本文選題：功率車 + 直線往復(fù)　； 參考：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的較大提升,人們對自己的身體健康越來越注重,作為鍛煉活動的有效工具之一健身器材備受人們的青睞。功率車作為一種安全可靠的健身設(shè)備正在日益廣泛地走進(jìn)人們的生活,傳統(tǒng)功率車存在功能單一以及恒定功率模式訓(xùn)練時系統(tǒng)阻尼不能隨著運動進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)節(jié)等問題。本文針對目前市場室內(nèi)智能健身器材的需求和傳統(tǒng)功率車存在的缺點,研制了一種運動形式有別于傳統(tǒng)功率車的新型智能化健身功率車系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功能全面、集健身娛樂于一身、友好的人機交互界面、占地面積小等優(yōu)點,在恒定功率模式下使得測試者較為輕松地進(jìn)行訓(xùn)練,能夠很好地滿足在家庭、健身房等室內(nèi)場所中進(jìn)行的有氧健身運動需求。本文主要研究的內(nèi)容包括：(1)整機機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。從結(jié)構(gòu)可靠性、動力性能以及操控性等方面出發(fā),合理選擇材質(zhì),優(yōu)化機構(gòu)布局等,應(yīng)用人體工學(xué)原理設(shè)計出符合人體形態(tài)的功率車結(jié)構(gòu)模型,并進(jìn)行了實驗論證和實現(xiàn)。(2)智能功率車硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)。包括腳蹬踏板壓力測量單元、蹬踏速度信號采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元(有線通信單元和無線通信單元)、勵磁控制和負(fù)載控制單元、發(fā)電機輸出頻率測量單元以及發(fā)電機輸出電壓和輸出電流測量單元等。(3)恒定功率控制軟件開發(fā)。設(shè)計了友好的人機交互界面,其中上位機軟件和下位機軟件通過一定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,實現(xiàn)了很好的人機交互,并在計算機中進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的存儲。(4)研究構(gòu)建恒定功率訓(xùn)練模型。在設(shè)定固定的期望功率值后,系統(tǒng)通過前饋PID算法實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力,使得訓(xùn)練者在運動過程中始終達(dá)到并保持恒定功率值,從而實現(xiàn)了恒定功率訓(xùn)練模式。本論文主要創(chuàng)新點包括：(1)通過符合人體工學(xué)的踏步式傳動機構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)安全、可靠的運動方式。從傳統(tǒng)功率車結(jié)構(gòu)來說,通常是通過曲柄做圓周運動,曲柄在圓周的上下停止點無法做功,且在上下停止點附近,實際有效分力很小,其實就是在做無用功。觀察人體騎行運動,在上止點上,人們習(xí)慣不再用力,而是等待越過上止點在猛然用力,實際上,這是一種近于爆發(fā)力做功,對關(guān)節(jié)損傷較大。基于以上情況,系統(tǒng)將曲柄圓周運動,改為直線往復(fù)式蹬踏運動,實驗證明,均勻的直線用力更有利于發(fā)揮人體功率潛能,快速消耗人體脂肪。(2)通過主動的勵磁調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒定功率訓(xùn)練模式。新型功率車通過PWM原理調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出負(fù)載和勵磁電流大小,實現(xiàn)系統(tǒng)阻力大小的快速調(diào)節(jié)。通過實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力大小達(dá)到并保持設(shè)定的恒定功率,實現(xiàn)真正意義上的恒定功率訓(xùn)練模式。恒定功率模式的實現(xiàn)為心肺耐力測試的研究工作提供了準(zhǔn)確、良好的平臺,并為后續(xù)模擬各類游戲化場景提供了有力的技術(shù)依據(jù)。
[Abstract]:With the rapid development of modern economy and the great improvement of people's quality of life, people pay more and more attention to their own health. As a kind of safe and reliable fitness equipment, power vehicle is widely used in people's life. The traditional power vehicle has the problems of single function and the system damping can not be adjusted adaptively with the movement during the training of constant power mode. Aiming at the demand of indoor intelligent fitness equipment and the shortcomings of traditional power vehicle, a new type of intelligent fitness power vehicle system is developed in this paper, which is different from the traditional power vehicle. The system has the advantages of comprehensive function, fitness and entertainment, friendly man-machine interface, small area and so on. In constant power mode, the tester can be easily trained and can be well satisfied in the home. Gymnasium and other indoor places for aerobic fitness needs. The main contents of this paper are as follows: (1) the design of mechanical structure. From the aspects of structural reliability, dynamic performance and maneuverability, reasonable selection of material, optimization of mechanism layout, and application of ergonomics principle to design the structure model of power vehicle in accordance with human body shape, The experiment is demonstrated and realized. (2) the hardware circuit of intelligent power vehicle is designed and implemented. Including pedal pressure measurement unit, pedal speed signal acquisition unit, data processing unit, communication unit (wired communication unit and wireless communication unit), excitation control and load control unit, Generator output frequency measurement unit and generator output voltage and output current measurement unit etc. (3) constant power control software development. A friendly man-machine interface is designed, in which the upper computer software and the lower computer software communicate with each other through a certain protocol, which realizes a good human-computer interaction. The test data is stored in the computer. (4) A constant power training model is constructed. After the fixed expected power value is set, the system adjusts the system resistance by feedforward pid algorithm in real time, which makes the trainer always achieve and maintain the constant power value during the course of movement, thus realizing the constant power training mode. The main innovations of this paper are as follows: (1) the safe and reliable movement mode is realized through the design of stepping transmission mechanism which accords with ergonomics. From the traditional power car structure, it is usually through the crank to do circular motion, the crank can not do work at the upper and lower stop point of the circle, and near the upper and lower stop point, the actual effective force is very small, in fact, it is doing no work. Observing the human body cycling movement, people are used to stop exerting at the upper stop point, but to wait for the sudden force to cross the stop point. In fact, this is a kind of work near the explosive force, which has great damage to the joint. Based on the above situation, the system changed the crank circular motion to the linear reciprocating pedal movement. The experiment shows that the uniform linear force is more beneficial to the exertion of human power potential. Fast consumption of human fat. (2) through active excitation adjustment to achieve constant power training mode. The new type of power vehicle adjusts the output load and excitation current of the generator by PWM principle, and realizes the fast adjustment of the resistance of the system. The real constant power training mode is realized by adjusting the resistance of the system in real time to achieve and maintain the set constant power. The realization of constant power mode provides an accurate and good platform for the research of cardiopulmonary endurance test, and provides a powerful technical basis for the subsequent simulation of all kinds of gameplay scenes.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TS952.91;TP273

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本文編號：2067010