一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法，该计算方法以具有跑步机控制器、电机和跑步带的跑步机为基础，跑步机控制器通过电流控制电机工作，电机带动跑步带运转，跑步带供使用者踩踏运动，其包括以下步骤：使用者通过踩踏跑步带使控制电机工作的电流产生规律性脉动；跑步机控制器对规律性脉动的电流进行检测，并判断使用者是否已在跑步带上运动，如果使用者已在跑步带上运动，则跑步机控制器根据检测到的电流脉动值对使用者的运动步数进行计算，否则，在电机空转或停转情况下，跑步机控制器不记录里程；跑步机控制器根据计算得到的使用者的运动步数，结合跑步机电机的转速，对使用者的有效跑步里程进行计算，并将计算得到的有效跑步里程进行显示。
【专利说明】
一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法
技术领域
[0001] 本发明属于跑步机上跑步里程计算技术领域，具体涉及一种使用者在跑步机上跑 步里程的计算方法。
【背景技术】
[0002] 目前，市场上大部分跑步机在计算使用者的跑步里程时都是根据跑步机的电机转 速和时间取得的。由于跑步机的空转里程同样会计算进使用者的跑步里程里，因此现有的 跑步机无法准确计算出使用者实际的跑步里程，进而现有的跑步机只能计算出使用者的跑 步速度，而不能准确得到使用者的跑步步数。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种使用者在跑步机上跑步里 程的计算方法，使用该方法能够避免将跑步机的空转里程计入使用者的跑步里程里，从而 能够更加准确地计算出使用者在跑步机上的跑步里程。
[0004] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种使用者在跑步机上跑步里程的 计算方法，以具有跑步机控制器、电机和跑步带的跑步机为基础，所述跑步机控制器通过电 流控制所述电机工作，所述电机带动所述跑步带运转，所述跑步带供使用者踩踏运动，其特 征在于，包括以下步骤：
[0005] 使用者通过踩踏跑步带使控制电机工作的电流产生规律性脉动；
[0006] 跑步机控制器对规律性脉动的电流进行检测，并根据检测到的电流判断使用者是 否已在跑步带上运动，如果使用者已在跑步带上运动，则跑步机控制器根据检测到的电流 脉动值对使用者的运动步数进行计算，否则，在电机空转或停转情况下，跑步机控制器不记 录里程；
[0007] 跑步机控制器根据计算得到的使用者的运动步数，结合跑步机电机的转速，对使 用者的有效跑步里程进行计算，并将计算得到的有效跑步里程进行显示。
[0008] 进一步地，计算电流脉动值出现次数的过程为：
[0009] 通过设置在跑步机控制器中的PI调节器使电机工作在匀速旋转状态，而使用者在 跑步机上走动或跑动对跑步带的影响则反映到电机的控制电流IW上;其中，PI调节器的公 式为：
[0010] /,,, = KpFerric) + Ki j ^Verr(t),
[0011] 式中，I(t)表示输出给电机的控制电流，Verr⑴表示速度误差值，Kp表示比例系 数，Ki表示积分系数，t表示当前电流采样时刻；
[0012 ]对输出给电机的控制电流I (t)进行采样，得到当前电流采样值I i;
[0013]计算电机电流在一段时间内的平均值Iu:
[0015] 式中，Iu表示电机的平均运行电流，1康示当前电流采样值，n表示一段时间内的采 样次数；
[0016] 计算当前电流采样值对平均电流的方差Q2:
[0018] 通过实际测量设置一个合适的冲量阈值SH和平稳运行阈值SL，当Q2>Sh维持时间 超过一个噪声消除时间，则表示使用者在跑步机上运动的一步；当Q 2<Sl时，则表示使用者 的脚部已经落在跑步带上的处于相对平稳的时间；
[0019] 在Q2>Sh和Q2<Sl交替出现期间内，则表示有使用者在跑步机的皮带上跑步，从而 得到使用者的运动步数。
[0020] 由于采用以上技术方案，本发明的有益效果为:本发明通过电机、跑步机控制器及 设置在跑步机控制器中的PI调节器的联合运行，使电机空转里程不计入使用者的跑步里程 里，因此本发明能够准确计算出使用者实际的跑步里程，进一步给使用者提供热量消耗的 准确数据，让使用者的跑步运动更加科学合理。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明一实施例中提供的一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法流程 图；
[0022] 图2是使用者的脚和跑步带的接触状态与控制电机工作的电流之间的关系示意 图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0024] 本实施例所涉及的一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法以现有的具有跑 步机控制器、电机和跑步带的跑步机为基础。跑步机控制器通过电流控制电机工作，电机带 动跑步带运转，跑步带供使用者踩踏运动。
[0025] 如图1所示，本发明提供了一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法，其包括以 下步骤：
[0026] S1、使用者通过踩踏跑步带使控制电机工作的电流产生规律性脉动；
[0027] 跑步带由电机带动，跑步带相当于电机的负载。如图2所示，当负载恒定时，控制电 机工作的电流基本是平稳的。使用者在跑步带上走动或跑动时，对控制电机工作的电流产 生有规律的影响，因此控制电机工作的电流会产生规律性的脉动。
[0028] S2、跑步机控制器对规律性脉动的电流进行检测，并根据检测到的电流判断使用 者是否已在跑步带上运动，如果使用者已在跑步带上运动，则跑步机控制器根据检测到的 电流脉动值对使用者的运动步数进行计算，否则，在电机空转或停转等情况下，跑步机控制 器不记录里程。
[0029] 由于使用者在跑步机上走动或跑动时，使用者身体的重量并非静止或均匀地加载 到跑步带上，而是有身体的腾空和一定速度下的使用者脚部运动产生冲量的情况，此时加 载到跑步带上的压强除了使用者的体重除以脚底面积产生的压强外，还会叠加使用者脚部 冲量产生的压强，因此，加载到跑步带上的压强会随使用者的走动或跑动发生周期性变化， 压强的变化会直接使跑步带与跑步机低盘之间的摩擦力发生同步变化。
[0030] 跑步带由电机带动，跑步带相当于电机的负载，跑步带与跑步机低盘之间的摩擦 力的变化，直接反应为电机的阻力矩的变化。根据牛顿第一定律，当阻力矩等于电机转矩 时，电机保持静止或匀速旋转。
[0031] 根据电机转矩的公式
[0032] T=C(picoscp2 (1)
[0033] 可以得出在电机的旋转磁场每极端磁通Φ和转子电路功率因数φ2确定时，电机转 矩Τ和其电流I成正比关系。
[0034] 式（1)中，Τ表示电机转矩，C表示与电机结构有关的常数，I表示转子电流，φ表示旋 转磁场每极端磁通，φ2表示转子电路功率因数(如果是同步电机则没有eoS(p2项）。
[0035] 跑步机的电机是工作在恒转速模式下的，当阻力矩的变化使电机转速发生变化 时，通过设置在跑步机控制器中pi调节器使电机工作在匀速旋转状态，而使用者在跑步机 上走动或跑动对跑步带的影响则反映到电机的控制电流?ω上。其中，pi调节器的公式为：
[0036] I(ty = Kp Verr(t) + Κι ￡ Vcrr{t) ( 2
[0037] 式（2)中，I(t)表示输出给电机的控制电流，Verr(t)表示速度误差值，Κρ表示比例 系数，Ki表示积分系数，t表示当前电流采样时刻。
[0038] 对输出给电机的控制电流IW进行采样，得到当前电流采样值I i。
[0039] 计算电机电流在一段时间内的平均值Iu。
[0041] 式(3)中，Iu表示电机的平均运行电流，^表示当前电流采样值，η表示一段时间内 的采样次数。
[0042] 计算当前电流采样值对平均电流的方差Q2，
[0044] 通过实际测量设置一个合适的冲量阈值SH和平稳运行阈值SL，当Q2>Sh维持时间 超过一个噪声消除时间，则表示使用者在跑步机上运动的一步；当Q 2<Sl时，则表示使用者 的脚部已经落在跑步带上的处于相对平稳的时间；
[0045] 在Q2>Sh和Q2<Sl交替出现期间内，可以认为是有使用者在跑步机的皮带上跑步， 从而得到使用者的运动步数。
[0046] S3、跑步机控制器根据计算得到的使用者的运动步数，结合跑步机电机的转速，对 使用者的有效跑步里程进行计算，并将计算得到的有效跑步里程进行显示。
[0047] 本发明通过跑步带、电机、跑步机控制器及设置在跑步机控制器中的PI调节器的 联合运行，在使电机空转里程不计入使用者的跑步里程里，因此本发明能够准确计算出使 用者实际的跑步里程，进一步给使用者提供热量消耗的准确数据，让使用者的跑步运动更 加科学合理
[0048]本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出 其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相 近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法，以具有跑步机控制器、电机和跑步带 的跑步机为基础，所述跑步机控制器通过电流控制所述电机工作，所述电机带动所述跑步 带运转，所述跑步带供使用者踩踏运动，其特征在于，包括以下步骤： 使用者通过踩踏跑步带使控制电机工作的电流产生规律性脉动； 跑步机控制器对规律性脉动的电流进行检测，并根据检测到的电流判断使用者是否已 在跑步带上运动，如果使用者已在跑步带上运动，则跑步机控制器根据检测到的电流脉动 值对使用者的运动步数进行计算，否则，在电机空转或停转情况下，跑步机控制器不记录里 程； 跑步机控制器根据计算得到的使用者的运动步数，结合跑步机电机的转速，对使用者 的有效跑步里程进行计算，并将计算得到的有效跑步里程进行显示。2. 如权利要求1所述的一种使用者在跑步机上跑步里程的计算方法，其特征在于，计算 电流脉动值出现次数的过程为： 通过设置在跑步机控制器中的PI调节器使电机工作在匀速旋转状态，而使用者在跑步 机上走动或跑动对跑步带的影响则反映到电机的控制电流I (t)上；其中，PI调节器的公式 为：式中，I(t)表示输出给电机的控制电流，Verr(t)表示速度误差值，Kp表示比例系数，Ki 表示积分系数，t表示当前电流采样时刻； 对输出给电机的控制电流IW进行采样，得到当前电流采样值Ii; 计算电机电流在一段时间内的平均值Iu:A T，IU衣不机tfJ jT均运行电流，Ii表示当前电流采样值，η表示一段时间内的采样次 数； 计筧当前电流梁样倌对平均电流的方差Q2:通过实际测量设置一个合适的冲量阈值Sh和平稳运行阈值SL，当Q2>Sh维持时间超过一 个噪声消除时间，则表示使用者在跑步机上运动的一步；当Q2<Sl时，则表示使用者的脚部 已经落在跑步带上的处于相对平稳的时间； 在Q2>Sh和Q2<Sl交替出现期间内，则表示有使用者在跑步机的皮带上跑步，得到使用 者的运动步数。
【文档编号】G01C22/00GK106017501SQ201610319148
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】薛嵘, 江先武
【申请人】上海捍康健康管理有限公司