跑步机及人体运动速度预判方法与流程

本发明涉及一种能够让跑步带的运动速度跟随人体的运动速度的变化而进行相应变化的跑步机，以及一种人体运动速度预判方法，属于运动器材技术领域。

背景技术：

现有的跑步机由驱动电机带动跑步带转动，人站在跑步带上跑动，手扶机架上的栏杆防止摔倒。使用时，人先启动跑步机，驱动电机按设定转速转动，驱动电机带动跑步带转动，人随跑步带的运行而迈步运动。当跑步带速度快时人的迈步速度也要快，跑步带慢时人也要慢，否则人的脚被跑步带带动，失去重心后，极易出现摔倒的情形。

现有的跑步机，在设定运动速度后只能匀速运动，不会随人的快慢变化，使得人只能去适应跑步机的速度(人随机动)。若人的速度与跑步机的速度不一致，以及造成人的摔倒，把人摔伤；另外，该种跑步机安装了栏杆，造成机体体积大，安放及搬运都不方便。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种能够让跑步带的运动速度跟随人体的运动速度的变化而进行相应变化的跑步机。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种跑步机，包括机架，设于机架的控制器，设于机架且与控制器电性连接的驱动电机，设于机架且被驱动电机带动的跑步带，以及与控制器连接的人体运动姿态采集装置。

上述的跑步机，由于设置有与控制器连接的人体运动姿态采集装置，控制器通过人体运动姿态采集装置采集的数据，预判出人体的移动速度，从而控制驱动电机带动跑步带以相应的速度运行。

本发明提供了三种结构的人体运动姿态采集装置。

第一种结构(仅获取人体腰部的移动速度v腰)：所述人体运动姿态采集装置包括用于获取人体腰部移动速度的第一陀螺仪传感器。通过第一陀螺仪传感器来获人体腰部的移动速度v腰，从而确定人体重心的移动速度v重(跑步时，人体腰部的移动速度v腰与人体重心的移动速度v重相当)，最终经过控制器的预判得出人体的移动速度v人，再通过驱动电机驱动跑步带以相应速度运行。

此种结构下，为了方便人体运动姿态采集装置的使用，所述人体运动姿态采集装置还包括用于穿戴于人体腰部的腰带；此时所述第一陀螺仪传感器设于腰带；

或，还包括用于粘贴于人体腰部的第一粘贴部；此时所述第一陀螺仪传感器设于第一粘贴部。

第二种结构(仅获取人体左脚的移动速度v左和右脚的移动速度v右)：所述人体运动姿态采集装置包括用于获取人体左脚移动速度的第二陀螺仪传感器，以及用于获取人体右脚移动速度的第三陀螺仪传感器。第二陀螺仪传感器获取人体左脚的移动速度v左，第三陀螺仪传感器获取人体右脚的移动速度v右，控制器通过v左和v右判断出人体重心的移动速度v重，最终经过控制器的预判得出人体的移动速度v人，再通过驱动电机驱动跑步带以相应速度运行。计算公式为v人＝v重＝f(v左，v右)。

此种结构下，为了方便人体运动姿态采集装置的使用，所述人体运动姿态采集装置还包括穿戴于人体左脚脚踝处的左脚环，以及穿戴于人体右脚脚踝处的右脚环；所述第二陀螺仪传感器设于左脚环；所述第三陀螺仪传感器设于右脚环。此时，第二陀螺仪传感器位于人体左脚脚踝，第三螺仪传感器位于人体右脚脚踝。

或，还包括穿戴于人体左大腿下端部的左腿环，以及穿戴于人体右大腿下端部的右腿环；所述第二陀螺仪传感器设于左腿环；所述第三陀螺仪传感器设于右腿环。此时，第二陀螺仪传感器位于人体左大腿下端部，紧邻人体左膝盖，第三螺仪传感器位于人体右大腿下端部，紧邻人体右膝盖。

或，还包括用于粘贴于人体左脚的第二粘贴部，以及用于粘贴于人体右脚的第三粘贴部；所述第二陀螺仪传感器设于第二粘贴部；所述第三陀螺仪传感器设于第三粘贴部。使用者根据使用习惯，可以自由选择将第二粘贴部和第三粘贴部粘贴于脚踝处或大腿下端部。

第三种结构(既获取人体腰部的移动速度v腰，又获取人体左脚的移动速度v左和右脚的移动速度v右)：实质上是第一种结构和第二种结构的组合，即所述人体运动姿态采集装置包括用于获取人体腰部移动速度的第一陀螺仪传感器，用于获取人体左脚移动速度的第二陀螺仪传感器，以及用于获取人体右脚移动速度的第三陀螺仪传感器。控制器通过v腰、v左和v右判断出人体重心的移动速度v重，最终经过控制器的预判得出人体的移动速度v人，再通过驱动电机驱动跑步带以相应速度运行。计算公式为v人＝v重＝f(v左，v右，v腰)。

此种结构下，为了方便人体运动姿态采集装置的使用，参照第一种结构和第二结构设置一些穿戴设备或粘贴部。

此外，所述第一陀螺仪传感器、所述第二陀螺仪传感器和所述第三陀螺仪传感器，均包含有陀螺仪传感器本体，电源，与电源电性连接的微控制器，以及与电源和微控制器电性连接的数据传输模块。其中，陀螺仪传感器本体采用常规结构即可；数据传输模块可以是蓝牙无线传输模块，也可以是wifi数据传输模块，还可以是其他无线传输模块。

本发明还提供了一种能够预判人体运动速度的人体运动速度预判方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过如权利要求2或3所述的人体运动姿态采集装置获取人体腰部的移动速度v腰；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝v腰，预判出人体的运动速度v人。

上述的技术方案，通过第一种结构的人体运动姿态采集装置获取了人体腰部的移动速度v腰，由于人体重心的移动速度v重与人体腰部的移动速度v腰基本相当，而人体的移动速度v人又与人体重心的移动速度v重基本相当，从而就能够简单、方便且快速地判断处人体的移动速度。

本发明还提供了另外一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过第二种结构人体运动姿态采集装置获取人体的左脚移动速度v左，以及人体的右脚移动速度v右；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右)，预判出人体的运动速度v人。

上述技术方案，通过第二种结构的人体运动姿态采集装置获取了人体的左脚移动速度v左和人体的右脚移动速度v右；通过对v左和v右按照计算公式进行计算，从而得出人体重心的移动速度v重，进一步的预判出人体的移动速度。

本发明还提供了另外一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过第三种结构的人体运动姿态采集装置获取人体腰部的移动速度v腰，人体的左脚移动速度v左，以及人体的右脚移动速度v右；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右，v腰)，预判出人体的运动速度v人。

上述技术方案，通过第三种结构的人体运动姿态采集装置获取了人体腰部的移动速度v腰、人体的左脚移动速度v左和人体的右脚移动速度v右；通过对v腰、v左和v右按照计算公式进行计算，从而得出人体重心的移动速度v重，进一步的预判出人体的移动速度。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明一种跑步机具体实施例3的结构示意框图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

实施例1

参照图1所示，一种跑步机，包括机架10，设于机架10的控制器(图中未示出)，设于机架10且与控制器电性连接的驱动电机(图中未示出)，设于机架10且被驱动电机带动转动的跑步带20，以及与控制器连接的人体运动姿态采集装置30。

具体的，人体运动姿态采集装置30包括用于获取人体腰部移动速度的第一陀螺仪传感器31。

第一陀螺仪传感器31与控制器无线连接，通过其数据传输模块将获取的人体腰部移动速度传输至控制器。控制器根据计算公式v人＝v重＝v腰，预判出人体的运动速度v人，从而控制驱动电机以相匹配的速度带动跑步带转动。

当然，为了方便本人体运动姿态采集装置30的使用，所述人体运动姿态采集装置30还包括用于穿戴于人体腰部的腰带；所述第一陀螺仪传感器31设于腰带；

在其他实施例中，还可以用第一粘贴部替换腰带，此时第一陀螺仪传感器31设于第一粘贴部。

实施例2

参照图1所示，一种跑步机，包括机架10，设于机架10的控制器(图中未示出)，设于机架10且与控制器电性连接的驱动电机(图中未示出)，设于机架10且被驱动电机带动转动的跑步带20，以及与控制器连接的如实施例2中所述的人体运动姿态采集装置30。

具体的，所述人体运动姿态采集装置30包括用于获取人体左脚移动速度的第二陀螺仪传感器32，以及用于获取人体右脚移动速度的第三陀螺仪传感器33。

第二陀螺仪传感器32和第三陀螺仪传感器33与控制器无线连接，通过各自的数据传输模块将获取的人体左脚移动速度v左和人体右脚移动速度v右传输至控制器，控制器根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右)，预判出人体的运动速度v人，从而控制驱动电机以相匹配的速度带动跑步带转动。

当然，为了方便本人体运动姿态采集装置30的使用，人体运动姿态采集装置30还包括穿戴于人体左脚脚踝处的左脚环，以及穿戴于人体右脚脚踝处的右脚环；所述第二陀螺仪传感器32设于左脚环；所述第三陀螺仪传感器33设于右脚环。

进一步的，在其他实施例中，人体运动姿态采集装置30还包括穿戴于人体左大腿下端部的左腿环，以及穿戴于人体右大腿下端部的右腿环；所述第二陀螺仪传感器32设于左腿环；所述第三陀螺仪传感器33设于右腿环。

进一步的，在其他实施例中，人体运动姿态采集装置30还包括用于粘贴于人体左脚的第二粘贴部，以及用于粘贴于人体右脚的第三粘贴部；所述第二陀螺仪传感器设于第二粘贴部；所述第三陀螺仪传感器设于第三粘贴部。

实施例3

参照图1所示，一种跑步机，包括机架10，设于机架10的控制器(图中未示出)，设于机架10且与控制器电性连接的驱动电机(图中未示出)，设于机架10且被驱动电机带动转动的跑步带20，以及与控制器连接的如实施例3中所述的人体运动姿态采集装置30。

具体的，人体运动姿态采集装置30包括用于获取人体腰部移动速度的第一陀螺仪传感器31，用于获取人体左脚移动速度的第二陀螺仪传感器32，以及用于获取人体右脚移动速度的第三陀螺仪传感器33。

第一陀螺仪传感器31、第二陀螺仪传感器32和第三陀螺仪传感器33与控制器无线连接，通过各自的数据传输模块将获取的人体腰部移动速度v腰、人体左脚移动速度v左和人体右脚移动速度v右传输至控制器，控制器根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右，v腰)，预判出人体的运动速度v人，从而控制驱动电机以相匹配的速度带动跑步带转动。

与实施例1和实施例2相比，本实施例中的人体运动姿态采集装置30采集的数据更全面，从而使得控制器能够更加精确地判断出人体的移动速度v人。

当然，为了方便本人体运动姿态采集装置30的使用，人体运动姿态采集装置30也可以参照实施例1和实施例2，设置一些方便穿戴或粘贴的结构。

实施例4

一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过实施例1中的人体运动姿态采集装置30获取人体腰部的移动速度v腰；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝v腰，预判出人体的运动速度v人。

人体运动姿态采集装置30在获取人体腰部的移动速度v腰时，通过第一陀螺仪传感器31直接获取人体腰部的移动速度v腰。

由于人体重心的移动速度v重与人体腰部的移动速度v腰基本相当，而人体的移动速度v人又与人体重心的移动速度v重基本相当；本方法中，通过实施例1中的人体运动姿态采集装置获取了人体腰部的移动速度v腰，从而就能够简单、方便且快速地判断处人体的移动速度v人。

实施例5

一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过实施例2中的人体运动姿态采集装置获取人体的左脚移动速度v左，以及人体的右脚移动速度v右；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右)，预判出人体的运动速度v人。

人体运动姿态采集装置30直接通过第二陀螺仪传感器32获得v左，直接通过第三陀螺仪传感器33获得v右。

在获得v左和v右后，再根据v重＝f(v左，v右)获得v重，从而最终预判出v人。

计算中，v重＝η(δ1v左+δ2v右)，其中η为修正子函数，且η、δ1和δ2均与人体的身体特征有关。

比如，当正常身体状态时，η＝1/2，δ1＝δ2＝1，此时v重为v左和v右的平均值。

实施例6

一种人体运动速度预判方法，包括如下步骤：

采集步骤，通过实施例3中的人体运动姿态采集装置获取人体腰部的移动速度v腰，人体的左脚移动速度v左，以及人体的右脚移动速度v右；

分析步骤，根据计算公式v人＝v重＝f(v左，v右，v腰)，预判出人体的运动速度v人。

人体运动姿态采集装置30通过第一陀螺仪传感器31直接获得v腰，通过第二陀螺仪传感器32直接获得v左，通过第三陀螺仪传感器33直接获得v右。

在获得v腰、v左和v右后，再根据v重＝f(v左，v右，v腰)获得v重，从而最终预判出v人。

计算中，v重＝η(δ1v左+δ2v右+δ3v腰)，其中η为修正子函数，且η、δ1、δ2和δ3均与人体的身体特征有关。

比如，当正常身体状态时，η＝1/2，δ1＝δ2＝1/2，δ3＝1；此时，v重为通过v左和v右计算出的人体重心移动速度和通过v腰计算出的人体重心移动速度的平均值。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。