本發明涉及健身器械領域，尤其涉及一種集上肢鍛煉、下肢鍛煉以及體征和環境監測為一體的綜合健身系統。

背景技術：

隨著物質生活水平的提高，人們越來越注重對身體的保養，健身作為鍛煉身體的一項重要措施，已逐步成為人們日常業余生活的重要項目。現有的健身方式主要有跑步機訓煉和器械訓煉，分別鍛煉下肢和上肢，兩種器械都是分開設置，無法融為一體，增加了更換訓練項目的繁瑣性。人們在進行跑步機訓練時，只是單純的跑步，缺少娛樂性，很容易趕到乏味。而器械訓練需要配備不同重量的器械以完成不同力度的訓練，成本較高。另外，現有的設備不能對運動過程中人體體征數據和室內環境數據及時檢測，不能在數據異常時及時采取措施，極易因運動過度或缺水缺氧引起身體不適。因此，急需一種健身系統能將上肢鍛練和下肢鍛煉融為一體，方便人們更換健身項目。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供了一種綜合健身系統，同時具備跑步鍛煉系統和上肢鍛煉系統，摒棄傳統的器械鍛煉，采用全新方式實現上肢鍛煉，簡單方便。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種綜合健身系統，該系統設置為一獨立的房間，房間內設置有下肢鍛煉系統、上肢鍛煉系統、人體體征監控系統和室內環境監控系統；

所述的下肢鍛煉系統包括跑步機和跑步游戲主機，其中跑步機包括微控制器、 與微控制器輸入端連接的用于檢測跑步機速度的速度傳感器、與微控制器輸出端連接的電機驅動電路和第一通訊模塊，電機驅動電路輸出端與跑步帶驅動電機連接；跑步游戲主機包括第一微處理器、用于存儲跑步游戲的數據存儲模塊以及第二通訊模塊；跑步機和跑步游戲主機通過第一、第二通訊模塊通訊，由跑步機向跑步游戲主機傳輸跑步機的速度信號，以使第一微處理器根據跑步機的速度信號輸出用于控制跑步游戲的速度控制信號；

所述的上肢鍛煉系統包括用于對上肢施力的繩索牽引機構，所述繩索牽引機構包括第一伺服電機、第一減速器、滾輪和拉繩，拉繩一端纏繞在滾輪上，第一伺服電機經第一減速器減速后控制滾輪轉動，通過滾輪轉動收縮或放松拉繩，拉繩另一端設有用于連接前臂或后臂的手臂固定裝置，第一伺服電機根據系統指令動作，通過改變拉繩的收縮程度實現對上肢施加不同大小的拉力；上肢鍛煉系統還包括設置于房間墻壁上的滾輪移動裝置，用于根據系統指令調整滾輪的位置，以實現對上肢施加不同角度的拉力；所述的系統指令由綜合健身系統的主控制器發出；

所述的人體體征監控系統包括用于在運動過程中采集使用者體征數據的采集單元以及用于分析體征數據的第二微處理器，采集單元包括心率檢測傳感器和汗液采集分析儀，心率檢測傳感器采集使用者的心率值并傳給第二微處理器處理，汗液采集分析儀采集使用者的汗液并分析汗液成分，將數據傳給第二微處理器，第二微處理器將所得數據與設定閾值比較，以判斷使用者是否達到運動極限，第二微處理器通過第三通訊模塊與健身系統的主控制器通訊，當達到運動極限時向其發出信號，由其控制健身系統停止工作；

所述的室內環境監控系統包括用于采集室內空氣濕度的濕度傳感器、用于采集 室內二氧化碳濃度的二氧化碳濃度傳感器以及設置于房間墻壁上的空氣交換機，濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器與第二微處理器的輸入端連接，由其將測得的濕度值、二氧化碳濃度值與設定的閾值比較，當空氣濕度過大或二氧化碳濃度過高時第二微處理器通過第三通訊模塊向綜合健身系統的主控制器輸出信號，由主控制器啟動空氣交換機進行換氣。

進一步，所述的跑步機前端設置有顯示屏，顯示屏與跑步游戲主機的第一微處理器通訊連接，用于顯示跑步游戲動態畫面。

進一步，所述的第一通訊模塊、第二通訊模塊、第三通訊模塊采用有線方式或無線方式通訊。有線通訊模塊有rs232、rs485通訊接口等，無線通訊模塊有藍牙模塊、wifi模塊等。

進一步，所述的滾輪移動裝置包括按滾輪移動路線設置的軌道、用于帶動滾輪移動的絲杠和第二伺服電機，第二伺服電機通過第二減速器連接絲杠一端，滾輪通過螺接在絲杠上的連接件與絲杠連接，連接件與軌道滑動連接，第二伺服電機受綜合健身系統主控制器控制。主控制器根據所選擇的運動項目以及滾輪的起始位置確定第二伺服電機應轉動的圈數和方向，以指令形式發送給第二伺服電機，第二伺服電機工作帶動絲杠轉動，其上的連接件沿其軸向移動，在軌道的定位作用下，滾輪移到相應的位置，從而完成所選項目的動作。

為實現上臂的多方位控制，以完成不同的動作，每個上肢對應四套繩索牽引機構和滾輪移動裝置，分別是前臂上下兩側各連接一套、后臂上下兩側各連接一套，用于從上側或下側拉伸前臂和/或后臂，以完成不同的上肢運動動作。

進一步，所述的上肢運動動作有前屈臂、啞鈴抬舉、直立啞鈴前平舉、直立啞鈴側平舉、直立啞鈴單臂頸后臂屈伸。上述上肢運動動作不限于以上幾類，可 根據健身方案確定其他類型。

綜合健身系統的主控制器內置程序，針對每個上肢運動動作均有為實現該動作需對前臂和后臂施加的拉力方向所對應的滾輪位置，主控制器根據所選運動動作向滾輪移動裝置發出指令，控制滾輪移動至相應位置。

綜合健身系統的主控制器內設有拉繩力度級別，主控制器根據所選級別向上肢鍛煉系統的第一伺服電機發出指令，控制滾輪收縮拉繩進而控制拉繩力度。這樣即可模仿不同重量的啞鈴類器械，無需配備多種器械，節約了成本。

綜合健身系統記錄使用者上肢鍛煉情況，若使用者無法舉起某一力度時，系統默認某段時間內達不到拉力要求后，會將力度調低，當同一使用者在某一力度下連續使用一段時間后，會增加力度。該系統可根據運動情況自動調整訓練級別，自動化程度更高。

本發明的有益效果：

1、該系統既可進行上肢訓練，也可進行下肢訓練，在兩種訓練模式下自由切換，集成度較高，能滿足使用者的不同健身需求。

2、利用拉繩對前臂和后臂的拉力作用模仿不同的上肢運動動作，并且通過控制器和電機自動控制拉繩拉力方向和力度級別，相比原有器械訓練方式，自動化程度更高。

3、在跑步訓練過程中融入跑步游戲場景，增加跑步樂趣，增強愉悅性和健身效果。

4、利用各類傳感器隨時監測運動過程中的人體體征數據以及室內環境數據，并根據各類數據及時判斷和反應，避免運動過度或缺氧導致的身體不適。

附圖說明

圖1是本發明整體結構示意圖；

圖2是下肢鍛煉系統的電路系統框圖；

圖3是上肢鍛煉系統中繩索牽引機構和滾輪移動裝置的結構示意圖；

圖4是滾輪移動裝置中軌道的一個實施例側視圖；

圖5是人體體征監控系統和室內環境監控系統的系統框圖；

圖中，1、房間，2、主控制器，3、空氣交換機，4、滾輪移動裝置，41、第二伺服電機，42、第二減速器，43、絲杠，44、連接件，45、軌道，46、滑槽，5、繩索牽引機構，51、第一伺服電機，52、第一減速器，53、滾輪，54、拉繩，55、手臂固定裝置，6、濕度傳感器，7、二氧化碳濃度傳感器，8、跑步游戲主機，81、第一微處理器，82、第二通訊模塊，83、數據存儲模塊，9、跑步機，91、微控制器，92、速度傳感器，93、電源模塊，94、跑步帶驅動電路，95、電機驅動電路，96、第一通訊模塊，97、顯示屏，10、汗液采集分析儀，11、心率檢測傳感器，12、第二微處理器，13、第三通訊模塊。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本發明做詳細說明。

一種綜合健身系統，如圖1所示，設置在一個獨立的房間1內，房間地面上放有跑步機9，房間的頂壁和側壁上分布有八套滾輪移動裝置4和繩索牽引機構5。健身系統設有主控制器2，主控制器位于房間門口處。另外，在房間墻壁上方設有空氣交換機3，房間內還設有濕度傳感器6、二氧化碳濃度傳感器7、心率檢測傳感器11和汗液采集分析儀10。

下面將上述設備按功能分為若干子系統，并對各子系統的組成及工作過程做進一步描述：

如圖2所示，下肢鍛煉系統包括跑步機9和設置在跑步機主控臺上的跑步游戲主機8，其中跑步機9包括微控制器91，微控制器91輸入端連接一用于檢測跑步機速度的速度傳感器92，輸出端連接有電機驅動電路95和第一通訊模塊96，電機驅動電路95輸出端與跑步帶驅動電機94連接，用于控制跑步帶的速度。跑步游戲主機8包括第一微處理器81、用于存儲跑步游戲的數據存儲模塊83以及第二通訊模塊82；跑步機9和跑步游戲主機8通過第一通訊模塊96、第二通訊模塊82通訊，由跑步機向跑步游戲主機傳輸跑步機的速度信號，以使第一微處理器根據跑步機的速度信號輸出用于控制跑步游戲的速度控制信號。第一通訊模塊和第二通訊模塊采用rs485接口。跑步機前端還設有顯示屏97，顯示屏與跑步游戲主機的第一微處理器81連接，用于實時顯示跑步游戲的動態畫面。跑步機主控臺內設有電源模塊93，與微控制器91、第一微處理器81連接，為其供電。

如圖1所示，八套滾輪移動裝置和繩索牽引機構構成上肢鍛煉系統，其中四套用于控制左臂，四套用于控制右臂，每個上肢對應的四套繩索牽引機構中，分別是前臂上下兩側各連接一套、后臂上下兩側各連接一套，用于從上側或下側拉伸前臂和/或后臂。

如圖3所示，所述繩索牽引機構5包括第一伺服電機51、第一減速器52、滾輪53和拉繩54，拉繩54一端纏繞在滾輪53上，第一伺服電機51連接第一減速器52，第一減速器52輸出軸連接滾輪53，帶動滾輪轉動，通過滾輪轉動收縮或放松拉繩。拉繩54另一端通過手臂固定裝置55連接前臂或后臂，所述手臂固定裝置為綁帶。所述滾輪移動裝置4包括按滾輪移動路線設置的軌道45、用于帶動滾輪移動的絲杠43和第二伺服電機41，軌道45固定在房間墻壁上，按照相應滾輪移動路線確定安裝位置和形狀。第二伺服電機41連接第二減速器42，第二 減速器42輸出軸連接絲杠43一端，滾輪53通過螺接在絲杠上的連接件44與絲杠43連接。軌道45設有兩面敞開的滑槽46，連接件44橫向貫穿軌道的滑槽46，與軌道滑動連接。第二伺服電機帶動絲杠旋轉時，連接件沿絲杠平行移動，在軌道限定下帶動滾輪移到相應位置。

第一伺服電機、第二伺服電機均受綜合健身系統主控制器控制。主控制器內置程序，針對每種上肢運動動作均有為實現該動作需對前臂和后臂施加的拉力方向所對應的滾輪位置，主控制器根據所選運動動作和滾輪所處位置確定每個第二伺服電機應轉動的圈數和方向，以指令形式發送給各第二伺服電機，第二伺服電機工作帶動各滾輪移到相應的位置，這樣拉繩收縮時即可實現既定方向的拉力，從而完成某一運動動作。所述的上肢運動動作有前屈臂、啞鈴抬舉、直立啞鈴前平舉、直立啞鈴側平舉、直立啞鈴單臂頸后臂屈伸，也可根據健身所需擴展其他動作。

另外，綜合健身系統的主控制器內設有拉繩力度級別，主控制器根據所選級別向上肢鍛煉系統的第一伺服電機發出指令，控制滾輪收縮拉繩進而控制拉繩力度。綜合健身系統還可記錄使用者上肢鍛煉情況，若使用者無法舉起某一力度時，系統默認某段時間內達不到拉力要求后，會將力度調低，當同一使用者在某一力度下連續使用一段時間后，會增加力度，起到增強鍛煉的效果。

如圖5所示，所述的人體體征監控系統包括心率檢測傳感器11、汗液采集分析儀10、第二微處理器12和第三通訊模塊13，心率檢測傳感器由使用者安裝在胸部，實時采集使用者運動過程中的心率值并傳給第二微處理器處理；汗液采集分析儀安裝在與使用者皮膚接觸的部位，采集使用者的汗液并分析汗液成分，將數據傳給第二微處理器。第二微處理器內事先設置了人體運動極限所對應的心率 值、汗液乳酸含量值、礦物質成分含量值。第二微處理器將傳來的數據與相對應的極限值比較，當所測得的心率大于心率極限值，或者汗液中的乳酸含量、礦物質成分含量增高到極限值后又下降，均認為使用者已達到運動極限，這時第二微處理器通過第三通訊模塊向健身系統的主控制器發出信號，由其控制健身系統停止工作。人體體征監控系統還可計算使用者運動消耗的卡路里、運動時間、最大肺活量、平均心跳數等參數，并將各項參數顯示并存儲下來，以備使用者查詢。

如圖5所示，所述的室內環境監控系統包括濕度傳感器6、二氧化碳濃度傳感器7和空氣交換機3，濕度傳感器6、二氧化碳濃度傳感器7與第二微處理器12的輸入端連接，將測得的濕度值、二氧化碳濃度值傳給第二微處理器，第二微處理器將所得值與設定的閾值比較，當空氣濕度過大或二氧化碳濃度過高時第二微處理器通過第三通訊模塊向綜合健身系統的主控制器輸出信號，由主控制器啟動空氣交換機3進行換氣。