[发明专利]一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统及控制方法

说明书

本发明公开一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统及控制方法，系统包括伺服电机和能量回馈模块，伺服电机设置有主动模式和被动模式；在主动模式下，伺服电机将机械能和动能转化为电能，并通过能量回馈模块处理后送入电网电力系统中；在被动模式下，伺服电机利用电网电力系统中的电能，并在控制电路的控制下，给康复运动器材提供可变负载。其效果是：1)进行康复训练产生的再生电能通过能量回馈单元转换后，可以将电能直接上传回电网，实现了节能的目的；2)取代了传统负载模式，减少能量浪费；3)加入了能量回馈单元，避免了再生电能加持到驱动器和电机造成驱动电机的损坏，提高了运动康复训练器材的安全性。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统及控制方法。

背景技术

伴随我国经济发展、产业结构转型，城镇化进程的推进、居民收入水平的持续增长以及居民健身意识的不断提升，为我国健身器材消费市场的增长提供充足的消费动能。运动器材，尤其是康复运动器材越来越成为当前生活中一种有积极效益的健身康复设备，为了适应人民不断增长的健身、康复需求，运动器材市场也在不断更新变化，各大厂商也在不断推出新一代的产品。

目前市场上运动器材的负载形式主要有配重式、气阻式和电磁控飞轮式，使用者通过消耗自身的生物能来产生抵抗负载阻力的能量，这一部分的能量主要体现在负载所获得的机械能(动能和势能)，最终都将转换为热能。产生的热能并不能对使用者抑或运动器材带来任何正面的效益，甚至当散热效果不佳，会降低运动器材的使用寿命，所以收集这一部分多余的能量在绿色健康运动领域就显得十分必要。

同时，传统的负载形式，都是要求使用者通过主动锻炼的方式来达到健身的效果，并不能同时满足肌肉力量损伤、神经系统衰弱人群的康复治疗需求。电磁控飞轮式虽然可以达到被动训练，但他要求使用者一开始能使用较大的力来启动，这对于康复治疗的使用者来说就非常不便，还存在安全隐患。且此类负载形式都不利于能量回收的有效实施，往往需要伴随运动器材本身的改造、加装额外机构，不能提供一步到位的解决方案。

所以我们欲采用伺服控制的方式，容易发现采用伺服系统来控制的运动器材在人体做康复运动时，相当于人体对电机做功，电机按照设定参数产生扭矩，人体运动产生的力超过电机扭矩产生的阻力，带动电机线圈在磁场中运动，电机线圈切割磁力线产生反电动势和感应电流，即人力直接对电机做功。

人体锻炼产生的功，通过电机和驱动器转化成直流电能储存在驱动器直流回路的大电容中，导致大电容电压逐渐升高。随着锻炼的持续进行，大电容中吸收的电能越来越多，电容电压就越来越高。如果不及时释放掉电容中存储的电能，就会产生过压故障，可能损坏驱动器和电机。

现有技术中，采用伺服控制器控制的领域均采用制动电阻消耗电容中存储的电能的方法来防止电容过压。但是使用这种制动电阻耗能的方法，不仅浪费了电容中存储的电能，还会因为制动电阻耗能会产生大量热量，这些大量热量积蓄在运动康复训练器材的电控箱中，使电控箱中的温度持续上升，可能造成未知风险，降低了康复训练器材的安全性。

发明内容

本发明采用交流伺服电机替代配重式、气阻式或者电磁控飞轮式负载，并使得其可在民用电场景下使用。当人体做锻炼运动时，人体拖拽交流永磁同步电机转子相对定子作旋转运动，电机定子线圈在电机转子永磁材料产生的磁场中作切割磁力线运动，电机线圈切割磁力线产生反电动势和感应电流，即交流永磁同步电机处于发电状态。本发明提供一种将运动康复训练器材训练中产生的机械能转换为电能，通过能量回馈模块将再生电能回馈到电网，回收利用，从而达到节能减排的目的。

为达到上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统，其关键在于：包括伺服电机(1)和能量回馈模块(2)，所述伺服电机(1)与康复运动器材相连并设置有主动模式和被动模式；