CN102961847B - 一种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置 - Google Patents
一种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置。本控制方法的特征在于通过测量力信号来反馈使用者相对于跑步机的运动趋势，根据这一运动趋势来控制跑步机速度，从而能够匹配适应使用者的运动速度。本控制装置包括跑步机本体，穿戴于使用者身上的力测量装置和中央控制单元。力测量装置上包括有力传感器和信号变送器，将力信号送入中央控制单元。中央控制单元接收到信号后进行计算处理并控制跑步机的速度。采用上述控制方法及装置后，可以避免因使用者的速度与跑步机速度不同时而引起的跌倒的危险状况的发生，并且操作简单，使用方便，锻炼效果更佳。
Description
技术领域
本发明涉及运动器材领域，特指一种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置，可实现跑步机速度跟随使用者的速度变化而自适应变速。
背景技术
随着科学技术的进步、生活水平的提高和生活节奏的日益加快，人们在享受着各种高科技工具所带来的便利的同时，也越来越重视自身健康的问题。跑步机作为重要的健身运动器械，以其使用方便，锻炼效果明显，占用体积小等特点受到了市场的欢迎。
现有的跑步机的速度控制方式，主要是通过按键，预先设定好的速度，然后使用者根据这个速度在跑步机上进行运动，如果想要改变速度，也必须通过按键来调整。这种被动的运动方式，给使用者运动时带来了许多不便。如当使用者的速度增加或者降低时，跑步机速度不变，使用者需要根据跑步机的速度来调节，这样很难达到最佳的锻炼效果。如果使用者通过按键来改变跑步机速度，这样的操作在使用者实际速度与跑步机速度不一致的情况下很容易造成危险，致命使用者不慎跌倒。
发明内容
本发明的目的在于针对市场上现有跑步机速度控制方法上存在的缺陷与不足，提供一种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置，能够实现跑步机的速度跟随使用者的运动速度自主实时调节的控制方法以及装置。
为达到上述目的，本发明跑步机速度跟随自适应控制方法的构思是：
（1） 使用者在跑步机上运动时，人与跑步机跑带之间存在前后水平方向上的相互作用力。
（2） 当使用者在跑步机上匀速运动时，这个作用力为零，当使用者有加速（减速）趋势时，这个作用力向前（向后）。通过一套力测量装置中的力传感器测量获得作用力的大小及方向；
（3） 将力传感器测量值送入中央控制单元；
（4） 中央控制单元根据得到的作用力信息，通过算法计算得到跑步机期望速度值；
（5） 中央控制单元将跑步机期望速度值送入跑步机速度控制单元，跑步机速度控制单元将通过内部转换将信号送入跑步机电机，使跑步机速度随使用者的速度变化而变化。
根据上述构思，本发明采用下述技术方案：
一种跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于，操作步骤如下：
1）使用者在跑步机上运动时，穿戴于身上的一套力测量装置，该力测量装置中的力传感器将力测量值送入中央控制单元；
2）中央控制单元根据得到的力信号，通过算法计算得到跑步机期望速度值；
3）中央控制单元将跑步机期望速度值送入跑步机速度控制单元，使跑步机速度随使用者的速度变化而变化。
所述的一种跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于所述步骤1）中的力传感器测量的力为人与跑步机跑带之间存在的前后水平方向上的相互作用力。
所述的一种跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于所述步骤2）中的中央控制单元通过AD采样得到力传感器的信号。
所述的一种跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于所述步骤3）中的算法为：作用力与跑步机速度改变量之间通过非线性增益来定量计算；非线性增益设定为当作用力越大时，人体加速度越大，速度变化率越快，对应的增益越大；相反作用力越小时，增益越小。
一种实现跑步机速度跟随自适应控制的装置，应用于上述方法，包括有跑步机，其特征在于： 还包括穿戴于使用者身上的力测量装置和中央控制单元。
所述的跑步机速度跟随自适应控制装置，其特征在于所述的力测量装置的结构是：一个高度调节块通过调节螺钉与跑步机上的固定架连接；一个万向铰链一端通过固定销与高度调节块连接，另一端与铰链连接块固定连接；一个力传感器一端与铰链连接块固定连接，一个铝制连杆一端与力传感器另一端固定连接；铝制连杆另一端与另外一块铰链连接块固定连接，该铰链连接块通过固定销与万向铰链连接；该万向铰链与一个连接块固定连接；该连接块与一个腰带连接块固定连接；一条腰带穿过腰带连接块后系于使用者的腰间。
所述的跑步机速度跟随自适应控制装置，其特征在于所述的中央控制单元是嵌入式处理器，力传感器的信号经过变送器送到嵌入式处理器的AD引脚。处理好的跑步机期望速度信号经过串口送到跑步机速度控制单元。
本发明与现有技术相比较，主要有如下显而易见的突出实质性特点和显著优势：
本发明中提供的跑步机速度跟随自适应控制方法及装置，是根据人与跑步机之间在前后水平方向上的作用力来获得使用者相对于跑步机跑带的运动趋势，从而实现跑步机的速度跟随使用者的运动速度自主实时调节。使用者利用本发明跑步机运动时，可依自身体力情况而适当的调整运动的速度与强度，从而达到健身的目的和效果，更避免因使用者的速度与跑步机速度不同时而引起的跌倒的危险状况的发生；本发明的控制方法能够使得使用者的运动效果更佳，装置结构合理，使用方便，操作简单。
附图说明
图1为本发明控制结构框图
图2为本发明装置简图
图3为力测量装置示意图
图4为本发明实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明做进一步的描述。
实施例一：
参见图1-图3，本跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于，包括有以下步骤：
（1） 使用者在跑步机（5）上运动时，穿戴于身上的一套力测量装置（4），该力测量装置（4）中的力传感器（1）将测量到的力信号送入中央控制单元（2）；
（2） 中央控制单元（2）根据得到的力信号，通过算法计算得到跑步机期望速度值；
（3） 中央控制单元（2）将跑步机期望速度值送入跑步机速度控制单元（3），使跑步机（5）速度随使用者的速度变化而变化。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述的测量传感器为力传感器（1），测量的力为人与跑步机跑带之间存在的前后水平方向上的相互作用力。
所述的中央控制单元（2）通过AD采样得到力传感器（1）的信号。
所述的算法为：作用力与跑步机速度改变量之间通过非线性增益来定量计算。非线性增益设定为当作用力越大时，人体加速度越大，速度变化率越快，对应的增益越大；相反作用力越小时，增益越小。
实施例三：
本跑步机速度跟随自适应控制装置，应用于上述方法，包括有跑步机（5），其特征在于： 还包括穿戴于使用者身上的力测量装置（4）和中央控制单元（2）与上述跑步机（5）联接。
实施例四：
本实施例与实施例三基本相同，特别之处是：
所述的力测量装置（4）的结构是：一个高度调节块（6）通过调节螺钉（7）与跑步机（5）中的固定架连接；一个万向铰链（8）一端通过固定销与高度调节块（6）连接，另一端与铰链连接块（9）固定连接；一个力传感器（1）一端与铰链连接块（9）固定连接；一个铝制连杆（10）一端与力传感器（1）另一端固定连接，铝制连杆（10）另一端与另外一块铰链连接块（11）固定连接；该铰链连接块（11）通过固定销与另一个万向铰链（12）连接；该万向铰链（12）与一个连接块（13）固定连接；该连接块（13）与一个腰带连接块（14）固定连接；一个腰带（15）穿过腰带连接块（14）后系于使用者的腰间。
所述的中央控制单元（2）是嵌入式处理器，力传感器（1）的信号经过变送器送到嵌入式处理器的AD引脚。处理好的跑步机期望速度信号经过串口送到跑步机速度控制单元（3）。
如图4，启动后，使用者开始步行运动。本发明就可以通过测量使用者与跑步机跑带在前后方向上的相互作用力的信号来判断使用者运动趋势，从而通过中央控制单元控制跑步机，使跑步机跑带的速度随着使用者跑速变化而同步变化，这种跑步机速度跟随自适应控制方法及装置能够让使用者的运动效果更好，减小因速度不一致而引起的安全隐患。除此之外，可以将跑步机和虚拟现实技术相结合，以视觉上的效果相互动，产生一定的娱乐性，增添锻炼的趣味性。
Claims (3)
1.一种跑步机速度跟随自适应控制方法，其特征在于，操作步骤如下：
1） 使用者在跑步机（5）上运动时，穿戴于身上的一套力测量装置（4），该力测量装置（4）中的力传感器（1）将力测量值送入中央控制单元（2）； 所述的力传感器（1）测量的力为人与跑步机跑带之间存在的前后水平方向上的相互作用力；
2）中央控制单元（2）通过AD采样得到力传感器（1）的信号，并根据得到的力信号，通过算法计算得到跑步机期望速度值；
3）中央控制单元（2）将跑步机期望速度值送入跑步机速度控制单元（3），使跑步机（5）速度随使用者的速度变化而变化，其算法为：作用力与跑步机速度改变量之间通过非线性增益来定量计算；非线性增益设定为当作用力越大时，人体加速度越大，速度变化率越快，对应的增益越大；相反作用力越小时，增益越小。
2.一种实现跑步机速度跟随自适应控制的装置，应用于根据权利要求1所述的跑步机速度自适应控制方法，包括有跑步机（5），其特征在于： 还包括穿戴于使用者身上的力测量装置（4）和中央控制单元（2）；所述的力测量装置（4）的结构是：一个高度调节块（6）通过调节螺钉（7）与跑步机（5）上的固定架连接；一个第一万向铰链（8）一端通过固定销与高度调节块（6）连接，另一端与第一铰链连接块（9）固定连接；一个力传感器（1）一端与第一铰链连接块（9）固定连接，一个铝制连杆（10）一端与力传感器（1）另一端固定连接；铝制连杆（10）另一端与另外一块第二铰链连接块（11）固定连接，该第二铰链连接块（11）通过固定销与第二万向铰链（12）连接；该第二万向铰链（12）与一个第三连接块（13）固定连接；该第三连接块（13）与一个腰带连接块（14）固定连接；一条腰带（15）穿过腰带连接块（14）后系于使用者的腰间。
3.根据权利要求2所述的跑步机速度跟随自适应控制装置，其特征在于所述的中央控制单元（2）是嵌入式处理器，力传感器（1）的信号经过变送器送到嵌入式处理器的AD引脚，处理好的跑步机期望速度信号经过串口送到跑步机速度控制单元（3）。
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