[0001] 本发明涉及训练器材技术领域，具体涉及一种电控力量训练器械的脱手防护控制方法。

[0002] 力量训练器械控制作为一种常见的健身器材，在使用时，控制电机输出力矩作为牵引拉力组件回收的负载力，使用人员通过拉动传动机构上的拉力组件产生与该负载力方向相反的拉力，以此实现力量训练。尽管传统的机械保护措施能够在一定程度上减少伤害，但它们在应对突发的脱手情况时存在明显不足；尤其是在进行高强度力量训练时，一旦发生脱手，现有的机械保护装置可能无法迅速作出足够反应，导致大力量持续作用于负载部件，增加了夹伤或砸伤等安全风险。

[0003] 中国公开专利文献（CN112439158A）公开了一种力量型健身器械的控制方法，步骤如下：1)当检测到训练模式开启时，实时获取电机驱动轴的角度θ，如电机驱动轴的角度θ发生变化，则控制电机产生方向与角度θ变化相反的扭矩T(x)，T(x)为x时刻的扭矩，最终时刻扭矩T＝F×R，R为索盘半径，F为最终时刻训练作用件受到的作用力；2)当电机驱动轴的角加速度a的绝对值大于ε且其方向与步骤1)中角度θ变化相反或电机驱动轴的角速度w的绝对值大于ρ且其方向与步骤1)中角度θ变化相反时，控制电机变扭矩为Tmin。其判断条件有两点：一是通过加速度a与一个绝对值ε变量进行比较，且加速度a与角度θ变化相反；二是电机驱动轴的角速度w的绝对值大于ρ且角速度w的方向与步骤(1)中角度θ变化相反。这两个条件中任意一个是否满足的情况下判断是否调节扭矩为Tmin。显然，判断条件具有局限性，在不同扭矩情况下需不断修改ε变量，才能达到更大范围扭矩适用条件。

[0020] 为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

[0021] 如图1所示，本实施例提供一种电控力量训练器械的脱手防护控制方法，具体包括以下步骤：S1、利用速度测量装置实时采集负载部件的位移速度数据，所述负载部件为训练器械用于输出发力装置的力到用户的训练部位，所述速度测量装置安装在发力装置的输出端，用于测量发力装置输出速度和负载部件位移速度。

[0022] S2、基于采集的位移速度数据，计算出负载部件的加速度，如图2所示，图中可看到前四个尖峰为正常训练运动时力量释放的波形，第五个尖峰为运动过程中出现脱手时候出现的速度突变波形，可以明显看出突变波形相比正常力量释放波形更为陡峭和更高的峰值。

[0023] S3、结合所述加速度与负载部件的等效质量，计算负载部件受到的力。

[0024] S4、根据负载部件受到的力、系统阻力以及发力装置输出力，确定用户的实际输出力，发力装置包括但不限于伺服电机、可控力量气动缸或可控力量液压缸。

[0025] 存在以下2种脱手受力状态：状态1：在向右拉时候脱手瞬间状态，受力分析如图3所示。

[0026] 定义图3中方向向左为正向，运动数值为正，反之则为负，发力装置的力F为正，加速度大小为a，因为运动方向为负向，阻力与运动方向相反所以f取正，因为加速运动产生的惯性对抗力F1与加速度方向相反，加速度方向为正因此F1取负，因为用户在训练器械上训练时候训练器械保持不动，因此训练器械在用户训练时候所有受力元素合力为0即F+f‑F1‑F0=0，所以在当前状态下其中用户拉力F0的值F0=F+f‑F1即F0=F+f‑m×a。

[0027] 状态2：在向左回位时候脱手瞬间状态，受力分析如图4所示。

[0028] 定义图4中方向向左为正向，运动数值为正，反之则为负，发力装置的力F为正，加速度大小为a，因为运动方向为正向阻力与运动方向相反，所以f取负，加速运动产生的惯性对抗力F1与加速度方向相反，加速度方向为正，因此F1取负，同样的所有受力元素合力为0即F‑f‑F1‑F0=0，所以用户拉力F0的值F0=F‑f‑F1即F0=F‑f‑m×a。

[0029] 以上两种状态可总结为以下公式：F0=F‑m×a+dir×f                   （1）。

[0030] 其中：F0为用户的实际输出力，m为负载部件在位移方向上的等效质量，a为负载部件在位移方向上的加速度，f为系统在位移方向上的阻力，F为发力装置输出力，dir在运动方向为正向时取+1而为负向取‑1。

[0031] 本发明不考虑具体器材中的系统阻力计算，通常为系统中存在的摩擦阻力或滑轮滚动阻力等，因为本文中为脱手（空载）状态下的判断，因此其阻力值可以通过发力装置在空载情况下产生一个匀速回位的运动并记录下所需力值作为系统阻力f。具体不同器材可通过不同测试方式获取固定阻力f或者随条件x变化的阻力f(x)。

[0032] 如图5所示，通过式（1）计算得到的用户力量F0，启动后8秒内为正常运动时用户力量波形变化，根据计算得到第8秒到第10秒为用户脱手后的力量骤降曲线，第10秒后的波动为负载部件到达限位器限位时候产生的波动。

[0033] S5、控制系统包括至少一个处理器，用于执行实时数据处理和控制逻辑，实时监控用户的实际输出力，当用户的实际输出力降至零时，判定为脱手状态。S6、在监测到脱手状态后调整发力装置输出力使得负载部件返回速度在安全范围。

[0034] 脱手后发力装置输出力的控制方法适用所有通过力量控制速度的训练器械，具体为：在回位移动过程中发力装置输出力提供安全回位拉力，安全回位拉力为动态控制且设置了最大安全回位拉力作为上限，通过调整发力装置输出力来控制负载部件的安全回位速度，安全回位速度的调节范围为最小回位速度和最大回位速度。

[0035] 所述最大安全回位拉力为回位停止负载部件时候的拉力，最大安全回位拉力根据不同器材赋值不同拉力值。最大安全回位拉力Fs_max、安全回位拉力Fs、安全回位速度Vs、最小回位速度Vs_min和最大回位速度Vs_max满足以下变量关系式：k=(Vs‑Vs_min)/(Vs_max‑Vs_min)          （2）
Fs=Fs_max×(1‑k)  （3）。

[0036] 如图6所示，在第8秒到第10秒区间，当用户脱手时候负载部件的加速度曲线（蓝线）急剧上升，根据式（1）计算得到的用户力量（黄线）迅速跌落至0（9.28秒），控制系统在用户力量跌落至0后迅速（9.32秒）降低输出力（红线）。

[0037] 其中9.28秒开始小于0是因为测试设备的拉绳有弹性，在脱手瞬间拉绳收缩导致绳索在收线盘有短暂的松脱，即此时发力装置拉动的等效质量m′小于m，又此时用户的实际输出力F0=0，F为脱手保护控制前发力装置的恒力，因此根据式（1）受影响变量为F1=m×a=F±f，根据式（1）可得实际的加速度a′=(F±f)/m′,带入到程序的式（1）中得到F0=F±f‑m×(F±f)/m′=(F±f)×(1‑m/m′),因为m′小于m，所以在绳索绷直(即m′=m)前有小于0的情况，在0.04秒的时间内设备迅速采取了反应，其误差结果并不影响式（1）最终判断。

[0038] 以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。