CN103143142B

CN103143142B - 一种娱乐运动健身一体化跑步机及其手操作器

Info

Publication number: CN103143142B
Application number: CN201310070610.4A
Authority: CN
Inventors: 李聪; 黄明建; 刘希民; 范平
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: CN103143142A

Abstract

本发明公开了一种娱乐运动健身一体化跑步机，它除了跑步机本体外还包括控制装置，所述控制装置包括主控制器和手操作器，所述主控制器设置在仪表控制盘壳体内并与显示屏连接，所述手操作器通过蓝牙无线通讯方式与主控制器相连。其中手操作器包括手套操作装置和手柄操作装置，所述手柄操作装置内设置有蓝牙电路并通过电源线与手套操作装置连接，所述蓝牙电路通过蓝牙无线通讯方式与蓝牙接收模块相连。本发明除了具有常规的速度设定、控制、急停按键、心率测试等功能，还通过软件和手控制器结合来实现模拟自驾游的动态效果，不仅智能高，能够激发跑步者的兴趣，而且操作方便，能够锻炼手指和大脑，起到拓宽视野、娱乐性学习的目的。

Description

一种娱乐运动健身一体化跑步机及其手操作器

技术领域

本发明涉及一种健身器材，具体地说是一种娱乐运动健身一体化跑步机及其手操作器。

背景技术

跑步机是家庭及健身房常备的器材，几乎是家喻户晓的，跑步机的基本功能是在室内达到跑步锻炼的目的。现有的跑步机虽然形状大小各异，但是功能却是基本相似，分商业用和家庭用两种类型。商业用跑步机的形状较大，一般用变频调速；家庭用跑步机的形状较小，一般用脉冲宽度调制(PWM)调速，基本上都有速度设定、急停按键、心率测试等功能。目前市面上的跑步机在内部功能和外观形状上逐步趋于成熟，并逐渐向多功能化发展，但是现有技术中的跑步机仅有跑步的单一功能，均为枯燥乏味的被动运动，不能提高使用者的锻炼兴趣。还有一些跑步机加装触摸屏，虽然可播放电影及音乐、显示风景图画等附件娱乐功能，但是还不能引起使用者的锻炼兴致。

为激发跑步者尤其是爱好驾驶的跑步者兴趣；达到手指锻炼的目的；同时了解各地风俗人情，起到学习的目的，迫切需要一套可使跑步机达到健身、游戏、驾驶、旅游、娱乐、学习于一体的一体化跑步机及其手操作器。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种娱乐运动健身一体化跑步机及其手操作器，其不仅能够激发使用者的锻炼兴趣，达到锻炼目的，而且集健身、游戏、驾驶、旅游、娱乐和学习于一体，使使用者了解各地风俗人情，起到学习的目的。

为了解决上述问题，本发明提供了一种娱乐运动健身一体化跑步机，包括机架、跑步皮带、扶手和仪表控制盘，所述跑步皮带设置在机架下端，所述扶手设置在机架上端，所述仪表控制盘设置在机架上端两个扶手之间；所述仪表控制盘包括壳体、显示屏和操作面板，所述显示屏和操作面板设置在壳体上，所述操作面板设置有急停按钮，其特征是，还包括控制装置，

所述控制装置包括主控制器和手操作器，所述主控制器设置在仪表控制盘壳体内并与显示屏连接，所述手操作器通过蓝牙无线通讯方式与主控制器相连；

所述主控制器包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的电源模块、按键输入模块、电机控制电路、心率检测模块、存储模块、电机测速模块、蓝牙接收模块和RS232通讯电路，所述中央处理器采用STM8S单片机，所述按键输入模块设置在仪表控制盘的操作面板上；

所述手操作器包括STM8L单片机、压力传感器、控制按键和蓝牙电路，所述压力传感器、控制按键和蓝牙电路分别与STM8L单片机连接。

优选地，所述电机控制电路包括无刷直流电机驱动电路，所述无刷直流电机驱动电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，输出端与无刷直流电机连接。

优选地，所述电机控制电路包括三相交流电机控制电路，所述三相交流电机控制电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，输出端与三相交流电机的变频器连接。

进一步地，所述电机测速模块包括电机转速检测电路和信号处理电路，所述电机转速检测电路设置在电机上并通过信号处理电路与STM8S单片机连接。

进一步地，还包括与RS232通讯电路连接的上位机，所述上位机装载有自驾游娱乐游戏的应用软件。

本发明还提供了一种手操作器，其特征是，包括手套操作装置和手柄操作装置，所述手柄操作装置通过电源线与手套操作装置连接，所述手套操作装置内设置有蓝牙电路，所述蓝牙电路通过蓝牙无线通讯方式与蓝牙接收模块相连。

进一步地，所述手套操作装置包括手指环套、手掌部分和手腕套，所述手指环套的拇指、食指、中指和无名指四个手指套内分别设置有压力传感器，小拇指手指套内设置有控制按键，所述手掌部分设置有控制器，所述控制器分别与压力传感器和控制按键连接。

进一步地，所述压力传感器包括依次连接的压力应变电阻、桥电路和仪表放大器，所述仪表放大器与控制器连接。

进一步地，所述手柄操作装置包括具有中空结构的手柄，所述手柄中空结构内设置电池储存槽，手柄的壳体上设置有手指握持凹槽，在对应手背的地方设置有固定手带；所述电池储存槽通过电源线与手套操作装置连接。

本发明的有益效果是，本发明所述的跑步机除了具有常规的速度设定、控制、急停按键、心率测试等功能外，还通过软件和手控制器结合，实现模拟自驾游的动态效果，享受真实路况亲自驾驶的乐趣及感受具地方特色的大自然景象。同时本发明配合精致的机架，则成为一款真正健身、游戏、驾驶、旅游、娱乐、学习于一体的跑步机。

本发明不仅智能高，能够激发跑步者的兴趣，而且操作方便，能够锻炼手指和大脑，起到拓宽视野、娱乐性学习的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是本发明所述的一种跑步机的控制原理框图；

图2是本发明所述的另一种跑步机的控制原理框图；

图3是本发明所述手操作器的原理框图；

图4是本发明所述手操作器的结构示意图；

图4中，1手套操作装置，101小拇指手指套，102无名指手指套，103中指手指套，104食指手指套，105拇指手指套，106控制按键，107无名指压力传感器，108中指压力传感器，109食指压力传感器，110拇指压力传感器，111控制器，112手套操作装置手掌部分，113电源插头，114手腕套，2手柄操作装置，201小拇指手指握持凹槽，202无名指手指握持凹槽，203中指手指握持凹槽，204食指手指握持凹槽，205拇指手指握持凹槽，206电池储存槽，207固定手带，208电池储存槽盖，3电源线。

具体实施方式

实施例1：

如图1和图3所示，本发明的一种娱乐运动健身一体化跑步机，它包括机架、跑步皮带、扶手、仪表控制盘和控制装置。所述跑步皮带设置在机架下端，所述扶手设置在机架上端，所述仪表控制盘设置在机架上端两个扶手之间；所述仪表控制盘包括壳体、显示屏和操作面板，所述显示屏和操作面板设置在壳体上，所述操作面板设置有急停按钮；所述控制装置包括主控制器和手操作器，所述主控制器设置在仪表控制盘壳体内并与显示屏连接，所述手操作器通过蓝牙无线通讯方式与主控制器相连。

所述主控制器包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的电源模块、按键输入模块、电机控制电路、心率检测模块、存储模块、电机测速模块、蓝牙接收模块和RS232通讯电路，所述中央处理器采用STM8S单片机，所述按键输入模块设置在仪表控制盘的操作面板上；所述电机控制电路包括无刷直流电机驱动电路，所述无刷直流电机驱动电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，输出端与无刷直流电机连接；所述存储模块采用铁电存储器；所述电机测速模块包括电机转速检测电路和信号处理电路，所述电机转速检测电路设置在电机上并通过信号处理电路与STM8S单片机连接。所述手操作器包括STM8L单片机、压力传感器、控制按键和蓝牙电路，所述压力传感器、控制按键和蓝牙电路分别与STM8L单片机连接。

进一步地，本发明所述的一体化跑步机还包括与RS232通讯电路连接的上位机，所述上位机装载有自驾游娱乐游戏的应用软件。

实施例2：

如图2和图3所示，本发明的另一种娱乐运动健身一体化跑步机，它包括机架、跑步皮带、扶手、仪表控制盘和控制装置。所述跑步皮带设置在机架下端，所述扶手设置在机架上端，所述仪表控制盘设置在机架上端两个扶手之间；所述仪表控制盘包括壳体、显示屏和操作面板，所述显示屏和操作面板设置在壳体上，所述操作面板设置有急停按钮；所述控制装置包括主控制器和手操作器，所述主控制器设置在仪表控制盘壳体内并与显示屏连接，所述手操作器通过蓝牙无线通讯方式与主控制器相连。

所述主控制器包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的电源模块、按键输入模块、电机控制电路、心率检测模块、存储模块、电机测速模块、蓝牙接收模块和RS232通讯电路，所述中央处理器采用STM8S单片机，所述按键输入模块设置在仪表控制盘的操作面板上；所述电机控制电路包括三相交流电机控制电路，所述三相交流电机控制电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，输出端与三相交流电机的变频器连接；所述存储模块采用铁电存储器；所述电机测速模块包括电机转速检测电路和信号处理电路，所述电机转速检测电路设置在电机上并通过信号处理电路与STM8S单片机连接；所述手操作器包括STM8L单片机、压力传感器、控制按键和蓝牙电路，所述压力传感器、控制按键和蓝牙电路分别与STM8L单片机连接。

实施例3：

如图4所示，本发明的一种手操作器，它包括手套操作装置1和手柄操作装置2，所述手柄操作装置2通过电源线3与手套操作装置1连接，所述手套操作装置1内设置有蓝牙电路，所述蓝牙电路通过蓝牙无线通讯方式与蓝牙接收模块相连。所述手套操作装置1包括小拇指手指套101、无名指手指套102、中指手指套103、食指手指套104、拇指手指套105、手套操作装置手掌部分112和手腕套114，所述手指环套的拇指、食指、中指和无名指四个手指套内分别设置有无名指压力传感器107、中指压力传感器108、食指压力传感器109和拇指压力传感器110，小拇指手指套101内设置有控制按键106，所述手掌部分设置有分别与4个压力传感器和控制按键106连接的控制器111。

如图3所示，所述压力传感器包括依次连接的压力应变电阻、桥电路和仪表放大器，所述仪表放大器与控制器连接。

进一步地，所述手柄操作装置2包括具有中空结构的手柄，所述手柄中空结构内设置电池储存槽206，手柄的壳体上设置有小拇指手指握持凹槽201、无名指手指握持凹槽202、中指手指握持凹槽203、食指手指握持凹槽204和拇指手指握持凹槽205，在对应手背的地方设置有固定手带207；所述电池储存槽206还设有电池储存槽盖208且电池储存槽通过电源线3与手套操作装置1连接。

上述所述的自驾游娱乐游戏为自驾车模拟控制，模拟两手握方向盘，路况可谓实际地区、景区路况，通过左或右手的手操作器可驾驭自驾游车的运动，躲避障碍物、变更车道、加速前进等动作。方向盘的模拟手动作应与操控手操作器手的动作一致。同时该自驾游娱乐游戏还设置了多种功能，比如：可根据人的操控水平设立级别；路况分级别；根据损坏障碍物情况进行计分，当分数超过进行报警提示；该软件是不断扩容和升级的；客户以后可以根据需要进行升级。

自驾游娱乐游戏的实施包括以下过程：

一、建立方向盘的数据库

将方向盘按中心位置做成向左转旋转的90个图像，每个偏移的位置为1°；同样将方向盘按中心位置做成向右转旋转的90个图像，每个偏移的距离也为1°。这样形成180个图像，无名指和中指手指的力度量程为90,食指的力度量程为120，也就是对于车速为最大120公里/小时。

二、将录制好的路况进行编辑

1、将录制好的道路实况进行按步长为1公分进行编辑，形成二维数组数据库文件

F＝(x_i,y_i)，

其中，x为按步长第i步前进后的横坐标值，y_i按实际路况的180等分的纵坐标值。

2、道路x长度根据实际长度定，y的宽度根据实际路宽H而定，将道路宽度进行180等分，这样就形成一个在第i步道路宽度值函数：

y_i＝(y_L-y_R)H/180,

其中，y_L、y_R分别表示道路的左右距离；

3、在规定的行车道路中找到相应的障碍物，用z作为标志位，当某坐标有障碍物时：z_i＝1，否则z_i＝0，设置Z的状态为“1”，否则为“0”；这样再由二维数据库形成三维数组库文件

G＝(x_i,y_i,z_i)。

三、执行自驾游程序

1、根据四手指传感器力度变换方向盘的位置或自驾游车的速度（速度有限度设置）。

2、故障判断：

1）实时记录方向盘前方中心线的坐标位置。为了便于操作，在此设置车身为一个点；

2）由G＝(x_i,y_i,z_i)判断车身是否与故障点重合。如果重合则进行相应的提示和警告，可继续前进。

可根据实际情况进行故障受限次数设置，如果多于该设置次数则限制该过程驾驶。

四、音乐播放

解说或音乐播放按中等设置播放速度，中间适当有间隔插曲，这样可适应速度的变化；小拇指按下可显示播放解说或音乐的目录，按小拇指可逐条显示选择项目的提示符，双击小拇指则选中。

本发明所述的跑步机除了具有常规的速度设定、控制、急停按键、心率测试等功能外，还通过软件和手控制器结合来实现模拟自驾游的动态效果，享受真实路况亲自驾驶的乐趣及感受具地方特色的大自然景象。自驾车的控制采用四个手指按压箔式电阻传感器来控制自驾车的左右转向、加速、刹车功能，用小手指来控制音乐的选曲。该控制装置包括主控制器和手操作器两部分，主控制器包括常规控制功能及蓝牙接收，与上位机通讯；手操作器获取操控旅游车及选曲信息，方式可左、右手操控，型态有大、中、小三种规格。应用软件动感强，采用逼真界面，路况风景是实际录像，可根据个人特点进行速度控制。配合精致的机架，是一款真正健身、游戏、驾驶、旅游、娱乐、学习于一体的跑步机。

为激发跑步者尤其是爱好驾驶的跑步者兴趣；达到手指锻炼的目的；同时了解各地风俗人情，起到学习的目的，我们发明了一套可使跑步机达到健身、游戏、驾驶、旅游、娱乐、学习于一体的跑步机及控制装置。该跑步机除了具有常规的速度设定、控制、急停按键、心率测试等功能外，还具有自驾游、控制模拟旅游车的动态效果，享受实际路况亲自驾驶的乐趣及地方特色的大自然景象。旅游车的控制采用四个手指按压箔式电阻传感器来控制旅游车的左右转向、加速、刹车功能，用小手指来控制音乐的选曲。该控制装置包括主控制器和手操作器两部分。主控制器包括常规控制功能及蓝牙接收，与上位机通讯；手操作器获取操控旅游车及选曲信息，可通过左、右手操控。应用软件动感强，采用逼真界面，路况风景是实际录像，可根据个人特点进行速度控制。

Claims

1.一种娱乐运动健身一体化跑步机，包括机架、跑步皮带、扶手和仪表控制盘，所述跑步皮带设置在机架下端，所述扶手设置在机架上端，所述仪表控制盘设置在机架上端两个扶手之间；所述仪表控制盘包括壳体、显示屏和操作面板，所述显示屏和操作面板设置在壳体上，所述操作面板设置有急停按钮，其特征是，还包括控制装置，

所述手操作器包括手套操作装置和手柄操作装置，所述手柄操作装置通过电源线与手套操作装置连接，所述手套操作装置内设置有蓝牙电路，所述蓝牙电路通过蓝牙无线通讯方式与蓝牙接收模块相连；所述手套操作装置包括手指环套、手掌部分和手腕套，所述手指环套的拇指、食指、中指和无名指四个手指套内分别设置有压力传感器，小拇指手指套内设置有控制按键，所述手掌部分设置有STM8L单片机；所述手柄操作装置包括具有中空结构的手柄，所述手柄中空结构内设置电池储存槽，手柄的壳体上设置有手指握持凹槽，在对应手背的地方设置有固定手带；所述电池储存槽通过电源线与手套操作装置连接；所述压力传感器、控制按键和蓝牙电路分别与STM8L单片机连接。

2.根据权利要求1所述的一种娱乐运动健身一体化跑步机，其特征是，所述电机控制电路包括无刷直流电机驱动电路，所述无刷直流电机驱动电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，所述无刷直流电机驱动电路的输出端与无刷直流电机连接。

3.根据权利要求1所述的一种娱乐运动健身一体化跑步机，其特征是，所述电机控制电路包括三相交流电机控制电路，所述三相交流电机控制电路的输入端与STM8S单片机的输出端连接，所述三相交流电机控制电路的输出端与三相交流电机的变频器连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种娱乐运动健身一体化跑步机，其特征是，所述电机测速模块包括电机转速检测电路和信号处理电路，所述电机转速检测电路设置在电机上并通过信号处理电路与STM8S单片机连接。

5.根据权利要求4所述的一种娱乐运动健身一体化跑步机，其特征是，还包括与RS232通讯电路连接的上位机，所述上位机装载有自驾游娱乐游戏的应用软件。

6.根据权利要求1所述的一种娱乐运动健身一体化跑步机，其特征是，所述压力传感器包括依次连接的压力应变电阻、桥电路和仪表放大器，所述仪表放大器与STM8L单片机连接。