专利名称：一种可人体感知的跑步机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种跑步机，属于健身器材领域。
背景技术：
跑步机常常是家庭及健身房常备的器材，是当今家庭健身器材中最简单的一种， 是健身者的最佳选择。近年来，国产跑步机每年都以超过25%的速度在增长，同时事实证 明跑步机已完成了从贵族化奢侈品向平民化大众消费品的转变。随着人们生活水平的 提高和科学技术的进步以及国内外的健身器材的发展过程可以看出，未来健身器材的数字 化、智能化将是发展趋势，这也是符合人性的最基本规律，也是改变现行的体育锻炼模式的 最好途径，创新体育、科学健身的内涵的内容。将数字技术与健身器材的代表跑步机相结合 创造出智能化娱乐性强是科技和市场的大势所趋。 目前大多数跑步机智能性、安全性等因素影响着跑步机向高档化产品发展的道 路，如跑步机启动后跑步带不运转，需要等人为去设定好速度才会有所动作，如果跑步机控 制系统能根据人是否在跑步带上来决定是否开始低速启动，同时健身者走下跑步带也可以 做到跑步机自动停止以达到省电、安全等效果的功能将是对跑步机智能性的一个很大的提 升。人速跟踪功能也是智能性跑步机的一项内容之一，能根据健身者的跑步速度来作为参 考，调节跑步机的速度。市场上的低端跑步机，人体碰撞、挤压以及运动时的超载问题时常 发生，给健身者带来了健身的安全隐患，因此跑步机的安全性设计考虑也是高端跑步机要 考虑的重要内容之一，保护消费者健身者的人身安全至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种可人体感知的跑步机，该跑步机不仅可实现人体感知， 还能进行相应的低速启动、防跌摔、跟踪人速等控制。 为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是在该可人体感知的跑步机中，跑步 机的控制器连接有超声波收发装置，所述超声波收发装置包括超声波传感器、超声波信号 处理电路和超声波驱动电路，所述超声波传感器包括超声波发射感应器和接收感应器，所 述超声波传感器固定安装于跑步机的控制台前端或跑步机架体的横栏上，所述超声波信号 处理电路包括依次电连接在一起的放大电路、整形电路和滤波电路，所述超声波信号处理 电路的放大电路与超声波传感器的接收感应器连接，超声波传感器的发射感应器与超声波 驱动电路连接，超声波驱动电路与跑步机的控制器连接。 进一步地，本发明所述超声波收发装置有两组，该两组超声波收发装置的超声波
传感器分别固定安装于跑步机的控制台前端的两侧或跑步机架体的横栏的两侧。 进一步地，本发明所述跑步机的驱动电机为三相异步电机，所述三相异步电机连
接有变频器，该变频器与跑步机的控制器连接。 进一步地，本发明所述跑步机的控制器与超声波驱动电路之间还连接有超声波测 距微处理器。
3
与现有技术相比，本发明的有益效果是通过超声波收发装置实现了跑步机的载人感知功能，结构简单、实用且成本低廉；并在跑步机的原有功能的基础上实现了跑步机的低速启动、智能停速、安全防护(防跌摔)、跟踪人速等一系列相应的智能控制；对人的因素考虑得特别周到；超声波测距微处理器可更有效地更有效地保证超声波收发信号工作的独立性、连续性和准确性，获得更准确的人机距离，更好地实现低速启动、防跌摔、跟踪人速等安全性控制。
图1是本发明的外观示意图； 图2是本发明一种实施方式的部分结构示意框 图3是本发明一种实施方式的超声波发射接收原理图。 图中，l.跑步机；11.跑步带；12.跑步机架体的横栏；13.控制台；2.跑步机的控制器；3.变频器；4.三相异步电机；5.超声波测距微处理器；6.超声波收发装置；61.超声波传感器；611.超声波发射感应器；612.超声波接收感应器；62.超声波驱动电路；63.超声波信号处理电路；631.放大电路；632.整形电路；633.滤波电路。
具体实施例方式
以下结合图l-3对本发明进行详细的说明。 如图1所示，本发明的可人体感知的跑步机l，具有跑步带11、跑步机架体及该架体的横栏12、控制台13、跑步机的控制器2、超声波收发装置6。如图3进一步所示，整个超声波收发装置6包括超声波传感器61、超声波信号处理电路63和超声波驱动电路62。超声波传感器61由超声波发射感应器611和超声波接收感应器612组成。在超声波信号处理电路63中，放大电路631、整形电路632和滤波电路633依次电连接在一起。超声波信号处理电路63的放大电路631与超声波传感器61的接收感应器612连接，超声波传感器61的发射感应器611与超声波驱动电路62连接，超声波驱动电路62与跑步机的控制器2相连接。 为更真实地反应人体在跑步机l上的距离，跑步机l中的超声波收发装置6可有左、右两组，每组超声波收发装置6中的超声波驱动电路62各自分别与跑步机1的控制器2相连接。每组的超声波发射感应器611和超声波接收感应器612固安安装于如图1所示的跑步机的控制台13上或跑步机架体的横栏12上，具体位于控制台13的前端的两侧或跑步机架体的横栏12的两侧，使超声波传感器61大致处于人体腰部的高度，这样可以准确地测量人体与跑步机的控制台13之间的距离。由于超声波收发装置6在控制台13的前端的两侧或跑步机架体的横栏12的两侧各有一组，相比于只有一组超声波收发装置6，可以减小人体与控制台13的间距测量的误差。如果只有一组超声波收发装置6，超声波传感器61一般安装在跑步机的控制台13前端的中间位置或跑步机架体的横栏12的中间位置。
如图1所示，跑步机驱动电机的控制方案如果采用变频调速控制，相应地跑步机的驱动电机采用三相异步交流电机，该三相异步电机4连接在跑步机专用变频器3上，该变频器3与跑步机的控制器2连接。 如图3所示，可在跑步机的控制器2与超声波驱动电路62之间连接有超声波测距
4微处理器5，控制器2与超声波测距微处理器5可通过RS232异步串口通讯方式连接。该超 声波测距微处理器5可更有效地保证超声波收发信号工作的独立性、连续性和准确性，得 到更准确的人机距离，更好地实现本发明跑步机的控制功能。 由超声波测距微处理器5产生的超声波激励信号经过超声波驱动电路62进行缓 冲和放大，后经过超声波发射感应器611，由超声波发射感应器611发射出合理功率大小的 超声波。驱动电路62可以根据实际情况采用不同的驱动放大方式，可以是多路反相器推免 放大，可以是MAX232芯片放大，也可以是设计专门的脉冲变压器放大。由于人在跑步机l上 时距离控制台13较近，一般优选使用多路反相器推免放大。超声波发射感应器611、超声波 接收感应器612负责发射出超声波和感应反射回来的超声波。超声波信号处理电路63对 超声波接收感应器612接收到的信号进行放大、整形和滤波处理，方便控制器准确得到超 声波的渡越时间，进而得到准确距离。放大电路631采用型号为LM358的运算放大器芯片； 整形电路632采用型号为LM393比较器芯片；滤波电路633采用型号为LM567锁相环芯片， 滤掉其他频段的噪声。超声波测距微处理器5在激励波发射的同时打开计数器。超声波测 距微处理器5 —旦接收到反射回来的超声波信号即停止计数，得到超声波的渡越时间t，根 据公式d = C*t/2即可得到距离值，其中，C代表超声波在空气中的传播速度。通过串口传 给跑步机的控制器2，由控制器2根据二组超声波收发装置测得的距离值进行算法换算，得 到一个准确的人机距离。 本发明的跑步机1启动后，跑步带11最初处于静止状态，此时健身者踏上跑步机 的跑步带11上，由超声波测距微处理器5定时产生激励信号，内嵌于控制台13前端或跑步 机架体栏12中的超声波发射感应器611 、接收感应器612开始工作，超声波微处理器5分别 读出左、右超声波测距模块测量出的数据并传递给跑步机的控制器2，控制器2获得人体垂 直方向与控制台13的前端之间的距离。跑步机1的控制器2可根据距离值给跑步机专用 变频器3下达控制命令，让跑步机1低速启动起来。同理，健身结束或健身过程中健身者走 下跑步带11，跑步机1的速度可以自动的停止下来，让跑步机1具有低速启动或无人停速的 智能控制。健身者也可以在健身跑步过程中在人机交互界面控制面板上选择人速智能跟踪 健身方式，控制器2可根据前述方法准确测量出人体在跑步带11上的具体位置。控制器2 根据人的位置判断和控制如果人的位置靠近跑步带11的中间至末端，则跑步机电机三相 异步4减速；如果人的位置靠近跑步带11的中间位置至始端，为避免健身者撞向控制台，跑 步机三相异步电机4需要加速。由此，实现跑步机跟踪健身者的速度以达到智能跟踪的效 果。无论健身者跑步速度的快慢，健身者始终都会在跑步带11上的中间附近位置而无需当 心会掉出跑步带11或撞向控制台13。 在健身者跑步过程中，跑步机1的控制器2通过人体与控制台13的距离来判断人 是否有掉出跑步带ll或撞向控制台13的危险。如果有，控制器2则进行短暂减速或短暂 的加速控制，保证健身无跌摔或撞向控制台的可能，从而实现安全监控的功能，避免跌摔。
前述的跑步机调速原理也可以同时应用到跑步机升降上，以达到更好的使用效 果。
权利要求
一种可人体感知的跑步机，其特征是跑步机的控制器连接有超声波收发装置(6)，所述超声波收发装置(6)包括超声波传感器(61)、超声波信号处理电路(63)和超声波驱动电路(62)，所述超声波传感器(61)包括超声波发射感应器(611)和接收感应器(612)，所述超声波传感器(61)固定安装于跑步机的控制台(13)前端或跑步机架体的横栏(12)上，所述超声波信号处理电路(63)包括依次电连接在一起的放大电路(631)、整形电路(632)和滤波电路(633)，所述超声波信号处理电路(63)的放大电路(631)与超声波传感器(61)的接收感应器(612)连接，超声波传感器(61)的发射感应器(611)与超声波驱动电路(62)连接，超声波驱动电路(62)与跑步机的控制器(2)连接。
2. 根据权利要求1所述的一种可人体感知的跑步机，其特征是所述超声波收发装置 (6)有两组，该两组超声波收发装置(6)的超声波传感器(61)分别固定安装于跑步机的控 制台(13)前端的两侧或跑步机架体的横栏(12)的两侧。
3. 根据权利要求1所述的一种可人体感知的跑步机，其特征是所述跑步机的驱动电 机(4)为三相异步电机，所述三相异步电机(4)连接有变频器(3)，该变频器(3)与跑步机 的控制器(2)连接。
4. 根据权利要求1所述的一种可人体感知的跑步机，其特征是所述跑步机的控制器 (2)与超声波驱动电路(62)之间还连接有超声波测距微处理器(5)。
全文摘要
本发明公开了一种可人体感知的跑步机，其中，跑步机的控制器连接有超声波收发装置，超声波收发装置包括超声波传感器、超声波信号处理电路和超声波驱动电路，超声波传感器包括超声波发射感应器和接收感应器，超声波传感器固定安装于跑步机的控制台前端或跑步机架体的横栏上，超声波信号处理电路包括依次电连接在一起的放大电路、整形电路和滤波电路，超声波信号处理电路的放大电路与超声波传感器的接收感应器连接，超声波传感器的发射感应器与超声波驱动电路连接，超声波驱动电路与跑步机的控制器连接。本发明实现了跑步机的载人感知功能，结构简单、实用且成本低廉；并可实现跑步机的低速启动、智能停速、防跌摔、跟踪人速等智能控制。
文档编号A63B22/00GK101757775SQ20101003968
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者崔壮平, 曹新星, 朱世强 申请人:浙江大学