一种智能跑步机的制作方法

本发明涉及一种智能跑步机，具体涉及一种智能跑步机。

背景技术：

电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，它通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动跑步机上走跑的人感到十分轻松自如，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、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等。但是目前跑步机较为常用的功能是通过预设转速而后进行长时间的跑步运动，而在长时间无人看护的情况下，使用者往往会出现力竭、导致步伐无力，混乱的情况，所以就容易出现安全隐患，而此时使用者自身往往难以发现，无论电机转速快于步伐节奏或慢于步伐节奏，都容易使步踏混乱，导致最后出现绊倒等现象，难以达到安全跑步的效果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种智能跑步机。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种智能跑步机，包括控制端、电机以及履带，所述控制端用于控制所述电机工作以带动所述履带运动，所述控制端包括

转速控制模块，用于控制所述电机的转速；

踏频采集模块，所述踏频采集模块用于采集使用者踩踏所述履带的踩踏频率f；

步长采集模块，所述步长采集模块用于采集使用者踩踏所述履带时的步长d；

处理端，连接所述转速控制模块以及踏频采集模块并配置有转速控制算法，所述转速控制算法获取一调节量vo以调节所述电机的转速；所述转速控制算法包括

根据预设的时间间隔为参数，获取当前的踩踏频率fr；

vo=a*b*(fx-|fx-fr|)*（（d1+…dn）/t-vr）；

其中vr表示当前电机的转速，a表示转速参数，b表示比例参数，t表示预设的时间，d1-dn表示在预设的时间内用户第一步至第n步的步长，fx表示当前转速下对应的预设频率；

所述调节量vo的大小反映被控电机转速变化的快慢，当所述调节量vo为正时，控制所述电机加速，当所述调节量vo为负时，控制所述电机减速。

首先，通过这样设置，由于踩踏频率表示单位时间用户在履带上踩踏的次数，而步长则可以反馈用户在履带上跑动的速度，一般而言，用户在履带上跑动的速度会等于履带的传输速度，所以转速调节量无限趋近于0，不会出现调节的情况，如果此时步长较小，而小于预设的转速，如果此时步频达到预设的步频，此时说明是步长出现问题，所以调速变化率较大，调速较为明显，如果此时步频没有达到预设的步频，说明此时步频和步长用户可以进一步进行调节，此时的变化率小，调速较为不明显。而如果此时步长较大，大于预设的转速，那么说明用户的迈的步子较大，容易出现踏错位的现象，而此时需要进行加速调节，而加速调节时，如果用户的步频达到预设步频，则加速的变化量较小，而如果用户的步频没有达到预设的步频，那么加速变化量较大，此时可以避免错踏产生的踩伤情况。

进一步地：所述履带下方设置有若干感应单元，当一感应单元受力时输出触发信号；

所述踏频采集模块耦接所述感应单元，接收单位时间内的触发信号数量以计算对应的踩踏频率f；

所述步长采集模块耦接所述感应单元，通过接收触发信号确定两个被踩踏的感应单元，根据两个被踩踏的感应单元的位置计算所述步长d。通过感应单元的设置，可以对踩踏情况进行精细化的监控，保证用户的行为数据都能被及时反映。

进一步地：所述踏频采集模块配置有第一预设数n，每当一新的触发信号生成时，所述踏频采集模块将该触发信号确定为终止触发信号，并将与终止触发信号间隔第一预设数的触发信号确定为起始触发信号，所述踏频采集模块统计所述起始触发信号生成时刻至所述终止触发信号生成时刻的踏频时长t，并根据所述踏频时长求出所述踩踏频率f，所述踩踏频率f=n/t。通过这样设置，可以根据踩踏的次数计算踩踏频率，这样每一步都会重新统计一次踩踏频率，更新速度较快，且较为容易被识别，提高了调节数据的可靠性。

进一步地：所述感应单元呈矩阵分布于同一平面上，每一感应单元配置有序号，序号包括有行值以及列值，所述步长采集模块配置有对中算法，当一新的触发信号生成时，所述步长采集模块筛选出生成触发信号的感应单元，并根据感应单元的位置将感应单元划分为第一感应单元组以及第二感应单元组，分别求出位于第一感应单元组和第二感应单元组中心的感应单元，得到第一感应单元和第二感应单元，并根据第一感应单元和第二感应单元的序号计算步长d，d²=dh²+dl²，纵跨距dh=dh*|h1-h2|，横跨距dl=dl*|l1-l2|；其中dh为感应单元的行间距，其中dl为感应单元的列间距。通过确定两个中心的感应单元分别对应两脚的位置，可以提高检测精度，同时根据序列数就可以直接求得最后的输出大小，较为简单合理。

进一步地：所述处理端配置有纵跨安全阈值，当所述纵跨距超过所述纵跨安全阈值时，所述处理端控制所述转速控制模块控制电机减速。通过纵跨安全阈值的设置，避免因力竭或注意不集中而产生的踏步横向偏移，这样一来会导致整个人体重心失衡，所以通过横向踏步偏移的设置，可以提高使用效果，保证使用者安全。

进一步地：所述处理端配置有横跨安全阈值，当所述横跨距超过所述横跨安全阈值时，所述处理端控制所述转速控制模块控制电机减速。通过横跨安全阈值的设置，避免因力竭或注意不集中而产生的踏步纵向偏移，这样一来会导致整个人体重心失衡，所以通过纵向踏步偏移的设置，可以提高使用效果，保证使用者安全。

进一步地：所述触发信号包括有受力值q，所述控制端还包括踏力采集模块，所述踏力采集模块连接所述感应单元，用于接收所述受力值q，比例参数b与受力值q有以下关系，当所述电机处于减速状态时，b=kb/q;其中kb为预设的常数；当所述电机处于加速状态时，b=kb*q。通过这样设置，检测使用者踩踏力的变化，从而获取更多的判断条件，而进行调节，如果在减速状态时，踩踏力较大，那么减速幅度可以适当减小，反之可以适当增加，使得减速更快，更加安全，同时，如果处于加速状态，踩踏力较小，那么使加速幅度也相应减小，而对应的，使整个变化量也相应减小，保证加速较小，而如果使用时，踩踏力较大，那么提高加速效果，保证使用实用程度。

进一步地：所述的受力值q取值范围在0-2之间。这样的取值范围可以提高准确性，保证安全性。

进一步地：所述转速参数a与当前转速vr有以下关系，当所述电机处于减速状态时，a=ka*(va-vr)，其中ka为预设的常数,va为预设的转速阈值；当所述电机处于加速状态时，a=ka/(va-vr)。通过对当前转速的判断调节转速的变化率，这样一来，当转速较快时，减速变化率大，加速变化率小，更加安全可靠。

本发明技术效果主要体现在以下方面：通过对人体在运动时的数据进行统计，得到最后的踩踏结果，提高使用时的稳定性和可靠性，保证安全性的同时，提高调节效率。

附图说明

图1：本发明系统架构原理图；

图2：本发明跑步机踩踏示意原理图；

图3：本发明感应单元组原理图。

1、控制端；11、转速控制模块；12、踏频采集模块；13、步长采集模块；14、踏力采集模块；15、处理端；2、电机；21、履带；3、感应单元。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

参照图1所示，实施例1为一种智能跑步机，包括控制端、电机以及履带，所述控制端用于控制所述电机工作以带动所述履带运动，所述控制端包括

转速控制模块，用于控制所述电机的转速；转速控制模块在此不做赘述，而通过接收调节量，并根据调节量控制转速，而如果接收到的调节量为1，则控制转速增加1档，如果接受到的调节量为-1，则控制转速减小1档。

踏频采集模块，所述踏频采集模块用于采集使用者踩踏所述履带的踩踏频率f；

步长采集模块，所述步长采集模块用于采集使用者踩踏所述履带时的步长d；

处理端，连接所述转速控制模块以及踏频采集模块并配置有转速控制算法，所述转速控制算法获取一调节量vo以调节所述电机的转速；所述转速控制算法包括

根据预设的时间间隔为参数，获取当前的踩踏频率fr；

vo=a*b*(fx-|fx-fr|)*（（d1+…dn）/t-vr）；

其中vr表示当前电机的转速，a表示转速参数，b表示比例参数，t表示预设的时间，d1-dn表示在预设的时间内用户第一步至第n步的步长，fx表示当前转速下对应的预设频率；

所述调节量vo的大小反映被控电机转速变化的快慢，当所述调节量vo为正时，控制所述电机加速，当所述调节量vo为负时，控制所述电机减速。

以下通过实例对控制的情况进行说明，首先定义时间为t为3秒、当前转速为1米每秒，当前转速对应的频率fx为2次每秒；

而转速参数和比例参数均设置为常量，为了方便理解，此时取1。

1、若此时反馈的踩踏频率为1.6，且3秒内踩踏供5次，那么此时得到4个步长，分别为0.6、0.8、0.6、0.7；则说明总距离为2.7米，而带入公式得vo=a*b*1.6*（-0.1），所以输出结果为减速，而对应的变化比为0.16。

2、若此时反馈的踩踏频率为1.6，且3秒内踩踏供5次，那么此时得到4个步长，分别为0.9、0.8、0.9、1；则说明总距离为3.6米，而带入公式得vo=a*b*1.6*0.2，所以输出结果为加速，而对应的变化比为0.32。

3、若此时反馈的踩踏频率为2.5，且3秒内踩踏供7次，那么此时得到6个步长，分别为0.3、0.4、0.3、0.5、0.5、0.4；则说明总距离为2.4米，而带入公式得，vo=a*b*1.5*（-0.2），所以此时应当为减速，而对应的变化比为0.3。

4、若此时反馈的踩踏频率为2.5，且3秒内踩踏供7次，那么此时得到6个步长，分别为0.7、0.6、0.7、0.6、0.5、0.5；则说明总距离为3.6米，而带入公式得vo=a*b*1.5*0.2，所以输出结果为加速，而对应的变化比为0.3。

参照图2所示，所述履带下方设置有若干感应单元，当一感应单元受力时输出触发信号，感应单元可以设置成阵列的压力传感器或压力应变片等，在此不做局限，而压力传感器在受力时会输出对应的压力检测信号，这个压力检测信号会输出对应的值，而同时根据压力传感器输出的信号的边沿，可以判断踩踏的瞬间；

所述踏频采集模块耦接所述感应单元，接收单位时间内的触发信号数量以计算对应的踩踏频率f；

所述步长采集模块耦接所述感应单元，通过接收触发信号确定两个被踩踏的感应单元，根据两个被踩踏的感应单元的位置计算所述步长d。

所述踏频采集模块配置有第一预设数n，每当一新的触发信号生成时，所述踏频采集模块将该触发信号确定为终止触发信号，并将与终止触发信号间隔第一预设数的触发信号确定为起始触发信号，所述踏频采集模块统计所述起始触发信号生成时刻至所述终止触发信号生成时刻的踏频时长t，并根据所述踏频时长求出所述踩踏频率f，所述踩踏频率f=n/t。一般理解而言，如果需要计算频率，则需要将时间进行确定，而为了保证响应的效率，所以本发明采用计次统计发，如果预设数为1，则表示，上一步至下一步的用时，换算到单位时间的踩踏次数，则为踩踏频率，如果一步用时0.8秒，则说明踩踏频率为1.25。而判断一次踩踏的标准为，在一定时间内（毫秒级）一个范围的感应单元均输出触发信号的上升沿，那么则说明一次踩踏，这样一来就可以准确的判断踩踏的次数，从而进行计算和统计。

参照图2所示，所述感应单元呈矩阵分布于同一平面上，每一感应单元配置有序号，序号包括有行值以及列值，所述步长采集模块配置有对中算法，当一新的触发信号生成时，所述步长采集模块筛选出生成触发信号的感应单元，并根据感应单元的位置将感应单元划分为第一感应单元组以及第二感应单元组，分别求出位于第一感应单元组和第二感应单元组中心的感应单元，得到第一感应单元和第二感应单元，并根据第一感应单元和第二感应单元的序号计算步长d，d²=dh²+dl²，纵跨距dh=dh*|h1-h2|，横跨距dl=dl*|l1-l2|；其中dh为感应单元的行间距，其中dl为感应单元的列间距。如图3所示，如果踩踏瞬间，受力的感应单元由图3虚线范围内的几个，则可以通过感应单元的位置的连续性划分出两个感应单元组，然后根据感应单元组的位置确定最后的两个感应单元，若第一感应单元的序号为（3，10），第二感应单元的序号为（21,4），且若一个感应单元的行间距为0.05米，列间距为0.05米，则可以得到，步长的纵跨距为0.9米，横跨距为0.3米，这样一来就可以得到最后的步长，步长可以由纵跨距单独确定，也可以由横跨距和纵跨距运算获得，在此不做赘述。

所述处理端配置有纵跨安全阈值，当所述纵跨距超过所述纵跨安全阈值时，所述处理端控制所述转速控制模块控制电机减速。如果纵跨安全阈值在0.1-1.2之间则为危险，则控制电机在超过这个阈值时直接减速，保证使用者的安全。

所述处理端配置有横跨安全阈值，当所述横跨距超过所述横跨安全阈值时，所述处理端控制所述转速控制模块控制电机减速。如果横跨距离在0.1-0.5之间则判断为危险，则控制电机在这个横跨距离时直接减速，保证使用者安全。

实施例2为，在实施例1的基础上，如果使用者在跑步时设置了目标速度，那么需要在使用时提醒使用者速度的变化情况，而在调节量输入到转速控制模块时，结合目前速度与目标速度的关系，将转速尽可能的向目标转速靠近，而如果在目前情况下无法达到目标转速，则提醒使用者改变姿势或改变目标转速。

实施例3为，在实施例1的基础上，所述触发信号包括有受力值q，所述控制端还包括踏力采集模块，所述踏力采集模块连接所述感应单元，用于接收所述受力值q，比例参数b与受力值q有以下关系，当所述电机处于减速状态时，b=kb/q;其中kb为预设的常数；当所述电机处于加速状态时，b=kb*q。所述的受力值q取值范围在0-2之间。由于跑步的疲态会显现在踩踏力上，在实施1的基础上，通过判断踩踏力的大小，从而控制调节的速度，而如果出现疲态，则减速时，尽可能的使转速变化更快至停止，而受力值需要结合一下两个数据进行处理得出，一是跑步平均踩踏力fx，二是使用者体重m，而对这两个参数进行运算，最后得到受力值q，则q=(fx-fr)/m*c。c为比例常数，fr为当前踩踏力，也就是说，根据差值求出当前踩踏力的大小，而忽略体重造成的踩踏影响，得到最后的踩踏结果，通过c参数进行处理，得到一个取值范围在0-2的受力值，这样一来，在疲态时会更容易被获知，提高安全性。

实施例4为，在实施例1的基础上，所述转速参数a与当前转速vr有以下关系，当所述电机处于减速状态时，a=ka*(va-vr)，其中ka为预设的常数,va为预设的转速阈值；当所述电机处于加速状态时，a=ka/(va-vr)，同时转速的调节还和当前速度有关，而在减速情况下，当前速度越快，减速变化量越大，保证安全，而在加速情况下，当前速度越快，加速变化量越小，保证安全，提高安全性。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。