CN107773909A - 一种壶铃的控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种壶铃的控制电路，壶铃包括本体、底座和配重组，本体包括外壳和转轴，转轴的上端可转动地安装在外壳的内腔中，外壳下端开口；配重组和外壳坐落在底座上，外壳罩在配重组外面；底座包括壳体、马达和驱动轴，驱动轴固定在马达的输出轴上，驱动轴带动转轴旋转设定的角度以选择配重块，控制电路包括微控制器、人机交互电路、驱动轴位置检测电路和马达驱动电路，马达驱动电路的输入端接电源，输出端接马达，控制端接微控制器；人机交互电路和驱动轴位置检测电路的输出端接微控制器。本发明通过人机交互电路设定配重的重量，微控制器根据设定的重量控制转轴旋转特定的角度来选择本体携带配重块，调整重量操作简便，安全性能好。

Description

一种壶铃的控制电路

[技术领域]

本发明涉及壶铃，尤其涉及一种壶铃的控制电路。

[背景技术]

用壶铃进行健身锻炼时，可以做各种推、举、提、抛和蹲跳等练习。壶铃训练与哑铃、杠铃训练的不同之处在于，壶铃对于全面提高整体的爆发力更加有效。壶铃一般用铸铁制成，大多数壶铃是重量固定的全铁壶铃，按重量分别有10千克、15千克、20千克、25千克、30千克、50千克等规格，其缺点是重量单一，无法满足不同人的喜好。少数壶铃是通过人工手动换铁柄加减重量，可以调整适合于锻炼者的重量。但这种无电动功能，无自动计数功能，无法计算人体消耗热量而达到科学锻炼的目的，操作不简便，换铁柄时间较长，还容易砸伤手指造成安全事故，无法适应公共健身场所。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种便于壶铃本体选择配重重量的壶铃控制电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种壶铃的控制电路，壶铃包括本体、底座和配重组，本体包括上端带手柄的外壳和转轴，转轴的上端可转动地安装在外壳内腔的上部，外壳下端开口；配重组包括复数个层叠的配重块，配重组和外壳坐落在底座上方，外壳罩在配重组的外面；底座包括壳体和转轴驱动机构，转轴驱动机构包括电源、减速马达和驱动轴，驱动轴固定在减速马达的输出轴上；转轴驱动机构通过驱动轴带动转轴旋转设定的角度以选择配重块，所述的控制电路安装在壳体中，包括第一微控制器、人机交互电路、驱动轴位置检测电路和马达驱动电路，马达驱动电路的输入端接电源，输出端接减速马达，控制端接第一微控制器；人机交互电路和驱动轴位置检测电路的输出端分别接第一微控制器。

以上所述的控制电路，转轴驱动机构包括马达固定板，驱动轴位置检测电路包括复数个光电开关和遮光转盘；马达固定板安装在壳体中，减速马达安装在马达固定板的下方；遮光转盘固定在驱动轴上，边缘包括透光的缺口；光电开关固定在马达固定板的上方，沿遮光转盘的周向分开布置；光电开关的信号输出端接第一微控制器。

以上所述的控制电路，电源包括充电电池、充电电路、马达电流检测电路、电池电量检测电路和USB接口，充电电池通过充电电路接USB接口；控制电路包括行程开关，人机交互电路包括显示屏和复数个设置按键，行程开关安装在底座的顶板上，马达电流检测电路输出端、电池电量检测电路输出端、显示屏的信号输入端、设置按键的信号输出端和行程开关的信号输出端分别接微控制器；显示屏和复数个设置按键安装在壳体侧面的面板上。

以上所述控制电路，控制电路包括第一RF天线和运动传感组件、运动传感组件安装在本体的外壳上，包括第二微控制器、第二RF天线和加速度传感器，第二RF天线和加速度传感器分别接第二微控制器；第一RF天线接第一微控制器；第一微控制器通过第一RF天线与运动传感组件无线连接，运动传感组件向第一微控制器发送本体的运动数据，与智能手机蓝牙连接，向智能手机发送运动数据和/或本体的重量数据。

以上所述的控制电路，遮光转盘的边缘包括两个所述的缺口，两个缺口布置在遮光转盘径向的两端；所述的光电开关为6个，相邻两个光电开关对应的圆心角为30°；第一缺口位于第一个光电开关位置时，为初始位置；当驱动轴带动遮光转盘使第一缺口远离光电开关每转动30°，第二缺口依次进入到其它5个光电开关的位置，触发对应的光电开关向第一微控制器发出信号。

以上所述的控制电路，包括以下控制步骤：

601、壶铃本体放到底座上时，行程开关向第一微控制器发出信号，允许设置按键选择配重重量；

602、通过设置按键选择配重的重量值，设置按键选择配重的重量值在显示屏上显示；

603、第一微控制器控制减速马达起动，驱动轴位置检测电路向第一微控制器反馈驱动轴转动的角度信号，当驱动轴转动的角度与设置按键选择配重的重量相对应时，第一微控制器控制减速马达停止转动。

本发明的壶铃的控制电路通过人机交互电路设定配重的重量，微控制器根据设定的重量控制转轴旋转特定的角度来选择本体携带配重块，调整重量操作简便，不会砸伤手指，安全性能好。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例壶铃的主视图。

图2是本发明实施例壶铃的俯视图。

图3是图1中的A向剖视图。

图4是图2中的B向剖视图。

图5是本发明实施例转轴机构和锁定机构的主视图。

图6是本发明实施例转轴机构和锁定机构的左视图。

图7是本发明实施例转轴机构和锁定机构的俯视图。

图8是本发明实施例转轴机构和锁定机构的仰视图。

图9是图6中的C向剖视图。

图10是本发明实施例转轴机构和锁定机构的立体图。

图11是是本发明实施例底座的立体图。

图12是本发明实施例底座的俯视图。

图13是图12中的D向剖视图。

图14是图13中的E向剖视图。

图15是本发明实施例转轴驱动机构的俯视图。

图16是图15中的F向剖视图。

图17是图15中的G向剖视图旋转。

图18是是本发明实施例驱动轴位置检测电路布置的立体图。

图19是本发明实施例第一配重块的立体图。

图20是本发明实施例第一配重块的俯视图。

图21是本发明实施例第一配重块的仰视图。

图22是图20中的I向剖视图。

图23是图20中的H向剖视图旋转。

图24是本发明实施例第二配重块的立体图。

图25是本发明实施例第二配重块的俯视图。

图26是图25中的J向剖视图。

图27是图25中的K向剖视图旋转。

图28是本发明实施例外壳的立体图。

图29是本发明实施例本体与配重组合后的立体图。

图30是本发明实施例转轴机构与配重块组合的立体图。

图31是本发明实施例控制电路的原理框图。

[具体实施方式]

本发明实施例壶铃的结构如图1至图31所示，包括本体100、底座200和位于本体100与底座200之间配重组。

如图1至图4所示，本体100包括上端带手柄101的外壳1、转轴机构和锁定机构。

如图28所示，外壳1下端开口，外壳1内腔侧壁上有两条竖直布置的突棱102，两条突棱102沿外壳径向的两端布置。

转轴机构包括转轴2、滚动轴承10和压板11，转轴2的上端通过滚动轴承10安装在外壳1内腔的上部。

转轴2为空心轴，沿轴线方向有一个轴孔201，轴孔201的下部有一个压簧承孔202，轴孔201的下端有一个与转轴驱动机构连接的方孔203，方孔203与转轴驱动机构方形的驱动轴21适配。

如图7和图9所示，转轴2的上端通过压板11和4个螺钉12固定在滚动轴承10的内圈中。

转轴2的下端有一圈突缘，突缘上有外花键204。

如图5、图6和图10所示，转轴2的外表有5组提升块，5组提升块沿转轴2的轴向分开布置。每组提升块包括两个凸块205，两个凸块205位于转轴2的径向的两端，凸块205为扇形，对应的圆心角略小于30°。

如图8和图9所示，锁定机构包括条形的锁止板13、锁定齿盘14，连接杆15，压簧16、弹簧座17、连接杆15穿过转轴2的轴孔201，布置在压簧承孔202中的弹簧座17用螺钉18固定在转轴2的下端，锁止板13的中部与转轴2的上端通过螺钉连接。压簧16布置在压簧承孔202中，套在连接杆15的下端，上端抵住压簧承孔202的底面，下端抵住弹簧座17。

锁定齿盘14用螺钉固定在外壳1内腔的顶部，同时将滚动轴承10的外圈也固定在外壳1内腔的顶部。锁定齿盘14的内周有一圈内齿。

如图4和图9所示，转轴2的上部有一条横向通槽206，锁止板13的中部布置在横向通槽206中，与横向通槽206上下滑动配合。锁止板13伸出横向通槽206的两端包括与锁定齿盘14适配的外齿，压簧16将连接杆15下拉时，锁止板13两端的外齿嵌入锁定齿盘14的内齿。

底座200包括壳体9、转轴驱动机构、定位齿盘18和控制电路。

定位齿盘18的中部有一个花键孔，定位齿盘18的花键孔与转轴2下端的外花键204匹配。

转轴驱动机构包括电源、减速马达19、马达固定板20和驱动轴21，马达固定板20安装在壳体9中，减速马达19安装在马达固定板20的下方。减速马达19的输出轴1901竖直朝上布置，驱动轴21为方形，紧套在减速马达19的输出轴1901上，定位齿盘18的花键孔与驱动轴21同轴。

当转轴2的方孔203套到驱动轴21上时，转轴2下端的突缘穿过花键孔，进入到定位齿盘18的下方。

如图31所示，控制电路包括第一微控制器、驱动轴位置检测电路、马达驱动电路、第一RF天线、显示屏、三个设置按键、行程开关和运动传感组件。

马达驱动电路的输入端接电源，输出端接减速马达19，控制端接第一微控制器。驱动轴位置检测电路的输出端接微控制器。

驱动轴位置检测电路包括6个光电开关23和遮光转盘8。遮光转盘8用螺钉固定在驱动轴21的下部，边缘上有两个透光的缺口801，两个缺口801布置在遮光转盘8直径方向的两端。

光电开关24固定在马达固定板20上方的光电开关安装架25上，沿遮光转盘8的周向分开布置。光电开关24的信号输出端接第一微控制器。

相邻两个光电开关对应的圆心角为30°。第一缺口801位于第一个光电开关位置时，为初始位置。当驱动轴21带动遮光转盘8使第一缺口801远离光电开关每转动30°，第二缺口801依次进入到其它5个光电开关的位置，触发对应的光电开关向第一微控制器发出信号。

电源包括充电电池、充电电路、马达电流检测电路、电池电量检测电路和USB接口。

充电电池接充电电路，充电电路接USB接口。马达电流检测电路输出端、电池电量检测电路输出端、显示屏的信号输入端、设置按键的信号输出端和行程开关的信号输出端分别接微控制器。显示屏26和3个设置按键27安装在壳体9侧面的面板901上。

底座可以边充电边使用，带充电电池的目的，是为了在停电或是没有市电的条件下，也可以正常使用。为了防止误操作，当检测到壶铃主体放在底座上面后，通过“+”及“-”按键，可以设置所需壶铃本体的重量，并在显示屏上显示出来。再通过“OK”按键，命令直流减速马达转动，从而带动壶铃主体上转轴转动。几组光电开关用于检测马达的位置，第一微控制器检测到转轴到达指定位置后，令马达停止转动。提起壶铃主体后，主体上的转轴就会卡住所需要的配重块，从而得到对应的壶铃本体重量。

控制电路的马达电流监控，可以防止异常条件下马达卡死后继续驱动，从而导致马达烧坏的风险；控制电路的电池电量监控，可以防止电池电量不足时，马达转到一半就停止的风险。

如图4和图11所示，行程开关28安装在底座200的顶板定位孔707上，行程开关28是一个轻触开关，用来检测壶铃本体是放在底座上还是已经提起，壶铃本体放在底座上，此轻触开关闭合；壶铃提起，此轻触开关断开。

如图4和图31所示，运动传感组件29安装在本体100的外壳1的侧壁上，包括第二微控制器、第二RF天线和加速度传感器，第二RF天线和加速度传感器分别接第二微控制器。

第一RF天线接第一微控制器，第一微控制器通过第一RF天线与运动传感组件无线连接，运动传感组件向第一微控制器发送本体100的运动数据，第一微控制器通过第一RF天线与智能手机蓝牙连接，向智能手机发送运动数据和/或本体100的重量数据。

运动传感组件固定在壶铃主体上面，第二微控制器通过加速度传感器传回的数据，可以监控主体的运动姿势，并将运动的数据通过2.4GHz RF信号传送到底座上，底座再通过BLE(蓝牙低功耗)方式，将运动数据及壶铃主体的重量等数据，发送到与其相连的手机上面，从而可以在APP上显示运动数据。自动计数，不用用户分出精力去数数，同时也避免计数错误。

配重组包括5个层叠的、盘形的配重块7，配重组和外壳1坐落在底座200上方，外壳1罩在配重组的外面。

如图19至图27所示，配重块7的周边包括两个凹槽706，配重块7的周边的两个凹槽706位于配重块7径向的两端，凹槽706与外壳1上的两条突棱102适配。

配重块7的底面有两个对称布置的定位孔707，第二块至第五配重块的顶面各有两个定位凸起702，底座壳体9的顶面有两个定位凸起902，定位凸起702和902与定位孔707适配，以保证配重块7叠合时，上下配重块7保持同一角度，且与底座壳体9保持确定的角度。

配重块7中部有一个转轴孔701，转轴孔701为阶梯孔，阶梯孔的小孔位于阶梯孔的上部，包括中间孔703和两个沿径向对称布置在中间孔703外周的扇形孔704。阶梯孔的大孔705位于阶梯孔的下部，阶梯孔大孔705的半径大于或等于扇形孔704的半径。

配重组下方配重块7扇形孔704的圆心角大于上方配重块7扇形孔704的圆心角。转轴2的下端穿过配重块7的转轴孔701与转轴驱动机构连接时，提升块低于对应配重块7的扇形孔704，位于对应配重块7的下方。

转轴2的下端穿过配重块7的转轴孔701与转轴驱动机构连接时，提升块进入到对应配重块7阶梯孔的大孔。

如图19至图27所示，自上而下，第一配重块7-1扇形孔704的圆心角α为30°，转轴2凸块205对应的圆心角略小于第一配重块7-1扇形孔704的圆心角，便于最上面的凸块205顺利通过第一配重块7-1扇形孔704。二配重块7-2扇形孔704的圆心角α为60°，第三配重块7-3扇形孔704的圆心角α为90°，第四配重块7-4扇形孔704的圆心角α为120°，第五配重块7-5扇形孔704的圆心角α为150°(第三至第五配重块的结构图未示出)。自上而下，所有配重块7的扇形孔704的起始端在同一垂直位置，转轴2凸块205对应的圆心角略小于第一配重块7-1扇形孔704的圆心角。

底座面板上的三个按键，分别是“+”、“-”、“OK”键，这三个按键与底座上的微处理器连接；通“+”、“-”按键去设定砝码的重量，微处理器同时将设定的重量，直观地显示在显示屏上；重量设定好后，按“OK”键，主控单元控制直流减速马达转动，马达带动壶铃本体上的转轴转动，驱动轴上的遮光转盘与转轴同步转动；遮光转盘的遮光部分转到某个光电开关位置，对应的光电开关断开，遮光转盘的缺口部分转到某个光电开关位置时，对应的光电开关导通；微控制器通过几个光电开关的通或断，判断出转轴是否转到的对应的铁饼组合位置，然后停止转动，同时显示屏上显示转动结束的图案；壶铃提起时，对应重量的配重块就会挂在壶铃本体的转轴上，从而壶铃本体得到设定的重量。

壶铃本体的重量是15磅，每个配重块的重量是5磅，每增加一个配重块，壶铃本体的重量增加5磅，所以显示屏显示按键选择的重量级别有6级，分别是：15磅、20磅、25磅、30磅、35磅、40磅。

再次将壶铃本体放在底座上，就可以重新设置另外的重量。

重量调节工作原理如下：

a.壶铃本体外壳内有两条突棱卡在5个配重块两边的开口凹槽中，配重块与外壳在园周方向是不能相对转动的，在初始位置时，转轴所有的凸块是位于配重块两边的扇形孔的下方，这时提起壶铃本体，所有配重块都与本体脱开，提起的仅仅是本体自身的重量。

b.在壶铃本体没有提起来之前，方形驱动轴上顶连接杆下端的弹簧座，弹簧座压缩压簧并上顶连接杆，连接杆上顶锁止板，锁止板脱开定位齿盘。转轴相对于本体和配重块在园周方向可以转动，实现重量调节功能。

c.当壶铃本体提起时，首先是转轴的下端与方形驱动轴脱开，弹簧座在压簧的作用下拉动连接杆及锁止板下行，锁止板的外齿卡入固定在本体上的定位齿盘的齿槽内，此时的转轴相对本体就被卡死，不能转动。

d.壶铃本体放到底座上后，才能选择需要的配重。当在按键上选择15磅并按”OK”键时，微控制器控制马达起动，带动方形驱动轴及转轴相对底座、外壳和配重块转动。因为锁止机构上的锁止板已被顶到上方的位置，与定位齿盘脱开，转轴可相对外壳转动。马达在控制电路作用下将转轴转到初始位置，即0°位置。在初始位置，转轴上的所有凸块所对应的位置是配重块扇形孔的初始位置。此时手提壶铃本体，因为转轴已与方形传动轴脱开，在压簧的作用下，通过连接杆拉下锁止板，锁止板外齿卡住定位齿盘，转轴不能再转动。提起的重量只是本体不含配重块的重量，只有15磅。

e.当在按键上选择20磅并”OK”时，微控制器控制马达起动，带动方形驱动轴及转轴相对底座、外壳和配重块转过30°角。由于最上面第一块配重块扇形孔的圆心角只有30°，当转轴转动30°后，转轴上的最上面的凸块与第一块配重块的扇形孔错开，将第一块配重块卡住。下方其它4块配重块因为扇形孔位都等于或大于了60°，不能被转轴的凸块卡住；所以这时手提壶铃本体时，其重量为20磅。

当按键上选择25磅并按”OK”键时，马达起动，带动方形传动轴及转轴相对底座、外壳、配重转动60°，由于最上面的两块配重块的扇形孔的圆心角小于60°，当转轴转过60°后，转轴上最上面的二对凸块就卡住了最上面的配重块7-1和配重块7-2；其它3个配重块因为扇形孔的圆心角都大于90°，不能被转轴的凸块卡住；因此，这时手提壶铃时，其重量是25磅。

当在按键上分别选择30磅、35磅或40磅并按”OK”键时，选择配重的工作原理同上，只是转轴相对转角分别是90°、120°、150°。

本发明以上实施例具有以下优点：

1)采用按键选择重量模式，调整重量直观、简便，避免了传统壶铃重量单一不可更改的缺陷，适应用户群体更广。

2)采用内齿定位装置，确保壶铃转轴转动到相应位才能提起来，避免意外提壶造成转轴卡死。

3)采用锁定机构，确保壶铃本体提起来之后，转轴不再转动，从而保证配重块不会在本体提起后意外脱落而造成安全事故，也不会弄脏手。

4)底座中的电源内置锂电池，在不用外接电源的情况下也可以正常使用。

5)把传感器植入到壶铃本体中，传感器通过蓝牙志底座中的控制电路相连，控制电路可以通过蓝牙与手机上的APP相连。从而计算举起的循环次数、人体消耗的热量，有助科学锻炼。

6)采用LCD显示屏显示总重量、电池电量、蓝牙连接等参数，一目了然。

本发明以上实施例仅为优先实施例而已，并不用于限制本发明，尽管前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种壶铃的控制电路，其特征在于，壶铃包括本体、底座和配重组，本体包括上端带手柄的外壳和转轴，转轴的上端可转动地安装在外壳内腔的上部，外壳下端开口；配重组包括复数个层叠的配重块，配重组和外壳坐落在底座上方，外壳罩在配重组的外面；底座包括壳体和转轴驱动机构，转轴驱动机构包括电源、减速马达和驱动轴，驱动轴固定在减速马达的输出轴上；转轴驱动机构通过驱动轴带动转轴旋转设定的角度以选择配重块，所述的控制电路安装在壳体中，包括第一微控制器、人机交互电路、驱动轴位置检测电路和马达驱动电路，马达驱动电路的输入端接电源，输出端接减速马达，控制端接第一微控制器；人机交互电路和驱动轴位置检测电路的输出端分别接第一微控制器。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，转轴驱动机构包括马达固定板，驱动轴位置检测电路包括复数个光电开关和遮光转盘；马达固定板安装在壳体中，减速马达安装在马达固定板的下方；遮光转盘固定在驱动轴上，边缘包括透光的缺口；光电开关固定在马达固定板的上方，沿遮光转盘的周向分开布置；光电开关的信号输出端接第一微控制器。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，电源包括充电电池、充电电路、马达电流检测电路、电池电量检测电路和USB接口，充电电池通过充电电路接USB接口；控制电路包括行程开关，人机交互电路包括显示屏和复数个设置按键，行程开关安装在底座的顶板上，马达电流检测电路输出端、电池电量检测电路输出端、显示屏的信号输入端、设置按键的信号输出端和行程开关的信号输出端分别接微控制器；显示屏和复数个设置按键安装在壳体侧面的面板上。

4.根据权利要求2所述控制电路，其特征在于，控制电路包括第一RF天线和运动传感组件、运动传感组件安装在本体的外壳上，包括第二微控制器、第二RF天线和加速度传感器，第二RF天线和加速度传感器分别接第二微控制器；第一RF天线接第一微控制器；第一微控制器通过第一RF天线与运动传感组件无线连接，运动传感组件向第一微控制器发送本体的运动数据，与智能手机蓝牙连接，向智能手机发送运动数据和/或本体的重量数据。

5.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，遮光转盘的边缘包括两个所述的缺口，两个缺口布置在遮光转盘径向的两端；所述的光电开关为6个，相邻两个光电开关对应的圆心角为30°；第一缺口位于第一个光电开关位置时，为初始位置；当驱动轴带动遮光转盘使第一缺口远离光电开关每转动30°，第二缺口依次进入到其它5个光电开关的位置，触发对应的光电开关向第一微控制器发出信号。

6.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，包括以下控制步骤：

601、壶铃本体放到底座上时，行程开关向第一微控制器发出信号，允许设置按键选择配重重量；

602、通过设置按键选择配重的重量值，置按键选择配重的重量值在显示屏上显示；

603、第一微控制器控制减速马达起动，驱动轴位置检测电路向第一微控制器反馈驱动轴转动的角度信号，当驱动轴转动的角度与设置按键选择配重的重量相对应时，第一微控制器控制减速马达停止转动。