六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台

摘要

一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于:该平台包括由自上而下的第一层板、第二层板、第三层板、第四层板和第五层板构成的四层机构；本发明结构简单，巧妙的将磁悬浮技术和机械原理等结合，实现了机电一体化，振动训练结果更好。

权利要求

1.一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于:该平台包括由自上而下的第一层板（18）、第二层板（10）、第三层板（8）、第四层板（4）和第五层板（18）构成的四层机构；

第一层机构包括第一层板（18）和第二层板（10），在第二层板（10）上设置有E型硅钢片（12）和设置在E型硅钢片（12）内的电磁铁线圈（13），电磁铁线圈（13）与设置在永磁体连接法兰（14）底部的永磁体（15）对应，永磁体连接法兰（14）与设置在第一层板（18）底部的万向联轴器（16）活动连接；

第二层机构包括第三层板（8）、设置在第三层板（8）上的直线导轨滑轨（22）和与直线导轨滑轨（22）配合并能在直线导轨滑轨（22）上滑动的直线导轨滑块（21），直线导轨滑块（21）设置在第二层板（10）底部；

第三层机构包括第四层板（4）、设置在第四层板（4）上的水平驱动电磁铁线圈（35）及与水平驱动电磁铁线圈（35）对应的水平方向永磁体法兰（20）；水平方向永磁体法兰（20）设置在水平方向永磁体法兰（19）侧面，水平方向永磁体法兰（19）设置在第三层板（8）的底部；水平方向永磁体法兰（19）活动的设置在水平方向导轨（36）上并能在水平方向导轨（36）上滑动，水平方向导轨（36）的方向与直线导轨滑轨（22）的方向垂直；第四层板（4）为能以中心为圆心做相对于第五层板（1）水平旋转的结构；

第四层机构包括第五层板（1）、动子（27）和定子（28），动子（27）设置在第四层板（4）底部，定子（28）设置在第五层板（1）上;在第二层板（10）上设置有直线轴承（34），万向联轴器（16）为能在直线轴承（34)的限位作用下做上下移动的结构。

在第三层板（8）和第二层板（10）之间设置有安装传感器基座（33）和限制直线导轨滑块（21）的滑动距离的限位装置。

2.根据权利要求1所述的六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于:在第三层板（8）和第四层板（4）之间设置有限制第三层板（8）沿水平方向导轨（36）移动距离的限位装置，该限位装置包括设置在第四层板（4）上的水平空心限位腔（6）和设置在第三层板（8）底部的实心水平限位块（7），实心水平限位块（7）伸进水平空心限位腔（6）的开口内实现限位。

3.根据权利要求1所述的六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于: 第四层板（4）与第五层板（1）之间设置有交叉轴承（3）。

4.根据权利要求1所述的六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于:该训练平台还包括旋转编码器（30），该旋转编码器（30）的轴端设置在第四层板（4）的中间，大端设置在第五层板（1）中间。

5.根据权利要求1所述的六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于: E型硅钢片（12）、电磁铁线圈（13）、永磁体连接法兰（14）、永磁体（15）及万向联轴器（16）所组成的机构为三套，呈三点均匀分部的形式设置在第一层板（18）和第二层板（10）之间。

说明书

六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台

技术领域

[0001] 本发明专利涉及的是一种体育装备，主要针对振动训练时，对肌肉的全面振动刺激的一种装置，即六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台。

背景技术

[0002] 现有的振动训练设备能提供的振动频率和波形较为有限，一般只能控制谐波振动。在现在人们日益重视身体训练的时代，怎样高效的训练已经成为人们关注的热点，振动训练已经比较流行，但是相应的器材却还比较陈旧，达不到理想的效果。

发明内容

[0003] 发明目的：本发明提供一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其目的是解决以往的设备所存在的振动训练中肌肉训练不充分的问题。

[0004] 技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，其特征在于:该平台包括由自上而下的第一层板、第二层板、第三层板、第四层板和第五层板构成的四层机构；

[0006] 第一层机构包括第一层板和第二层板，在第二层板上设置有E型硅钢片和设置在E型硅钢片内的电磁铁线圈，电磁铁线圈与设置在永磁体连接法兰底部的永磁体对应，永磁体连接法兰与设置在第一层板底部的万向联轴器活动连接；

[0007] 第二层机构包括第三层板、设置在第三层板上的直线导轨滑轨和与直线导轨滑轨配合并能在直线导轨滑轨上滑动的直线导轨滑块，直线导轨滑块设置在第二层板底部；

[0008] 第三层机构包括第四层板、设置在第四层板上的水平驱动电磁铁线圈及与水平驱动电磁铁线圈对应的水平方向永磁体法兰；水平方向永磁体法兰设置在水平方向永磁体法兰侧面，水平方向永磁体法兰设置在第三层板的底部；水平方向永磁体法兰活动的设置在水平方向导轨上并能在水平方向导轨上滑动，水平方向导轨的方向与直线导轨滑轨的方向垂直；第四层板为能以中心为圆心做相对于第五层板水平旋转的结构；

[0009] 第四层机构包括第五层板、动子和定子，动子设置在第四层板底部，定子设置在第五层板上。

[0010] 在第二层板上设置有直线轴承，万向联轴器为能在直线轴承的限位作用下做上下移动的结构。

[0011] 在第三层板和第二层板之间设置有安装传感器基座和限制直线导轨滑块的滑动距离的限位装置。

[0012] 在第三层板和第四层板之间设置有限制第三层板沿水平方向导轨移动距离的限位装置，该限位装置包括设置在第四层板上的水平空心限位腔和设置在第三层板底部的实心水平限位块，实心水平限位块伸进水平空心限位腔的开口内实现限位。

[0013] 第四层板与第五层板之间设置有交叉轴承。

[0014] 该训练平台还包括旋转编码器，该旋转编码器的轴端设置在第四层板的中间，大端设置在第五层板中间。

[0015] E型硅钢片、电磁铁线圈、永磁体连接法兰、永磁体及万向联轴器所组成的机构为三套，呈三点均匀分部的形式设置在第一层板和第二层板之间。

[0016] 优点及效果：本发明提供一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，本发明所涉及的6自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台是完全模拟全身肌肉振动的方案进行设计的，全身肌肉的振动不仅只在一个方向，还应在多个方向都能振动，从而使肌肉训练更加充分有效，鉴于目前存在的振动训练器材大多只能一个方向振动，并且振动的波形单一（只能谐波振动）等问题，基于机械结构和磁悬浮技术，提供一种切实可行的方案来解决振动训练中，振动波形的任意、频率的任意和行程范围内振幅的任意调整，以及肌肉的训练不充分等问题。

[0017] 本发明的目的实现的技术方案是四层结构分别实现不同自由度的振动；第一层机构可实现XY轴转动Z方向平动；第二层机构可实现X方向平动；第三层机构可实现Y方向平动；第四层机构可实现Z轴转动。

[0018] 在设计本装置时，是根据被实验者站在平台上，平台振动进而带动被实验者受迫振动的原则进行设计的。第一层机构包括第一层板、第二层板、万向联轴器、直线导轨、电磁线圈、永磁体、永磁体安装法兰、螺栓、电涡流传感器等构件构成。第二层机构包括第三层板、电磁线圈、永磁体、安装永磁体装置、水平限位块、螺栓、线性导轨、电涡流传感器等构件构成。第三层机构包括第四层板、电磁线圈、永磁体、安装永磁体装置、水平限位块、螺栓、线性导轨、电涡流传感器等构件构成。第四层机构包括第五层板、交叉轴承、旋转编码器、电磁线圈、永磁体、安装旋转编码器法兰、螺栓等构件构成。被实验者进行肌肉振动训练的时候，在平台上站好，通过逐层的电磁铁和永磁体之间的斥力进行驱动，并由电涡流传感器和旋转编码器进行位置检测与控制。

[0019] 所述的6自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台中，各层板使用的材料为铝，电磁绕组线圈材料选用铜，其余材料用45钢。

[0020] 六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台在医疗体系、肌肉训练等方面具有广泛的应用前景。本申请属于基础体育装备，其对振动训练中肌肉的全面刺激有直接的影响。从现有的体育装备可知，振动训练器材主要还集中在单自由度，个别设备可实现3自由度，唯独没有6自由度的全方位刺激肌肉的振动训练器材；并且现在还没有将磁悬浮技术应用到振动训练器材中的报道，磁悬浮技术应用到振动训练器材中的一个优势就是可以根据需要任意调整振动的波形、频率和行程范围内的任意振幅。而且振动肌肉训练对于肌肉萎缩等疾病的物理振动疗法也有积极的作用。本发明通过逐层实现不同方向的运动，然后通过磁悬浮技术，进行控制，使这些运动可任意联动，从而成功的解决了振动训练中肌肉训练不充分的问题。

[0021] 本发明结构简单，巧妙的将磁悬浮技术和机械原理等结合，实现了机电一体化，振动训练结果更好。

[0022] 附图说明：

[0023] 图1是本发明的整体装配示意图

[0024] 图2是本发明Z轴转动的驱动机构示意图

[0025] 图中：1第五层板2外箱壁3交叉轴承4第四层板5螺栓6水平限位块（空心）7水平限位块（实心）8第三层板9圆形垫片10第二层板11销12E型硅钢片13电磁铁线圈14永磁体连接法兰15永磁体16万向联轴器17连接万向联轴器法兰18第一层板19水平方向永磁体法兰20水平方向永磁体21直线导轨滑块22直线导轨滑轨23上盖板24地脚支撑底座25地脚支撑螺母26地脚支撑螺杆27定子28转子29旋转编码器大端固定法兰30旋转编码器31旋转编码器小端固定法兰32固定转子法兰33安装传感器基座，34直线轴承，35水平驱动电磁铁线圈，36水平方向导轨，37限位装置。

[0026] 具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

[0027] 如图1所示，本发明提供一种六自由度磁力驱动振动式肌肉训练平台，该平台包括由自上而下的第一层板18、第二层板10、第三层板8、第四层板4和第五层板18构成的四层机构；

[0028] 第一层机构包括第一层板18和第二层板10，在第二层板10上设置有E型硅钢片12和设置在E型硅钢片12内的电磁铁线圈13，电磁铁线圈13与设置在永磁体连接法兰14底部的永磁体15对应，永磁体连接法兰14与设置在第一层板18底部的万向联轴器16活动连接；

[0029] 第二层机构包括第三层板8、设置在第三层板8上的直线导轨滑轨22和与直线导轨滑轨22配合并能在直线导轨滑轨22上滑动的直线导轨滑块21，直线导轨滑块21设置在第二层板10底部；

[0030] 第三层机构包括第四层板4、设置在第四层板4上的水平驱动电磁铁线圈35及与水平驱动电磁铁线圈35对应的水平方向永磁体法兰20；水平方向永磁体法兰20设置在水平方向永磁体法兰19侧面，水平方向永磁体法兰19设置在第三层板8的底部；水平方向永磁体法兰19活动的设置在水平方向导轨36上并能在水平方向导轨36上滑动，水平方向导轨36的方向与直线导轨滑轨22的方向垂直；第四层板4为能以中心为圆心做相对于第五层板1水平旋转的结构；

[0031] 第四层机构包括第五层板1、动子27和定子28，动子27设置在第四层板4底部，定子28设置在第五层板1上。

[0032] 第一层机构可实现Z方向平动，或实现与X、Y轴所在平面呈一夹角的反转运动；第二层机构可实现X方向平动机构；第三层机构可实现Y方向平动机构；第四层机构可实现以Z轴为轴的转动机构。逐层实现不同方向的运动。所述的6自由度是X、Y、Z方向的平动和X、Y、Z轴的转动。所述的驱动力是指用磁力对该设备进行驱动。所述的磁悬浮控制可以实现任意波形、任意频率、行程范围内的任意振幅的振动。

[0033] 如图1中所示，垂直于纸面的面为X轴和Y轴所在的平面，纸面所在的面即为Z轴所在的面，X方向运动就是垂直于纸面方向的运动，Y方向的运动就是在图中的左右方向，而Z方向的运动在图中就是上下运动的方向。

[0034] 在第二层板10上设置有直线轴承34，万向联轴器16为能在直线轴承34的限位作用下做上下移动的结构。

[0035] 在第三层板8和第二层板10之间设置有安装传感器基座33和限制直线导轨滑块21的滑动距离的限位装置37。

[0036] 在第三层板8和第四层板4之间设置有限制第三层板8沿水平方向导轨36移动距离的限位装置，该限位装置包括设置在第四层板4上的水平空心限位腔6和设置在第三层板8底部的实心水平限位块7，实心水平限位块7伸进水平空心限位腔6的开口内实现限位。

[0037] 第四层板4与第五层板1之间设置有交叉轴承3。

[0038] 该训练平台还包括旋转编码器30，该旋转编码器30的轴端设置在第四层板4的中间，大端设置在第五层板1中间。

[0039] E型硅钢片12、电磁铁线圈13、永磁体连接法兰14、永磁体15及万向联轴器16所组成的机构为三套，呈三点均匀分部的形式设置在第一层板18和第二层板10之间,也就是说3个万向联轴器通过螺栓均分在第一层板上，万向联轴器另一端连接直线轴承，直线轴承选用带法兰的直线轴承，将直线轴承定子通过螺栓固定在第二层板上，在第二层板上安装电磁线圈，在万向联轴器上安装永磁体，永磁体是通过安装永磁体法兰安装的，位置检测装置安装在永磁体和电磁线圈所在的空间范围内，用以控制第一层板的运动。

[0040] X方向平动为第二层机构，直线导轨滑轨22固定在第三层板上，直线导轨滑块固定在第二层板上，进行导向，第二层板和第三层板之间安装电涡流传感器和水平限位块，用以控制X方向的运动以及防止幅度过大出现事故。

[0041] Y方向平动是第三层机构，通过水平方向导轨36实现。

[0042] 所述的Z轴转动是第四层机构，交叉轴承的内外圈分别通过螺栓安装在第四层板和四五层板上，旋转编码器法兰安装在第五层板的中心，旋转编码器通过过盈配合安装在法兰上，永磁体定子通过法兰和交叉轴承内圈固定，电磁线圈转子固定在交叉轴承外圈，通过电磁线圈和永磁体驱动，通过旋转编码器控制位置。所述的永磁体就是图1中所示的定子27，电磁线圈为转子28。

[0043] 本发明中1为第五层板，是最底层板，下面连接地脚支撑，上面逐层安装各层机构。交叉轴承3安装在第五层板1上，定子27通过过盈配合安装在3的内圈上，安装转子法兰32通过螺栓安装在1上，旋转编码器大端固定法兰29通过螺栓安装在1上，旋转编码器轴端固定法兰安装在4上，旋转编码器通过过盈配合安装在29、31上。通过交叉轴承3导向，通过旋转编码器30检测位置，实现Z轴转动。

[0044] 水平方向永磁体通过胶合安装在19上，安装传感器基座33布置在4的另一侧，通过螺栓连接，用来检测Y方向平动的位置，直线导轨滑块21通过螺栓连接在第三层板上，直线导轨滑轨22安装在4上，通过20、35导向，实现Y方向平动；

[0045] 第一层板18和第二层板10选用材料为铝合金，万向联轴器16通过螺栓连接到连接万向联轴器法兰17上，再通过螺栓将17连接到第一层板18上。竖直方向永磁体连接法兰14通过过盈配合连接到万向联轴器16的上端，竖直方向永磁体15通过胶合连接到14上，E型硅钢片12和电磁铁线圈13装配好后，通过销11安装在10上，直线轴承34安装在10上，通过直线轴承34的导向，实现Z方向的平动，通过万向联轴器16和直线轴承34的配合联动，实现X、Y轴转动。所谓X、Y轴转动也就是前面所说的，做与第二层板呈一角度的翻转运动，因为万向联轴器16为三个，可以通过调整电磁铁线圈13和永磁体15来控制万向联轴器16沿Y轴方向移动的距离，当三个点移动距离不一样时，就会出现一边下沉另一边翘起的形式，这样就形成了翻转，也可以说是以X、Y轴所在的面为基准的转动。

[0046] 本申请通过逐层之间的配合，实现6个方向的运动，第五层板1下面安装地脚支撑机构，地脚支撑机构由地脚支撑底座24、地脚支撑螺母25和地脚支撑螺杆26组成。整个机器外面安装一个外箱壁2，外箱壁的材料选用3mm厚的不锈钢板。