智能跑步的製造方法
2023-10-08 06:59:09 2
智能跑步的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種跑步機及其控制方法，包括底架及與其相連的電機和電機軸的，電機軸帶動皮帶輪旋轉，皮帶輪通過皮帶旋轉連接有跑軸，底架上固定有多個轉動管，轉動管上設有跑步帶，該跑軸帶動轉動管轉動時，跑步帶和轉動管同步運動，在所述電機軸上設置有控制速度變化的電磁控速器和傳遞扭力的恆力扭力控制器。其控制方法包括初始工作狀態，然後健身者給跑步機設定健身模式；選擇智能模式，判斷是否進行跑步健身，測量感應器到腳尖的距離和健身者落腳時腳到感應器的距離，以及抬腳和落腳兩個信號之間的時間；根據運算方法進行運算，確定跑步帶的速度。健身者運用跑步機跑步健身時更接近了真實的戶外跑步，使健身變得更輕鬆，更具用娛樂性。
【專利說明】智能跑步機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種健身器材，尤其是用於跑步的跑步機。
【背景技術】
[0002]隨著人們忙碌的生活，健身已成為人們生活的一部分，而電跑比其它常見的有氧運動器材，諸如:健身車、划船器、登山機等，每小時多消耗40%的熱量，因而在如今電跑步時代，跑步機已成為人們健身不可缺少的運動器材，得到了人們的認可與喜愛。然而跑步機經過了四代的更新仍不能用人體運動速度來控制跑步機的速度，人們只能通過調節跑步機的速度來得到人體跑步的速度。因而造成了跑步機安全性降低，跑步的真實感降低。在健身者利用跑步機跑步時，跑步機的跑步帶對人腳造成向後的衝擊力(即跑步帶的慣性)，同時，運動者抬腳時減小了腳與跑步帶的摩擦，從而降低了跑步的安全性與跑步的真實感。尤其是跑步機速度達到10邁後和在用跑步機爬坡運動時，安全性與跑步機的真實感更為不足。
實用新型內容
[0003]有鑑於此，本實用新型要解決的技術問題在於提供一種跑步機，通過人體的運動速度來控制跑步機的速度，從而使健身者運用跑步機跑步健身時更接近了真實的戶外跑止/J/ ο
[0004]減少跑步機上的跑步帶對人體的衝擊力，同時並不增加人體的蹬伸動作，也不會減少人體的能量消耗，且提高現有跑步機的安全性。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種智能跑步機，其包括:底架及與其相連的電機和電機軸的，電機軸帶動皮帶輪旋轉，皮帶輪通過皮帶旋轉連接有跑軸，底架上固定有多個轉動管，轉動管上設有跑步帶，該跑軸帶動轉動管轉動時，跑步帶和轉動管同步運動，其特徵在於，在所述電機軸上設置有控制速度變化的電磁控速器。
[0006]進一步，在所述電機軸還設置有傳遞扭力的恆力扭力控制器。
[0007]進一步，所述的恆力扭力控制器包括相對設置並且依次連接為一體的摩擦片、圓形磁鐵以及連接件。
[0008]進一步，所述的跑軸包括中心軸、軸管和緩衝位移軸承，緩衝位移軸承套在中心軸上帶動軸管轉動。
[0009]進一步，緩衝位移軸承為軸承外圓和內圓設有向外的凸起，外圓凸起的內壁和內圓凸起的外壁對應且成對垂直設有擋件，各擋件之間按照圓周方向通過彈簧或卡接在軸承該外圓和內圓緩衝體彈性連接。
[0010]進一步，所述的轉動管與水平方向成5度夾角。
[0011 ] 進一步，其還包括檢測控制系統，包括有微控制單元，該微控制單元連接有健身模式設定單元、紅外線對射檢測檢測電機轉速單元、紅外對射檢測皮帶輪轉速單元、其特徵在於，其還包括電磁控速器電壓或電流控制單元、調控電機電壓電流控制單元以及紅外傳感器；紅外傳感器將檢測的距離和速度數據發送到微控制單元，微控制單元根據該數據相應調整電磁控速器和電機的電流、電壓。
[0012]本實用新型達到的技術效果如下:
[0013]1、本實用新型智能跑步機改變了傳統跑步機的工作模式，有以往的健身者隨著跑步機運動的速度進行健身改為由人體的運動來控制跑步機的速度，從而使健身者運用跑步機跑步健身時更接近了真實的戶外跑步，使健身變得更輕鬆，更具用娛樂性，不在考慮跑步機速度，從而增強了跑步的真實感，提高了跑步的安全性。
[0014]2、本實用新型智能跑步機大大減小了跑步機上的跑步帶對人腳向後的衝擊力，同時增大了健身者跑步時腳與跑步帶的摩擦力，而增加摩擦力並沒有增加人體的蹬伸動作，同時不會減少人體的能量消耗，而是在增加了健身者抬腳時腳與跑步帶的摩擦力，原因是再利用跑步機跑步時人腳的速度大於跑步帶的速度，從而使用跑步機跑步更具有跑步的真實感，提高了跑步機的安全性，尤其是健身者跑步高於10邁或利用跑步機進行爬坡鍛鍊時，更能體現到智能跑步機的優越性、安全性和跑步的真實感。
[0015]3、本實用新型智能跑步機具有現有跑步機的控制系統，因而使智能跑步機具有智能和傳統兩種跑步模式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型所提供的緩衝位移軸承結構圖；
[0017]圖2是本實用新型所提供的緩衝位移軸承結構分解圖；
[0018]圖3是本實用新型所提供的恆力扭力控制器結構圖；
[0019]圖4是本實用新型所提供的恆力扭力控制器結構分解圖；
[0020]圖5是本實用新型所提供的智能跑步機微控制單元方框圖；
[0021]圖6是本實用新型所提供的智能跑步機實施例1，實施例2的工作流程圖；
[0022]圖7是本實用新型所提供的智能跑步機實施例3的工作流程圖；
[0023]圖8是本實用新型所提供的智能跑步機實施例1的結構圖；
[0024]圖9是本實用新型所提供的智能跑步機實施例2的結構圖；
[0025]圖10是本實用新型所提供的智能跑步機實施例3的結構圖。
【具體實施方式】
[0026]本實用新型上述技術方案工作原理說明如下:
[0027]當微控制單元與電源接通時，微控制單元會通過A/D轉換電路得到感應器測得的腳尖到感應器的距離，下面(以先邁左腳為例進行說明，設定跑步前測得的左腳腳尖到感應器的距離為Si，左腳落腳時，左腳到感應器的距離為s2，感應器兩次感應腳信號的時間為?\，從而得到左腳的平均速度'MS1-S^/Tl，即左腳落腳同時微控制單元發送信號給電機，電機帶動跑步帶，使跑步帶運動的速度為 '，因為有兩個感應器，一個感應左腳，一個感應右腳，同樣我們得到下一步右腳的平均速度V2』，由於健身者有可能不是勻速運動，從而右腳落腳的同時微控制單元發送給電機，電機帶動跑步帶，跑步帶的速度W + D,以此類推健身者每次落腳的同時，微控制單元發送信號給電機，電機帶動跑步帶，使跑步帶的速度ve=vB+(vB-vA)，vA為vB的前一步跑步時腳運動的平均速度，vB為\的後一步跑步時腳的平均速度，當健身者邁第一步跑步時，設定νΑ=0，當感應器第Μ次落腳時測得的距離SM〈Sa時，速度V。設定為Ve+VD，當第N次抬腳前測得的距離SN>Sb時，速度V。設定為Ve-VD，其中Sa為設定的落腳時腳到感應器的距離，Sb為設定的抬腳前腳到感應器的距離，VD—般設定為常數0.2千米/小時，此處設定Sa、Sb、VD保證健身者在跑步帶上以任意速度進行跑步時人不會落下跑步帶，當人體速度超過22邁時，跑步機會提示健身者跑步減速。
[0028]而緩衝位移軸承起到緩衝作用，因為緩衝位移軸承內部有彈簧(拉力簧和壓力簧)或是有緩衝體，從而緩衝位移軸承可以進行適量的緩衝後再帶動所連接的部件，從而使健身者的腳與跑步帶接觸時對人腳起到緩衝作用，而當健身者腳抬起時，由於人腳運動的速度大於跑步帶的速度，從而使緩衝位移軸承提前變形，以達到增加摩擦力的作用。
[0029]電磁控速器原理是通過控制電磁剎電流或電壓，起到控制電磁剎作用力大小的一種裝置，從而來控制軸的扭力，使軸的轉速得到控制。
[0030]恆力扭力控制器原理是通過磁鐵的異性相吸的原理使兩個磁鐵以恆力相吸，因為圓形磁鐵接觸面上有摩擦片。從而使兩個圓形磁鐵轉動時可進行扭力傳遞。在連接件的作用下，可使恆力扭力控制器處於長期打滑過程中，即可長期處於過載中而傳遞基本恆定的扭力。此恆力扭力控制器的作用是，當電機一直處於轉動時，我們通過電磁控速器來控制軸的速度，從而使軸的速度瞬間達到所需的轉速，因為除伺服電機、變頻電機等普通電機無法瞬間達到所需轉速，為降低成本和節能，從而用此方法來調節軸的轉速。
[0031]當智能跑步機採用普通電機時，由於普通電機不能達到健身者的需求(即電機不能瞬間達到所需轉速)，此時需要電機先連接恆力扭力控制器，然後恆力扭力控制器連接軸，軸連接有電磁控速器，當健身者健身時，電機一直處於勻速轉動中，電機帶動恆力扭力控制器，恆力扭力控制器帶動軸轉動，同步轉動電磁控速器，此時控制軸的轉速，使軸轉速處於靜止或健身者所需的轉速中，從而使軸可在極短的時間內達到人體運動所需的轉速。
[0032]下面結合附圖具體說明書本實用新型的智能跑步機:
[0033]本實用新型公開了一種智能跑步機，包括底架50、電機30、電機軸40，電機軸40的一端連接電機，另一端連接皮帶輪42，皮帶輪42上連接有跑軸60，底架50上固定有多個轉動管64，轉動管64上設有跑步帶，該跑軸60帶動轉動管64轉動連接，在電機軸40上設置有控制速度變化的電磁控速器40和傳遞扭力的恆力扭力控制器20。
[0034]如圖1、圖2所示，為本實用新型的緩衝位移軸承10，緩衝位移軸承10為軸承外圓14和內圓15設有向外凸起，外圓凸起的內壁和內圓凸起的外壁對應且成對垂直設有擋件13，擋件13均穿設在緩衝體18上，緩衝體卡接在軸承外圓和內圓之間。外圓14上的擋件13與內圓15上的擋件13之間通過拉力彈簧和壓力彈簧16、17連接緩衝跑步時的衝擊力，或者，外圓14上的擋件13與內圓15上的擋件13之間穿設有緩衝體18，緩衝體18卡接在外圓14和內圓15之間，緩衝體18本身具有緩衝作用。
[0035]如圖3、圖4所示，為本實用新型中恆力扭力控制器20，包括相對依次設置的摩擦片24、圓形磁鐵23及連接件21，連接杆22為一端設有螺紋的杆件，將連接件21、圓形磁鐵23、及摩擦片24穿設在其上並通過螺釘25固定連接。
[0036]如圖5為智能跑步機微控制單元方框圖，智能跑步機系統包括檢測控制系統，包括微處理單元80，電機控制板電流檢測單元、電壓檢測單元、電機溫度檢測單元以及電機電流檢測單元，上述單元將通過A/D轉換後的信息傳送給微處理單元80，也可以將信息傳遞給故障保護單元91，進行故障的檢測。微控制單元80，微控制單元80連接通過鍵盤接口電路輸入和顯示單元的I/o接口 92，連接上位機的通信接口 93以及其它外設94，比如usb等接口。另外，微控制單元80分別連接有根據自身喜好選擇的健身模式設定單元88，以及檢測轉速的紅外對射檢測電機轉速82和紅外對射檢測皮帶輪轉速81，微控制單元8還連接有PWM生成，以及通過驅動電路和電磁控速器電壓或電流控制單元連接有電磁控速器41，還通過驅動電路和調控電機電壓電流控制單元連接電機30。另外，微控制單元80通過多組紅外發射電路1、2、3、4接通紅外感應器70，用於反饋測量的數據。
[0037]如圖6所示詳細說明實現智能跑步機的控制方法，實施例的工作流程，當人站在跑步機1上進行跑步時，啟動電源給跑步機供電(步驟100),微控制單元80給跑步機1的內部電路預置初始值(步驟110)，即設定初始工作狀態，然後健身者給跑步機設定一個健身模式(步驟120)，如健身者選擇現有跑步機健身模式(步驟130)，因是已知產品，故在此不再詳解，當健身者選擇智能跑步健身模式(步驟140)，微控制單元80則發出信號啟動電機30與電磁控速器41 (步驟150),此時電機30 —直處於轉動中，在電磁控速器41和恆力扭力控制器20的作用下，電機不帶動跑步機的跑步帶。
[0038]啟動電機30與電磁控速器41後，對電機30與電磁控速器41進行故障檢測(步驟160)，當存在故障時，微控制單元80進行故障保護(步驟170)，信息顯示器把該信息顯示給使用者(步驟180)，故障檢測與故障保護均是已知步驟，故在此不再詳解。
[0039]確定不存在故障時，則微控制單元80檢查感應器70是否連接(步驟190)，如果確定感應器70已連接，微控制單元80就檢查是否可進行跑步健身(即可進行跑步)。
[0040]如果確定感應器70沒有連接，微控制單元80就給信息顯示器發送一個顯示感應器70未正常運行的信息信號(步驟200)，信息顯示器把該信息顯示給使用者(步驟210)，在該信息被顯示後，微控制單元80提示健身者能否進行跑步健身(步驟220)。
[0041]如果確定不能進行跑步健身，微控制單元80再次檢查是否能進行跑步健身，如果確定了感應器連接可進行跑步，則感應器70就測量感應器70到腳尖的距離和健身者落腳時腳到感應器的距離，以及抬腳和落腳兩個信號之間的時間(步驟230)。
[0042]當微控制單元80接收到來自感應器70測得的距離和時間信號時，微控制單元80根據下列運算方法進行運算，以先邁左腳對運算方法進行說明，從而電機30帶動跑步帶，確定跑步帶的速度(步驟240)。
[0043]確定了跑步帶的速度，通過對電磁控速器41電流或電壓的調節來控制已確定的跑步帶的速度(步驟250)，健身者正常健身(步驟260)，當健身者需要改變健身模式時，則健身者重新選擇健身模式(步驟270)。
[0044]如圖7所示，詳細說明智能跑步機實施例3工作流程，當人站在跑步機上要進行跑步時，啟動電源給跑步機供電(步驟400 )，微控制單元80給跑步機1的內部電路預置初始值(步驟410)，即設定初始工作狀態，然後健身者給跑步機設定一個健身模式(步驟420)，如健身者選擇現有跑步機健身模式(步驟430)，因是已知產品，故在此不再詳解，當健身者選擇智能跑步健身模式(步驟440)，微控制單元80檢查感應器70是否連接(步驟450)。
[0045]在檢查感應器70是否連接後，如果確定已連接，微控制單元提示健身者能否進行跑步健身(即可進行跑步健身)。
[0046]如果確定感應器70沒有連接，則微控制單元80就給信息顯示器發送一個顯示感應器70未正常運行的信息信號(步驟460)，信息顯示器把該信息顯示給使用者(步驟470)，在該信息被顯示後，微控制單元80提示健身者能否進行跑步健身(步驟480)。
[0047]如果確定不能進行跑步健身，微控制單元80再次檢查能否進行跑步健身，如果確定了感應器70連接，可進行跑步健身，感應器70就測量感應器70到腳尖的距離和健身者落腳時腳到感應器70的距離，以及抬腳和落腳兩信號之間的時間(步驟490)。
[0048]當接收到感應器70測得的距離、時間信號時，微控制單元70根據運算方法運算，以先邁左腳為例進行說明，從而電機30帶動跑步帶，確定跑步帶的速度(步驟500)。
[0049]當確定了跑步帶的速度後，微控制單元80發信號給電機30和電磁控速器41，啟動電機30與電磁控速器41 (步驟510)。
[0050]當啟動電機30和電磁控速器41後，微控制單元80進行故障檢測(步驟520)看是否存在故障，如存在故障微控制單元80發出信號進行故障保護(步驟530)，信息顯示器把該信息顯示給使用者(步驟540)因步驟520步驟530、步驟540都是已知，因此不再詳解。
[0051]如果微控制單元80已確定電機30與電磁控速器41不存在故障，則微控制單元80發信號給電機30和電磁控速器41，有電機30和電磁控速器41共同控制已確定的跑步帶速度(步驟550)。健身者在跑步帶上進行正常健身(步驟560)，當健身者需要改變健身模式，則健身者重新選擇健身模式(步驟570)。
[0052]如圖8所示為本實用新型智能跑步機1的第一實施，包括電機30。電機30與恆力扭力控制器20連接，恆力扭力控制器20與電機軸40連接，軸上安裝有可調電磁控速器41，(因電磁控速器與電磁剎內部結構與原理相同，故在此不再詳解)，電機軸40的一端連有皮帶輪42，電機30可調節電磁控速器41與跑步機底架50固定連接，電機軸40與固定件43為轉動連接，固定件43與跑步底架50固定連接，跑步機底架50前部轉動連接有跑軸60，跑軸60上有中心軸、以及軸管和緩衝位移軸承10組成。
[0053]軸管兩端分別安裝有緩衝位移軸承10，緩衝位移軸承10與中心軸、軸管為固定連接，在跑軸60的一端連接有皮帶輪63，皮帶輪63固定連接在跑軸60的中心軸上，三角帶66連接皮帶輪42與皮帶輪63。跑步機底架50中間有多個轉動管64，轉動管64是有鐵管和鐵管兩端的軸承組成。轉動管64與跑步底架50轉動連接，跑步底架50後端有跑軸65。
[0054]跑步機底架50與水平面成5度角，因此，當安裝好轉動管64後，即轉動管64與水平成5度角，跑步機底架50前端有四個紅外感應器70，紅外感應器70用於感應雙腳抬落的四個信號。左右兩邊各有兩個，一高一低的紅外感應器70，低處的紅外感應器70感應抬腳時腳尖到紅外感應器70的距離，高的紅外感應器70感應落腳時腳尖到紅外感應器70距離，兩邊的紅外感應器從跑步帶的中間分成左右兩個感應區。
[0055]結合圖5、圖6【具體實施方式】，如圖8所示，當智能跑步機1接通電源後，電機30處於恆定轉速中，健身者站上跑步帶，此時紅外感應器70感應腳尖到紅外感應器的距離，健身者跑步時，微處理單元通過計算並發啟動指令給電磁控速器41，從而控制電機軸40的轉速。電機30與恆力扭力控制器20結合帶動跑步帶並控制跑步帶的速度，而電機並不帶動人體。因為此時人體在轉動管64作用下是無法站立的，原因是轉動管64與跑步機底架50為轉動連接，並且多個轉動管64排列後與水平成5度角，人體重力的分力使得人體自動下滑。
[0056]如圖9所示，為本實用新型智能跑步機1的第二實施例與第一實施例不同在於恆力扭力控制器20的傳遞的扭力增大，並大於人體站在跑步帶時帶動人體運動時的扭力，並且省略轉動管64，跑步機底架50與水平面平行。
[0057]結合圖5、圖6，第二實施實際工作原理與第一實施實際工作原理相同。
[0058]如圖10所示，為本智能跑步機1的第三實施例，與第二實施不同在於，省略了恆力扭力控制器20，電機30改為伺服電機，即瞬間提速電機。
[0059]結合圖5、圖7所示,具體第三實施例【具體實施方式】,如圖7所示與智能跑步機1接通電源後，健身者站上跑步帶，此時紅外感應器70感應腳尖到紅外感應器70的距離，健身者跑步時主控晶片通過計算會發指令給電機30和電磁控速器41，使跑步機按人體的運動速度進行帶動人體在跑步帶上進行跑步鍛鍊。當健身者落腳時，跑步帶對腳向後的衝擊力有緩衝位移軸承10進行緩解衝擊力，當人腳抬起時，由於人腳運動速度大於跑步帶的速度，從而使緩衝位移軸承10提前變形，以達到增加摩擦力的作用，但並不會給健身者增加蹬伸動作，更有利於健身，提高安全性。
[0060]以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種智能跑步機，其特徵在於，其包括:底架及與其相連的電機和電機軸的，電機軸帶動皮帶輪旋轉，皮帶輪通過皮帶旋轉連接有跑軸，底架上固定有多個轉動管，轉動管上設有跑步帶，該跑軸帶動轉動管轉動時，跑步帶和轉動管同步運動，其特徵在於，在所述電機軸上設置有控制速度變化的電磁控速器。
2.如權利要求1所述的智能跑步機，其特徵在於，在所述電機軸還設置有傳遞扭力的恆力扭力控制器。
3.如權利要求1所述的智能跑步機，其特徵在於，所述的恆力扭力控制器包括相對設置並且依次連接為一體的摩擦片、圓形磁鐵以及連接件。
4.如權利要求1所述的智能跑步機，其特徵在於，所述的跑軸包括中心軸、軸管和緩衝位移軸承，緩衝位移軸承套在中心軸上帶動軸管轉動。
5.如權利要求4所述的智能跑步機，其特徵在於，緩衝位移軸承為軸承外圓和內圓設有向外的凸起，外圓凸起的內壁和內圓凸起的外壁對應且成對垂直設有擋件，各擋件之間按照圓周方向通過彈簧或卡接在軸承該外圓和內圓緩衝體彈性連接。
6.如權利要求4所述的智能跑步機，其特徵在於，所述的轉動管與水平方向成5度夾角。
【文檔編號】A63B24/00GK204106943SQ201420624435
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】陳書輝, 張建軍, 黃日球 申請人:陳書輝