一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统的制作方法

1.本发明涉及健身技术领域，具体涉及一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统。

背景技术：

2.力量训练器通过往不同方向拉拽拉绳，拉绳可设置不同的阻力大小，从而能够辅助用户训练胸大肌、三角肌、腹部肌、腰部肌等多个部位的肌肉，深受健身爱好者的喜爱。
3.但是传统的力量训练器，安全性能不高，具体表现在以下方面：
4.1.传统的力量训练器接的是220v的民用电压，如果发生漏电或者短路，极易引起安全事故。
5.2.传统的力量训练器没有设置电阻尼或者机械阻尼，如果出现拉升阻力突然消失的情况或者体力不支的情况，会导致正在训练的人肌肉拉伤或者摔倒或者被健身器械砸伤；另外当训练的人体力不支时，突然松手后，器械会回弹或者跌落，损伤健身器械的同时，还极大可能伤到人。
6.有鉴于此，本技术提出一种智能数字化能量自循环健身系统及方法。

技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统。
8.为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
9.一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，包括电机和拉绳，所述电机的转轴上设有绕线轴，所述绕线轴上设有拉绳，所述拉绳的一端固定在绕线轴上，所述拉绳的另一端连接有手柄，还包括
10.foc控制器：所述foc控制器用于将用户拉动拉绳并带动电机转动产生的机械能转化为脉冲电能；
11.宽压全桥dcdc电能转换稳压模块：所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块用于接收所述脉冲电能，并将所述脉冲电能以电荷的方式存储在超级电容内；
12.所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块还用于将所述超级电容存储的脉冲电能转换成固定的电压，并供给触摸显示装置和其他辅助用电设备；
13.所述脉冲电能为间歇型不连续的脉冲型能量，且所述脉冲电能具有瞬间高功率性；
14.超级电容：所述超级电容用于存储所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块转换的脉冲电能；
15.所述foc控制器包括法拉电容模块、升压电路模块和栅极驱动电路模块，所述法拉电容模块分别与所述升压电路模块和栅极驱动电路模块电连接，
16.所述法拉电容模块用于在所述foc控制器断电后，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力；
17.所述升压电路模块用于在所述法拉电容模块失去电能后，强行推动电机转动产生电能，给所述法拉电容模块进行充电，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力；
18.所述拉绳连接有限速度阻尼器，所述限速度阻尼器包括主轴和定滑轮，所述定滑轮可转动地安装于主轴上，所述主轴的一端设有离心阻尼机构，所述主轴的另一端设有弹簧复位机构。
19.进一步的，所述法拉电容模块包括法拉电容、pmos型开关管k2、二极管d3和电阻r2，所述法拉电容的一端电连接有所述pmos型开关管k2，所述pmos型开关管k2电连接有所述二极管d3，所述二极管d3电连接有所述电阻r2，所述电阻r2连接所述栅极驱动电路模块，所述法拉电容的另一端电连接有电阻r1和二极管d7，所述电阻r1和二极管d7的另一端连接所述pmos型开关管k2，所述法拉电容的电通过所述pmos型开关管k2、所述二极管d3和所述电阻r2对所述栅极驱动电路模块供电并维持高电平。
20.进一步的，所述升压电路模块包括boost控制芯片、电感l1、二极管d8和mos管t1，所述boost控制芯片连接有mos管t1，所述mos管t1的一端电连接所述电感l1和二极管d8，所述电感l1电连接有usb电压vbus，所述二极管d8连接有所述pmos型开关管k2，所述mos管t1的另一端电连接接地，所述mos管t1并联有电容c1。
21.进一步的，所述栅极驱动电路模块包括半桥功率管q2，所述半桥功率管q2连接所述法拉电容模块和栅极驱动器。
22.进一步的，所述栅极驱动电路模块还包括nmos型开关管k1，所述nmos型开关管k1的一端连接有半桥功率管q2，所述nmos型开关管k1的另一端连接有栅极驱动器。
23.进一步的，所述离心阻尼机构包括阻尼材料、阻尼盘和离合件，所述离合件可转动地安装于所述主轴的一端，所述离合件啮合连接有阻尼盘，所述阻尼盘的外部设有所述阻尼材料。
24.进一步的，所述弹簧复位机构包括复位弹性件和限位块，所述复位弹性件的一端安装于所述主轴的端部，所述复位弹性件的另一端通过限位块不会脱离弹簧复位机构的限定区域。
25.进一步的，所述离合件包括连接件和离合凸轮，所述连接件的中部固定连接所述主轴，所述连接件的两端连接所述离合凸轮；所述离合凸轮的外部设有离合啮合齿，所述阻尼盘的内部设有阻尼齿槽，所述离合啮合齿与所述阻尼齿槽相匹配。
26.进一步的，所述foc控制器还包括采样电阻模块，
27.所述采样电阻模块包括由m个并联组成的采样电阻，m》1的整数，所述采样电阻模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；
28.所述采样电阻模块还包括栅极驱动单元和多个mos管，所述栅极驱动单元的一端连接所述电机控制模块，所述栅极驱动单元的另一端串联连接多个所述mos管，所述mos管对应一个栅极驱动单元的栅极驱动电路，所述采样电阻连接对应的所述mos管。
29.进一步的，所述foc控制器还包括可编程pga阵列模块，
30.所述可编程pga阵列模块所述可编程pga阵列模块包括由n条并联组成的可编程增
益放大器，n》1的整数，所述可编程pga阵列模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；
31.所述可编程pga阵列模块还包括多个电子开关，所述电子开关的一端连接所述采样电阻，所述电子开关的另一端连接所述可编程增益放大器。
32.由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
33.本发明为一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，本发明通过foc控制器和电机组成健身的机电执行机构，foc控制器使用foc矢量控制算法，设置有位置环，速度环和电流环。foc控制器的采样电阻模块和可编程pga阵列模块，在运行中根据具体需求动态调整的电路装置，使其电流采样输出的信号始终处于最佳的幅度和信噪比范围内。不但实现大范围高精度相电流检测，使foc电机控制转矩精度更高，而且相电流反馈电流回路snr(信噪比)更佳。使得电机在方向改变，力矩大小调节，都是连续且顺滑的，并且在系统里设置电机运动最大的变化上限值，也通过系统时刻检测电机发生突然变化的情况，及时采取停机措施。相比较于传统的利用金属重力或是弹簧拉力这些不可控的健身方式，不会因用户失手，受到机械伤害。
34.本发明通过foc控制器、超级电容和宽压全桥dcdc电能转换稳压模块组成的能量回收系统，当用户通过健身系统克服拉绳阻力运动时，利用两个电机产生力量训练的阻力，用户拉动拉绳并带动电机转动产生的机械能转化为脉冲电能，将该脉冲电能通过超级电容进行存储收集。本发明利用超级电容瞬间可以吸收大功率的特性，把用户训练的爆发力的能量存储下来。所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块用于将所述超级电容存储的脉冲电能转换成固定的电压，并供给系统主板、触摸显示装置和其他辅助用电设备。这样整个健身系统本身形成了一个自循环，不用依靠外接蓄电池和电网，即可实现本系统的自行运转。且能量回收系统实现了脱离高压市电电网的自循环运行，同时foc控制器利用限制输出电压算法，控制输出到超级电容的最大电压不超过36v这个人体安全电压的范围。即内部使发生漏电或是用户意外接触到内部电的部分，也不会造成伤害，保障用户在触电方面的安全。
35.本发明通过限速度阻尼器，该限速度阻尼器安装于拉绳类的健身器械上，当训练拉绳的拉动会带动定滑轮转动，当训练拉绳任意方向速度超过安全速度时，会触发定滑轮内部的离心阻尼机构工作。该离心阻尼机构通过设置阻尼材料、阻尼盘和离合件，当训练拉绳带动定滑轮转动时，如果当训练拉绳任意方向速度超过安全速度时，离合件卡到阻尼盘内，并在阻尼材料的作用下，产生一反向力，产生阻尼效应，增大绳子的阻力，限制绳子的最大速度。使训练拉绳出现拉升阻力突然消失的情况或者体力不支的情况时，训练人员会有一个反应时间来调整训练拉绳，避免训练人员的受伤或者损伤健身器械。这样在维持原有使用和功能不变的情况下，使用健身设备更加安全化，防止训练拉绳的拉力突然性的跑空和增大。
附图说明
36.下面结合附图对本发明作进一步说明：
37.图1为本发明一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统的立体结构示意图。
38.图2为本发明一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统的内部结构示意
图。
39.图3为本发明一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统的正面结构示意图。
40.图4为本发明能量回收系统的电路控制原理图。
41.图5为本发明机电执行机构的电路控制原理图。
42.图6为本发明可编程pga阵列模块和可编程pga阵列模块与的结构示意图。
43.图7为本发明可编程pga阵列模块的结构示意图。
44.图8为本发明采样电阻模块的结构示意图。
45.图9为本发明限速度阻尼器的结构示意图。
46.图10为本发明图9的a向结构示意图；
47.图11为本发明图9的b向结构示意图。
48.图中1-第一电机；2-第二电机；3-第一绕线轴；4-第二绕线轴；5-第一拉绳；6-第二拉绳；7-第一电机控制器；8-第二电机控制器；9-第一磁编式传感器；10-第二磁编式传感器；11-宽压全桥dcdc电能转换稳压模块；12-超级电容；13-嵌入式显示输入驱动板；14-触摸显示屏。
49.100-主轴；200-定滑轮；300-离心阻尼机构；400-弹簧复位机构；500-拉绳。
50.31-阻尼材料；32-阻尼盘；33-离合件；34-第一固定座；35-第一轴承座。
51.331-连接件；332-离合凸轮；3321-离合啮合齿；321-阻尼齿槽。
52.41-复位弹性件；42-限位块；43-第二固定座；44-第二轴承座。
具体实施方式
53.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行作为对本发明的进一步说明详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
54.参看图1-图4，一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，包括电机和拉绳，电机的转轴上设有绕线轴，绕线轴上设有拉绳，拉绳的一端固定在绕线轴上，拉绳的另一端连接有手柄。
55.作为对本发明实施例的进一步说明，所述电机均为扁平状，所述电机为第一电机1和第二电机2；绕线轴分别为与第一电机1连接的第一绕线轴3、以及与第二电机2连接的第二绕线轴4；两拉绳为第一拉绳5和第二拉绳6，第一拉绳5绕设在第一绕线轴3上，第二拉绳6绕设在第二绕线轴4上。本健身系统还包括两磁编式传感器，分别为第一磁编式传感器9和第二磁编式传感器10，第一磁编式传感器9连接第一电机1，第二磁编式传感器10连接第二电机2。当用户进行训练时，用户通过健身系统克服拉绳阻力运动，利用两个电机产生力量训练的阻力。在训练过程中，通过两个磁编式传感器分别测量电机的角速度，配合foc控制器的foc算法，提供无顿挫细腻的阻尼力。双臂运动相互独立，不会相互干扰，也不会造成错顿感，从而提高健身效果，提高用户体验。
56.作为对本发明实施例的进一步说明，健身系统还包括foc控制器、宽压全桥dcdc电能转换稳压模块11、超级电容12和触摸显示装置。
57.作为对本发明实施例的进一步说明，所述foc控制器设置有第一foc控制器7和第二foc控制器8，第一foc控制器7和第二foc控制器8分别控制第一电机1和第二电机2。所述foc控制器用于将用户拉动拉绳并带动电机转动产生的机械能转化为脉冲电能。
58.作为对本发明实施例的进一步说明，宽压全桥dcdc电能转换稳压模块11：所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块11用于接收所述电机的脉冲电能，并将所述脉冲电能以电荷的方式存储在超级电容内。
59.作为对本发明实施例的进一步说明，所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块11还用于将所述超级电容12存储的脉冲电能转换成固定的电压，并供给触摸显示装置和其他辅助用电设备。
60.作为对本发明实施例的进一步说明，所述脉冲电能为间歇型不连续的脉冲型能量，且所述脉冲电能具有瞬间高功率性。
61.作为对本发明实施例的进一步说明，所述超级电容12用于存储所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块转换的脉冲电能。
62.作为对本发明实施例的进一步说明，触摸显示装置包括嵌入式显示输入驱动板13和触摸显示屏14，嵌入式显示输入驱动板13的一端电连接foc控制器，嵌入式显示输入驱动板13的另一端电连接触摸显示屏14。所述嵌入式显示输入驱动板13用于控制健身系统的显示数据输出，并将触摸显示屏14的触摸数据输入到健身系统内，控制健身系统的工作。
63.本发明通过foc控制器、超级电容和宽压全桥dcdc电能转换稳压模块组成的能量回收系统，当用户通过健身系统克服拉绳阻力运动时，利用两个电机产生力量训练的阻力，用户拉动拉绳并带动电机转动产生的机械能转化为脉冲电能，将该脉冲电能通过超级电容进行存储收集。本发明利用超级电容瞬间可以吸收大功率的特性，把用户训练的爆发力的能量存储下来。所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块用于将所述超级电容存储的脉冲电能转换成固定的电压，并供给系统主板、触摸显示装置和其他辅助用电设备。这样整个健身系统本身形成了一个自循环，不用依靠外接蓄电池和电网，即可实现本系统的自行运转。且能量回收系统实现了脱离高压市电电网的自循环运行，同时foc控制器利用限制输出电压算法，控制输出到超级电容的最大电压不超过36v这个人体安全电压的范围。即内部使发生漏电或是用户意外接触到内部电的部分，也不会造成伤害，保障用户在触电方面的安全。
64.所述foc控制器还包括法拉电容模块、升压电路模块和栅极驱动电路模块，所述法拉电容模块分别与所述升压电路模块和栅极驱动电路模块电连接，
65.所述法拉电容模块用于在所述foc控制器断电后，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力；
66.所述升压电路模块用于在所述法拉电容模块失去电能后，强行推动电机转动产生电能，给所述法拉电容模块进行充电，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力。
67.作为对本实施例的进一步说明，所述法拉电容模块包括法拉电容、pmos型开关管k2、二极管d3和电阻r2，所述法拉电容的一端电连接有所述pmos型开关管k2，所述pmos型开关管k2电连接有所述二极管d3，所述二极管d3电连接有所述电阻r2，所述电阻r2连接所述栅极驱动电路模块的第一栅极驱动drive单元，所述法拉电容的另一端电连接有电阻r1和二极管d7，所述电阻r1和二极管d7的另一端连接所述pmos型开关管k2，所述法拉电容的电
通过所述pmos型开关管k2、所述二极管d3和所述电阻r2对所述栅极驱动电路模块供电并维持高电平。法拉电容也可以用纽扣电池来替代。pmos型开关管k2为pmos型开关管，当控制器正常通电，有24v电压加到pmos型开关管k2的g极时时，pmos型开关管k2的g极电压大于pmos型开关管k2的s极的电压(24v-12v＝12v)，pmos型开关管k2关闭，法拉电容的输出关闭。当24v电消失时，电阻r1,使其法拉电容通，法拉电容的电通过所述pmos型开关管k2、所述二极管d3和所述电阻r2对所述栅极驱动电路模块供电并维持高电平，从而给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力。其中d3为防反充电，r2为限流电阻。
68.作为对本实施例的进一步说明，所述法拉电容的大小根据所述pmos型开关管k2的类型选择，以一个15v，1f容量的法拉电容为例，其电压从12v放到7v电压时可以正常维持所述pmos型开关管k2导通,放电电压差为5v，其放电时间计算为:1f(法拉)*5v(伏)＝5c(库仑)，其放电时间为5c(库仑)/1ua(微安)＝5000000s(秒)/3600＝1380h(小时),大约为50天时间。
69.作为对本实施例的进一步说明，所述升压电路模块包括boost控制芯片、电感l1、二极管d8和mos管t1，所述boost控制芯片连接有mos管t1，所述mos管t1的一端电连接所述电感l1和二极管d8，所述电感l1电连接有usb电压vbus，所述二极管d8连接有所述pmos型开关管k2，所述mos管t1的另一端电连接接地，所述mos管t1并联有电容c1。如果控制电机转动或电机被强行推动，产了的反电动势电压超过0.5v,则由电感l1、二极管d8，电容c1以及boost控制芯片组成的升压电路模块对法拉电容进行充电.由于这类需要制动的电机功率较大，升压电路模块产生的电能远大于一个法拉电容充满所需要的能量，在很短的时间内就完成。因此所述法拉电容模块进行充电充满后，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力。如果不用升压电路模块,也可以用三个3.6v的80mah的纽扣电池串联，达到电压10.2v，其维持时间可以达到80ma/1ua＝8万小时＝大约3300天，10年左右，使其达到一个控制器产品的使用寿命周期。
70.在本实施例中，所述栅极驱动电路模块中的两个栅极驱动器drive、半桥功率管q1、半桥功率管q2、电阻r5、二极管d1和二极管d5均为原来的foc控制器的组成元件，其具体的结构设置可参看图1。
71.在上述的方案中，此时的栅极驱动器特别定制的低漏电的类型，因此不需要设置nmos型开关管k1。
72.作为对本实施例的改进，作为对本实施例的进一步说明，作为对本实施例的进一步说明，所述栅极驱动电路模块还包括nmos型开关管k1，所述nmos型开关管k1的一端连接有半桥功率管q2，所述nmos型开关管k1的另一端连接有栅极驱动器。q2为普通控制器的其中一个半桥的功率管，nmos型开关管k1为断开半桥功率管q2和栅极驱动器之间连接的nmos型开关管。
73.在本实施例中，所述栅极驱动电路模块包括两个栅极驱动器drive、半桥功率管q1、半桥功率管q2、电阻r5、二极管d1和二极管d5。其中第一个栅极驱动器drive的一端电连接所述电机pwm控制输出单元，所述第一个栅极驱动器drive的另一端连接所述nmos型开关管k1，所述nmos型开关管k1连接所述半桥功率管q2，所述半桥功率管q2的一端连接所述半桥功率管q1，所述半桥功率管q2的另一端连接接地；所述第二个栅极驱动器drive的的一端
电连接所述电机pwm控制输出单元，所述第二栅极驱动drive单元的另一端连接所述半桥功率管q1。半桥功率管q1分别半桥功率管q2为普通控制器的其中一个半桥的功率管。
74.在本实施例中，nmos型开关管k1为断开半桥功率管q2和第一个栅极驱动器drive之间连接的nmos型开关管。当foc控制器断电后，foc控制器的24v电压也消失，电阻r5把k1关闭，降低驱动器的漏电，当foc控制器断电后，foc控制器的24v电压让nmos型开关管k1开通。驱动电路正常工作。
75.本发明采用一种利用电机原控制器本身现有的mos功率管栅极是容性的特征,电阻非常大，高达10g欧姆，在充到高电平时，消耗电流及其微小,一般一个30v 100a的功率型mos管的栅极漏电仅仅为0.1ua，在控制器断开供电时，把图1中三个半桥的下三路栅极驱动电路模块通上高电平，让其保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力。这个用于维持foc控制器下桥三路栅极驱动电路模块开通的电能总共只需要不到1ua,存储在一个很小的微型法拉电容上电量，即可在持续数月，而用纽扣电池则可以维持数年，并在控制器通电后可以立即得到补充。即使在纽扣电池或微型法拉电容上完全没有了电能，本发明还用了一种超低压dcdc升压模块，只有电机稍微有一点转动产生了大于0.3v电压的电能都可以升到12v以上,并迅速让半桥的下三路栅极驱动电路模块导通，电机处于阻尼刹车状态，进一步提高了可靠性。而当控制器在通电时，把法拉电容的供电断开，驱动器正常工作。
76.在本实施例中，所述foc控制器还包括采样电阻模块，所述采样电阻模块包括由m个并联组成的采样电阻，m》1的整数，所述采样电阻模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；
77.在本实施例中，所述采样电阻模块还包括栅极驱动单元和多个mos管，所述栅极驱动单元的一端连接所述电机控制模块，所述栅极驱动单元的另一端串联连接多个所述mos管，所述mos管对应一个栅极驱动单元的栅极驱动电路，所述采样电阻连接对应的所述mos管。
78.在本实施例中，采样电阻设置有三个，分别为r1、r2和r3，其中r1＝1，大小为r3＝10倍r2＝100r1，r1、r2和r3分别对应连接mos管q1,、mos管q2和mos管q3，mos管q1,、mos管q2和mos管q3均和栅极驱动单元的栅极驱动电路连接，且mos管q1,、mos管q2和mos管q3均与mos管q4相连接，所述mos管q4与电机控制模块的pwm控制输出单元相连接。通过设置r1、r2和r3，他们之间为10倍的放大关系，可根据需要连通其中一路。具体选择根据用户设置的电流基准值iset来决定。比如用户设置的电流基准值iset，计算出最大值imax＝k*iset，k取值1.5-2。然后根据电机控制模块，计算出电机控制模块控制的相电流(r*g)max＝3.3/imax；此处选用最常见3.3v的电机控制模块系统。接着进行判断(r*g)max≤8则选r1＝1,如果(r*g)max》8则r2＝10,如果(r*g)max》80则r3＝100。
79.在本实施例中，所述foc控制器还包括可编程pga阵列模块，所述可编程pga阵列模块所述可编程pga阵列模块包括由n条并联组成的可编程增益放大器，n》1的整数，所述可编程pga阵列模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；
80.在本实施例中，所述可编程pga阵列模块还包括多个电子开关，所述电子开关的一端连接所述采样电阻，所述电子开关的另一端连接所述可编程增益放大器。
81.在本实施例中，由于采样电阻设置有三个，分别为r1、r2和r3，对应的电子开关也为三个，其一端分别对应连接采样电阻r1、r2和r3，另一端电子开关连接多组可编程的增益
放大器。
82.对应上述的电机控制模块控制的相电流(r*g)max＝3.3/imax，根据g取最小时信噪比最佳原则，再判断(r*g)max/r《2，则g＝1；2≤(r*g)max/r《4则g＝2；4≤(r*g)max/r《8则g＝4；(r*g)max/r≥8则g＝8。然后将计算出的可编程采样电阻的阻值r通过io_out单元发送至采样电阻模块，控制cmos的所述电子开关将可编程采样电阻值阵列切换至设置阻值上。接着将计算出的可编程运算放大器的增益值g通过spi通信单元发送至可编程pga阵列模块，可编程pga阵列模块切换至设置增益值上。接着通过实际设置的r,g计算实际的最大电流值itmax＝3.3/(r*g)。然后通过实际的最大电流值itmax计算pid调节器的最大输出值。最后后续foc计算为公知技术，此处不再赘述。
83.在实现foc电机控制中，所有的算法和反馈调整都是围绕电机的相电流展开的，foc最核心的两条坐标变换公式clak和park，用于解算电路反馈相电流数值，电流pid调节程序，参考反馈的相电流，加减pwm控制的宽度，来达到相电流的目标值。因此本实用新型采用可编程pga阵列模块和采样电阻模块阵列组合，在运行中根据具体需求动态调整的电路装置，使其电流采样输出的信号始终处于最佳的幅度和信噪比范围内。不但实现大范围高精度相电流检测，使foc电机控制转矩精度更高，而且相电流反馈电流回路snr(信噪比)更佳，使其噪音更低，转矩控制更精细。
84.本发明通过foc控制器和电机组成健身的机电执行机构，foc控制器使用foc矢量控制算法，设置有位置环，速度环和电流环。foc控制器的采样电阻模块和可编程pga阵列模块，在运行中根据具体需求动态调整的电路装置，使其电流采样输出的信号始终处于最佳的幅度和信噪比范围内。不但实现大范围高精度相电流检测，使foc电机控制转矩精度更高，而且相电流反馈电流回路snr(信噪比)更佳。使得电机在方向改变，力矩大小调节，都是连续且顺滑的，并且在系统里设置电机运动最大的变化上限值，也通过系统时刻检测电机发生突然变化的情况，及时采取停机措施。相比较于传统的利用金属重力或是弹簧拉力这些不可控的健身方式，不会因用户失手，受到机械伤害。
85.本发明的的foc控制器，实现电机控制器在断电的情况下，也能让电机进入阻尼刹车状态，如用在轮椅上，可防止溜车，用在健身器材上可以防止突然断电，失去阻力而放空，使健身者免受伤害。
86.本发明直接利用原控制器的三路半桥下mos功率管在断电后持续开通的方法，代替现有的常闭型继电器短路电机相线的做法，相比较于原不带阻尼功以有的普通控制器几乎不增加多少成本，就实现了无触点的阻尼功能，且安全特性更高，无火花产生和无有害电磁辐射和无点燃可燃性物质的风险，无继电器触点使用次数的限制。
87.作为对本实施例的进一步说明，所述拉绳500连接有限速度阻尼器，所述限速度阻尼器包括主轴100和定滑轮200，所述定滑轮200可转动地安装于所述主轴100上，所述主轴100的一端设有离心阻尼机构300，所述主轴100的另一端设有弹簧复位机构400。
88.作为对本实施例的进一步说明，所述离心阻尼机构包括阻尼材料31、阻尼盘32和离合件33，所述离合件33可转动地安装于所述主轴100的一端，所述离合件33啮合连接有阻尼盘32，所述阻尼盘32的外部设有所述阻尼材料31。当拉绳5带动定滑轮200转动时，如果当拉绳5任意方向速度超过安全速度时，离合件33卡到阻尼盘32内，并在阻尼材料31的作用下，产生一反向力，产生阻尼效应，增大绳子的阻力，限制绳子的最大速度。使拉绳5出现拉
升阻力突然消失的情况或者体力不支的情况时，训练人员会有一个反应时间来调整拉绳5，避免训练人员的受伤或者损伤健身器械。这样在维持原有使用和功能不变的情况下，使用健身设备更加安全化，防止拉绳5的拉力突然性的跑空和增大。
89.作为对本实施例的进一步说明，所述弹簧复位机构400包括复位弹性件41和限位块42，所述复位弹性件41的一端安装于所述主轴100的端部，所述复位弹性件41的另一端通过限位块42不会脱离弹簧复位机构400的限定区域。所述复位弹性件41为弹片的复位弹簧，当离心阻尼机构完成阻尼工作后，通过复位弹性件41进行复位工作，使整个可调节限速度阻尼器重新工作。复位弹性件41的内端固定在主轴100的端部，或者通过在主轴100的端部套设一个连接件使弹性件的内端固定在主轴100上，所述复位弹性件41的另一端通过限位块42不会脱离弹簧复位机构400的限定区域。
90.作为对本实施例的进一步说明，所述定滑轮200上设有拉绳500，通过所述拉绳500，带动所述定滑轮200转动。拉绳500可活动地设置在定滑轮200上，当训练人员拉动拉绳500进行训练时，定滑轮200也跟着转动，同时通过主轴100带动离心阻尼机构和弹簧复位机构400跟着转动，当拉绳500带动定滑轮200转动的速度不会超过安全速度时，离合件33不会卡到阻尼盘32内，这个健身器械正常供训练人员训练。如果当拉绳500任意方向速度超过安全速度时，离合件33卡到阻尼盘32内，并在阻尼材料31的作用下，产生一反向力，产生阻尼效应，增大绳子的阻力，限制绳子的最大速度。使拉绳500出现拉升阻力突然消失的情况或者体力不支的情况时，训练人员会有一个反应时间来调整拉绳500，避免训练人员的受伤或者损伤健身器械。
91.作为对本实施例的进一步说明，所述主轴100的一侧设有第一固定座34，所述第一固定座34内安装有所述离心阻尼机构300。通过设置第一固定座34，使离心阻尼机构300的零件安装于第一固定座34内，使整个阻尼器的离心阻尼机构300设置在一个合理的空间内。
92.作为对本实施例的进一步说明，所述第一固定座34内设有第一轴承座35。通过设置第一轴承座35，方便主轴100带动离合件33运动。
93.作为对本实施例的进一步说明，所述主轴100的另一侧设有第二固定座43，所述第二固定座43内安装有所述弹簧复位机构400。通过设置第二固定座43，使弹簧复位机构400的零件安装于第二固定座43内，使整个阻尼器的弹簧复位机构400设置在一个合理的空间内。
94.作为对本实施例的进一步说明，所述第二固定座43内设有第二轴承座44。通过设置第二轴承座44，方便主轴100带动复位弹性件41运动。
95.作为对本实施例的进一步说明，所述离合件33包括连接件331和离合凸轮332，所述连接件331的中部固定连接所述主轴100，所述连接件331的两端连接所述离合凸轮332。所述离合凸轮332的外部设有离合啮合齿3321，所述阻尼盘32的内部设有阻尼齿槽321，所述离合啮合齿3321与所述阻尼齿槽321相匹配。通过在离合凸轮332上设置与阻尼齿槽321相匹配的离合啮合齿3321，方便当拉绳500带动定滑轮200转动的速度超过安全速度时，离合件33会卡到阻尼盘32内。
96.作为对本实施例的进一步说明，所述阻尼材料31为橡胶材料，阻尼油材料、阻尼磁粉或者摩擦块。通过设置橡胶材料，阻尼油材料、阻尼磁粉或者摩擦块等阻尼材料31，使阻尼盘32形成相反的阻尼力，产生阻尼效应，增大绳子的阻力，限制绳子的最大速度。
97.当训练人员拉动拉绳500进行训练时，定滑轮200也跟着转动，同时通过主轴100带动离心阻尼机构和弹簧复位机构400跟着转动，当拉绳500带动定滑轮200转动的速度不会超过安全速度时，离合件33不会卡到阻尼盘32内，这个健身器械正常供训练人员训练。如果当拉绳500任意方向速度超过安全速度时，离合件33卡到阻尼盘32内，并在阻尼材料31的作用下，产生一反向力，产生阻尼效应，增大绳子的阻力，限制绳子的最大速度。使拉绳500出现拉升阻力突然消失的情况或者体力不支的情况时，训练人员会有一个反应时间来调整拉绳500，避免训练人员的受伤或者损伤健身器械。这样在维持原有使用和功能不变的情况下，使用健身设备更加安全化，防止拉绳500的拉力突然性的跑空和增大。
98.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

技术特征：

1.一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，包括电机和拉绳，所述电机的转轴上设有绕线轴，所述绕线轴上设有拉绳，所述拉绳的一端固定在绕线轴上，所述拉绳的另一端连接有手柄，其特征在于：还包括foc控制器：所述foc控制器用于将用户拉动拉绳并带动电机转动产生的机械能转化为脉冲电能；宽压全桥dcdc电能转换稳压模块：所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块用于接收所述脉冲电能，并将所述脉冲电能以电荷的方式存储在超级电容内；所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块还用于将所述超级电容存储的脉冲电能转换成固定的电压，并供给触摸显示装置和其他辅助用电设备；所述脉冲电能为间歇型不连续的脉冲型能量，且所述脉冲电能具有瞬间高功率性；超级电容：所述超级电容用于存储所述宽压全桥dcdc电能转换稳压模块转换的脉冲电能；所述foc控制器包括法拉电容模块、升压电路模块和栅极驱动电路模块，所述法拉电容模块分别与所述升压电路模块和栅极驱动电路模块电连接，所述法拉电容模块用于在所述foc控制器断电后，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力；所述升压电路模块用于在所述法拉电容模块失去电能后，强行推动电机转动产生电能，给所述法拉电容模块进行充电，给所述栅极驱动电路模块通上高电平，让所述foc控制器保持持续开通，实现电机相线短路，产生阻尼力；所述拉绳连接有限速度阻尼器，所述限速度阻尼器包括主轴和定滑轮，所述定滑轮可转动地安装于主轴上，所述主轴的一端设有离心阻尼机构，所述主轴的另一端设有弹簧复位机构。2.根据权利要求1所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述法拉电容模块包括法拉电容、pmos型开关管k2、二极管d3和电阻r2，所述法拉电容的一端电连接有所述pmos型开关管k2，所述pmos型开关管k2电连接有所述二极管d3，所述二极管d3电连接有所述电阻r2，所述电阻r2连接所述栅极驱动电路模块，所述法拉电容的另一端电连接有电阻r1和二极管d7，所述电阻r1和二极管d7的另一端连接所述pmos型开关管k2，所述法拉电容的电通过所述pmos型开关管k2、所述二极管d3和所述电阻r2对所述栅极驱动电路模块供电并维持高电平。3.根据权利要求2所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述升压电路模块包括boost控制芯片、电感l1、二极管d8和mos管t1，所述boost控制芯片连接有mos管t1，所述mos管t1的一端电连接所述电感l1和二极管d8，所述电感l1电连接有usb电压vbus，所述二极管d8连接有所述pmos型开关管k2，所述mos管t1的另一端电连接接地，所述mos管t1并联有电容c1。4.根据权利要求2所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述栅极驱动电路模块包括半桥功率管q2，所述半桥功率管q2连接所述法拉电容模块和栅极驱动器。5.根据权利要求2或4所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述栅极驱动电路模块还包括nmos型开关管k1，所述nmos型开关管k1的一端连接有
半桥功率管q2，所述nmos型开关管k1的另一端连接有栅极驱动器。6.根据权利要求1所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述离心阻尼机构包括阻尼材料、阻尼盘和离合件，所述离合件可转动地安装于所述主轴的一端，所述离合件啮合连接有阻尼盘，所述阻尼盘的外部设有所述阻尼材料。7.根据权利要求1所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述弹簧复位机构包括复位弹性件和限位块，所述复位弹性件的一端安装于所述主轴的端部，所述复位弹性件的另一端通过限位块不会脱离弹簧复位机构的限定区域。8.根据权利要求6所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述离合件包括连接件和离合凸轮，所述连接件的中部固定连接所述主轴，所述连接件的两端连接所述离合凸轮；所述离合凸轮的外部设有离合啮合齿，所述阻尼盘的内部设有阻尼齿槽，所述离合啮合齿与所述阻尼齿槽相匹配。9.根据权利要求1所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述foc控制器还包括采样电阻模块，所述采样电阻模块包括由m个并联组成的采样电阻，m>1的整数，所述采样电阻模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；所述采样电阻模块还包括栅极驱动单元和多个mos管，所述栅极驱动单元的一端连接所述电机控制模块，所述栅极驱动单元的另一端串联连接多个所述mos管，所述mos管对应一个栅极驱动单元的栅极驱动电路，所述采样电阻连接对应的所述mos管。10.根据权利要求1所述的一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统，其特征在于：所述foc控制器还包括可编程pga阵列模块，所述可编程pga阵列模块所述可编程pga阵列模块包括由n条并联组成的可编程增益放大器，n>1的整数，所述可编程pga阵列模块根据需求动态调整所述相电流采样的放大倍数；所述可编程pga阵列模块还包括多个电子开关，所述电子开关的一端连接所述采样电阻，所述电子开关的另一端连接所述可编程增益放大器。

技术总结

本发明涉及健身技术领域，具体涉及一种具有对用户多重安全防护的数字化健身系统。包括电机和拉绳，所述电机的转轴上设有绕线轴，所述绕线轴上设有拉绳，所述拉绳的一端固定在绕线轴上，所述拉绳的另一端连接有手柄，还包括FOC控制器和电机组成健身的机电执行机构。FOC控制器、超级电容和宽压全桥DCDC电能转换稳压模块组成的能量回收系统。能量回收系统实现了脱离高压市电电网的自循环运行，同时FOC控制器利用限制输出电压算法，控制输出到超级电容的最大电压不超过36V这个人体安全电压的范围。即内部使发生漏电或是用户意外接触到内部电的部分，也不会造成伤害，保障用户在触电方面的安全。面的安全。面的安全。