利用壓力傳感器陣列和模糊邏輯的自動控速跑步機的製作方法

2023-07-10 09:23:31 3

專利名稱：：利用壓力傳感器陣列和模糊邏輯的自動控速跑步機的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機及其操作方法，並具有能檢測鍛鍊者的負載，計算步速的變化和鍛鍊中心位置，然後自動控制步行帶的驅動速度的技術特徵。
背景技術：
：通常，跑步機是一種能使跑步或行走運動在室內進行的運動設備。如圖1(a)所示，跑步機包括步行帶12，用以移動步行帶12的驅動裝置，和用以控制驅動裝置的控制裝置。驅動裝置包括用以支承步行帶12的輥子和用以驅動輥子的電機。控制裝置控制與電機連接的驅動裝置。根據這種典型的跑步機，鍛鍊者通過輸入模塊11來驅動電機以移動步行帶12，鍛鍊者踏在步行帶12上並隨著步行帶12的驅動速度行走或跑步，從而達到鍛鍊效果。因此，為了得到適當的鍛鍊效果，鍛鍊者必須隨著步行帶12的旋轉速度跑步。當想要改變鍛鍊速度時，鍛鍊者必須通過操作跑步機的輸入模塊11上的按鍵、旋鈕等等來控制旋轉速度，然後與步行帶12的旋轉速度相適應地跑步。也就是說，鍛鍊者要在跑步時按照需要改變跑步速度時，鍛鍊者必須手動操作位於跑步機的輸入模塊11上的速度改變按鍵等等。然而，在鍛鍊者正在跑步鍛鍊的情況下利用按鍵手動操作跑步機的速度，在操作中具有不便之處。特別是對於不易保持平衡的老年人、體弱者、小孩和有待康復的病人，存在改變速度後可能會由於步行帶12的速度改變而摔倒的顧慮。為了解決這個問題，現有一種通過向鍛鍊者發射超聲波並計算從鍛鍊者身上反射回的超聲波的到達時間來檢測鍛鍊者位置，並根據檢測到的位置增加或降低步行帶的旋轉速度的方法。然而，這種設備在應用到實際產品上有許多限制，因為反射率隨著作為超聲波反射體的衣服或鍛鍊者的身體的運動而改變，所以難以測量鍛鍊者的位置並幹擾信號的測量，因此將其應用到實際產品中有許多限制。為克服這種限制，名稱為"能檢測鍛鍊者位置的跑步機和用於跑步機的速度/位置適配控制方法"的發明(韓國未經實質審査的專利公開號10-2002-0013649)，提出了利用光學傳感器，而不是利用超聲波來控制速度。即，如圖1(b)所示，已經公開了利用包括在步行帶兩側的中的一側上的發光單元15a和另一側上的光接收單元15b的光學傳感器15a和15b，來檢測鍛鍊者的鍛鍊位置並控制步行帶的速度。換句話說，該設備檢測可被由跑動在步行帶上的鍛鍊者的腿部關閉的光學傳感器的位置，如果鍛鍊者位於上一刻的位置前面，就增加步行帶速度，而如果鍛鍊者位於上一刻的位置後面，就降低步行帶速度。然而，這種利用光學傳感器來控制步行帶的狀態的方法存在一個問題，即控制速度不精確，因為不管它是左腳還是右腳，使用光學傳感器只檢測使用者的腳部位置，然後控制速度。此外，這種設備還存在一個問題，即當光發射單元發出的光微弱時，例如，因為光發射單元15a和光接收單元15b被分別安裝在步行帶的左右兩側，而在光發射單元15a和光接收單元15b之間形成過大距離，這時使用者腳步的位置不會被精確地檢測。
發明內容發明所要解決的技術課題因此，緊記在先技術中發生的上述問題而完成了本發明，本發明的一個目的在於自動控制步行帶的速度與鍛鍊者的鍛鍊速度相一致，不需要鍛鍊者手動控制速度。本發明的另一個目的在於提供一種控制步行帶速度的方案，而無需使用傳統的超聲波和光學傳感器。技術方案為達到上述目的，本發明的自動控速跑步機，利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機，其包括設置在跑步機底部並構造用作鍛鍊者的步行表面的步行帶；壓力傳感器陣列，其包括用以檢測鍛鍊者的腳部的負載並將檢測到的腳部負載以作為負載檢測信號輸出的壓力傳感器，該壓力傳感器多排地設置在跑步機底部和步行帶之間；步速狀態存儲單元，其用以儲存在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的步速和步速變化；和具有運算系統的控制單元，其提供一種運算法則用來從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後計算鍛鍊者的步速，計算前一個步速和當前步速的差異作為步速的變化，通過壓力傳感器的固有位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置並根據步速和鍛鍊中心位置的變化按比例地提高/降低步行帶的驅動速度。另外，本發明提供了一種利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機，包括設置在跑步機底部並構造作為鍛鍊者的步行表面步行帶；壓力傳感器陣列，其包括用以檢測鍛鍊者的腳部負載並將檢測到的腳部負載以負載檢測信號輸出的壓力傳感器，該壓力傳感器多排地設置在跑步機底部和步行帶之間；步速狀態存儲單元，其用以儲存在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的步速和步速變化；和控制單元，其提供一種運算法則用來從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後計算鍛鍊者的步速，計算前一個步速和當前步速的差異作為步速的變化，通過壓力傳感器的固有位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置，並根據模糊理論，利用模糊器(fuzzifier)、規則庫(rulebase)、模糊推理機(fuzzyinferenceengine)和解模糊器(defuzzifier)來按比例地提高/降低步行帶的驅動速度。壓力傳感器陣列包括設置在步行帶縱向中心線右側並構造用來檢測鍛鍊者的右腳負載的右側壓力傳感器陣列；和設置在步行帶縱向中心線左側並構造用來檢測鍛鍊者的左腳負載的左側壓力傳感器陣列。壓力傳感器具有分別顯示其固有位置值。步速通過將表示鍛鍊者每步之間的距離的步距，除以表示鍛鍊者每步移動的時間間隔的步伐時間間隔來獲得(步速=步距/步伐時間間隔)。假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，步距通過"步距=平均踩地位置一平均抬腳位置"來獲得。假定"平均抬腳時間點=(右腳抬起時間點+左腳抬起時間點)/2"，"平均踩地時間點=(右腳踩地時間點+左腳踩地起時間點)/2"，步伐時間間隔通過"步伐時間間隔=平均踩地時間點一平均抬腳時間點"來獲得。假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，鍛鍊中心位置通過"鍛鍊中心位置=(平均踩地位置+平均抬腳位置)/2"來獲得。控制單元在具有步速變高的變化和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的前面部分時逐步提高步行帶的驅動速度，在具有步速變低的變化和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的後面部分時逐步降低步行帶的驅動速度。另外，本發明提供了一種控制利用壓力傳感器陣列的跑步機的驅動速度的方法，該方法包括第一步，鍛鍊者通過輸入操作，驅動跑步機的步行帶；第二步，為第一個區段從壓力傳感器接收負載檢測信號，包括四個位置(左腳踩地位置，右腳踩地位置，左腳抬起位置，右腳抬起位置)的腳步位置被設置到每一個區段；第三步，為第一個區段，利用負載檢測信號計算鍛鍊者的步速，計算作為步速變化的前一個步速和當前步速的差異，和通過壓力傳感器的固有位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置；第四步，根據計算的步速和計算的鍛鍊中心位置的變化按比例的提高/降低步行帶的驅動速度；第五步，在步行帶停止之前為下一個區段從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後重複第三步和第四步。發明效果如上所述，本發明利用壓力傳感器自動控制步行帶的速度，因此解決了鍛鍊者必須手動控制速度的不便之處。此外，鍛鍊者的步速和鍛鍊中心位置可以利用壓力傳感器精確的計算，因此具有能夠對於速度精確控制的優點。圖1(a)是表示典型的跑步機外觀的立體圖1(b)是表示利用傳統的光學傳感器控制速度的跑步機外觀的立體圖2是表示根據本發明的一個實施例利用壓力傳感器陣列控制速度的跑步機的外觀的立體圖3(a)是根據本發明的裝備有壓力傳感器陣列的步行帶的俯視圖；圖3(b)是根據本發明的裝備有壓力傳感器陣列的步行帶的側視圖；圖4表示根據本發明一個實施例的利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機；圖5是表示步行帶上的步距的圖表；圖6是用來基於鍛鍊中心位置和步速變化來控制步行帶速度的控制表；圖7是表示根據本發明一個實施例的利用壓力傳感器陣列的控制步行帶速度過程的流程圖8是表示步速變化的模糊隸屬函數表；圖9是表示鍛鍊中心位置的模糊隸屬函數表；圖IO是用來利用圖8和圖9確定加速步行帶的模糊隸屬函數表；和圖11是表示根據本發明利用模糊理論確定加速的圖表。具體實施例方式下面結合附圖給出本發明的優選實施例的詳細描述。需要注意的是，在各副附圖的參數賦值中，相同的元件具有相同的參數，即使這些元件被表示在不同的附圖中。此外，在本發明的描述中，當被認為會對本發明的要旨造成混淆效果時，對公知功能或結構的詳細描述會被省略。圖2是表示根據本發明一個實施例的利用壓力傳感器陣列控制速度的跑步機的外觀的立體圖。如圖2所示，壓力傳感器陣列21被設置在跑步機底面和步行帶之間，以能檢測在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的負載。壓力傳感器陣列21以這樣的方式進行配置，用以檢測鍛鍊者的腳部的負載並將它們作為負載檢測信號輸出的壓力傳感器被設置而多個排列在跑步機底面和步行帶之間。以步行帶的縱向中心線為基準，右側的壓力傳感器陣列23(以下寫為"右側壓力傳感器陣列")檢測鍛鍊者的右腳的負載，左側的壓力傳感器陣列22(以下寫為"左側壓力傳感器陣列")檢測鍛鍊者的左腳的負載。壓力傳感器陣列21的每個壓力傳感器具有固有位置值，因此當檢測到鍛鍊者的負載時，每個壓力傳感器會產生一個壓力檢測信號並將其傳送給跑步機的控制單元。發送相應信號和控制步行帶速度的控制單元利用接收到的壓力傳感器的壓力檢測信號和固有位置值進行操作。壓力傳感器的固有位置值的一個例子在圖3(a)中表示，其中[1，1]表示位於第一排第一列的壓力傳感器的固有位置值，[1，2]表示位於第一排第二列的壓力傳感器的固有位置值。此外，圖3(b)是跑步機的側視圖，從中可以看出壓力傳感器陣列32設置在跑步機的底面33和步行帶31之間。圖4是表示根據本發明一個實施例的跑步機的內部結構的方框圖。輸入單元41是裝備有接收預定速度和要顯示的圖形類型的用戶界面，從而從使用者接收不同的控制請求。跑步機除了選擇按鍵外可被設置為具有圖形化用戶界面(GUI)，並從而支持使用觸控螢幕形式的多種菜單的選擇。此外，在具有遙控裝置的情況下，輸入單元41還可以具有用以接收從遙控器發出的紅外線信號的紅外線接收器，並從而從使用者通過遙控器接收不同的控制請求。顯示單元42為顯示裝置，例如TFT液晶屏，並顯示不同類型的鍛鍊信息，例如鍛鍊中的心率、鍛鍊距離、鍛鍊時間、卡路裡消耗和速度。鍛鍊者可以通過觀看顯示單元上顯示的不同類型的鍛鍊信息來知道自己的當前鍛鍊狀態。聲音輸出單元43被設置為利用揚聲器輸出聲音，具有輸出各種類型的鍛鍊信息的功能，例如鍛鍊中的心率、鍛鍊距離、鍛鍊時間、卡路裡消耗和速度，還有語音形式的操作提示。本發明的跑步機特徵在於，它還包括步行帶44，壓力傳感器陣列47，步速狀態存儲單元48，除了典型跑步機的通用基本元件，例如輸入單元41，顯示單元42，聲音輸出單元43外還有控制單元40。下面將詳細描述步行帶44，壓力傳感器陣列47，步速狀態存儲單元48，和控制單元40。步行帶44是跑步機底部的底部部分的移動帶，鍛鍊者的鍛鍊在其上進行。步行帶44通過輥子46的旋轉操作所驅動，輥子46是驅動跑步機的步行帶44的旋轉傳遞元件，步行帶44通過輥子46的旋轉操作所驅動。電機45是被電磁力旋轉的轉動驅動元件。電機45通過軸與輥子46連接，並為輥子旋轉的原因。電機的轉速(RPM)隨著控制單元40驅動功率信號而變化。控制單元40按照鍛鍊者的行動速度以"當鍛鍊者在步行帶上高速跑動時提高電機45的轉速(RPM)，而當鍛鍊者在步行帶上低速行走時降低電機45的轉速(RPM)"這樣的方式進行操作。鍛鍊者的鍛鍊速度被設置在步行帶44底部的壓力傳感器陣列47所檢測。控制單元40利用壓力傳感器陣列檢測的負載檢測信號進行預定的操作，並控制電機的轉速(RPM)。壓力傳感器陣列47是在其內排列多個壓力傳感器並通過檢測鍛鍊者的腳部負載來檢測鍛鍊者的當前位置的裝置。組成壓力傳感器陣列的壓力傳感器是通過檢測當壓力加於其上時的電阻變化來檢測施加於其上的負載的傳感器。當鍛鍊者的腳部接觸到步行帶44時，處於相應位置的壓力傳感器就會檢測到它。在由壓力傳感器排列形成的壓力傳感器陣列47中，如圖2所示，設置在步行帶的參考線右側的右部壓力傳感器陣列23檢測鍛鍊者右腳的負載，設置在步行帶的參考線左側的左部壓力傳感器陣列22檢測鍛鍊者左腳的負載。如上所述，當鍛鍊者的負載被右部壓力傳感器陣列23或左部壓力傳感器陣列22檢測到時，檢測到負載的壓力傳感器陣列的相應的壓力傳感器會產生壓力檢測信號並將其發送到控制單元40。步速狀態存儲單元48是臨時的記錄緩衝介質，例如隨機存取存儲器(RAM)，並具有存儲控制單元40計算出的步速和步速變化的功能。控制單元40根據步速的變化控制步行帶的驅動速度。在下面計算步速和步速變化的方法將參照隨後的公式7和公式8詳細描述。控制單元40通過控制各自的功能單元來驅動步行帶，並具有自動控制步行帶的轉速以與鍛鍊者的鍛鍊速度相適合的運算法則。換句話說，當右部壓力傳感器陣列23和左部壓力傳感器陣列22的任一個壓力傳感器檢測到負載並將其作為壓力檢測信號傳送給控制單元時，控制單元40根據負載檢測信號計算出步距和步伐時間間隔，並根據步距和步伐時間間隔控制步行帶的速度。參考圖5所示的步距，表示步行帶上的鍛鍊者的步速。步距是指當鍛鍊者在步行帶上跑動時的鍛鍊者的腳部的步距，更具體的說，是從鍛鍊者的腳部在步行帶上抬起的平均抬腳位置55，到下一步的平均踩地位置54之間的距離53(步距=平均抬腳位置-平均踩地位置)。平均抬腳位置55是兩腳56b和57b的抬腳位置的平均值，而平均踩地位置54是兩腳56a和56b的踩地位置的平均值。如圖5所示，當鍛鍊者的腳部56a、56b、56c或56d接觸到的壓力傳感器時，抬腳位置或踩地位置根據檢測鍛鍊者的腳部的壓力傳感器的最前面所確定。其中，控制單元40持續地為每一個區段計算平均抬腳位置和平均踩地位置，如圖5所示，腳部包括四個位置(左腳踩地位置，右腳踩地位置，左腳抬起位置，右腳抬起位置)被設置到單獨的區段51或52。因此，控制單元40利用在步行帶上檢測的四個步伐的位置形成區段51或52，並為每個區段51或52計算出平均抬腳位置和平均踩地位置。計算平均抬腳位置55的公式為下面的公式1，而計算平均踩地位置的公式為下面的公式2。此外，利用平均抬腳位置和平均踩地位置來獲得步距的公式為下面的公式3。公式1平均抬腳位置-(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2(在以上的公式中，右腳抬起位置是指右腳從步行帶上抬起的位置，左腳抬起位置是指左腳從步行帶上抬起的位置)公式2平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2(在以上的公式中，右腳踩地位置是指右腳踩到步行帶上的位置，左腳踩地位置是指左腳踩到步行帶上的位置)公式3步距=平均踩地位置-平均抬腳位置控制單元利用公式3計算步距。以同樣的方式，控制單元能基於踩地時間點和抬腳時間點計算出步伐時間間隔。步伐時間間隔當鍛鍊者在步行帶上跑動時的鍛鍊者的腳步運動的時間間隔。並指從鍛鍊者的腳部從步行帶上抬起的平均抬腳時間點到鍛鍊者的腳部在下一步接觸到步行帶的平均踩地時間點的時間間隔(步伐時間間隔=平均抬腳時間點-平均踩地時間點)。平均抬腳時間點是指雙腳的抬腳時間點的平均值，而平均踩地時間點是指雙腳的踩地時間點的平均值。其中，控制系統持續的計算平均抬腳時間點和平均踩地時間點，如圖5所示，腳部包括四個位置(左腳踩地位置56a，右腳踩地位置57a，左腳抬起位置56b，右腳抬起位置56a)被設置到單獨的區段51或52。因此，控制單元40利用在步行帶上檢測的四個步伐的位置形成區段51或52，並為每個區段51或52計算出平均抬腳時間點和平均踩地時間點。計算平均抬腳時間點的公式為下面的公式4，而計算平均踩地時間點的公式為下面的公式5。此外，利用平均抬腳時間點和平均踩地時間點來獲得步伐時間間隔的公式為下面的公式6。公式4平均抬腳時間點=(右腳抬起時間點+左腳抬起時間點)/2(在以上的公式中，右腳抬起時間點是指右腳從步行帶上抬起的時間點，左腳抬起時間點是指左腳從步行帶上抬起的時間點)公式5平均踩地時間點=(右腳踩地時間點+左腳踩地起時間點)/2(在以上的公式中，右腳踩地時間點是指右腳接觸到步行帶上的時間點，左腳踩地時間點是指左腳接觸到步行帶上的時間點)公式6步伐時間間隔=平均踩地時間點-平均抬腳時間點在步距和步伐時間間隔利用公式3和公式6獲得之後，如下面的公式7，步速可通過步距除以步伐時間間隔來獲得。公式7步速=步距/步伐時間間隔如圖5所示，關於步速，在第一個區段51中獲得步速之後，在第二個區段52和之後的第三個區段53持續的獲得。在獲得步速之後，步速變化通過獲得區段N和之前的區段N-1的步速的差異來獲得。即，步速變化可以利用以下的公式8來獲得。公式8步速變化='N，區段的步速-'N-1'區段的步速如上所述在每一個區段測量的步速和步速變化儲存在步速狀態儲存單元。步速狀態儲存單元的儲存的例子表示在以下的圖表1中圖表1tableseeoriginaldocumentpage14第N個區段.751km/h(VN)0.431(VN-VN.0其中，控制單元40在每一個區段中計算出鍛鍊中心位置。鍛鍊中心位置是表示每個區段中鍛鍊者的位置的值，並利用以下的公式9獲得。如圖5所示，鍛鍊中心位置58是平均踩地位置54和平均抬腳位置55的平均值，並能如圖3(a)利用用於檢測鍛鍊者的腳部的每個壓力傳感器的固有位置值來獲得。公式9鍛鍊中心位置=(平均踩地位置+平均抬腳位置)/2其中，控制單元40利用通過公式7獲得的步速，通過公式8獲得的步速變化，和通過公式9獲得的鍛鍊中心位置來控制步行帶的驅動速度。控制單元40根據鍛鍊中心位置和鍛鍊者的鍛鍊速度的變化按比例的控制步行帶的驅動速度。g卩，當鍛鍊中心位置被檢測到位於步行帶的前部位置而鍛鍊速度變高時，控制單元40加速步行帶以使其能以較高速度被驅動。相對的，當鍛鍊中心位置被檢測到位於步行帶的後部位置而鍛鍊速度變低時，控制單元40減速步行帶以使其能以較低速度被驅動。圖6的圖表表示了控制方法的一個例子。根據圖6，當鍛鍊中心位置被檢測到位於步行帶總長的4/5相等或更前的位置時，表示鍛鍊者正在步行帶的最前端鍛鍊，因此可以控制加速步行帶。舉例來說，當鍛鍊者在步行帶的最前端進行鍛鍊時，步行帶的驅動速度以與步速變化成比例的方式進行控制，通過以下方式當步速變化最高時設置步行帶的驅動速度為最高加速(3擋)，當步速變化一般時設置步行帶的驅動速度為一般加速，當步速變化最低時設置步行帶的驅動速度為最低加速(-3擋)。其中，雖然圖6的圖表中設置為，鍛鍊中心位置有五個擋，鍛鍊速度的變化有五個擋，和步行帶的速度有7個擋(3擋，2擋，l擋，0擋，-1擋，-2擋，-3擋)，但是該圖表僅是一個實施例，很明顯步行帶的驅動速度可以被控制為多個擋。圖7是表示根據本發明的一個實施例控制單元控制步行帶驅動速度過程的流程圖。當使用者在S71步驟中通過對輸入單元的操作驅動步行帶時，在S72步驟中壓力傳感器陣列檢測鍛鍊者腳部的負載。當壓力傳感器陣列的各自的壓力傳感器檢測到鍛鍊者腳步的負載並持續輸入負載檢測信號時，在S73步驟中控制單元接收與整個過程中的第一個區段相符合的負載檢測信號，並在S74步驟中根據公式8和公式9計算出步速變化和鍛鍊中心位置。在S75步驟控制單元根據計算出的步速變化和計算出的鍛鍊中心位置按比例的控制驅動速度。舉例來說，假定驅動速度根據圖6中的圖表來控制，當鍛鍊者在步行帶的最前端鍛鍊時，步行帶的驅動速度以與步速變化相適應的方式進行控制，其方式為當步速變化最高時設置步行帶的驅動速度為最高加速，當步速變化一般時設置步行帶的驅動速度為一般加速，當步速變化最低時設置步行帶的驅動速度為最低加速。當步行帶的驅動速度的控制已經在S75步驟中完成後，為S74步驟的下一個區段利用負載檢測信號計算出步速變化和鍛鍊中心位置的步驟(S77)，然後S75步驟中的步行帶的速度控制被重複直到步行帶被通過用戶操作所關閉。其中，雖然步行帶的速度控制可以如圖7中的流程圖所示，但是如本發明的另一個實施例所述，鍛鍊速度也可以通過模糊理論來控制。模糊理論是一種以數學方式處理模糊和不清楚的情形的理論，模糊控制通過利用模糊器(fuzzifier)，規則庫(rulebase)，模糊推理機(fuzzyinferenceengine)和解模糊器(defuzzifier)來實現。在本發明的另一個實施例中，步行帶的速度利用包括模糊化器(fuzzifier)，規則庫(rulebase)，模糊推理機(fuzzyinferenceengine)和解模糊器(defuzzifier)的控制單元根據模糊理論來控制。下面結合圖8，圖9和圖IO描述利用模糊理論的步行帶速度控制。圖8是表示步速變化的模糊隸屬函數表，圖9是表示鍛鍊中心位置的模糊隸屬函數表，圖IO是用來利用圖8和圖9確定加速步行帶的模糊隸屬函數表。下面結合圖8，9和IO簡要描述利用模糊理論的步行帶速度控制。如圖8的表示步速變化的模糊隸屬函數表所示，隸屬函數是通過步速確定。例如，在步速被虛線表示的情況下，0.7的分量被設為"不變"的項，而0.3的分量被設為"變慢"的項。以相同的方式，如圖9的表示鍛鍊中心位置的模糊隸屬函數表所示，在鍛鍊中心位置被虛線表示的情況下，0.9的分量被設為"向前"的項，而0.1的分量被設為"非常向後"的項。如圖IO所示，當非模糊化方式(non-fuzzification)(本發明中的分量中心方法)應用於利用項的值加速步行帶時，加速可以利用分量中心方法(weightcentermethod)來確定。圖11是表示根據本發明利用模糊理論確定加速的表。如圖11所示，在利用模糊理論的步行帶速度控制中，為安全考慮，鍛鍊中心位置可被調節以至於在鍛鍊中心位置後面的位置時不會出現大幅加速。鍛鍊中心位置可由鍛鍊中心位置和步速變化進行調節。雖然在以上的本發明的詳細描述中描述了具體的實施例，但是在不超出本發明的範疇內仍有可能有多種變形。因此，本發明的專利保護範圍並不決定於上述的實施例，而是涵蓋權利要求和權利要求的相同體。工業應用根據本發明，步行帶的速度根據鍛鍊者的鍛鍊速度自動控制而不需要鍛鍊者手動控制速度，從而使鍛鍊者更為方便。此外，步行帶的速度被自動控制而不必使用傳統的超聲波或光學傳感器，因此跑步機的製造可被簡化並且降低了它的製造成本。權利要求1.一種利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機，其特徵在於，包括裝於跑步機底部並被設定作為鍛鍊者的步行表面功能的步行帶；具有用以檢測鍛鍊者的腳部的負載並檢測到的腳部負載作為負載檢測信號輸出的壓力傳感器的壓力傳感器陣列，壓力傳感器被多個排列在跑步機底部和步行帶之間；用以儲存在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的步速和步速變化的步速狀態存儲單元；和提供運算法則的控制單元，用來從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後計算鍛鍊者的步速，計算作為步速變化的前一個步速和當前步速的差異，通過壓力傳感器的固有位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置，和根據步速和鍛鍊中心位置的變化按比例的提高/降低步行帶的驅動速度。2.—種利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機，其特徵在於，包括裝於跑步機底部並被設定作為鍛鍊者的步行表面功能的步行帶；具有用以檢測鍛鍊者的腳部的負載並將檢測到的腳部負載作為負載檢測信號輸出的壓力傳感器的壓力傳感器陣列，壓力傳感器被多個排列在跑步機底部和步行帶之間；用以儲存在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的步速和步速變化的步速狀態存儲單元；和提供運算法則的控制單元，用來從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後計算鍛鍊者的步速，計算作為步速變化的前一個步速和當前步速的差異，通過壓力傳感器的單獨位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置，和基於模糊理論，利用模糊器、規則庫、模糊推理機和解模糊器來按比例的提高/降低步行帶的驅動速度。3.如權利要求1或2所述的自動控速跑步機，其特徵在於，壓力傳感器陣列包括設置在步行帶縱向中心線的右側，構造用來檢測鍛鍊者的右腳的負載的右側壓力傳感器陣列；和設置在步行帶中心線縱軸的左側，構造用來檢測鍛鍊者的左腳的負載的左側壓力傳感器陣列。4.如權利要求1或2所述的自動控速跑步機，其特徵在於，壓力傳感器具有各自的固有位置值以由此指示位置。5.如權利要求1或2所述的自動控速跑步機，其特徵在於，將步速通過表示鍛鍊者的每步之間的距離的步距除以表示鍛鍊者每步運動時間間隔的步伐時間間隔來獲得(步速=步距/步伐時間間隔)。6.如權利要求5所述的自動控速跑步機，其特徵在於，假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，步距通過"步距=平均踩地位置一平均抬腳位置"來獲得。7.如權利要求5所述的自動控速跑步機，其特徵在於，假定"平均抬腳時間點=(右腳抬起時間點+左腳抬起時間點)/2"，"平均踩地時間點=(右腳踩地時間點+左腳踩地起時間點)/2"，步伐時間間隔通過"步伐時間間隔=平均踩地時間點一平均抬腳時間點"來獲得。8.如權利要求1或2所述的自動控速跑步機，其特徵在於，假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，鍛鍊中心位置通過"鍛鍊中心位置=(平均踩地位置+平均抬腳位置)/2"來獲得。9.如權利要求1或2所述的自動控速跑步機，其特徵在於，控制單元在步速的變化變高時和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的前面部分時逐步提高步行帶的驅動速度，在步速的變化變低時和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的後面部分時逐步降低步行帶的驅動速度。10.—種控制利用壓力傳感器陣列的跑步機的驅動速度的方法，其特徵在於，該方法包括第一步，鍛鍊者通過輸入操作，驅動跑步機的步行帶；第二步，為第一個區段從壓力傳感器接收負載檢測信號，包括四個位置(左腳踩地位置，右腳踩地位置，左腳抬起位置，右腳抬起位置)的腳步位置被設置到每一個區段；第三步，為第一個區段利用負載檢測信號計算鍛鍊者的步速，計算作為步速變化的前一個步速和當前步速的差異，和通過壓力傳感器的固有位置值計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置;第四步，根據計算的步速和計算的鍛鍊中心位置的變化按比例的提高/降低步行帶的驅動速度；第五步，在步行帶停止之前為下一個區段從壓力傳感器接收負載檢測信號，然後重複第三步和第四步。11.如權利要求IO所述的速度控制方法，其特徵在於，將步速通過表示鍛鍊者的每步之間的距離的步距除以表示鍛鍊者每步運動時間間隔的步伐時間間隔來獲得(步速=步距/步伐時間間隔)。12.如權利要求ll所述的速度控制方法，其特徵在於，假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，步距通過"步距=平均踩地位置一平均抬腳位置"來獲得。13.如權利要求ll所述的速度控制方法，其特徵在於，假定"平均抬腳時間點=(右腳抬起時間點+左腳抬起時間點)/2"，"平均踩地時間點=(右腳踩地時間點+左腳踩地起時間點)/2"，步伐時間間隔通過"步伐時間間隔=平均踩地時間點一平均抬腳時間點"來獲得。14.如權利要求IO所述的速度控制方法，其特徵在於，假定"平均抬腳位置=(右腳抬起位置+左腳抬起位置)/2"，"平均踩地位置=(右腳踩地位置+左腳踩地位置)/2"，鍛鍊中心位置通過"鍛鍊中心位置=(平均踩地位置+平均抬腳位置)/2"來獲得。15.如權利要求IO所述的速度控制方法，其特徵在於，控制單元在步速的變化變高時和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的前面部分時逐步提高步行帶的驅動速度，在步速的變化變低時和鍛鍊中心位置變得靠近步行帶的後面部分時逐步降低步行帶的驅動速度。全文摘要本發明涉及一種利用壓力傳感器陣列的自動控速跑步機及其操作方法。自動控速跑步機包括步行帶；壓力傳感器陣列，其具有用以檢測鍛鍊者的腳部的負載並將檢測到的腳部負載作為負載檢測信號輸出的壓力傳感器；步速狀態存儲單元，其用以儲存在步行帶上鍛鍊的鍛鍊者的步速和步速變化；和提供運算法則的控制單元，其用來使用負載檢測信號計算鍛鍊者的步速，計算前一個步速和當前步速的差異作為步速的變化，計算鍛鍊者的鍛鍊中心位置，並根據步速和鍛鍊中心位置的變化按比例地提高/降低步行帶的驅動速度。文檔編號A63B22/02GK101421008SQ200780012747公開日2009年4月29日申請日期2007年5月22日優先權日2006年7月11日發明者李和朝申請人:嶺南大學校產學協力團