智能跑步的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种跑步机及其控制方法，包括底架及与其相连的电机和电机轴的，电机轴带动皮带轮旋转，皮带轮通过皮带旋转连接有跑轴，底架上固定有多个转动管，转动管上设有跑步带，该跑轴带动转动管转动时，跑步带和转动管同步运动，在所述电机轴上设置有控制速度变化的电磁控速器和传递扭力的恒力扭力控制器。其控制方法包括初始工作状态，然后健身者给跑步机设定健身模式；选择智能模式，判断是否进行跑步健身，测量感应器到脚尖的距离和健身者落脚时脚到感应器的距离，以及抬脚和落脚两个信号之间的时间；根据运算方法进行运算，确定跑步带的速度。健身者运用跑步机跑步健身时更接近了真实的户外跑步，使健身变得更轻松，更具用娱乐性。
【专利说明】智能跑步机
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种健身器材，尤其是用于跑步的跑步机。
【背景技术】
[0002]随着人们忙碌的生活，健身已成为人们生活的一部分，而电跑比其它常见的有氧运动器材，诸如:健身车、划船器、登山机等，每小时多消耗40%的热量，因而在如今电跑步时代，跑步机已成为人们健身不可缺少的运动器材，得到了人们的认可与喜爱。然而跑步机经过了四代的更新仍不能用人体运动速度来控制跑步机的速度，人们只能通过调节跑步机的速度来得到人体跑步的速度。因而造成了跑步机安全性降低，跑步的真实感降低。在健身者利用跑步机跑步时，跑步机的跑步带对人脚造成向后的冲击力(即跑步带的惯性)，同时，运动者抬脚时减小了脚与跑步带的摩擦，从而降低了跑步的安全性与跑步的真实感。尤其是跑步机速度达到10迈后和在用跑步机爬坡运动时，安全性与跑步机的真实感更为不足。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种跑步机，通过人体的运动速度来控制跑步机的速度，从而使健身者运用跑步机跑步健身时更接近了真实的户外跑止/J/ ο
[0004]减少跑步机上的跑步带对人体的冲击力，同时并不增加人体的蹬伸动作，也不会减少人体的能量消耗，且提高现有跑步机的安全性。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的:一种智能跑步机，其包括:底架及与其相连的电机和电机轴的，电机轴带动皮带轮旋转，皮带轮通过皮带旋转连接有跑轴，底架上固定有多个转动管，转动管上设有跑步带，该跑轴带动转动管转动时，跑步带和转动管同步运动，其特征在于，在所述电机轴上设置有控制速度变化的电磁控速器。
[0006]进一步，在所述电机轴还设置有传递扭力的恒力扭力控制器。
[0007]进一步，所述的恒力扭力控制器包括相对设置并且依次连接为一体的摩擦片、圆形磁铁以及连接件。
[0008]进一步，所述的跑轴包括中心轴、轴管和缓冲位移轴承，缓冲位移轴承套在中心轴上带动轴管转动。
[0009]进一步，缓冲位移轴承为轴承外圆和内圆设有向外的凸起，外圆凸起的内壁和内圆凸起的外壁对应且成对垂直设有挡件，各挡件之间按照圆周方向通过弹簧或卡接在轴承该外圆和内圆缓冲体弹性连接。
[0010]进一步，所述的转动管与水平方向成5度夹角。
[0011 ] 进一步，其还包括检测控制系统，包括有微控制单元，该微控制单元连接有健身模式设定单元、红外线对射检测检测电机转速单元、红外对射检测皮带轮转速单元、其特征在于，其还包括电磁控速器电压或电流控制单元、调控电机电压电流控制单元以及红外传感器；红外传感器将检测的距离和速度数据发送到微控制单元，微控制单元根据该数据相应调整电磁控速器和电机的电流、电压。
[0012]本实用新型达到的技术效果如下:
[0013]1、本实用新型智能跑步机改变了传统跑步机的工作模式，有以往的健身者随着跑步机运动的速度进行健身改为由人体的运动来控制跑步机的速度，从而使健身者运用跑步机跑步健身时更接近了真实的户外跑步，使健身变得更轻松，更具用娱乐性，不在考虑跑步机速度，从而增强了跑步的真实感，提高了跑步的安全性。
[0014]2、本实用新型智能跑步机大大减小了跑步机上的跑步带对人脚向后的冲击力，同时增大了健身者跑步时脚与跑步带的摩擦力，而增加摩擦力并没有增加人体的蹬伸动作，同时不会减少人体的能量消耗，而是在增加了健身者抬脚时脚与跑步带的摩擦力，原因是再利用跑步机跑步时人脚的速度大于跑步带的速度，从而使用跑步机跑步更具有跑步的真实感，提高了跑步机的安全性，尤其是健身者跑步高于10迈或利用跑步机进行爬坡锻炼时，更能体现到智能跑步机的优越性、安全性和跑步的真实感。
[0015]3、本实用新型智能跑步机具有现有跑步机的控制系统，因而使智能跑步机具有智能和传统两种跑步模式。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型所提供的缓冲位移轴承结构图；
[0017]图2是本实用新型所提供的缓冲位移轴承结构分解图；
[0018]图3是本实用新型所提供的恒力扭力控制器结构图；
[0019]图4是本实用新型所提供的恒力扭力控制器结构分解图；
[0020]图5是本实用新型所提供的智能跑步机微控制单元方框图；
[0021]图6是本实用新型所提供的智能跑步机实施例1，实施例2的工作流程图；
[0022]图7是本实用新型所提供的智能跑步机实施例3的工作流程图；
[0023]图8是本实用新型所提供的智能跑步机实施例1的结构图；
[0024]图9是本实用新型所提供的智能跑步机实施例2的结构图；
[0025]图10是本实用新型所提供的智能跑步机实施例3的结构图。
【具体实施方式】
[0026]本实用新型上述技术方案工作原理说明如下:
[0027]当微控制单元与电源接通时，微控制单元会通过A/D转换电路得到感应器测得的脚尖到感应器的距离，下面(以先迈左脚为例进行说明，设定跑步前测得的左脚脚尖到感应器的距离为Si，左脚落脚时，左脚到感应器的距离为s2，感应器两次感应脚信号的时间为?\，从而得到左脚的平均速度'MS1-S^/Tl，即左脚落脚同时微控制单元发送信号给电机，电机带动跑步带，使跑步带运动的速度为 '，因为有两个感应器，一个感应左脚，一个感应右脚，同样我们得到下一步右脚的平均速度V2’，由于健身者有可能不是匀速运动，从而右脚落脚的同时微控制单元发送给电机，电机带动跑步带，跑步带的速度W + D,以此类推健身者每次落脚的同时，微控制单元发送信号给电机，电机带动跑步带，使跑步带的速度ve=vB+(vB-vA)，vA为vB的前一步跑步时脚运动的平均速度，vB为\的后一步跑步时脚的平均速度，当健身者迈第一步跑步时，设定νΑ=0，当感应器第Μ次落脚时测得的距离SM〈Sa时，速度V。设定为Ve+VD，当第N次抬脚前测得的距离SN>Sb时，速度V。设定为Ve-VD，其中Sa为设定的落脚时脚到感应器的距离，Sb为设定的抬脚前脚到感应器的距离，VD—般设定为常数0.2千米/小时，此处设定Sa、Sb、VD保证健身者在跑步带上以任意速度进行跑步时人不会落下跑步带，当人体速度超过22迈时，跑步机会提示健身者跑步减速。
[0028]而缓冲位移轴承起到缓冲作用，因为缓冲位移轴承内部有弹簧(拉力簧和压力簧)或是有缓冲体，从而缓冲位移轴承可以进行适量的缓冲后再带动所连接的部件，从而使健身者的脚与跑步带接触时对人脚起到缓冲作用，而当健身者脚抬起时，由于人脚运动的速度大于跑步带的速度，从而使缓冲位移轴承提前变形，以达到增加摩擦力的作用。
[0029]电磁控速器原理是通过控制电磁刹电流或电压，起到控制电磁刹作用力大小的一种装置，从而来控制轴的扭力，使轴的转速得到控制。
[0030]恒力扭力控制器原理是通过磁铁的异性相吸的原理使两个磁铁以恒力相吸，因为圆形磁铁接触面上有摩擦片。从而使两个圆形磁铁转动时可进行扭力传递。在连接件的作用下，可使恒力扭力控制器处于长期打滑过程中，即可长期处于过载中而传递基本恒定的扭力。此恒力扭力控制器的作用是，当电机一直处于转动时，我们通过电磁控速器来控制轴的速度，从而使轴的速度瞬间达到所需的转速，因为除伺服电机、变频电机等普通电机无法瞬间达到所需转速，为降低成本和节能，从而用此方法来调节轴的转速。
[0031]当智能跑步机采用普通电机时，由于普通电机不能达到健身者的需求(即电机不能瞬间达到所需转速)，此时需要电机先连接恒力扭力控制器，然后恒力扭力控制器连接轴，轴连接有电磁控速器，当健身者健身时，电机一直处于匀速转动中，电机带动恒力扭力控制器，恒力扭力控制器带动轴转动，同步转动电磁控速器，此时控制轴的转速，使轴转速处于静止或健身者所需的转速中，从而使轴可在极短的时间内达到人体运动所需的转速。
[0032]下面结合附图具体说明书本实用新型的智能跑步机:
[0033]本实用新型公开了一种智能跑步机，包括底架50、电机30、电机轴40，电机轴40的一端连接电机，另一端连接皮带轮42，皮带轮42上连接有跑轴60，底架50上固定有多个转动管64，转动管64上设有跑步带，该跑轴60带动转动管64转动连接，在电机轴40上设置有控制速度变化的电磁控速器40和传递扭力的恒力扭力控制器20。
[0034]如图1、图2所示，为本实用新型的缓冲位移轴承10，缓冲位移轴承10为轴承外圆14和内圆15设有向外凸起，外圆凸起的内壁和内圆凸起的外壁对应且成对垂直设有挡件13，挡件13均穿设在缓冲体18上，缓冲体卡接在轴承外圆和内圆之间。外圆14上的挡件13与内圆15上的挡件13之间通过拉力弹簧和压力弹簧16、17连接缓冲跑步时的冲击力，或者，外圆14上的挡件13与内圆15上的挡件13之间穿设有缓冲体18，缓冲体18卡接在外圆14和内圆15之间，缓冲体18本身具有缓冲作用。
[0035]如图3、图4所示，为本实用新型中恒力扭力控制器20，包括相对依次设置的摩擦片24、圆形磁铁23及连接件21，连接杆22为一端设有螺纹的杆件，将连接件21、圆形磁铁23、及摩擦片24穿设在其上并通过螺钉25固定连接。
[0036]如图5为智能跑步机微控制单元方框图，智能跑步机系统包括检测控制系统，包括微处理单元80，电机控制板电流检测单元、电压检测单元、电机温度检测单元以及电机电流检测单元，上述单元将通过A/D转换后的信息传送给微处理单元80，也可以将信息传递给故障保护单元91，进行故障的检测。微控制单元80，微控制单元80连接通过键盘接口电路输入和显示单元的I/o接口 92，连接上位机的通信接口 93以及其它外设94，比如usb等接口。另外，微控制单元80分别连接有根据自身喜好选择的健身模式设定单元88，以及检测转速的红外对射检测电机转速82和红外对射检测皮带轮转速81，微控制单元8还连接有PWM生成，以及通过驱动电路和电磁控速器电压或电流控制单元连接有电磁控速器41，还通过驱动电路和调控电机电压电流控制单元连接电机30。另外，微控制单元80通过多组红外发射电路1、2、3、4接通红外感应器70，用于反馈测量的数据。
[0037]如图6所示详细说明实现智能跑步机的控制方法，实施例的工作流程，当人站在跑步机1上进行跑步时，启动电源给跑步机供电(步骤100),微控制单元80给跑步机1的内部电路预置初始值(步骤110)，即设定初始工作状态，然后健身者给跑步机设定一个健身模式(步骤120)，如健身者选择现有跑步机健身模式(步骤130)，因是已知产品，故在此不再详解，当健身者选择智能跑步健身模式(步骤140)，微控制单元80则发出信号启动电机30与电磁控速器41 (步骤150),此时电机30 —直处于转动中，在电磁控速器41和恒力扭力控制器20的作用下，电机不带动跑步机的跑步带。
[0038]启动电机30与电磁控速器41后，对电机30与电磁控速器41进行故障检测(步骤160)，当存在故障时，微控制单元80进行故障保护(步骤170)，信息显示器把该信息显示给使用者(步骤180)，故障检测与故障保护均是已知步骤，故在此不再详解。
[0039]确定不存在故障时，则微控制单元80检查感应器70是否连接(步骤190)，如果确定感应器70已连接，微控制单元80就检查是否可进行跑步健身(即可进行跑步)。
[0040]如果确定感应器70没有连接，微控制单元80就给信息显示器发送一个显示感应器70未正常运行的信息信号(步骤200)，信息显示器把该信息显示给使用者(步骤210)，在该信息被显示后，微控制单元80提示健身者能否进行跑步健身(步骤220)。
[0041]如果确定不能进行跑步健身，微控制单元80再次检查是否能进行跑步健身，如果确定了感应器连接可进行跑步，则感应器70就测量感应器70到脚尖的距离和健身者落脚时脚到感应器的距离，以及抬脚和落脚两个信号之间的时间(步骤230)。
[0042]当微控制单元80接收到来自感应器70测得的距离和时间信号时，微控制单元80根据下列运算方法进行运算，以先迈左脚对运算方法进行说明，从而电机30带动跑步带，确定跑步带的速度(步骤240)。
[0043]确定了跑步带的速度，通过对电磁控速器41电流或电压的调节来控制已确定的跑步带的速度(步骤250)，健身者正常健身(步骤260)，当健身者需要改变健身模式时，则健身者重新选择健身模式(步骤270)。
[0044]如图7所示，详细说明智能跑步机实施例3工作流程，当人站在跑步机上要进行跑步时，启动电源给跑步机供电(步骤400 )，微控制单元80给跑步机1的内部电路预置初始值(步骤410)，即设定初始工作状态，然后健身者给跑步机设定一个健身模式(步骤420)，如健身者选择现有跑步机健身模式(步骤430)，因是已知产品，故在此不再详解，当健身者选择智能跑步健身模式(步骤440)，微控制单元80检查感应器70是否连接(步骤450)。
[0045]在检查感应器70是否连接后，如果确定已连接，微控制单元提示健身者能否进行跑步健身(即可进行跑步健身)。
[0046]如果确定感应器70没有连接，则微控制单元80就给信息显示器发送一个显示感应器70未正常运行的信息信号(步骤460)，信息显示器把该信息显示给使用者(步骤470)，在该信息被显示后，微控制单元80提示健身者能否进行跑步健身(步骤480)。
[0047]如果确定不能进行跑步健身，微控制单元80再次检查能否进行跑步健身，如果确定了感应器70连接，可进行跑步健身，感应器70就测量感应器70到脚尖的距离和健身者落脚时脚到感应器70的距离，以及抬脚和落脚两信号之间的时间(步骤490)。
[0048]当接收到感应器70测得的距离、时间信号时，微控制单元70根据运算方法运算，以先迈左脚为例进行说明，从而电机30带动跑步带，确定跑步带的速度(步骤500)。
[0049]当确定了跑步带的速度后，微控制单元80发信号给电机30和电磁控速器41，启动电机30与电磁控速器41 (步骤510)。
[0050]当启动电机30和电磁控速器41后，微控制单元80进行故障检测(步骤520)看是否存在故障，如存在故障微控制单元80发出信号进行故障保护(步骤530)，信息显示器把该信息显示给使用者(步骤540)因步骤520步骤530、步骤540都是已知，因此不再详解。
[0051]如果微控制单元80已确定电机30与电磁控速器41不存在故障，则微控制单元80发信号给电机30和电磁控速器41，有电机30和电磁控速器41共同控制已确定的跑步带速度(步骤550)。健身者在跑步带上进行正常健身(步骤560)，当健身者需要改变健身模式，则健身者重新选择健身模式(步骤570)。
[0052]如图8所示为本实用新型智能跑步机1的第一实施，包括电机30。电机30与恒力扭力控制器20连接，恒力扭力控制器20与电机轴40连接，轴上安装有可调电磁控速器41，(因电磁控速器与电磁刹内部结构与原理相同，故在此不再详解)，电机轴40的一端连有皮带轮42，电机30可调节电磁控速器41与跑步机底架50固定连接，电机轴40与固定件43为转动连接，固定件43与跑步底架50固定连接，跑步机底架50前部转动连接有跑轴60，跑轴60上有中心轴、以及轴管和缓冲位移轴承10组成。
[0053]轴管两端分别安装有缓冲位移轴承10，缓冲位移轴承10与中心轴、轴管为固定连接，在跑轴60的一端连接有皮带轮63，皮带轮63固定连接在跑轴60的中心轴上，三角带66连接皮带轮42与皮带轮63。跑步机底架50中间有多个转动管64，转动管64是有铁管和铁管两端的轴承组成。转动管64与跑步底架50转动连接，跑步底架50后端有跑轴65。
[0054]跑步机底架50与水平面成5度角，因此，当安装好转动管64后，即转动管64与水平成5度角，跑步机底架50前端有四个红外感应器70，红外感应器70用于感应双脚抬落的四个信号。左右两边各有两个，一高一低的红外感应器70，低处的红外感应器70感应抬脚时脚尖到红外感应器70的距离，高的红外感应器70感应落脚时脚尖到红外感应器70距离，两边的红外感应器从跑步带的中间分成左右两个感应区。
[0055]结合图5、图6【具体实施方式】，如图8所示，当智能跑步机1接通电源后，电机30处于恒定转速中，健身者站上跑步带，此时红外感应器70感应脚尖到红外感应器的距离，健身者跑步时，微处理单元通过计算并发启动指令给电磁控速器41，从而控制电机轴40的转速。电机30与恒力扭力控制器20结合带动跑步带并控制跑步带的速度，而电机并不带动人体。因为此时人体在转动管64作用下是无法站立的，原因是转动管64与跑步机底架50为转动连接，并且多个转动管64排列后与水平成5度角，人体重力的分力使得人体自动下滑。
[0056]如图9所示，为本实用新型智能跑步机1的第二实施例与第一实施例不同在于恒力扭力控制器20的传递的扭力增大，并大于人体站在跑步带时带动人体运动时的扭力，并且省略转动管64，跑步机底架50与水平面平行。
[0057]结合图5、图6，第二实施实际工作原理与第一实施实际工作原理相同。
[0058]如图10所示，为本智能跑步机1的第三实施例，与第二实施不同在于，省略了恒力扭力控制器20，电机30改为伺服电机，即瞬间提速电机。
[0059]结合图5、图7所示,具体第三实施例【具体实施方式】,如图7所示与智能跑步机1接通电源后，健身者站上跑步带，此时红外感应器70感应脚尖到红外感应器70的距离，健身者跑步时主控芯片通过计算会发指令给电机30和电磁控速器41，使跑步机按人体的运动速度进行带动人体在跑步带上进行跑步锻炼。当健身者落脚时，跑步带对脚向后的冲击力有缓冲位移轴承10进行缓解冲击力，当人脚抬起时，由于人脚运动速度大于跑步带的速度，从而使缓冲位移轴承10提前变形，以达到增加摩擦力的作用，但并不会给健身者增加蹬伸动作，更有利于健身，提高安全性。
[0060]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种智能跑步机，其特征在于，其包括:底架及与其相连的电机和电机轴的，电机轴带动皮带轮旋转，皮带轮通过皮带旋转连接有跑轴，底架上固定有多个转动管，转动管上设有跑步带，该跑轴带动转动管转动时，跑步带和转动管同步运动，其特征在于，在所述电机轴上设置有控制速度变化的电磁控速器。
2.如权利要求1所述的智能跑步机，其特征在于，在所述电机轴还设置有传递扭力的恒力扭力控制器。
3.如权利要求1所述的智能跑步机，其特征在于，所述的恒力扭力控制器包括相对设置并且依次连接为一体的摩擦片、圆形磁铁以及连接件。
4.如权利要求1所述的智能跑步机，其特征在于，所述的跑轴包括中心轴、轴管和缓冲位移轴承，缓冲位移轴承套在中心轴上带动轴管转动。
5.如权利要求4所述的智能跑步机，其特征在于，缓冲位移轴承为轴承外圆和内圆设有向外的凸起，外圆凸起的内壁和内圆凸起的外壁对应且成对垂直设有挡件，各挡件之间按照圆周方向通过弹簧或卡接在轴承该外圆和内圆缓冲体弹性连接。
6.如权利要求4所述的智能跑步机，其特征在于，所述的转动管与水平方向成5度夹角。
【文档编号】A63B24/00GK204106943SQ201420624435
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】陈书辉, 张建军, 黄日球 申请人:陈书辉