功率测功车及功率测功车的控制方法与流程

本发明属于康复训练领域，尤其涉及一种功率测功车及功率测功车的控制方法。

背景技术：

1、cpet目前是公认的有氧能力直接测试的金标准，但是无氧代谢是短时间高负荷运动的主要供能方式，代谢物质和代谢过程发生在体内，没有与外界产生直接物质交换，因此无氧代谢的量化很难。

2、在进行最大摄氧量测试时，传统的心肺功能测试一般要求患者运动至力竭。在物理治疗界，力竭是指：在理想状态下，参与者的某一或某几肌肉群已经无法再做任何有用功。用通俗的话来说，就是“累趴”并且再也爬不起来。

3、然而，在实际测试中，很难保证每个患者都能达到绝对力竭。传统的心肺功能实验的结果会被个体差异以及主观因素影响，让结果不是那么准确。

4、恒功率运动评估方法的本质是通过观察记录人体在定量负荷条件下的心率变化情况，进而对人体心肺储备能力进行评估。同样大小的两级运动负荷之间，心率变化程度越小，一定程度上即表示该个体的运动心肺储备能力越强。功率作为功率车测试中运动负荷的直接计量单位，由上述分析我们不难发现，确保运动测试中各级功率的恒定是进行恒功率运动评估的前提与保证。然而，赫达(herda)等人与比林格(bi l l inger)等人指出，由于测试者在测试过程中受疲劳程度、情绪等主观因素影响，蹬踏速率波动性较大，导致各级功率负荷无法保持恒定，进而难以准确获取各级负荷下对应的稳定心率及摄氧量平台，从而影响了评估结果的重复性和准确性。

5、同样地，在训练过程中，刘艳玲等人针对慢性心力衰竭患者(chf)，依据心肺运动试验(cpet)定量评估结果，通过设定各阶段不同目标强度的恒定功率运动，对chf人群的个性化康复运动处方展开研究。除此之外，针对慢性阻塞性肺疾病(copd)等某些特殊人群，功率车恒定功率运动测试(constant-load exercise test ing)还可用于评价康复训练、治疗方案对患者运动能力的改善作用(gossel ink and kwakkel,2003，casaburi andporszasz2009)。通过上述研究我们不难发现，实现运动过程中的恒定功率控制对于实现精确的个性化运动健康管理有着极为重要的意义。

6、恒功率车的精确测量的特性，使得治疗师可以对使用者施加分级、可测量的负荷。与适当的理论分析模型相结合(例如测试、ekblom-bak次极量测试)，可以在训练期间和训练后后检测患者和运动员的循环、呼吸和新陈代谢的变化。

7、恒功率运动评估方法的本质是通过观察记录人体在定量负荷条件下的心率变化情况，进而对人体心肺储备能力进行评估，同样大小的两级运动负荷之间，心率变化程度越小，一定程度上即表示该个体的运动心肺储备能量越强。功率作为功率车测试中运动负荷的直接计量单位，因此确保运动测试中各级功率的恒定是进行恒功率运动评估的前提与保证。但在实际测试过程中，由于测试者受疲劳程度、耐久能力、情绪等主观因素的影响，蹬踏速率波动性大，导致各级功率负荷无法保持恒定，进而难以准备获取负荷下对应的稳定心率及摄氧量，从而影响了评估结果的准确性。

8、现有功率单车，可以分为两种，一种是磁阻式距离调节单车，另一种是风阻式功率单车；磁阻式功率车是脚踏板踩踏车轴带动飞轮转动后，通过飞轮上方的磁铁来给飞轮施加阻力，距离越近阻力越大；手动模式是通过拨动档位，调节距离从而调节阻力大小；电动调节模式则是在调节距离的位置安装电机，通过电机的转动调节磁铁与飞轮的距离从而改变阻力大小；风阻功率车，则是将飞轮换成风叶扇，通过调节风道的大小来实现调节阻力值。

9、但以上现有技术中，针对测功车的阻力控制是通过机械式调控或人为调控，但该调控方式只能凭借使用者的主观感受进行，无法很好的预知阻力增加值或减少值，使得测功车的输出功率无法恒定，评估结果存在较大的误差；现有技术中对于根据不同使用者如何确定合理的阻力值的方法是根据人为的经验选取一个值，通过不断地试错，以确定适合的阻力值，但是通过不断地试错过程，使用者的需要花费较大的精力和体力，一方面精力和体力长时间的消耗，会使得最终确定的合适的阻力值不准确，另一方面由于体力的大量消耗，在后续的评估过程中可能会出现受伤或者测试结果不准确。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少克服上述现有技术的不足之一，提供了一种功率测功车及功率测功车的控制方法，通过实时监测传动数据并通过阻力调节装置调节传动阻力，控制阻力调节装置对传动机构进行控制，可以实现不同恒定阻力的训练模式，以及不同恒定功率的训练模式，应用效果好。

2、本发明的技术方案是：一种功率测功车，包括：车架，所述车架上设置有龙头、座椅、连接所述龙头和所述座椅的底座，所述底座设置有传动机构，所述传动机构连接有用于调整传动阻力的阻力调节装置，所述车架还设置数据处理模块，所述数据处理模块包括用于获取传动数据的信息采集模块和用于根据所述传动数据控制所述阻力调节装置以控制测功车恒功率输出的信息计算模块。

3、进一步地，所述传动数据包括传动机构的转速以及所述阻力调节装置的扭矩力，所述信息计算模块获取所述转速和所述扭矩力并进行分析计算，控制所述阻力调节装置以保持测功车输出功率在恒定。

4、进一步地，所述阻力调节装置设置为磁滞制动器，所述磁滞制动器包括转子和定子，所述转子连接于述底座且与所述传动机构连接，所述转子和所述定子磁极还设置若干线圈，所述定子环设于所述转子。

5、进一步地，所述信息采集模块包括设置于所述底座且用于获取所述传动机构转速的霍尔元件和设置于所述底座且用于获取所述阻力调节装置阻力的传感器。

6、进一步地，所述传感器一端设置于所述底座，另一端与所述阻力调节装置连接。

7、进一步地，沿所述底座边缘相对设置有第一安装板和第二安装板，所述底座、所述第一安装板和所述第二安装板形成一个容纳腔，所述传动机构设置于所述容纳腔内。

8、进一步地，所述第一安装板和所述第二安装板对应设置第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔，对应所述第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔分别设置第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴；

9、所述传动机构包括设置于所述第一传动轴的第一链轮，设置于所述第二传动轴的第二链轮和第一带轮，所述第一链轮和所述第二链轮设置第一同步带实现同步转动；所述第三传动轴设置有第二带轮和所述阻力调节装置，所述第一带轮和所述第二带轮设置第二同步带实现同步转动。

10、本发明还提供了一种功率测功车的控制方法，用于控制上述的功率测功车，包括以下步骤：所述信息采集模块获取所述传动机构的传动数据并传送至所述信息计算模块，所述信息计算模块接收所述传动数据并根据所述传动数据控制所述阻力调节装置，在所述阻力调节装置作用下，所述传动机构的传动数据实时更新，控制所述测功车的输出功率恒定。

11、进一步地，所述信息计算模块设置为pid控制系统，并将所述测功车的输出功率按照阶梯式分级成若干等级，当使用者施加作用力于所述传动机构，所述信息采集模块获取所述传动机构的传动数据并将所述传动数据传送至所述pid控制系统，所述pid控制系统接收所述传动数据并进行计算得出计算结果，根据所述计算结果选定设定阶梯区间，当选定设定阶梯区间后，所述pid控制系统接收所述传动数据并进行计算，实时控制所述阻力调节装置，调节所述传动机构的阻力，控制测功车输出功率在选定的阶梯区间恒定输出。

12、进一步地，将系统输出功率范围设置在0-1000w，并按照设定差值(可为100w、200w等)进行阶梯式分级为多个阶梯区间，选定设定阶梯区间的方法如下：通过所述pid控制系统控制所述阻力调节装置，将所述传动机构的阻力调节至最大值，使用者施加最大力，所述传动机构产生传动数据传送至所述pid控制系统，pid控制系统对传动数据进行计算确定阶梯区间。

13、本发明所提供的一种功率测功车，将阻力调节机构与传动机构连接，设置于车架的信息计算模块可以通过信息采集模块实时获取传动机构的传动数据并进行计算，信息计算模块再根据计算结果控制阻力调节机构，可以调节传动机构的传动阻力，从而实现测功车保持恒定的功率输出，可针对患者个体特性，提供可针对性训练并综合数据对患者进行健康评估的方案，能够提供有效、安全、高质量的训练模式，不仅极大提高了训练效率，更加在心肺康复领域保证了使用者的安全，应用效果好。

技术特征：

1.一种功率测功车，其特征在于，包括：车架，所述车架上设置有龙头、座椅、连接所述龙头和所述座椅的底座，所述底座设置有传动机构，所述传动机构连接有用于调整传动阻力的阻力调节装置，所述车架还设置数据处理模块，所述数据处理模块包括用于获取传动数据的信息采集模块和用于根据所述传动数据控制所述阻力调节装置以控制测功车恒功率输出的信息计算模块。

2.如权利要求1所述的功率测功车，其特征在于，所述传动数据包括传动机构的转速以及所述阻力调节装置的阻力，所述信息计算模块获取所述转速和所述扭矩力并进行分析计算，控制所述阻力调节装置以保持测功车输出功率在恒定。

3.如权利要求1所述的功率测功车，其特征在于，所述阻力调节装置设置为磁滞制动器，所述磁滞制动器包括转子和定子，所述转子连接于述底座且与所述传动机构连接，所述转子和所述定子还设置若干线圈，所述定子环设于所述转子。

4.如权利要求2所述的功率测功车，其特征在于，所述信息采集模块包括设置于所述底座且用于获取所述传动机构转速的霍尔元件和设置于所述底座且用于获取所述阻力调节装置拉力的传感器。

5.如权利要求4所述的功率测功车，其特征在于，所述传感器一端设置于所述底座，另一端与所述阻力调节装置连接。

6.如权利要求1所述的功率测功车，其特征在于，沿所述底座边缘相对设置有第一安装板和第二安装板，所述底座、所述第一安装板和所述第二安装板形成一个容纳腔，所述传动机构设置于所述容纳腔内。

7.如权利要求6所述的功率测功车，其特征在于，所述第一安装板和所述第二安装板对应设置第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔，对应所述第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔分别设置第一传动轴、第二传动轴和第三传动轴；

8.一种功率测功车的控制方法，其特征在于，用于控制如权利要求1-7中任一项所述的功率测功车，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的功率测功车的控制方法，其特征在于，所述信息计算模块设置为pid控制系统，并将所述测功车的输出功率按照阶梯式分级成若干等级，当使用者施加作用力于所述传动机构，所述信息采集模块获取所述传动机构的传动数据并将所述传动数据传送至所述pid控制系统，所述pid控制系统接收所述传动数据并进行计算得出计算结果，根据所述计算结果选定设定阶梯区间，当选定设定阶梯区间后，所述pid控制系统接收所述传动数据并进行计算，实时控制所述阻力调节装置，调节所述传动机构的阻力，控制测功车输出功率在选定的阶梯区间恒定输出。

10.如权利要求9所述的功率测功车的控制方法，其特征在于，将系统输出功率范围设置在0-1000w，并按照设定差值进行阶梯式分级为多个阶梯区间，选定设定阶梯区间的方法如下：通过所述pid控制系统控制所述阻力调节装置，将所述传动机构的阻力调节至最大值，使用者施加最大力，所述传动机构产生传动数据传送至所述pid控制系统，pid控制系统对传动数据进行计算确定阶梯区间。

技术总结
本发明涉及康复训练领域，提供了一种功率测功车，包括车架，车架上设置有龙头、座椅和连接龙头与座椅的底座，底座设置有传动机构，传动机构连接有用于调整传动机构的传动阻力的阻力调节装置，车架还设置数据处理模块，数据处理模块包括用于获取传动数据的信息采集模块和用于根据传动数据控制阻力调节装置以控制测功车恒功率输出的信息计算模块。本发明所提供的功率测功车，将阻力调节机构与传动机构连接，信息计算模块可以通过信息采集模块实时获取传动数据并进行计算，信息计算模块再根据计算结果控制阻力调节机构，以调节传动机构的传动阻力，从而可使测功车保持恒功率输出，能够提供有效、安全、高质量的训练模式，保证了使用者的安全。

技术研发人员：鲍时春,桑华,黄嘉俊,彭嘉琳
受保护的技术使用者：深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23