CN111530035A

CN111530035A - 跑步机控制方法、装置、电子设备及***

Info

Publication number: CN111530035A
Application number: CN202010327292.5A
Authority: CN
Inventors: 王翰杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2020-04-23
Publication date: 2020-08-14

Abstract

本发明实施例公开了一种跑步机控制方法、装置、电子设备及***，该跑步机控制方法包括：确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据所述初始的速度心率模型进行跑步机控制；获取跑步机速度数据和心率测量数据；根据所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型；根据所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。因此，本发明实施例提高了跑步机控制精度，还提高了用户体验。

Description

跑步机控制方法、装置、电子设备及***

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种跑步机控制方法、装置、电子设备及***。

背景技术

近年来，出于对空气污染，交通安全，运动安全及突发流行病的考虑，越来越多人选择使用跑步机作为运动锻炼的手段。

目前，传统跑步机速度控制***多通过用户人工输入跑步机里程、配速；或通过识别用户身份后，由程序选择合适的配速方案。

但是，传统跑步机速度控制***，无论是人工输入配速，还是程序选择配速方案，本质上是开环控制，其最大的缺陷是程序无法根据用户跑步时各个时刻的身体状况，实时调节跑步机速度，容易导致运动损伤或不足，影响锻炼效果。

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种跑步机控制方法、装置、电子设备及***。

第一方面，本发明实施例提出一种跑步机控制方法，包括：

确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据所述初始的速度心率模型进行跑步机速度控制；

按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型；

根据每次获取到的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。

可选地，所述根据所述初始的速度心率模型进行跑步机速度控制，包括：

根据所述初始的速度心率模型确定对应的第一跑步机控制器；

将心率设定数据的修正值，输入所述第一跑步机控制器中，得到对应的速度初始值，并将跑步机速度控制为所述速度初始值；其中，所述修正值是心率设定数据与心率测量数据的差值。

可选地，所述获取所述心率测量数据，包括：

通过无线胸带采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据。

可选地，所述设定获取规则包括指定时间段，所述指定时间段用于表征每次获取跑步机速度数据和心率测量数据的时间间隔；

每次获取到的所述跑步机速度数据包括指定时间段内的第一跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括所述指定时间段内的第一心率测量值；

所述根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型，包括：

根据所述第一跑步机速度值和所述第一心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器，确定所述优化的速度心率模型。

可选地，所述设定获取规则包括实时获取跑步机速度数据和心率测量数据；

每次获取到的所述跑步机速度数据包括实时获取的第二跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括实时获取的第二心率测量值；

根据所述第二跑步机速度值和所述第二心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器确定所述优化的速度心率模型。

可选地，所述根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制，包括：

根据每次确定的所述优化的速度心率模型确定对应的第二跑步机控制器；

将心率设定数据的修正值，输入所述第二跑步机控制器中，得到对应的速度优化值，并将跑步机速度控制为所述速度优化值；其中，所述修正值是心率设定数据与所述心率测量数据的差值。

可选地，所述优化的速度心率模型的传递函数为

或

其中，P(s)为所述优化的速度心率模型的传递函数，s为复变量；k，τ，ξ与ω均为所述优化的速度心率模型的模型参数：k为模型增益，τ为时间常数，ξ为阻尼比，ω为特征频率；

所述第二跑步机控制器的传递函数为：

或

其中，C(s)为所述第二跑步机控制器的传递函数，s为复变量；a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、b₄均为所述第二跑步机控制器的控制器参数。

第二方面，本发明实施例提出一种跑步机控制装置，包括：

第一控制模块，用于确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据所述初始的速度心率模型进行跑步机速度控制；

获取模块，用于按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

优化模块，用于根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型；

第二控制模块，用于根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。

第三方面，本发明实施例提出一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述跑步机控制方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提出一种跑步机控制***，包括：无线胸带、跑步机控制装置和跑步机；其中，

所述无线胸带与所述跑步机控制装置通过无线方式进行通信；

所述跑步机控制装置位于所述跑步机上，并直接对跑步机进行控制；或位于所述跑步机之外的，并通过无线方式或有线方式对跑步机进行控制；

所述跑步机控制装置用于实现如第一方面所述跑步机控制方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明实施例在确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据初始的速度心率模型进行跑步机速度控制后，可以获取按照设定获取规则跑步机速度数据和心率测量数据，并根据每次获取到的跑步机速度数据和心率测量数据，确定优化的速度心率模型，以及根据每次确定的优化的速度心率模型进行跑步机速度控制，从而提高了跑步机控制精度，还提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种跑步机控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的跑步机控制过程的框图；

图3为本发明实施例提供的一种跑步机控制装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的各实施例中，若采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定。

图1为本发明实施例提供的一种跑步机控制方法的流程示意图；该方法可以用于实现跑步机控制功能的电子设备上；如图1所示，该跑步机控制方法可以包括：

S110、确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据初始的速度心率模型进行跑步机速度控制。

具体地，初始的速度心率模型可以是通过测量不同人的模型，再将模型参数取平均的出来的“平均模型”。该初始的速度心率模型的传递函数可以为

或

其中，P(s)为传递函数，s为复变量；k，τ，ξ与ω均为模型参数，k为模型增益，τ为时间常数，ξ为阻尼比，ω为特征频率；k的初始值可以为20，τ的初始值可以为40，ξ的初始值可以为0.6，ω的初始值可以为20。

S120、按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据。

具体地，设定获取规则可以是按照固定时间间隔获取用于速度心率模型优化的跑步机速度数据和心率测量数据，比如：60秒；也可以是实时获取用于速度心率模型优化的跑步机速度数据和心率测量数据。

S130、根据每次获取到的跑步机速度数据和心率测量数据，确定优化的速度心率模型。

具体地，可以根据所述跑步机速度数据和所述心率测量数据计算模型参数，并根据计算得到的模型参数确定优化的速度心率模型。其中，模型参数为k，τ，ξ和ω。优化的速度心率模型的传递函数为：

或

其中，P(s)为传递函数，s为复变量；k，τ，ξ与ω均为优化的速度心率模型参数：k为模型增益，τ为时间常数，ξ为阻尼比，ω为特征频率。其中，k表示用户在单位增速度下，达到平衡态后心率的增值；τ表示用户在单位增速度下，重新达到平衡状态的速度。

上述k的大小与用户的健康状态有关，健康状态越好，k越小。比如：健康状态为良好时，k可能在20左右；健康状态为一般时，k可能在40左右。另外，上述τ，ξ，ω的大小也与用户的身体素质有关，在这里不再赘述。所以，本发明实施例中能够识别模型参数，能够准确衡量用户身体素质，并对不同人，不同时刻的身体素质进行定量比较。

S140、根据每次确定的优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。

具体地，在用户跑步过程中，上述S120至S140是一个连续执行的过程，直至用户跑步完成。即在用户跑步过程中，连续获取跑步机速度数据和心率测量数据，连续进行速度心率模型优化，连续进行跑步机速度控制。

由上述实施例可见，在确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据初始的速度心率模型进行跑步机速度控制后，可以获取按照设定获取规则跑步机速度数据和心率测量数据，并根据每次获取到的跑步机速度数据和心率测量数据，确定优化的速度心率模型，以及根据每次确定的优化的速度心率模型进行跑步机速度控制，从而提高了跑步机控制精度，还提高了用户体验。

进一步地，建立在图1所示方法的基础上，在执行S110中根据所述初始的速度心率模型进行跑步机速度控制，可以包括：

(1-1)根据所述初始的速度心率模型确定对应的第一跑步机控制器。

具体地，可以根据初始的速度心率模型计算第一跑步机控制器的控制参数，并根据计算得到的控制参数确定对应的第一跑步机控制器。该第一跑步机控制器为一个二阶或三阶传递函数，具体为：

或

其中，C(s)为传递函数，s为复变量；a₁、a₂、a₃、b₁、b₂、b₃、b₄均为所述第一跑步机控制器的控制器参数。

(1-2)将心率设定数据的修正值，输入所述第一跑步机控制器中，得到对应的速度初始值，并将跑步机速度控制为所述速度初始值；其中，所述修正值是心率设定数据与心率测量数据的差值。

具体地，按照心率设定数据的修正值，得到速度初始值，再将跑步机速度控制为所述速度初始值后，跑步机会按照该速度初始值运行。

其中，心率设定数据可以是用户在跑步前选择的适合自己的心率设定曲线，该心率设定曲线包括一段时间内的心率设定值，比如：1800秒。并且，通过用户选择心率曲线而不是速度曲线，这样可以更直观，更方便的进行跑步机速度控制。

由上述实施例可见，可以根据所述初始的速度心率模型确定对应的第一跑步机控制器，将心率设定数据的修正值，输入所述第一跑步机控制器中，得到对应的速度初始值，并将跑步机速度控制为所述速度初始值，从而提高了初始控制跑步机速度的效率。

进一步地，建立在图1所示方法的基础上，在执行S120中获取所述心率测量数据时，可以包括：

(2-1)通过无线胸带采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据。

具体地，可以通过无线胸带实时采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据。

其中，无线胸带可以指的是ECG(Electrocardiography，心电图)无线胸带。该无线胸带可以通过蓝牙或专用无线模块将心率数据传给实现跑步机控制功能的电子设备，并由该电子设备对跑步机进行控制。

由上述实施例可见，在获取所述心率测量数据时，可以通过无线胸带采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据，从而提高了跑步机控制的精度，还提高了跑步机控制的稳定性。另外，由于可以通过无线胸带实时采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据，这样在保证高精度的同时，还减少运动损伤，延长运动时长。

进一步地，建立在图1所示方法的基础上，所述设定获取规则包括指定时间段，所述指定时间段用于表征每次获取跑步机速度数据和心率测量数据的时间间隔；每次获取到的所述跑步机速度数据包括指定时间段内的第一跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括所述指定时间段内的第一心率测量值；在执行S130中根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型，可以包括：

(3-1)根据所述第一跑步机速度值和所述第一心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器确定所述优化的速度心率模型。

具体的，若按照固定时间间隔获取用于速度心率模型优化的跑步机速度数据和心率测量数据，比如：60秒；则获取到的跑步机速度数据包括60秒内的第一跑步机速度值，以及获取到的心率测量数据包括60秒内的第一心率测量值，这样可以根据60秒内的第一跑步机速度值和60秒内的第一心率测量值，通过模式识别的方式，确定优化的速度心率模型。

其中，模式识别算法需要一段时间的速度-心率数据，比如：60秒的速度-心率数据。

由上述实施例可见，可以根据一段时间的速度-心率数据，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器，确定优化的速度心率模型，进而根据所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制，从而实现了通过模式识别算法，对用户身体素质进行量化识别的跑步机控制方式，提高了跑步机控制的精度，还避免了现有技术中无法量化用户身体素质的缺陷。

进一步地，建立在图1所示方法的基础上，所述设定获取规则包括实时获取跑步机速度数据和心率测量数据；每次获取到的所述跑步机速度数据包括实时获取的第二跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括实时获取的第二心率测量值；在执行S130中根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型，可以包括：

(4-1)根据所述第二跑步机速度值和所述第二心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器确定所述优化的速度心率模型。

具体地，若实时获取用于速度心率模型优化的跑步机速度数据和心率测量数据，则获取到的跑步机速度数据包括实时获取的第二跑步机速度值；以及获取到的心率测量数据包括实时获取的第二心率测量值，此时可以通过卡尔曼滤波器确定优化的速度心率模型。

其中，卡尔曼滤波器不用记录一定时间的速度-心率数据，可以实时计算新的模型参数。

由上述实施例可见，可以通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器实时确定所述优化的速度心率模型，而根据所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制，从而实现了对跑步机速度的实时控制，提高了跑步机控制的可靠性，尤其是卡尔曼滤波器还能算出模型参数，避免了现有技术中无法量化用户身体素质的缺陷。

进一步地，建立上述所示方法的基础上，在执行S140中根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制时，可以包括：

(5-1)根据每次确定的所述优化的速度心率模型对应的第二跑步机控制器。

具体地，可以根据优化的速度心率模型计算第二跑步机控制器的控制参数，并根据计算得到的控制参数确定对应的第二跑步机控制器。该第二跑步机控制器为一个二阶或三阶传递函数，具体为：

或

(5-2)将心率设定数据的修正值，输入所述第二跑步机控制器中，得到对应的速度优化值，并将跑步机速度控制为所述速度优化值；其中，所述修正值是心率设定数据与所述心率测量数据的差值。

具体地，按照心率设定数据的修正值得到速度优化值，再将跑步机速度控制为所述速度优化值后，跑步机会按照该速度优化值运行。

其中，心率设定数据的修正值，即如图2中的e。图2为本发明实施例提供的跑步机控制过程的框图。其中，r表示心率设定值，e表示心率设定值和心率带测量到的心率的差值，u表示跑步机速度，d表示人体心率变异性，y表示用户实际心率值，n表示测量误差，z表示心率带测量到的心率值，

表示控制器更新参数；

其中，y有两部分，一是d，一是P(s)的输出。该P(s)的输出与d的关系可以理解为载波与信号的关系，d即HRV(Heart Rate Variability，心率变异性)指人体心率周期性差异的变化情况，在此视为人体产生的多频干扰，本发明实施例提供的跑步机控制方法其目的就是减少这种干扰对跑步机速度信号的影响。

C(s)表示跑步机控制器，其作用是根据用户的速度心率模型，将心率设定值转化为合适的跑步机速度；P(s)表示用户速度心率模型，其作用是表示用户心率与跑步机速度的对应关系；O表示状态观察器，其作用为通过实际的速度-心率数据，计算优化的用户速度心率模型参数，比如：按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型。

由上述实施例可见，在根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制时，可以根据每次确定的所述优化的速度心率模型确定对应的第二跑步机控制器，以及将心率设定数据的修正值，输入所述第二跑步机控制器中，得到对应的速度优化值，并将跑步机速度控制为所述速度优化值，从而提高了跑步机速度控制的准确性。

图3为本发明实施例提供的一种跑步机控制装置的流程示意图，该跑步机控制装置可以用于实现跑步机控制功能的电子设备上；如图3所示，该跑步机控制装置可以包括：

第一控制模块31，用于确定用于跑步机控制的初始的速度心率模型，并根据所述初始的速度心率模型进行跑步机速度控制；

获取模块32，用于按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

优化模块33，用于根据每次获取到的所述跑步机速度数据和所述心率测量数据，确定优化的速度心率模型；

第二控制模块34，用于根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述第一控制模块31，可以包括：

第一确定子模块，用于根据所述初始的速度心率模型确定对应的第一跑步机控制器；

第一控制子模块，用于将心率设定数据的修正值，输入所述第一跑步机控制器中，得到对应的速度初始值，并将跑步机速度控制为所述速度初始值；其中，所述修正值是心率设定数据与心率测量数据的差值。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述获取模块32，可以包括：

获取子模块，用于通过无线胸带采集用户实际心率值，得到所述心率测量数据。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述设定获取规则包括指定时间段，所述指定时间段用于表征每次获取跑步机速度数据和心率测量数据的时间间隔；每次获取到的所述跑步机速度数据包括指定时间段内的第一跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括所述指定时间段内的第一心率测量值；所述优化模块33可以包括：

第一优化子模块，用于根据所述第一跑步机速度值和所述第一心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器，确定所述优化的速度心率模型。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述设定获取规则包括实时获取跑步机速度数据和心率测量数据；每次获取到的所述跑步机速度数据包括实时获取的第二跑步机速度值；每次获取到的所述心率测量数据包括实时获取的第二心率测量值；所述优化模块33可以包括：

第二优化子模块，用于根据所述第二跑步机速度值和所述第二心率测量值，通过模式识别的方式或卡尔曼滤波器确定所述优化的速度心率模型。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述第二控制模块34可以包括：

第二确定子模块，用于根据每次确定的所述优化的速度心率模型确定对应的第二跑步机控制器；

第二控制子模块，用于将心率设定数据的修正值，输入所述第二跑步机控制器中，得到对应的速度优化值，并将跑步机速度控制为所述速度优化值；其中，所述修正值是心率设定数据与所述心率测量数据的差值。

进一步地，建立在上述所示装置的基础上，所述优化的速度心率模型的传递函数为：

或

所述第二跑步机控制器的传递函数为：

或

本发明实施例所述的跑步机控制装置可以用于执行上述的方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

图4为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：

按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

根据每次确定的所述优化的速度心率模型进行跑步机速度控制。

此外，上述的存储器403中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：

按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的方法，例如包括：

按照设定获取规则获取跑步机速度数据和心率测量数据；

另一方面，本发明实施例还提供一种跑步机控制***，包括：无线胸带、跑步机控制装置和跑步机；其中，

所述跑步机控制装置用于实现如权利要求1至7任一项所述跑步机控制方法的步骤。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。