本發(fā)明涉及健身器械技術領域，尤其涉及一種立式爬梯健身機以及調(diào)速方法。

背景技術：

隨著人們生活水平的日益提高以及工作壓力的增加，人們開始出現(xiàn)肥胖、易疲勞等亞健康狀態(tài)，因此越來越多的人開始走向健身房和廣場進行健身運動。目前的體育器械種類繁多，不同類型的運動器械能夠鍛煉人的不同部位。為了提高運動的效率，需要一種可以讓全身同時接受鍛煉的健身器械，因此攀爬運動成為首選。

在中國專利文獻《一種體重一種體重自適應的自走式攀巖器》(CN103203094A)公布了一種模擬攀巖的攀爬器械。該攀巖器將攀爬墻面置于豎直方向的機架上并且環(huán)繞機架一周組成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，在攀爬墻面上錯落的設置若干個支點用于攀爬。其調(diào)速方法采用類似瓦特蒸汽機的離心調(diào)速器結(jié)構(gòu)，當攀巖者重量較大時，下降速度較快，轉(zhuǎn)子花瓣產(chǎn)生的離心力越大，導致摩擦片與定子機座間的摩擦阻力越來越大，使得速度得以自動調(diào)節(jié)。但是這種方法存在以下問題：

1.由于攀巖運動危險系數(shù)較高，難度大，不適合普通健身人員使用，所以難以在健身房等健身場所進行推廣。

2.采用離心調(diào)速器結(jié)構(gòu)，很難對系統(tǒng)參數(shù)進行配置，容易出現(xiàn)速度忽快忽慢的系統(tǒng)振蕩問題。

在中共專利文獻《一種立式爬梯健身機》(CN103372278A)公布了一種立式爬梯健身機，通過電動機帶動立式爬梯進行運動，該方法存在以下問題：

1.電動機拖動位能性負載，始終處于倒拉反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)，文獻中采用的調(diào)壓調(diào)速方法是錯誤的，無法實現(xiàn)調(diào)速目的。

2.電網(wǎng)的電能以及人體重力做的功都消耗在電樞內(nèi)阻中，不經(jīng)濟環(huán)保，并且電機發(fā)熱量大，容易損壞。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術中存在的上述問題，為此本發(fā)明提供了一種立式爬梯健身機及其調(diào)速方法，能夠適應普通的健身愛好者并且具有很好的調(diào)速性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種立式爬梯健身機，包括：攀爬裝置、調(diào)速系統(tǒng)兩部分，攀爬裝置由機架、傳動機構(gòu)和橫桿組成，其中機架由機座、支架組成，機座固定在地面上，左右兩側(cè)的支架沿豎直方向與機座固定連接；傳動機構(gòu)由頂部轉(zhuǎn)軸、底部轉(zhuǎn)軸、鏈輪、傳動閉環(huán)鏈條組成，其中頂部轉(zhuǎn)軸和底部轉(zhuǎn)軸分別通過軸承和軸承座安裝在支架頂部和底部，每根轉(zhuǎn)軸的兩端各安裝有一個鏈輪，位于同一側(cè)的上下兩個鏈輪位于同一個豎直平面內(nèi)，兩條傳動閉環(huán)鏈條分別安裝在上下兩個鏈輪上，四個鏈輪齒數(shù)相同；每根橫桿的兩端分別固定在左右兩側(cè)的傳動閉環(huán)鏈條同一高度的位置上，所有的橫桿繞著傳動閉環(huán)鏈條等間隔均勻分布；調(diào)速系統(tǒng)由變速機構(gòu)、制動機構(gòu)、速度檢測單元和電機控制機構(gòu)組成，其中變速機構(gòu)由大鏈輪、小鏈輪和變速閉環(huán)鏈條組成，大鏈輪固定安裝在底部轉(zhuǎn)軸的一端，小鏈輪固定安裝在飛輪轉(zhuǎn)軸上，大鏈輪與小鏈輪位于同一平面內(nèi)，通過變速閉環(huán)鏈條相互連接；制動機構(gòu)由飛輪、摩擦機構(gòu)、步進電機和絲桿機構(gòu)組成，飛輪為圓柱形，飛輪的旋轉(zhuǎn)中心固定在飛輪轉(zhuǎn)軸上，飛輪轉(zhuǎn)軸通過軸承和軸承座安裝在機座上，摩擦機構(gòu)包括摩擦墊、摩擦底座、彈性連桿，摩擦墊固定在摩擦底座上，摩擦底座固定在彈性連桿的一端，彈性連桿的另一端與機座固定連接，摩擦墊與飛輪位于同一平面內(nèi)并且與飛輪的側(cè)面具有一定的間隙，步進電機固定在電機架上，電機架固定在機座上，絲桿機構(gòu)由絲桿、螺紋套筒、滑塊和滑槽構(gòu)成，絲桿與步進電機同軸連接，螺紋套筒的一端具有可以與絲桿配合的內(nèi)螺紋，另一端為半球體并且與摩擦底座頂部接觸，螺紋套筒的外部固定在滑塊上，滑塊位于滑槽中，滑槽固定在機座 上；速度檢測單元固定安裝在飛輪轉(zhuǎn)軸上；電機控制機構(gòu)由電機驅(qū)動模塊、微控制器、存儲器、顯示器、控制按鍵和電源組成，電機驅(qū)動模塊與步進電機電氣連接，存儲器、顯示器和控制按鍵分別與微控制器電氣連接，電源為電機驅(qū)動模塊、微控制器、存儲器、顯示器、控制按鍵供電。

優(yōu)選的，速度檢測單元為光電編碼器。

同時，本發(fā)明還提供了一種立式爬梯健身機的調(diào)速方法，包括以下步驟：

(1)使用者通過控制按鍵向立式爬梯健身機輸入需要的速度值并且啟動立式爬梯健身機，微控制器將該值存入存儲器中并且通過顯示器將該值顯示出來；

(2)微控制器從存儲器中讀取設定的速度值；

(3)微控制器通過速度檢測單元檢測飛輪當前的角速度并計算出橫桿下降的速度；

(4)微控制器計算當前橫桿下降的速度與設定速度值的誤差，利用該誤差進行計算，計算結(jié)果作為電機驅(qū)動模塊的控制量；

(5)微控制器根據(jù)步驟(4)所得控制量的大小對電機驅(qū)動模塊發(fā)出相應的控制命令，控制步進電機轉(zhuǎn)動相應的步數(shù)；

(6)重復步驟(2)到步驟(5)，直到按下停止鍵。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，控制按鍵分為速度增加鍵、速度減少鍵、開始鍵和停止鍵，每次按下速度增加鍵和速度減少鍵可以按固定的速度間隔來增加或者減少速度設定值，按下開始鍵則啟動立式爬梯健身機，按下停止鍵則立式爬梯健身機停止工作。

優(yōu)選的，所述速度間隔為0.01米每秒到0.5米每秒，按下開始鍵后，微控制器立即控制步進電機轉(zhuǎn)動，通過絲桿機構(gòu)將摩擦墊緊緊地壓在飛輪側(cè)面，使得飛輪不能轉(zhuǎn)動，使用者在此時站到橫桿上，一段延時時間之后微控制器控制步進電機反轉(zhuǎn)，使得摩擦墊與飛輪側(cè)面的摩擦力減小，飛輪在人體重力的作用下開始轉(zhuǎn)動，調(diào)速系統(tǒng)開始調(diào)速，使得橫桿下降速度穩(wěn)定在設定的速度值，按下停止鍵后微控制器控制步進電機轉(zhuǎn)動，通過絲桿機構(gòu)緩慢的將摩擦墊壓在飛輪側(cè)面，使得飛輪速度緩慢下降，最終停止轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的，所述一段延時時間為3-10秒鐘。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中，顯示器為數(shù)碼管。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中，由飛輪的角速度計算出橫桿下降速度的公式為：其中u₁表示橫桿的下降速度，單位為米每秒，ω表示飛輪的角速度，單位為弧度每秒，n₁表示小鏈輪的齒數(shù)，n₂表示大鏈輪的齒數(shù)，R表示與底部轉(zhuǎn)軸連接的鏈輪的半徑，單位為米。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中，利用誤差進行計算的算法為PID算法，比例系數(shù)為0-1000000，積分系數(shù)為0-1000000，微分系數(shù)為0-1000000。

優(yōu)選的，所述步驟(5)中，控制量為正值，表示步進電機正轉(zhuǎn)相應的步數(shù)，控制量為負值，表示步進電機反轉(zhuǎn)相應的步數(shù)，控制量為0，表示步進電機不轉(zhuǎn)動。

與背景技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1.本發(fā)明采用梯子式的攀爬結(jié)構(gòu)，適合各類健身人員使用。

2.本發(fā)明所述調(diào)速方法簡單可靠，調(diào)速效果穩(wěn)定并且節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述立式爬梯健身機的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明所述立式爬梯健身機的攀爬裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明所述立式爬梯健身機的調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明所述立式爬梯健身機調(diào)速方法流程圖。

圖2中，1-鏈輪；2-頂部轉(zhuǎn)軸；3-底部轉(zhuǎn)軸；4-傳動閉環(huán)鏈條；5-支架；6-橫桿；7-機座。

圖3中，8-大鏈輪；9-小鏈輪；10-變速閉環(huán)鏈條；11-飛輪；12-飛輪轉(zhuǎn)軸；13-光電編碼器；14-摩擦墊；15-摩擦底座；16-螺紋套筒；17-絲桿；18-步進電機；19-電機架；20-彈性連桿；21-滑塊；22-滑槽；23-電機控制機構(gòu)。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。

參照圖2和圖3，本發(fā)明提供了一種立式爬梯健身機，包括：攀爬裝置、調(diào)速系統(tǒng)兩部分，攀爬裝置由機架、傳動機構(gòu)和橫桿6組成，其中機架由機座7、支架5組成，機座7固定在地面上，左右兩側(cè)的支架5沿豎直方向與機座7固定連接；傳動機構(gòu)由頂部轉(zhuǎn)軸2、底部轉(zhuǎn)軸3、鏈輪1、傳動閉環(huán)鏈條4組成，其中頂部轉(zhuǎn)軸2和底部轉(zhuǎn)軸3分別通過軸承和軸承座安裝在支架5頂部和底部，每根轉(zhuǎn)軸的兩端各安裝有一個鏈輪1，位于同一側(cè)的上下兩個鏈輪1位于同一個豎直平面內(nèi)，兩條傳動閉環(huán)鏈條4分別安裝在上下兩個鏈輪1上，四個鏈輪1齒數(shù)相同；每根橫桿6的兩端分別固定在左右兩側(cè)的傳動閉環(huán)鏈條4同一高度的位置上，所有的橫桿6繞著傳動閉環(huán)鏈條4等間隔均勻分布；調(diào)速系統(tǒng)由變速機構(gòu)、制動機構(gòu)、速度檢測單元和電機控制機構(gòu)23組成，其中變速機構(gòu)由大鏈輪8、小鏈輪9和變速閉環(huán)鏈條10組成，大鏈輪8固定安裝在底部轉(zhuǎn)軸3的一端，小鏈輪9固定安裝在飛輪轉(zhuǎn)軸12上，大鏈輪8與小鏈輪9位于同一平面內(nèi)，通過變速閉環(huán)鏈條10相互連接；制動機構(gòu)由飛輪11、摩擦機構(gòu)、步進電機18和絲桿機構(gòu)組成，飛輪11為圓柱形，飛輪11的旋轉(zhuǎn)中心固定在飛輪轉(zhuǎn)軸12上，飛輪轉(zhuǎn)軸12通過軸承和軸承座安裝在機座7上，摩擦機構(gòu)包括摩擦墊14、摩擦底座15、彈性連桿20，摩擦墊14固定在摩擦底座15上，摩擦底座15固定在彈性連桿20的一端，彈性連桿20的另一端與機座7固定連接，摩擦墊14與飛輪11位于同一平面內(nèi)并且與飛輪11的側(cè)面具有一定的間隙，步進電機18固定在電機架19上，電機架19固定在機座7上，絲桿機構(gòu)由絲桿17、螺紋套筒16、滑塊21和滑槽22構(gòu)成，絲桿17與步進電機18同軸連接，螺紋套筒16的一端具有可以與絲桿17配合的內(nèi)螺紋，另一端為半球體并且與摩擦底座15頂部接觸，螺紋套筒16的外部固定在滑塊21上，滑塊位于滑槽22中，滑槽22固定在機座7上；速度檢測單元采用光電編碼器13，光電編碼器13固定安裝在飛輪轉(zhuǎn)軸12上；電機控制機構(gòu)23由電機驅(qū)動模塊、微控制器、存儲器、顯示器、控制按鍵和電源組成，電機驅(qū)動模塊采用步進電機驅(qū)動芯片，微控制器采用單片機，存儲器采用flash存儲器，顯示器采用三個八段數(shù)碼管，控制按鍵采用輕觸開關，電機驅(qū)動模塊與步進電機電氣連接，存儲器、顯示器和控制按鍵分別與微控制器電氣連接，電源采用12伏直流電源供電。

本發(fā)明所述立式爬梯健身機機械結(jié)構(gòu)簡單可靠，適于普通健身愛好者使用。

參照圖2、圖3和圖4，本發(fā)明所述一種立式爬梯健身機的調(diào)速方法，包括以下步驟：

(1)使用者通過按下速度增加鍵或速度減少鍵向立式爬梯健身機輸入需要的速度值，每次按下速度增加鍵或者速度減少鍵時，速度設定值就增加或者減少0.05米每秒，設定完成之后按下開始鍵啟動立式爬梯健身機，此時單片機控制步進電機18轉(zhuǎn)動，通過絲桿機構(gòu) 將摩擦墊14緊緊地壓在飛輪11的側(cè)面，使得飛輪11不能轉(zhuǎn)動，此時使用者站到橫6上，在5秒鐘之后，單片機控制步進電機18反轉(zhuǎn)，使得摩擦墊14與飛輪11的側(cè)面摩擦力減小，飛輪11在人體重力的作用下開始轉(zhuǎn)動，調(diào)速系統(tǒng)開始調(diào)速。單片機將設定的速度值存入flash存儲器中并且通過數(shù)碼管顯示器將該值顯示出來。

(2)單片機從flash存儲器中讀取設定的速度值。

(3)單片機通過光電編碼器13檢測飛輪11當前的角速度并計算出橫桿6下降的速度，計算公式為：其中u₁表示橫桿6的下降速度，單位為米每秒，ω表示飛輪11的角速度，單位為弧度每秒，n₁表示小鏈輪9的齒數(shù)，取n₁為19，n₂表示大鏈輪8的齒數(shù)，取n₂為51，R表示與底部轉(zhuǎn)軸3連接的鏈輪1的半徑，單位為米，取R為0.1米，即

(4)單片機計算當前橫桿6下降的速度與設定速度值的誤差，利用該誤差進行PID計算，，比例系數(shù)為50，積分系數(shù)為0，微分系數(shù)為0，計算結(jié)果作為電機驅(qū)動模塊的控制量。

(5)微控制器根據(jù)步驟(4)所得控制量的大小對電機驅(qū)動模塊發(fā)出相應的控制命令，控制量為正值，表示步進電機正轉(zhuǎn)相應的步數(shù)，控制量為負值，表示步進電機反轉(zhuǎn)相應的步數(shù)，控制量為0，表示步進電機不轉(zhuǎn)動。

(6)重復步驟(2)到步驟(5)，使得橫桿6下降速度穩(wěn)定在設定的速度值，直到按下停止鍵后，單片機控制步進電機18轉(zhuǎn)動，通過絲桿機構(gòu)緩慢的將摩擦墊14壓在飛輪側(cè)面，使得飛輪11速度緩慢下降，最終停止轉(zhuǎn)動。

通過本方法可以利用小功率步進電機實現(xiàn)對立式爬梯健身機的速度控制，非常節(jié)能環(huán)保并且控制效果穩(wěn)定精確。

雖然僅選擇了選定實施例來例示本發(fā)明，但是本領域的技術人員從本發(fā)明將會清楚，在不違背本發(fā)明的精神和范疇下，可以對實施例進行修飾和改變。例如，可以將本發(fā)明所述立式爬梯健身機的爬梯結(jié)構(gòu)換成攀巖器的攀爬面則可創(chuàng)造出一種攀巖器，同樣也可以利用本發(fā)明所述調(diào)速方法對此種攀巖器進行調(diào)速。因此，本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。