CN104258536A - 自动调速跑步机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机的控制，旨在解决现有电动跑步机无法自动调速的问题。为此目的，本发明提供一种自动调速跑步机，该跑步机包括：跑步带张力检测器，其用于检测运动者的落脚点前方和后方的跑步带张力；以及电动机转速控制器，其与跑步带张力检测器和跑步机的电动机连通，用于根据跑步带张力检测器的输出信号来自动控制电动机的转速。由于跑步带张力检测器的输出信号能够反映运动者的潜在调速需求，因此，本发明的自动调速跑步机能够自动判断运动者的加速和减速需求并相应地进行调节，而不需要任何手动操作，从而消除了手动操作的不便以及与其相关的危险。

Description

自动调速跑步机

技术领域

本发明涉及电动机的控制，具体涉及一种自动调速跑步机。

背景技术

据统计，在陆地上每跑1000米，双腿就得撞击地面600-700次，不仅脚部、腿部和臀部肌肉会受到震动，还很容易扭伤肌肉或拉伤韧带。电动跑步机是一种辅助人们跑步、散步的健身器材，由于其传动滚带是橡胶的，所以对腿脚关节的冲击力比跑马路要减少很多，不易引起伤病，从而保证运动量的科学和安全。

现有跑步机的操作面板上都设有多个窗口，分别显示运动者的跑步速度、时间、里程、消耗的卡路里数、心率等。此外，该操作面板上往往还设有加速和减速按钮，有的跑步机上还设有分级定速按钮，供运动者调整速度使用。然而，无论是加速和减速按钮，还是分级定速按钮，都存在一个共同的问题。即，这些按钮都需要运动者手动调节，对于有视力障碍或者高速跑动的运动者来说，这种手动操作就显得极为不便，有时甚至会引发危险。

因此，本领域需要一种能够自动调节速度的跑步机，其能够自动判断运动者的加速和减速需求并相应地进行调节，而不需要运动者进行任何手动操作，从而消除了手动操作的不便以及与其相关的危险。

发明内容

本发明旨在解决上述问题。具体而言，本发明旨在解决现有跑步机无法自动调速的问题。为此目的，本发明提供一种自动调速跑步机。该跑步机包括主框架、电动机、驱动辊、从动辊、跑步板和跑步带，该主框架包括立柱和水平支架，电动机和驱动辊设置在该主框架的水平支架的一端，电动机与驱动辊相连并为其提供动力，从动辊与驱动辊对置地设置在水平支架的另一端，跑步板在驱动辊与从动辊之间延伸并且介于水平支架的两根侧轨之间，跑步带缠绕驱动辊和从动辊并且铺设在跑步板上。该跑步机的特征在于还包括：跑步带张力检测器，其用于实时检测运动者的落脚点前方和后方的跑步带张力；以及电动机转速控制器，其与所述跑步带张力检测器和所述电动机连通，用于根据所述跑步带张力检测器的输出信号来控制所述电动机的转速，其中，当所述跑步带张力检测器检测到运动者的落脚点前方的跑步带张力与运动者的落脚点后方的跑步带张力之间的差值达到一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机加速或减速；当所述跑步带张力检测器检测到运动者的落脚点前方的跑步带张力大于落脚点后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机加速，并且其中，当所述跑步带张力检测器检测到运动者的落脚点前方的跑步带张力小于落脚点后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机减速；该自动调速跑步机还包括参数设定器，该参数设定器用于在运动者最初踏上跑步机时读取所述跑步带张力检测器的检测结果并根据所述检测结果来设定专用于该运动者的张力阈值或压力阈值。

在采用本发明的技术方案的情况下，当运动者在跑步机上跑步或行走时，如果需要减速，则运动者放慢脚步，此时，由于运动者的迈腿速度低于跑步带的传动速度，跑步带在一定程度上拖拽着运动者的腿往后运行。在这种情况下，如果以运动者的落脚点为基准，则跑步带张力检测器会检测到落脚点前方的跑步带张力小于落脚点后方的跑步带张力，这表明运动者意图降低跑步机的速度，此时电动机转速控制器便可以根据跑步带张力检测器的输出信号直接降低电动机的转速，而不需要运动者来手动操作。反之，如果需要加速，则运动者加快脚步，此时，由于运动者的迈腿速度高于跑步带的传动速度，跑步带在一定程度上被运动者的腿拖拽着往后运行。在这种情况下，如果以运动者的落脚点为基准，则跑步带张力检测器会检测到落脚点前方的跑步带张力大于落脚点后方的跑步带张力，这表明运动者意图提高跑步机的速度，此时电动机转速控制器便可以根据跑步带张力检测器的输出信号直接提高电动机的转速，而不需要运动者来手动操作。关于此点需要指出的是，无论是需要加速还是减速，运动者在加快脚步或放慢脚步时幅度都无需过大，只要所述跑步带张力检测器能够检测到落脚点前后的张力变化即可。否则，尤其在因需要减速而放慢脚步的情况下，幅度过大可能会造成运动者从跑步机上掉落。

在理想情况下，当运动者在跑步机上跑步或行走时，其落脚点前后的跑步带张力应该大致相等。因此，如果跑步带张力检测器检测到落脚点前的跑步带张力大于落脚点后的跑步带张力，则表明运动者意图加速；反之，如果落脚点前的跑步带张力小于落脚点后的跑步带张力，则表明运动者意图减速。然而，由于每个运动者的个体差异，落脚点前后的张力差可能各不相同。因此，对于每个运动者而言，上述各技术方案中的阈值也可能各不相同。例如，对于有些运动者而言，其平时喜欢被跑步带拖拽着跑步或行走，在正常情况下其落脚点前的跑步带张力明显小于落脚点后的跑步带张力，即使为了加速而加快脚步，其落脚点前的跑步带张力也可能略小于落脚点后的跑步带张力。考虑到这种情况，就需要针对不同的运动者确定不同的张力或压力阈值。本发明的上述参数设定器能够在运动者最初踏上跑步机的一小段时间内读取跑步带张力检测器的检测结果，根据该检测结果计算出适用于该运动者的各种张力或压力阈值，从而在后续的自动调速操作中使用所述阈值来判断运动者的加速和/或减速意图。备选地，本发明的跑步机变速装置还可以为运动者提供不同的阈值选项。例如，可以提供至少三种阈值选项：超前选项、正常选项和滞后选项，超前选项适用于喜欢蹬着跑步带跑步的运动者—即喜欢迈腿速度高于跑步带运转速度的运动者，正常选项适用于无特殊嗜好的运动者，滞后选项适用于喜欢被跑步带拖拽着跑步的运动者—即喜欢迈腿速度低于跑步带运转速度的运动者。

在上述自动调速跑步机的优选实施方式中，所述跑步带张力检测器包括多个跑步带张力传感器，所述跑步带张力传感器设置在跑步带下方的跑步板上，用于检测跑步带各个部位的张力。所述跑步带张力传感器优选地采用非接触式张力传感器，这些传感器可以密集地设置在跑步板上，以便覆盖跑步带的各个位置，从而无论运动者的落脚点在跑步带上的哪个位置，所述传感器都能准确地检测出运动者的落脚点前后的跑步带张力。

在上述自动调速跑步机的优选实施方式中，该跑步机还包括两对轴承，该主框架还包括设置在所述水平支架上的两对轴承座，所述驱动辊和从动辊分别通过所述两对轴承和轴承座连接到所述主框架上，其中，所述跑步带张力检测器包括多个压力传感器，所述压力传感器设置在所述轴承与轴承座之间并且位于靠近跑步板中央的一侧，并且其中，当所述驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力大于所述从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机加速；并且当所述驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力小于所述从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机减速。

本领域技术人员容易理解的是，跑步带的张力可以直接检测，也可以通过跑步带施加到驱动辊或从动辊上的作用力来检测。具体而言，无论在静止状态下还是在运动状态下，只要跑步带被安装就位，其便会对驱动辊和从动辊施加一定的作用力，这种作用力会直接反映到支撑驱动辊和从动辊的轴承与设置在水平支架上的轴承座之间。如果在所述轴承与轴承座之间的适当位置设置压力传感器，便可以检测出驱动辊和从动辊施加给水平支架(具体是施加给轴承座)的压力，从而可以间接检测出跑步带施加给驱动辊和从动辊的压力，进而换算出跑步带的张力。更具体地说，在理想情况下，当运动者在跑步机上跑步或行走时，其落脚点前后的跑步带张力应该大致相等。相应地，落脚点前的跑步带施加给驱动辊的压力与落脚点后的跑步带施加给从动辊的压力也大致相等。因此，如果驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力大于从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力，则表明落脚点前的跑步带张力大于落脚点后的跑步带张力，因而表明运动者意图加速；反之，如果驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力小于从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力，则表明落脚点前的跑步带张力小于落脚点后的跑步带张力，因而表明运动者意图减速。当然，如上所述，由于不同的运动者存在个体差异，落脚点前后的张力差可能各不相同，因此反映到前后压力传感器的输出值的差值上也可能各不相同。

在上述自动调速跑步机的优选实施方式中，所述跑步带张力检测器包括四个压力传感器，其中两个设置在所述驱动辊的轴承与轴承座之间，另外两个设置在所述从动辊的轴承与轴承座之间。

与上述直接检测跑步带张力的技术方案相比，这种采用压力传感器来检测驱动辊和从动辊施加给轴承座的压力的方式能够大幅度减少所采用的传感器的数量。并且，由于所述压力传感器设置在驱动辊和从动辊的轴承和轴承座之间，其稳定性和耐用性显然要高于设置在跑步板上的跑步带张力传感器。此外，从技术成熟度上来讲，压力传感器也比张力传感器要成熟很多。

在上述自动调速跑步机的优选实施方式中，该参数设定器集成在所述电动机转速控制器中。这种集成既可以是物理集成，即参数设定器与电动机转速控制器一起设置在单个壳体中并因此形成一个组件，也可以是功能上的集成，即参数设定器作为电动机转速控制器的一个功能模块而存在。

附图说明

通过结合附图来理解本发明的优选实施方式，本发明的上述以及其他特征和优点将变得更清楚，附图中：

图1是根据本发明的自动调速跑步机的侧面示意图；

图2是根据本发明的跑步机自动调速装置的功能框图；

图3是根据本发明的跑步机自动调速装置的第一实施方式的示意图；

图4是根据本发明的跑步机自动调速装置的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式作出的详细描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。应当指出的是，尽管该优选实施方式披露了本发明的各种具体参数和细节，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围不限于这些参数和细节，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域技术人员能够对这些参数和细节做出修改或等同替换，修改或替换后的实施方案也将落入本发明的保护范围之内。

首先参照图1，该图示出了根据本发明的电动跑步机1的侧面示意图。如图1所示，电动跑步机1包括主框架11、电动机12、驱动辊13、从动辊14、跑步板15和跑步带16。主框架11包括立柱111和水平支架112。通常情况下，立柱111呈倾斜状态，并且其顶部设置有操作面板，操作面板上设置有各种按钮和窗口。电动机12、驱动辊13和从动辊14均设置在该主框架11的水平支架112上。电动机12与驱动辊13通过皮带传动等方式相连并为其提供动力。作为示例，电动机12可以是变频电机，以便根据需要调整其转速。从动辊14与驱动辊13对置地设置在水平支架112的另一端(在图1中为右侧)。跑步板15在驱动辊13与从动辊14之间延伸并且介于水平支架112的两根侧轨之间(图1中未示出所述侧轨)。跑步带16缠绕驱动辊13和从动辊14并且铺设在跑步板15上。在操作过程中，运动者2站立在跑步带16和跑步板15上并随着跑步带16的运转而迈动双腿。

本领域技术人员容易理解的是，在理想状态下，如果运动者2迈动双腿的速度与跑步带16的运转速度正好匹配，当运动者在跑步机1上跑步或行走时，其落脚点P前后的跑步带16的张力应该大致相等。因此，如果落脚点P前的跑步带张力大于落脚点P后的跑步带张力，则表明运动者2迈动双腿的速度大于跑步带16的运转速度，从而表明运动者2意图加速。反之，如果落脚点P前的跑步带张力小于落脚点P后的跑步带张力，则表明运动者2迈动双腿的速度小于跑步带16的运转速度，从而表明运动者意图减速。基于这种思路，本申请的发明人设计了根据本发明的跑步机自动调速装置。

下面参见图2，该图示出了根据本发明的跑步机自动调速装置的功能框图。如图2所示，该自动调速装置包括跑步带张力检测器102和电动机转速控制器101。跑步带张力检测器102用于实时检测运动者2的落脚点P前方和后方的跑步带张力。电动机转速控制器101与跑步带张力检测器102和电动机12连通，用于根据跑步带张力检测器102的输出信号来控制电动机12的转速。具体而言，当跑步带张力检测器102检测到运动者2的落脚点P前方的跑步带张力与运动者2的落脚点P后方的跑步带张力之间的差值达到一定阈值时，电动机转速控制器101就命令电动机12加速或减速。更具体地，一方面，当跑步带张力检测器102检测到运动者2的落脚点P前方的跑步带张力大于落脚点P后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，电动机转速控制器101就命令电动机12加速；另一方面，当跑步带张力检测器102检测到运动者2的落脚点P前方的跑步带张力小于落脚点P后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，电动机转速控制器101就命令电动机12减速。

在优选实施方式中，落脚点P前后的张力差值的计算以及该差值与相关阈值的比较都在电动机转速控制器101中进行，跑步带张力检测器102仅负责检测和收集落脚点P前后的跑步带16的张力。此外，本发明的自动调速操作还涉及到电动机12和跑步带16，因此从广义上讲，本发明的自动调速装置还应该包括跑步带16和电动机12，但是，由于电动机12和跑步带16本身是电动跑步机1的部件，因此在本申请中将本发明的自动调速装置描述为仅包括跑步带张力检测器102和电动机转速控制器101。最后，需要指出的是，电动机转速控制器101可以是任何类型的控制器，例如组合逻辑控制器、微程序控制器等，只要其能够接收跑步带张力检测器102发出的信号、进行张力差值计算和与相关阈值的比较并且能够向电动机12发出变速信号即可。

下面参阅图3，该图示出了根据本发明的跑步机自动调速装置的第一实施方式的示意图。为了清楚起见，图3中省略了多个其他部件。在该第一实施方式中，跑步带张力检测器102包括多个跑步带张力传感器S1、S2。跑步带张力传感器S1、S2设置在跑步带16下方的跑步板15上，用于检测跑步带16的各个部位的张力。

如图3所示，S1代表运动者2的落脚点P前面的张力传感器，这些传感器用于检测落脚点P前方的跑步带16的张力。S2代表运动者2的落脚点P后面的张力传感器，这些传感器用于检测落脚点P后方的跑步带16的张力。关于此点需要指出的是，尽管图3中示出了四个前方传感器S1和六个后方传感器S2，但是本领域技术人员容易理解的是，这种数量仅仅是示例性的。传感器的总数可以根据具体应用而改变，并且S1和S2的数量会随着运动者2的落脚点P的位置而发生变化。举例来说，如果运动者2的落脚点P比较靠前，S1的数量可能变为3，而S2的数量可能变为7，反之亦然。此外，跑步带张力传感器S1、S2优选地采用非接触式张力传感器，这些传感器可以密集地设置在跑步板15上，以便覆盖跑步带16的各个位置，从而无论运动者2的落脚点P在跑步带16上的哪个位置，所述传感器都能准确地检测出运动者2的落脚点P前后的跑步带张力。

最后参阅图4，该图示出了根据本发明的跑步机自动调速装置的第二实施方式的示意图。为了清楚起见，图4中省略了多个其他部件。在该第二实施方式中，电动跑步机1还包括两对轴承122，该主框架11还包括设置在所述水平支架112上的两对轴承座121，驱动辊13和从动辊14分别通过所述两对轴承122和轴承座121连接到主框架11上(具体是连接到水平支架112上)。并且，跑步带张力检测器102包括多个压力传感器P1、P2，所述压力传感器设置在所述轴承122与轴承座121之间并且位于靠近跑步板15中央的一侧，以便检测跑步带16通过驱动辊13和从动辊14施加到轴承座121上的压力。具体地，当驱动辊13的轴承122与轴承座121之间的压力传感器P1检测到的压力大于从动辊14的轴承122与轴承座121之间的压力传感器P2检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，电动机转速控制器101就命令电动机12加速。反之，当驱动辊13的轴承122与轴承座121之间的压力传感器P1检测到的压力小于从动辊14的轴承122与轴承座121之间的压力传感器P2检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，电动机转速控制器101就命令电动机12减速。

在优选实施方式中，本发明的自动调速装置包括四个压力传感器，即两个传感器P1和两个传感器P2。两个传感器P1设置在驱动辊13的轴承122与轴承座121之间，另外两个传感器P2设置在从动辊14的轴承122与轴承座121之间。

在更优选的实施方式中，本发明的自动调速装置还包括参数设定器(未图示)。该参数设定器用于在运动者2最初踏上跑步机1时读取跑步带张力检测器102的检测结果并根据所述检测结果来设定专用于该运动者2的张力阈值或压力阈值。此外，该参数设定器可与电动机转速控制器101集成为一个部件。

众所周知，不同的运动者之间会存在个体差异，其落脚点P前后的跑步带张力差可能各不相同。因此，对于每个运动者而言，上述各技术方案中的阈值也可能各不相同。例如，对于有些运动者而言，其平时喜欢被跑步带16拖拽着跑步或行走，在正常情况下其落脚点P前的跑步带张力明显小于落脚点P后的跑步带张力，即使为了加速而加快脚步，其落脚点P前的跑步带张力也可能略小于落脚点P后的跑步带张力。考虑到这种情况，就需要针对不同的运动者设定不同的张力或压力阈值。本发明的上述参数设定器能够在运动者最初踏上跑步机1的一小段时间内读取跑步带张力检测器102的检测结果，根据该检测结果计算出适用于该运动者2的各种张力或压力阈值，从而在后续的自动调速操作中使用所述阈值来判断运动者2的加速和/或减速意图。

备选地，本发明的自动调速装置还可以为运动者2提供不同的阈值选项。例如，可以提供至少三种阈值选项：超前选项、正常选项和滞后选项。超前选项适用于喜欢蹬着跑步带跑步的运动者—即喜欢迈腿速度高于跑步带运转速度的运动者，正常选项适用于无特殊嗜好的运动者，滞后选项适用于喜欢被跑步带拖拽着跑步的运动者—即喜欢迈腿速度低于跑步带运转速度的运动者。

尽管已参照优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围并不局限于这些具体实施方式，在不偏离本发明的基本原理的情况下，可以对所述实施方式以及其中的具体技术特征进行拆分、组合或改变，拆分、组合或改变后的技术方案仍将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动调速跑步机，包括主框架、电动机、驱动辊、从动辊、跑步板和跑步带，该主框架包括立柱和水平支架，电动机和驱动辊设置在该主框架的水平支架的一端，电动机与驱动辊相连并为其提供动力，从动辊与驱动辊对置地设置在水平支架的另一端，跑步板在驱动辊与从动辊之间延伸并且介于水平支架的两根侧轨之间，跑步带缠绕驱动辊和从动辊并且铺设在跑步板上，

其特征在于还包括：

跑步带张力检测器，其用于实时检测运动者的落脚点前方和后方的跑步带张力；以及

电动机转速控制器，其与所述跑步带张力检测器和所述电动机连通，用于根据所述跑步带张力检测器的输出信号来控制所述电动机的转速，

其中，当所述跑步带张力检测器检测到运动者的落脚点前方的跑步带张力大于落脚点后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机加速，

其中，当所述跑步带张力检测器检测到运动者的落脚点前方的跑步带张力小于落脚点后方的跑步带张力并且二者之间的差值达到一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机减速，

所述自动调速跑步机还包括参数设定器，该参数设定器用于在运动者最初踏上跑步机时读取所述跑步带张力检测器的检测结果并根据所述检测结果来设定专用于该运动者的张力阈值或压力阈值。

2.根据权利要求1所述的自动调速跑步机，其特征在于，所述跑步带张力检测器包括多个跑步带张力传感器，所述跑步带张力传感器设置在跑步带下方的跑步板上，用于检测跑步带各个部位的张力。

3.根据权利要求1所述的自动调速跑步机，其特征在于，该跑步机还包括两对轴承，该主框架还包括设置在所述水平支架上的两对轴承座，所述驱动辊和从动辊分别通过所述两对轴承和轴承座连接到所述主框架上，

其中，所述跑步带张力检测器包括多个压力传感器，所述压力传感器设置在所述轴承与轴承座之间并且位于靠近跑步板中央的一侧，并且

其中，当所述驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力大于所述从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机加速；并且当所述驱动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力小于所述从动辊的轴承与轴承座之间的压力传感器检测到的压力并且二者之间的差值大于一定阈值时，所述电动机转速控制器就命令所述电动机减速。

4.根据权利要求3所述的自动调速跑步机，其特征在于，所述跑步带张力检测器包括四个压力传感器，其中两个设置在所述驱动辊的轴承与轴承座之间，另外两个设置在所述从动辊的轴承与轴承座之间。

5.根据权利要求1所述的自动调速跑步机，其特征在于，该参数设定器集成在所述电动机转速控制器中。