一種智能跑步機的制作方法

本發明涉及一種智能跑步機，具體涉及一種智能跑步機。

背景技術：

電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走，從動作外形上看，幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動跑步機上走跑的人感到十分輕松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑為多。另外，由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗不同的跑步環境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等。但是目前跑步機較為常用的功能是通過預設轉速而后進行長時間的跑步運動，而在長時間無人看護的情況下，使用者往往會出現力竭、導致步伐無力，混亂的情況，所以就容易出現安全隱患，而此時使用者自身往往難以發現，無論電機轉速快于步伐節奏或慢于步伐節奏，都容易使步踏混亂，導致最后出現絆倒等現象，難以達到安全跑步的效果。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明目的是提供一種智能跑步機。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

一種智能跑步機，包括控制端、電機以及履帶，所述控制端用于控制所述電機工作以帶動所述履帶運動，所述控制端包括

轉速控制模塊，用于控制所述電機的轉速；

踏頻采集模塊，所述踏頻采集模塊用于采集使用者踩踏所述履帶的踩踏頻率f；

步長采集模塊，所述步長采集模塊用于采集使用者踩踏所述履帶時的步長d；

處理端，連接所述轉速控制模塊以及踏頻采集模塊并配置有轉速控制算法，所述轉速控制算法獲取一調節量vo以調節所述電機的轉速；所述轉速控制算法包括

根據預設的時間間隔為參數，獲取當前的踩踏頻率fr；

vo=a*b*(fx-|fx-fr|)*（（d1+…dn）/t-vr）；

其中vr表示當前電機的轉速，a表示轉速參數，b表示比例參數，t表示預設的時間，d1-dn表示在預設的時間內用戶第一步至第n步的步長，fx表示當前轉速下對應的預設頻率；

所述調節量vo的大小反映被控電機轉速變化的快慢，當所述調節量vo為正時，控制所述電機加速，當所述調節量vo為負時，控制所述電機減速。

首先，通過這樣設置，由于踩踏頻率表示單位時間用戶在履帶上踩踏的次數，而步長則可以反饋用戶在履帶上跑動的速度，一般而言，用戶在履帶上跑動的速度會等于履帶的傳輸速度，所以轉速調節量無限趨近于0，不會出現調節的情況，如果此時步長較小，而小于預設的轉速，如果此時步頻達到預設的步頻，此時說明是步長出現問題，所以調速變化率較大，調速較為明顯，如果此時步頻沒有達到預設的步頻，說明此時步頻和步長用戶可以進一步進行調節，此時的變化率小，調速較為不明顯。而如果此時步長較大，大于預設的轉速，那么說明用戶的邁的步子較大，容易出現踏錯位的現象，而此時需要進行加速調節，而加速調節時，如果用戶的步頻達到預設步頻，則加速的變化量較小，而如果用戶的步頻沒有達到預設的步頻，那么加速變化量較大，此時可以避免錯踏產生的踩傷情況。

進一步地：所述履帶下方設置有若干感應單元，當一感應單元受力時輸出觸發信號；

所述踏頻采集模塊耦接所述感應單元，接收單位時間內的觸發信號數量以計算對應的踩踏頻率f；

所述步長采集模塊耦接所述感應單元，通過接收觸發信號確定兩個被踩踏的感應單元，根據兩個被踩踏的感應單元的位置計算所述步長d。通過感應單元的設置，可以對踩踏情況進行精細化的監控，保證用戶的行為數據都能被及時反映。

進一步地：所述踏頻采集模塊配置有第一預設數n，每當一新的觸發信號生成時，所述踏頻采集模塊將該觸發信號確定為終止觸發信號，并將與終止觸發信號間隔第一預設數的觸發信號確定為起始觸發信號，所述踏頻采集模塊統計所述起始觸發信號生成時刻至所述終止觸發信號生成時刻的踏頻時長t，并根據所述踏頻時長求出所述踩踏頻率f，所述踩踏頻率f=n/t。通過這樣設置，可以根據踩踏的次數計算踩踏頻率，這樣每一步都會重新統計一次踩踏頻率，更新速度較快，且較為容易被識別，提高了調節數據的可靠性。

進一步地：所述感應單元呈矩陣分布于同一平面上，每一感應單元配置有序號，序號包括有行值以及列值，所述步長采集模塊配置有對中算法，當一新的觸發信號生成時，所述步長采集模塊篩選出生成觸發信號的感應單元，并根據感應單元的位置將感應單元劃分為第一感應單元組以及第二感應單元組，分別求出位于第一感應單元組和第二感應單元組中心的感應單元，得到第一感應單元和第二感應單元，并根據第一感應單元和第二感應單元的序號計算步長d，d²=dh²+dl²，縱跨距dh=dh*|h1-h2|，橫跨距dl=dl*|l1-l2|；其中dh為感應單元的行間距，其中dl為感應單元的列間距。通過確定兩個中心的感應單元分別對應兩腳的位置，可以提高檢測精度，同時根據序列數就可以直接求得最后的輸出大小，較為簡單合理。

進一步地：所述處理端配置有縱跨安全閾值，當所述縱跨距超過所述縱跨安全閾值時，所述處理端控制所述轉速控制模塊控制電機減速。通過縱跨安全閾值的設置，避免因力竭或注意不集中而產生的踏步橫向偏移，這樣一來會導致整個人體重心失衡，所以通過橫向踏步偏移的設置，可以提高使用效果，保證使用者安全。

進一步地：所述處理端配置有橫跨安全閾值，當所述橫跨距超過所述橫跨安全閾值時，所述處理端控制所述轉速控制模塊控制電機減速。通過橫跨安全閾值的設置，避免因力竭或注意不集中而產生的踏步縱向偏移，這樣一來會導致整個人體重心失衡，所以通過縱向踏步偏移的設置，可以提高使用效果，保證使用者安全。

進一步地：所述觸發信號包括有受力值q，所述控制端還包括踏力采集模塊，所述踏力采集模塊連接所述感應單元，用于接收所述受力值q，比例參數b與受力值q有以下關系，當所述電機處于減速狀態時，b=kb/q;其中kb為預設的常數；當所述電機處于加速狀態時，b=kb*q。通過這樣設置，檢測使用者踩踏力的變化，從而獲取更多的判斷條件，而進行調節，如果在減速狀態時，踩踏力較大，那么減速幅度可以適當減小，反之可以適當增加，使得減速更快，更加安全，同時，如果處于加速狀態，踩踏力較小，那么使加速幅度也相應減小，而對應的，使整個變化量也相應減小，保證加速較小，而如果使用時，踩踏力較大，那么提高加速效果，保證使用實用程度。

進一步地：所述的受力值q取值范圍在0-2之間。這樣的取值范圍可以提高準確性，保證安全性。

進一步地：所述轉速參數a與當前轉速vr有以下關系，當所述電機處于減速狀態時，a=ka*(va-vr)，其中ka為預設的常數,va為預設的轉速閾值；當所述電機處于加速狀態時，a=ka/(va-vr)。通過對當前轉速的判斷調節轉速的變化率，這樣一來，當轉速較快時，減速變化率大，加速變化率小，更加安全可靠。

本發明技術效果主要體現在以下方面：通過對人體在運動時的數據進行統計，得到最后的踩踏結果，提高使用時的穩定性和可靠性，保證安全性的同時，提高調節效率。

附圖說明

圖1：本發明系統架構原理圖；

圖2：本發明跑步機踩踏示意原理圖；

圖3：本發明感應單元組原理圖。

1、控制端；11、轉速控制模塊；12、踏頻采集模塊；13、步長采集模塊；14、踏力采集模塊；15、處理端；2、電機；21、履帶；3、感應單元。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式作進一步詳述，以使本發明技術方案更易于理解和掌握。

參照圖1所示，實施例1為一種智能跑步機，包括控制端、電機以及履帶，所述控制端用于控制所述電機工作以帶動所述履帶運動，所述控制端包括

轉速控制模塊，用于控制所述電機的轉速；轉速控制模塊在此不做贅述，而通過接收調節量，并根據調節量控制轉速，而如果接收到的調節量為1，則控制轉速增加1檔，如果接受到的調節量為-1，則控制轉速減小1檔。

踏頻采集模塊，所述踏頻采集模塊用于采集使用者踩踏所述履帶的踩踏頻率f；

步長采集模塊，所述步長采集模塊用于采集使用者踩踏所述履帶時的步長d；

處理端，連接所述轉速控制模塊以及踏頻采集模塊并配置有轉速控制算法，所述轉速控制算法獲取一調節量vo以調節所述電機的轉速；所述轉速控制算法包括

根據預設的時間間隔為參數，獲取當前的踩踏頻率fr；

vo=a*b*(fx-|fx-fr|)*（（d1+…dn）/t-vr）；

其中vr表示當前電機的轉速，a表示轉速參數，b表示比例參數，t表示預設的時間，d1-dn表示在預設的時間內用戶第一步至第n步的步長，fx表示當前轉速下對應的預設頻率；

所述調節量vo的大小反映被控電機轉速變化的快慢，當所述調節量vo為正時，控制所述電機加速，當所述調節量vo為負時，控制所述電機減速。

以下通過實例對控制的情況進行說明，首先定義時間為t為3秒、當前轉速為1米每秒，當前轉速對應的頻率fx為2次每秒；

而轉速參數和比例參數均設置為常量，為了方便理解，此時取1。

1、若此時反饋的踩踏頻率為1.6，且3秒內踩踏供5次，那么此時得到4個步長，分別為0.6、0.8、0.6、0.7；則說明總距離為2.7米，而帶入公式得vo=a*b*1.6*（-0.1），所以輸出結果為減速，而對應的變化比為0.16。

2、若此時反饋的踩踏頻率為1.6，且3秒內踩踏供5次，那么此時得到4個步長，分別為0.9、0.8、0.9、1；則說明總距離為3.6米，而帶入公式得vo=a*b*1.6*0.2，所以輸出結果為加速，而對應的變化比為0.32。

3、若此時反饋的踩踏頻率為2.5，且3秒內踩踏供7次，那么此時得到6個步長，分別為0.3、0.4、0.3、0.5、0.5、0.4；則說明總距離為2.4米，而帶入公式得，vo=a*b*1.5*（-0.2），所以此時應當為減速，而對應的變化比為0.3。

4、若此時反饋的踩踏頻率為2.5，且3秒內踩踏供7次，那么此時得到6個步長，分別為0.7、0.6、0.7、0.6、0.5、0.5；則說明總距離為3.6米，而帶入公式得vo=a*b*1.5*0.2，所以輸出結果為加速，而對應的變化比為0.3。

參照圖2所示，所述履帶下方設置有若干感應單元，當一感應單元受力時輸出觸發信號，感應單元可以設置成陣列的壓力傳感器或壓力應變片等，在此不做局限，而壓力傳感器在受力時會輸出對應的壓力檢測信號，這個壓力檢測信號會輸出對應的值，而同時根據壓力傳感器輸出的信號的邊沿，可以判斷踩踏的瞬間；

所述踏頻采集模塊耦接所述感應單元，接收單位時間內的觸發信號數量以計算對應的踩踏頻率f；

所述步長采集模塊耦接所述感應單元，通過接收觸發信號確定兩個被踩踏的感應單元，根據兩個被踩踏的感應單元的位置計算所述步長d。

所述踏頻采集模塊配置有第一預設數n，每當一新的觸發信號生成時，所述踏頻采集模塊將該觸發信號確定為終止觸發信號，并將與終止觸發信號間隔第一預設數的觸發信號確定為起始觸發信號，所述踏頻采集模塊統計所述起始觸發信號生成時刻至所述終止觸發信號生成時刻的踏頻時長t，并根據所述踏頻時長求出所述踩踏頻率f，所述踩踏頻率f=n/t。一般理解而言，如果需要計算頻率，則需要將時間進行確定，而為了保證響應的效率，所以本發明采用計次統計發，如果預設數為1，則表示，上一步至下一步的用時，換算到單位時間的踩踏次數，則為踩踏頻率，如果一步用時0.8秒，則說明踩踏頻率為1.25。而判斷一次踩踏的標準為，在一定時間內（毫秒級）一個范圍的感應單元均輸出觸發信號的上升沿，那么則說明一次踩踏，這樣一來就可以準確的判斷踩踏的次數，從而進行計算和統計。

參照圖2所示，所述感應單元呈矩陣分布于同一平面上，每一感應單元配置有序號，序號包括有行值以及列值，所述步長采集模塊配置有對中算法，當一新的觸發信號生成時，所述步長采集模塊篩選出生成觸發信號的感應單元，并根據感應單元的位置將感應單元劃分為第一感應單元組以及第二感應單元組，分別求出位于第一感應單元組和第二感應單元組中心的感應單元，得到第一感應單元和第二感應單元，并根據第一感應單元和第二感應單元的序號計算步長d，d²=dh²+dl²，縱跨距dh=dh*|h1-h2|，橫跨距dl=dl*|l1-l2|；其中dh為感應單元的行間距，其中dl為感應單元的列間距。如圖3所示，如果踩踏瞬間，受力的感應單元由圖3虛線范圍內的幾個，則可以通過感應單元的位置的連續性劃分出兩個感應單元組，然后根據感應單元組的位置確定最后的兩個感應單元，若第一感應單元的序號為（3，10），第二感應單元的序號為（21,4），且若一個感應單元的行間距為0.05米，列間距為0.05米，則可以得到，步長的縱跨距為0.9米，橫跨距為0.3米，這樣一來就可以得到最后的步長，步長可以由縱跨距單獨確定，也可以由橫跨距和縱跨距運算獲得，在此不做贅述。

所述處理端配置有縱跨安全閾值，當所述縱跨距超過所述縱跨安全閾值時，所述處理端控制所述轉速控制模塊控制電機減速。如果縱跨安全閾值在0.1-1.2之間則為危險，則控制電機在超過這個閾值時直接減速，保證使用者的安全。

所述處理端配置有橫跨安全閾值，當所述橫跨距超過所述橫跨安全閾值時，所述處理端控制所述轉速控制模塊控制電機減速。如果橫跨距離在0.1-0.5之間則判斷為危險，則控制電機在這個橫跨距離時直接減速，保證使用者安全。

實施例2為，在實施例1的基礎上，如果使用者在跑步時設置了目標速度，那么需要在使用時提醒使用者速度的變化情況，而在調節量輸入到轉速控制模塊時，結合目前速度與目標速度的關系，將轉速盡可能的向目標轉速靠近，而如果在目前情況下無法達到目標轉速，則提醒使用者改變姿勢或改變目標轉速。

實施例3為，在實施例1的基礎上，所述觸發信號包括有受力值q，所述控制端還包括踏力采集模塊，所述踏力采集模塊連接所述感應單元，用于接收所述受力值q，比例參數b與受力值q有以下關系，當所述電機處于減速狀態時，b=kb/q;其中kb為預設的常數；當所述電機處于加速狀態時，b=kb*q。所述的受力值q取值范圍在0-2之間。由于跑步的疲態會顯現在踩踏力上，在實施1的基礎上，通過判斷踩踏力的大小，從而控制調節的速度，而如果出現疲態，則減速時，盡可能的使轉速變化更快至停止，而受力值需要結合一下兩個數據進行處理得出，一是跑步平均踩踏力fx，二是使用者體重m，而對這兩個參數進行運算，最后得到受力值q，則q=(fx-fr)/m*c。c為比例常數，fr為當前踩踏力，也就是說，根據差值求出當前踩踏力的大小，而忽略體重造成的踩踏影響，得到最后的踩踏結果，通過c參數進行處理，得到一個取值范圍在0-2的受力值，這樣一來，在疲態時會更容易被獲知，提高安全性。

實施例4為，在實施例1的基礎上，所述轉速參數a與當前轉速vr有以下關系，當所述電機處于減速狀態時，a=ka*(va-vr)，其中ka為預設的常數,va為預設的轉速閾值；當所述電機處于加速狀態時，a=ka/(va-vr)，同時轉速的調節還和當前速度有關，而在減速情況下，當前速度越快，減速變化量越大，保證安全，而在加速情況下，當前速度越快，加速變化量越小，保證安全，提高安全性。

當然，以上只是本發明的典型實例，除此之外，本發明還可以有其它多種具體實施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。