一种智能拉力器的制作方法

本实用新型属于健身器材技术领域，特别涉及一种智能拉力器。

背景技术：

拉力器是一种健身锻炼器械，主要包括两个手柄和弹性部分，弹性部分两端分别与手柄连接，使用时用户双手握住手柄，利用手臂力量将弹性部分拉开，从而起到锻炼手臂肌肉的作用。

拉力器的弹性部分主要采用弹簧或者高分子弹性材料。但是，拉伸弹簧时容易发生夹伤皮肤与头发的情况，因此拉力器的弹性部分多采用高分子弹性材料。

技术实现要素：

本实用新型提供一种智能拉力器，其结构简单，使用趣味性强。

本实用新型提供的技术方案为：一种智能拉力器，包括第一手柄、第二手柄以及弹性部分，其特征是：还包括信号处理单元与控制终端；

弹性部分由若干弹性单元组成；每个弹性单元结构相同，彼此存间距地设置在第一手柄与第二手柄之间；

所述弹性单元包括高分子弹性管，以及设置在高分子弹性管内的弹性应变传感单元，所述弹性应变传感单元发生形变时其电信号发生变化；高分子弹性管的一端连接第一手柄，另一端连接第二手柄；

当高分子弹性管发生拉伸或者收缩形变时，弹性应变传感单元同步发生拉伸或者收缩形变，其电信号发生变化，信号处理单元采集、处理该电信号，获得该形变信息；

控制终端用于接收信号处理单元的形变信息并显示在终端。

高分子弹性管连接手柄的方式不限，可以通过连接件连接，也可以直接连接在手柄上。所述连接件不限，包括钩子、夹子等。直接连接方式不限，包括缝合，粘结等。

弹性应变传感单元与高分子弹性管发生同步形变的方式不限。例如，弹性应变传感单元的一端与高分子弹性管的一端固定，弹性应变传感单元的另一端与高分子弹性管的另一端固定。或者，弹性应变传感单元的一端与高分子弹性管的一端均连接在第一固定件，弹性应变传感单元的另一端与高分子弹性管的另一端均连接在第二固定件。

作为一种实现方式，高分子弹性管一端通过第一卡扣连接在第一手柄上，另一端通过第二卡扣连接在第二手柄上；

第一卡扣底部设置第一穿孔，高分子弹性管一端穿过第一穿孔后将第一球体置于该端内部，第一球体直径大于该第一穿孔直径，弹性应变传感单元的一端与第一球体固定连接；

第二卡扣底部设置第二穿孔，高分子弹性管另一端穿过第二穿孔后将第二球体置于该端内部，第二球体直径大于该第二穿孔直径，弹性应变传感单元的另一端与第二球体固定连接。

所述高分子弹性管由高分子弹性材料构成，具体材料不限，优选为硬度较大的tpr。

所述形变信息包括但不限于拉伸尺寸或者收缩尺寸，以及拉力等。

所述信号处理单元与弹性应变传感单元连接，用于采集弹性应变传感单元的电信号。所述信号处理单元的设置位置不限，可设置在弹性高分子管内，或者设置在手柄处等。

所述信号处理单元与控制终端可以相分离，也可以集成在一起。当所述信号处理单元与控制终端相分离时，二者的连接方式不限，可以是有线连接或者无线连接。无线传送包括但不限于zigbee、蓝牙、wifi、gprs等中的一种或几种。

所述控制终端不限，包括手机、电脑等。

作为优选，信号处理单元采集、处理弹性应变传感单元的电信号，根据内置算法计算高分子弹性管的拉伸量或者收缩量，作为进一步优选，然后根据胡克定律计算拉力大小。作为一种实现方式，信号处理单元中存储弹性应变传感单元的电阻变化值与高分子弹性管的拉伸量之间的对应关系，根据该对应关系得到高分子弹性管的拉伸量或者收缩量。

作为一种实现方式，所述信号处理单元通过蓝牙模块与手机app实现数据传输。作为优选，app中设定高分子弹性管的数量和劲度系数，app接收来自信号处理单元的高分子弹性管的拉伸量或者收缩量，根据胡克定律可得到拉力大小。

作为优选，所述控制终端设置锻炼任务，所述锻炼任务包括高分子弹性管根数、拉伸次数、拉伸长度、相邻拉伸之间的休息时间，在拉伸锻炼过程中，控制终端接收来自信号处理单元的数据，得到实际拉伸长度、拉力、拉伸次数、拉伸持续时间。作为进一步优选，控制终端结合高分子弹性管根数计算得到拉伸锻炼中消耗的能量。

作为优选，当所述锻炼任务开始，控制终端发出语音提示，当所述锻炼任务完成，控制终端发出语音提示。

所述弹性应变传感单元不限，包括电阻式弹性应变传感单元、电容式弹性应变传感单元、电感式弹性应变传感单元等。所述电信号包括电阻、电容、电感等。

(一)弹性应变传感单元为电阻式弹性应变传感单元

当弹性应变传感器为电阻式弹性应变传感单元时，根据电阻计算公式r＝ρ×l/s和体积计算公式v＝l×s，ρ为导体电阻率，l为导体长度，s为导体横截面积，v为总体积，可得出弹性应变传感单元的电阻与其长度的平方呈正比关系，当电阻式弹性应变传感单元拉伸时其电阻发生变化，即，可通过检测电阻变化检测拉伸或者收缩量。

所述电阻式弹性应变传感器的结构不限。

作为一种实现方式，电阻式弹性应变传感单元是由弹性绝缘材料与导电材料构成的导电体，所述导电材料为液态、浆料状以及凝胶状，将所述导电材料封装在弹性绝缘材料中，通过电极引出电信号。

作为另一种实现方式，电阻式弹性应变传感单元是由弹性绝缘材料与导电材料构成的导电体，所述导电材料为液态、浆料状以及凝胶状，将所述导电材料与熔融的弹性绝缘材料混合后固化得到导电体。

所述导电液体不限，例如液态金属、导电墨水等。

所述导电凝胶不限，例如石墨导电胶、银胶等。

所述导电浆料不限，包括石墨烯浆料，导电材料与弹性体的混合浆料等。导电材料与弹性体的混合浆料包括但不限于液态金属与弹性体的混合浆料、碳粉与弹性体的混合浆料、碳纤维与弹性体的混合浆料、石墨烯与弹性体的混合浆料、金属粉末与弹性体的混合浆料等。

所述液态金属是指在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述弹性绝缘材料包括但不限于弹性高分子材料，例如热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)、二甲基硅氧烷(pdms)、脂肪族芳香族无规共聚酯(ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)中的一种或者几种。作为优选，所述弹性绝缘材料的硬度小于高分子弹性管的硬度。

(二)弹性应变传感单元为电容式弹性应变传感单元

当弹性应变传感单元为电容式弹性应变传感单元时，根据平行板电容公式c＝εs/d，体积公式v＝l×s，ε为极板间介质的介电常数，s为极板面积，d为极板间的距离，得出弹性应变传感单元的电容与其长度的平方根成正比，当电容式弹性应变传感单元拉伸时其电容发生变化，即，可通过检测电容变化检测拉伸量或者收缩量。

作为一种实现方式，所述弹性应变传感器包括第一导电层、第二导电层以及位于第一导电层与第二导电层之间的弹性介电层。所述第一导电层由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与外部第一电极相连；所述弹性介电层具有导电绝缘性；所述第二导电层由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与外部第二电极相连。

作为优选，所述弹性介电层包括弹性高分子材料，例如热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)、二甲基硅氧烷(pdms)、脂肪族芳香族无规共聚酯(ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)中的一种或者几种。作为进一步优选，弹性介电层材料的硬度小于高分子弹性管的硬度。

所述导电液体不限，例如液态金属、导电墨水等。

所述导电凝胶不限，例如石墨导电胶、银胶等。

所述导电浆料不限，包括石墨烯浆料，导电材料与弹性体的混合浆料等。导电材料与弹性体的混合浆料包括但不限于液态金属与弹性体的混合浆料、碳粉与弹性体的混合浆料、碳纤维与弹性体的混合浆料、石墨烯与弹性体的混合浆料、金属粉末与弹性体的混合浆料等。

所述液态金属是指在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。

所述的第一电极用于导电连接外部器件，其材料不限，包括金属材料、导电布、石墨烯、石墨导电胶、银胶、液态金属、电路板等。

所述的第二电极用于导电连接外部器件，其材料不限，包括金属材料、导电布、石墨烯、石墨导电胶、银胶、液态金属、电路板等。

作为优选，所述弹性应变传感器由两个导电体构成，两个导电体上下平行放置作为电容的两个极板；每个导电体是将液态、浆料状以及凝胶状的导电部分封装在tpe管材中，通过电极引出电信号。

作为优选，信号处理单元采集、处理弹性应变传感单元的电信号，根据内置算法计算高分子弹性管的拉伸量或者收缩量，然后根据胡克定律计算拉力大小。作为一种实现方式，信号处理单元中存储弹性应变传感单元的电容变化值与高分子弹性管的拉伸量之间的对应关系，并且存储高分子弹性管的劲度系数。

作为一种实现方式，所述信号处理单元通过蓝牙模块与手机app实现数据传输，并在app中设定高分子弹性管的数量和劲度系数。

作为优选，在拉伸锻炼过程中，控制终端接收来自信号处理单元的拉力数据，得到拉伸频率和拉伸持续时间，并根据高分子弹性管根数计算拉伸次数、消耗能量和锻炼时间。

当所设定的拉伸锻炼任务完成，控制终端发出休息语音提示休息一定时间，然后发出开始运动语音提示。当整体运动时间达成后，控制终端提示停止运动，显示本次运动所消耗的热量。

与现有技术相比，本实用新型将弹性电子技术应用于健身拉力器，实现了拉力器的智能化，增加了人与拉力器的交互，增加了锻炼过程的趣味性，同时满足了健身群体对于科学健身的需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中的拉力器的结构示意图。

图2是本实用新型实施例3中的拉力器的结构示意图。

其中，附图标记为：第一手柄10、第二手柄11、控制终端30、弹性单元21、高分子弹性管22，弹性应变传感单元23、塑胶卡子25、圆形塑料球24。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1：

如图1所示，智能拉力器包括第一手柄10，第二手柄11、弹性部分、信号处理单元与控制终端。

弹性部分由五个弹性单元21组成，每个弹性单元21的结构相同，五个弹性单元21平行设置在第一手柄与第二手柄之间，相邻弹性单元的间距相等。

弹性单元21包括高分子弹性管22，以及设置在高分子弹性管内的弹性应变传感单元23。弹性应变传感单元23发生形变时其电信号发生变化。高分子弹性管22的一端连接第一手柄10，另一端连接第二手柄11。

本实施例中，高分子弹性管为tpr材料，硬度为60a。

本实施例中，高分子弹性管22的两端分别通过塑胶卡扣25连接在第一手柄与第二手柄上。卡扣底部设置穿孔，高分子弹性管的端部穿过穿孔后将塑料球24置于该端内部，塑料球24的直径大于该穿孔直径，弹性应变传感单元的两端分别与塑料球固定连接。

本实施例中，弹性应变传感器为电阻式弹性应变传感器，是将液态金属封装在tpe管中，通过电极引出电信号的导电体。当该导电体发生拉伸或者收缩形变时其电阻发生变化。

本实施例中，信号处理单元通过焊接方式与弹性单元21电连接。

当高分子弹性管发生拉伸或者收缩形变时，弹性应变传感单元同步发生拉伸或者收缩形变，其电阻发生变化，信号处理单元采集、处理电阻信号，获得该形变信息；控制终端用于接收信号处理单元的形变信息并显示在终端。

本实施例中，控制终端30设置在第一手柄上，信号处理单元集成在控制终端。在控制终端可设定运动参数，例如高分子弹性管的根数、运动组数、每组拉伸个数和休息时间间隔。

用户使用该智能拉力器进行锻炼时，双手握住第一手柄与第二手柄向外拉伸，使高分子弹性管和弹性应变传感器同时拉伸，信号处理单元检测到弹性应变传感器的电阻变化；信号处理单元中存储弹性应变传感单元的电阻变化值与高分子弹性管的拉伸量之间的对应关系，并且存储高分子弹性管的劲度系数，根据该存储可得到此时高分子弹性管的拉伸量，再根据胡克定律计算得到此时的拉力大小，信号处理单元将得到的数据传送至控制终端；然后，用户双手向内靠近使高分子弹性管和弹性应变传感器恢复至原长度，弹性应变传感器的电阻值恢复至初始值，完成一个拉伸锻炼过程，信号处理单元完成一次检测过程。用户重复数次该拉伸锻炼过程。

本实施例中，控制终端设置锻炼任务，锻炼任务包括高分子弹性管根数、拉伸次数、拉伸长度、相邻拉伸之间的休息时间。当所述锻炼任务开始，控制终端发出语音提示开始锻炼。在拉伸锻炼过程中，控制终端接收来自信号处理单元的数据，得到实际拉伸长度、拉力、拉伸次数、拉伸持续时间，控制终端结合高分子弹性管根数计算得到拉伸锻炼中消耗的能量。当锻炼任务完成，控制终端发出语音提示停止运动，本次运动的拉伸次数、拉伸长度、拉力、拉伸持续时间，以及所消耗的热量等信息显示在终端。

在完成锻炼完成后，关闭信号处理单元电源，可利用usb充电线对信号处理单元进行充电。

实施例2：

本实施例中，智能拉力器与实施例1中的智能拉力器基本相同，所不同的是控制终端是手机，手机中安装app，在app界面可设定运动参数，例如高分子弹性管的根数、运动组数、每组拉伸个数和休息时间间隔。信号处理单元与控制终端相分离，信号处理单元设置在第一手柄10上，信号处理单元利用内置蓝牙模块连接手机。

实施例3：

如图2所示，智能拉力器包括第一手柄10，第二手柄11、弹性部分、信号处理单元与控制终端。

弹性部分由五个弹性单元21组成，每个弹性单元21的结构相同，五个弹性单元21平行设置在第一手柄与第二手柄之间，相邻弹性单元的间距相等。

弹性单元21包括高分子弹性管22，以及设置在高分子弹性管内的弹性应变传感单元23。弹性应变传感单元23发生形变时其电信号发生变化。高分子弹性管22的一端连接第一手柄10，另一端连接第二手柄11。

本实施例中，高分子弹性管为tpr材料，硬度为60a。

本实施例中，高分子弹性管22的两端分别通过塑胶卡扣25连接在第一手柄与第二手柄上。卡扣底部设置穿孔，高分子弹性管的端部穿过穿孔后将塑料球24置于该端内部，塑料球24的直径大于该穿孔直径，弹性应变传感单元的两端分别与塑料球固定连接。

本实施例中，弹性应变传感器为电容式弹性应变传感器，是将液态金属封装在tpe管材中，通过电极引出电信号作为导电体，这样的两个导电体构成电容器的两极板，通过焊接方式与信号处理单元连接。当该弹性应变传感器发生拉伸或者收缩形变时其电容发生变化。

当高分子弹性管发生拉伸或者收缩形变时，弹性应变传感单元同步发生拉伸或者收缩形变，其电容发生变化，信号处理单元采集、处理电容信号，获得该形变信息；控制终端用于接收信号处理单元的形变信息并显示在终端。

本实施例中，信号处理单元30利用内置蓝牙模块连接手机，手机中安装app，在app界面可设定运动参数，例如高分子弹性管的根数、运动组数、每组拉伸个数和休息时间间隔。

用户使用该智能拉力器进行锻炼时，双手握住第一手柄与第二手柄向外拉伸，使高分子弹性管和弹性应变传感器同时拉伸，信号处理单元检测到弹性应变传感器的电容变化；信号处理单元中存储弹性应变传感单元的电容变化值与高分子弹性管的拉伸量之间的对应关系，并且存储高分子弹性管的劲度系数，根据该存储可得到此时高分子弹性管的拉伸量，再根据胡克定律计算得到此时的拉力大小，信号处理单元将得到的数据传送至控制终端；然后，用户双手向内靠近使高分子弹性管和弹性应变传感器恢复至原长度，弹性应变传感器的电容值恢复至初始值，完成一个拉伸锻炼过程，信号处理单元完成一次检测过程。用户重复数次该拉伸锻炼过程。

本实施例中，控制终端设置锻炼任务，锻炼任务包括高分子弹性管根数、拉伸次数、拉伸长度、相邻拉伸之间的休息时间。当所述锻炼任务开始，控制终端发出语音提示开始锻炼。在拉伸锻炼过程中，控制终端接收来自信号处理单元的数据，得到实际拉伸长度、拉力、拉伸次数、拉伸持续时间，控制终端结合高分子弹性管根数计算得到拉伸锻炼中消耗的能量。当锻炼任务完成，控制终端发出语音提示停止运动，本次运动的拉伸次数、拉伸长度、拉力、拉伸持续时间，以及所消耗的热量等信息显示在终端。

在完成锻炼完成后，关闭信号处理单元电源，可利用usb充电线对信号处理单元进行充电。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要去保护本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围有所附的权利要求书及其等效。

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