两个支腿401位于双联扭簧中部并连接在一起，两个支腿402位于双联扭簧的两侧。支撑轴2中部有两个径向孔203，双联扭簧的支腿402插入到支撑轴2的径向孔203中。左半轮1a轮缘与右半轮1b轮缘的结合面上都有一条径向卡槽101，双联扭簧的支腿401卡在径向卡槽101中。

当用户在推健腹轮前进时，支撑轴2与健腹轮之间相对转动，扭簧4受圆周力往内缩，存储能量，健腹轮受到扭簧4反向力起到减速作用。当用户拉回健腹轮时，扭簧4释放存储的能量，减少用户往回拉的力。扭簧4可以减少回程的难度，也可以减少肌肉拉伤的风险，达到减少健腹轮入门难度的目的。

控制电路包括微控制器(数据处理中心)、心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路、电源管理模块、存储模块和用于与智能手机通信的无线通信模块。

控制电路的电路板由两块子电路板组成，两块子电路板分别固定在支撑轴2内孔的两端，两块子电路板8a和8b之间通过连接线12和连线器13电连接，但是，两块子电路板8a和8b要用螺钉分别固定到支撑轴2的内孔中存在一定的困难。

在本实施例中，支撑轴2包括套管201和内芯202，内芯202安装在套管201的内孔中，套管201的端部插入到手柄3的承孔中。内芯202的内孔的两端分别有一个支承座204，两块子电路板分别固定在内芯202内孔两端的支承座204上。内芯202朝向于支承座204的一侧有一个用于两块子电路板安装操作用的径向开口205。利用这个开口205，两块子电路板8a和8b可以很方便地用螺钉固定到内芯202的内孔两端的支承座204上，并通过连接线12和连线器13连接。内芯202和两块子电路板8a、8b装配完成后作为一个组件再插入到套管201的内孔中，简化了电路板与支撑轴2的装配过程。

手柄3的端部有一个轴向的承孔301，支撑轴2的端部插入到手柄3的承孔301中，手柄固定螺钉14将手柄3与支撑轴2固定在一起。

如图11所示，控制电路包括微控制器(数据处理中心)、心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路的放大电路、电源管理模块、存储模块和用于与智能手机通信的无线通信模块布置在子电路板8a上，心率测量电路、角度测量电路、六轴加速度传感器、压力测量电路、存储模块和无线通信模块分别接微控制器。

心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电位的。

电源管理模块包括充电电池和电池的充电、供电控制电路。

智能健腹轮通过测量用户左右手的电位差，计算得到用户的心率。因此，心率测量需要在手柄3上设置心率测量电极，本实施例的心率测量电极为导电胶套6。导电胶套6套在手柄3的外面。每个子电路板都有一块金属弹片15，金属弹片15与子电路板上的线路电连接。铜质的导电螺钉16穿过导电胶套6的螺钉孔、手柄3的螺纹孔和支撑轴2的螺钉孔，顶在金属弹片15上，这样，两个手柄3上的导电胶套6分别通过各自的导电螺钉16和金属弹片15实现与心率测量电路的电连接。

如图12所示，人体通过导电胶套6和心率测量电路形成测量回路。

压力测量电路包括压力传感器和放大电路。压力传感器包括4块应变片电阻17，4块应变片电阻17粘贴在支撑轴2的外表面，沿支撑轴2的周向相互错开90°。如图y所示4块应变片电阻r1至r4组成桥式测量电路，桥式测量电路的输入端接直流电源v，输出端经放大电路接微控制器。子电路板8b包括4块应变片电阻17的接线端子，4块应变片电阻17的引线焊接在子电路板5b的接线端子上，通过连接线与子电路板5a上的放大电路电连接。

压力传感器采用全桥工作方式，通过应变片电阻17的变形转换成电阻的变化，得到较大的电压信号，放大电路将电压信号发送给微控制器(数据处理中心)，计算得到支撑轴2受到竖直向下的压力f1，再转换成健腹轮对地面的压力f＝f1+g(g为健腹轮的重力)，微处理器再将压力数据通过无线通讯模块发送到用户手机。

如图4和图10所示，角度测量电路包括电磁传感器18和环形的永磁盘7，永磁盘7包括4对磁极701。角度测量电路的电磁传感器18(干簧管或者霍尔传感器)安装在子电路板5a上，通过子电路板5a上的线路与微处理器连接。环形的永磁盘7通过热熔安在滚轮1左半轮1a毂的内侧，永磁盘7的磁极701布置在的电磁传感器18的外围。

六轴加速度传感器安装在子电路板5a上、与微处理器连接。六轴加速度传感器的z轴与支撑轴2的轴线平行。

当用户推着健腹轮前进时，健腹轮与子电路板5a发生相对转动，电磁传感器18测量磁场的变化，得到健腹轮与滚动轴的相对转角β，用户推动健腹轮前进时，手握住的支撑轴2相对地面转动，支撑轴2相对地面转动的角度为γ。因支撑轴2转动方向与健腹轮转动方向相反，γ为负值。健腹轮相对地面转动角度α＝β+γ。健腹轮前进距离s＝αr(r为健腹轮的半径)。

本发明以上实施例的压力传感器直接安装在支撑轴上并与支撑轴内孔中的电路板电连接；作为心率测量电极的导电胶套通过导电螺钉和金属弹片与电路板上心率测量电路的电连接；拆装时不需要拆卸或连接线路，便于产品装配和维护。

本发明以上实施例的智能健腹轮可以按以下方式进行工作：

1.左右均衡锻炼的方法：

以用户身体近似直线时，头部的朝向为正前方。用户可以推着健腹轮往前、往左或者往右，锻炼肌肉的强度是不一样的，具体如下表1。

表1：不同方向肌肉锻炼效果表

控制电路中的六轴加速度陀螺仪装配在电路上，六轴加速度陀螺仪z轴指向健腹轮的轴向，x、y轴指向健腹轮的径向。

当用户推着健腹轮往前走时，只有x、y轴加速度会发生变化。前进方向往左或者往右改变时，z轴加速度会发生变化，此时微控制器(数据处理中心)开始记录健腹轮前进的方向、距离和时间。当用户锻炼一个周期后，打开手机app，点击同步运动数据，通知智能健腹轮控制电路的微控制器通过无线通讯模块将数据传给手机app，手机app生成用户向左总次数、向左总能量消耗、向左平均能量消耗；向右运动总次数、向右总能量消耗、向右平均能量消耗；总运动距离、总能量消耗和单次平均能量消耗等数据。

比较向左总能量消耗与向右总能量消耗，如向左总能量消耗较小，计算向右总能量消耗与向左总能量消耗的差值除以向左平均能量消耗，得到增加向左运动次数的建议，同时提供左右运动次数的差值和向左运动次数的建议显示在手机屏幕上供用户参考。

记录用户锻炼左右侧肌肉的次数及时间，对比左右运动数据，可以辅助用户平衡锻炼不同部位的肌肉。

用户锻炼时，用户以不同的运动姿势使用健腹轮。将人体简化成不同的运动机构，运动的能量消耗q＝∑mgδh+∫ff*δs。其中m为用户人体不同部位的重量，δh为用户人体对应部位的高度变化；ff为健腹轮行进过程中的摩擦力，δs为健腹轮行进的距离。

2.智能识别运动方式的方法：

智能健腹轮提供一种智能识别运动方式的方案。手机中存储有与手机app关联的、可供选择的运动方式的基本资料；手机app在初始状态下在手机屏幕中显示常用的三种基本运动方式供用户选择，同时为用户提供了新增运动方式的接口，用以选择其它运动方式。

用户打开手机app，点击新增用户选项，输入自己的名称″tom″、体重，和身高信息。手机app提醒用户初始化运动数据，用户可以选择常用的三种运动方式中的一种，如点击″跪式″，手机app在屏幕上显示跪式健腹轮运动的动画，并提醒用户参考动画视频运动10次。

在用户按跪式健腹轮运动锻炼过程中，健腹轮控制电路测量、计算并记录用户运动过程中健腹轮10次过程中对地面压力最大值的平均值和压力变化速率的平均值(压力变化速率为对地面压力最大值减健腹轮到达前方最远处的对地面压力然后除健腹轮运动的距离)，智能健腹轮控制电路将这些数据发送给手机app，手机app记录在a1项中。用户逐一初始化另外两种运动方式的数据，手机app相应地记录在b1项和c1项中。

初始化完成后，用户使用健腹轮运动，健腹轮控制电路测量并计算健腹轮对地面压力最大值的平均值，以及压力变化速率的平均值，并将这些数据发送给手机app，手机app将这些数据与a1、b1、c1等项逐一对比匹配，若数据与该项的误差小于设定的范围，就匹配相应的运动方案，记录运动过程中运动方式、运动次数、能量消耗和运动初始结束时间，并保存为临时数据。运动结束后，用户操作手机时，手机app提醒用户是否将表3中的临时数据存储到″tom″的名下。如果用户发现匹配的这些运动方式有误，可以在手机app的界面上修改运动方式及次数，并保存。

表2：对地面压力最大值的平均值及变化速率表

表3：临时人员运动数据表

3.数据匹配的方法：

表4：不同用户不同运动方式的数据表

表4行中的各项记录了不同用户初始化的对地面压力最大值的范围，压力变化率的范围。健腹轮控制电路测得对地面压力最大值a和变化速率b，首先将a跟表4中各行中的记录逐一匹配(误差小于设定值时为匹配成功)，如对地面压力最大值a与allen行中的a24匹配，就可以识别用户为″allen″，运动方式为″后推式″。如果对地面压力最大值a匹配失败，则用变化速率b来进行匹配。如果都匹配失败，手机app提醒用户手动选择。

智能健腹轮提供识别不同使用用户的方案。当用户打开手机app的界面，点击开始运动的选项时，手机app弹出窗口选择用户名称，用户在列表中选择用户″jack″、″tom″或者其它。选定之后，手机app通知健腹轮控制电路将运动数据发送给手机，手机app记录在选定用户之下。

当用户没有打开手机app，没有选择自己代号就使用健腹轮运动，健腹轮控制电路测得的数据存储在内部存储模块，用户下次打开手机app时，健腹轮控制电路将存储在存储模块数据通过无线通讯模块发送给手机app，进行数据匹配。

例如匹配到″b2″，将用户的运动数据记录到临时用户″allen临时″名下，用户只需要确认此项数据是否需要记录在″allen″的名下，如果数据临时匹配不正确，用户可以再修改记录在其他用户名下。