一種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置的製作方法
2023-07-15 04:44:01 1
專利名稱：一種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及運動器材領域，特指一種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置，可實現跑步機速度跟隨使用者的速度變化而自適應變速。
背景技術：
隨著科學技術的進步、生活水平的提聞和生活節奏的日益加快，人們在孚受:著各種高科技工具所帶來的便利的同時，也越來越重視自身健康的問題。跑步機作為重要的健身運動器械，以其使用方便，鍛鍊效果明顯，佔用體積小等特點受到了市場的歡迎。現有的跑步機的速度控制方式，主要是通過按鍵，預先設定好的速度，然後使用者根據這個速度在跑步機上進行運動，如果想要改變速度，也必須通過按鍵來調整。這種被動的運動方式，給使用者運動時帶來了許多不便。如當使用者的速度增加或者降低時，跑步機速度不變，使用者需要根據跑步機的速度來調節，這樣很難達到最佳的鍛鍊效果。如果使用 者通過按鍵來改變跑步機速度，這樣的操作在使用者實際速度與跑步機速度不一致的情況下很容易造成危險，致命使用者不慎跌倒。
發明內容
本發明的目的在於針對市場上現有跑步機速度控制方法上存在的缺陷與不足，提供一種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置，能夠實現跑步機的速度跟隨使用者的運動速度自主實時調節的控制方法以及裝置。為達到上述目的，本發明跑步機速度跟隨自適應控制方法的構思是
(I)使用者在跑步機上運動時，人與跑步機跑帶之間存在前後水平方向上的相互作用力。( 2)當使用者在跑步機上勻速運動時，這個作用力為零，當使用者有加速(減速)趨勢時，這個作用力向前(向後)。通過一套力測量裝置中的力傳感器測量獲得作用力的大小及方向；
(3)將力傳感器測量值送入中央控制單元；
(4)中央控制單元根據得到的作用力信息，通過算法計算得到跑步機期望速度值；
(5)中央控制單元將跑步機期望速度值送入跑步機速度控制單元，跑步機速度控制單元將通過內部轉換將信號送入跑步機電機，使跑步機速度隨使用者的速度變化而變化。根據上述構思，本發明採用下述技術方案
一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於，操作步驟如下
1)使用者在跑步機上運動時，穿戴於身上的一套力測量裝置，該力測量裝置中的力傳感器將力測量值送入中央控制單元；
2)中央控制單元根據得到的力信號，通過算法計算得到跑步機期望速度值；
3)中央控制單元將跑步機期望速度值送入跑步機速度控制單元，使跑步機速度隨使用者的速度變化而變化。所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟I)中的力傳感器測量的力為人與跑步機跑帶之間存在的前後水平方向上的相互作用力。所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟2)中的中央控制單元通過AD採樣得到力傳感器的信號。所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟3)中的算法為作用力與跑步機速度改變量之間通過非線性增益來定量計算；非線性增益設定為當作用力越大時，人體加速度越大，速度變化率越快，對應的增益越大；相反作用力越小時，增益越小。一種實現跑步機速度跟隨自適應控制的裝置，應用於上述方法，包括有跑步機，其特徵在於還包括穿戴於使用者身上的力測量裝置和中央控制單元。 所述的跑步機速度跟隨自適應控制裝置，其特徵在於所述的力測量裝置的結構是一個高度調節塊通過調節螺釘與跑步機上的固定架連接；一個萬向鉸鏈一端通過固定銷與高度調節塊連接，另一端與鉸鏈連接塊固定連接；一個力傳感器一端與鉸鏈連接塊固定連接，一個鋁製連杆一端與力傳感器另一端固定連接；鋁製連杆另一端與另外一塊鉸鏈連接塊固定連接，該鉸鏈連接塊通過固定銷與萬向鉸鏈連接；該萬向鉸鏈與一個連接塊固定連接；該連接塊與一個腰帶連接塊固定連接；一條腰帶穿過腰帶連接塊後繫於使用者的腰間。所述的跑步機速度跟隨自適應控制裝置，其特徵在於所述的中央控制單元是嵌入式處理器，力傳感器的信號經過變送器送到嵌入式處理器的AD引腳。處理好的跑步機期望速度信號經過串口送到跑步機速度控制單元。本發明與現有技術相比較，主要有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優勢 本發明中提供的跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置，是根據人與跑步機之間在前
後水平方向上的作用力來獲得使用者相對於跑步機跑帶的運動趨勢，從而實現跑步機的速度跟隨使用者的運動速度自主實時調節。使用者利用本發明跑步機運動時，可依自身體力情況而適當的調整運動的速度與強度，從而達到健身的目的和效果，更避免因使用者的速度與跑步機速度不同時而引起的跌倒的危險狀況的發生；本發明的控制方法能夠使得使用者的運動效果更佳，裝置結構合理，使用方便，操作簡單。
圖I為本發明控制結構框圖 圖2為本發明裝置簡圖
圖3為力測量裝置示意圖 圖4為本發明實現流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖及優選實施例對本發明做進一步的描述。實施例一
參見圖I-圖3，本跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於，包括有以下步驟
(O 使用者在跑步機(5)上運動時，穿戴於身上的一套力測量裝置(4)，該力測量裝置(4)中的力傳感器(I)將測量到的力信號送入中央控制單元(2);
(2)中央控制單元(2)根據得到的力信號，通過算法計算得到跑步機期望速度值；
(3)中央控制單元(2)將跑步機期望速度值送入跑步機速度控制單元(3)，使跑步機
(5)速度隨使用者的速度變化而變化。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下
所述的測量傳感器為力傳感器(1)，測量的力為人與跑步機跑帶之間存在的前後水平方向上的相互作用力。
所述的中央控制單元(2)通過AD採樣得到力傳感器(I)的信號。所述的算法為作用力與跑步機速度改變量之間通過非線性增益來定量計算。非線性增益設定為當作用力越大時，人體加速度越大，速度變化率越快，對應的增益越大；相反作用力越小時，增益越小。實施例三
本跑步機速度跟隨自適應控制裝置，應用於上述方法，包括有跑步機(5)，其特徵在於還包括穿戴於使用者身上的力測量裝置(4)和中央控制單元(2)與上述跑步機(5)聯接。實施例四
本實施例與實施例三基本相同，特別之處是
所述的力測量裝置(4)的結構是一個高度調節塊(6)通過調節螺釘(7)與跑步機(5)中的固定架連接；一個萬向鉸鏈(8) —端通過固定銷與高度調節塊(6)連接，另一端與鉸鏈連接塊(9)固定連接；一個力傳感器(I) 一端與鉸鏈連接塊(9)固定連接；一個鋁製連杆
(10)一端與力傳感器(I)另一端固定連接，鋁製連杆(10)另一端與另外一塊鉸鏈連接塊
(11)固定連接；該鉸鏈連接塊(11)通過固定銷與另一個萬向鉸鏈(12)連接；該萬向鉸鏈
(12)與一個連接塊(13)固定連接；該連接塊(13)與一個腰帶連接塊(14)固定連接；一個腰帶(15)穿過腰帶連接塊(14)後繫於使用者的腰間。所述的中央控制單元(2)是嵌入式處理器，力傳感器(I)的信號經過變送器送到嵌入式處理器的AD引腳。處理好的跑步機期望速度信號經過串口送到跑步機速度控制單元(3)。如圖4，啟動後，使用者開始步行運動。本發明就可以通過測量使用者與跑步機跑帶在前後方向上的相互作用力的信號來判斷使用者運動趨勢，從而通過中央控制單元控制跑步機，使跑步機跑帶的速度隨著使用者跑速變化而同步變化，這種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置能夠讓使用者的運動效果更好，減小因速度不一致而引起的安全隱患。除此之外，可以將跑步機和虛擬實境技術相結合，以視覺上的效果相互動，產生一定的娛樂性，增添鍛鍊的趣味性。
權利要求
1.一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於，操作步驟如下 1)使用者在跑步機(5)上運動時，穿戴於身上的一套力測量裝置(4)，該力測量裝置(4)中的力傳感器(I)將力測量值送入中央控制單元(2); 2)中央控制單元(2)根據得到的力信號，通過算法計算得到跑步機期望速度值； 3 )中央控制單元(2 )將跑步機期望速度值送入跑步機速度控制單元(3 )，使跑步機(5 )速度隨使用者的速度變化而變化。
2.根據權利要求I所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟I)中的力傳感器(I)測量的力為人與跑步機跑帶之間存在的前後水平方向上的相互作用力。
3.根據權利要求I所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟2 )中的中央控制單元(2 )通過AD採樣得到力傳感器(I)的信號。
4.根據權利要求I所述的一種跑步機速度跟隨自適應控制方法，其特徵在於所述步驟3)中的算法為作用力與跑步機速度改變量之間通過非線性增益來定量計算；非線性增益設定為當作用力越大時，人體加速度越大，速度變化率越快，對應的增益越大；相反作用力越小時,增益越小。
5.一種實現跑步機速度跟隨自適應控制的裝置，應用於根據權利要求I所述的跑步機速度自適應控制方法，包括有跑步機(5)，其特徵在於還包括穿戴於使用者身上的力測量裝置(4)和中央控制單元(2)。
6.根據權利要求5所述的跑步機速度跟隨自適應控制裝置，其特徵在於所述的力測量裝置(4)的結構是一個高度調節塊(6)通過調節螺釘(7)與跑步機(5)上的固定架連接；一個萬向鉸鏈(8) —端通過固定銷與高度調節塊(6)連接，另一端與鉸鏈連接塊(9)固定連接；一個力傳感器(I) 一端與鉸鏈連接塊(9)固定連接，一個鋁製連杆(10) 一端與力傳感器(I)另一端固定連接；鋁製連杆(10)另一端與另外一塊鉸鏈連接塊(11)固定連接，該鉸鏈連接塊(11)通過固定銷與萬向鉸鏈(12 )連接；該萬向鉸鏈(12)與一個連接塊(13)固定連接；該連接塊(13)與一個腰帶連接塊(14)固定連接；一條腰帶(15)穿過腰帶連接塊(14)後繫於使用者的腰間。
7.根據權利要求5所述的跑步機速度跟隨自適應控制裝置，其特徵在於所述的中央控制單元(2)是嵌入式處理器，力傳感器(I)的信號經過變送器送到嵌入式處理器的AD引腳。處理好的跑步機期望速度信號經過串口送到跑步機速度控制單元(3)。
全文摘要
本發明涉及一種跑步機速度跟隨自適應控制方法及裝置。本控制方法的特徵在於通過測量力信號來反饋使用者相對於跑步機的運動趨勢，根據這一運動趨勢來控制跑步機速度，從而能夠匹配適應使用者的運動速度。本控制裝置包括跑步機本體，穿戴於使用者身上的力測量裝置和中央控制單元。力測量裝置上包括有力傳感器和信號變送器，將力信號送入中央控制單元。中央控制單元接收到信號後進行計算處理並控制跑步機的速度。採用上述控制方法及裝置後，可以避免因使用者的速度與跑步機速度不同時而引起的跌倒的危險狀況的發生，並且操作簡單，使用方便，鍛鍊效果更佳。
文檔編號A63B22/02GK102961847SQ20121048741
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月27日 優先權日2012年11月27日
發明者吳靜文, 沈林勇, 章亞男, 錢晉武, 李鋒, 伍勇強, 師熙明 申請人:上海大學