CN105169620B - 一种智能化减脂跑步机及其健身指导方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化减脂跑步机及其健身指导方法，其特征是包括：体脂率测量模块、运动心率测量模块、控制处理模块、人机交互模块、电源模块和跑步机主体。本发明能针对不同的使用者提供相适应的减脂运动方案，从而实现更加人性化和智能化的健身目的。

Description

一种智能化减脂跑步机及其健身指导方法

技术领域

本发明涉及一种健身器械，特别是一种减脂跑步机及其健身指导方法。

背景技术

近年来，由于生活方式的改变、不良的饮食习惯、运动的缺乏，肥胖率呈现不断上升的趋势，已成为全球性的健康问题。肥胖会增加心血管病、脂肪肝、冠心病、II型糖尿病、高脂血症、高血压等慢性疾病的患病率和死亡率；会导致睡眠呼吸障碍和哮喘，影响学习和记忆功能，也给人带来自卑和抑郁等不良情绪。

目前人们通常是通过节食、药物调节、超声波以及慢跑运动等方法进行减脂和体重控制。节食方法不易坚持且可能导致营养缺乏；药物调节对身体不利且效果有限；超声波减脂可能会使脂肪组织层之后的人体组织吸收导致一定程度的损伤。

慢跑运动是一种理想的减脂方法，跑步机是常用的跑步健身器械。现有技术中的跑步机健身过程多是由健身者自主控制，缺乏必要运动指导，缺乏科学性，尤其是缺少针对个体运动的适应性处方，同时对于健身效果不能做出有依据的评估，使得健身过程存在盲目性。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术的不足，提供一种科学、合理的智能化减脂跑步机及其健身指导方法，以期能针对不同的使用者提供相适应的减脂运动方案，从而实现更加人性化和智能化的健身目的。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种智能化减脂跑步机的特点是包括：体脂率测量模块、运动心率测量模块、控制处理模块、人机交互模块、电源模块和跑步机主体；

所述体脂率测量模块是由若干体脂测量电极和用于测量体重的称重传感器组成，并用于获取健身者的体脂率测试数据后传递给所述控制处理模块；

所述运动心率测量模块用于实时获取所述健身者的运动心率测试数据，并发送给所述控制处理模块；

所述控制处理模块根据所接收的运动心率测试数据和体脂率测试数据进行动态分析，获得所述跑步机主体中跑步带的速度、坡度和运动时长，从而生成减脂运动方案后发送给所述跑步机主体；

所述跑步机主体为一电动跑步机，用于执行所述控制处理模块给定的减脂运动方案；

所述人机交互模块用于外部数据的采集和导入、内部数据的实时显示、以及实现对所述智能化减脂跑步机的人工控制；

所述电源模块包括体脂测量电源转换器、控制单元低压电源转换器和跑步机主体电机电源转换器，用于为相应模块提供工作电源。

本发明一种智能化减脂跑步机的健身指导方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、建立标准体脂率数据库；所述标准体脂率数据库中包含不同级别的体脂率，以及不同级别体脂率所对应的运动强度系数区间和运动时长；

步骤2、建立心肺耐力次极量测试强度数据库；所述心肺耐力次极量测试强度数据库包含不同心肺耐力测试时使用的运动强度及其对应的跑步机主体的速度、坡度和运动时长；

步骤3、利用所述人机交互模块采集所述健身者的身高、年龄和性别并建立用户档案；在所述心肺耐力次极量测试强度数据库中查询，获得所述健身者的心肺耐力测试强度及其相应的速度、坡度和运动时长，引导健身者测试其心肺耐力水平；

步骤4、利用所述体脂率测量模块获得所述健身者的体脂率测试数据，并根据所述体脂率测试数据在所述标准体脂率数据库进行查询，获得所述健身者的体脂率等级及其相应的运动强度系数区间和运动时长，以所述健身者的运动强度系数区间和运动时长作为减脂运动方案；并确定所述健身者运动的运动强度下限Lv0和运动强度上限Lv1；

步骤5、利用所述运动心率测量模块获取所述健身者的安静心率HRrest，根据年龄计算所述健身者的最大安全心率HRmax；

步骤6、利用式(1)和式(2)分别获得所述健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1：

HRsport0＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv0； (1)

HRsport1＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv1； (2)

步骤7、获得所述健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1之差作为心率控制目标范围，并对所述健身者的运动时长进行分段处理，获得热身阶段、起步阶段、高峰阶段、维持阶段和调整阶段；

设定心率参考范围为：

所述热身阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0；

所述起步阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的50％之和；

所述高峰阶段的心率参考值为所述心率差值的100％；

所述维持阶段的心率参考值为述心率差值的80％；

所述调整阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的20％之和，并逐步下降到所述心率下限HRsport0；

步骤8、所述控制处理模块根据减脂运动方案获得所述跑步机主体的速度和坡度，控制所述跑步机主体启动，通过所述运动心率测量模块实时获取健身者的运动心率测试数据，并与所述心率参考值进行实时比较，从而动态优化所述跑步机主体的实时速度和坡度，使得所述健身者的运动心率测试数据始终处于控制目标范围内；

步骤9、所述人机交互模块实时显示所述健身者的运动强度、运动时长和心率变化并最终生成锻炼报告；

步骤10、根据所述锻炼报告更新所述减脂运动方案，从而实现对所述健身者的健身指导。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将体脂率测量模块与跑步机主体在结构上集成为一个整体，减少了设备占用空间和成本，更规范了体脂率的测试过程；通过体脂率测量模块能获取健身者的体脂率，通过人机交互模块获取健身者的个人信息，从而能设定初步减脂运动方案，再通过运动心率测量模块能实时获取健身者的心率大小，从而有利于动态调整减脂运动方案，为不同健身者提供了个性化的减脂运动方案，健身指导科学性、系统性更强，弥补了当前健身运动领域缺乏一整套完整的健身指导方法的不足之处，从而指导用户进行科学健身。

2、本发明根据健身者的用户档案、实测的体脂率及其分布、心肺耐力水平，生成针对性的减脂运动处方和运动强度控制方案，并可接受健身专家的干预和调整，并据此自动调整跑步机的速度和坡度，提高了运动减脂的科学性。

3、本发明在执行运动强度控制方案过程中，可由健身者选择按固定强度控制方案进行跑步机速度和坡度控制，或者根据健身者的实时运动心率，自动调整跑步机的速度和坡度，提高了健身者的安全性。

4、本发明根据减脂运动方案，周期性引导健身者进行心肺耐力水平、体脂率及其分布测量，评估健身效果，并据此动态优化运动强度控制方案，长期跟踪健身者体脂率的变化，提高了运动减脂的有效性。

附图说明

图1为本发明智能化减脂跑步机的整体结构示意图；

图2为本发明智能化减脂跑步机的系统结构框图；

图3为本发明智能化减脂跑步机的逻辑功能框图；

图4为本发明智能化减脂跑步机的健身指导方法流程图；

图中标号：1体脂率测量模块，2运动心率测量模块，3控制处理模块，4人机交互模块，5电源模块，6跑步机主体。

具体实施方式

本实施例中，如图1和图2所示，一种智能化减脂跑步机包括：体脂率测量模块1、运动心率测量模块2、控制处理模块3、人机交互模块4、电源模块5和跑步机主体6；

体脂率测量模块1是由4对用来测量体脂重量及体脂分布的体脂测量电极和用于测量体重的称重传感器组成，并安装在跑步机主体6上，通过生物电阻抗测量法获取健身者的体脂率测试数据后传递给控制处理模块3；

运动心率测量模块2通过无线接口与控制处理模块3连接，用于实时获取健身者的运动心率测试数据，即运动心率并发送给控制处理模块3；

控制处理模块3包括通信、数据存储和数据处理功能，根据检测获得的给定运动强度下的运动心率计算获得健身者的心肺耐力测试数据；根据所接收的运动心率测试数据、心肺耐力测试数据和体脂率测试数据进行动态分析，获得跑步机主体6中跑步带的速度、坡度和运动时长，从而生成减脂运动方案和强度控制策略后发送给跑步机主体6；

跑步机主体6为一电动跑步机，用于执行控制处理模块3给定的减脂运动方案和强度控制策略；

人机交互模块4用于外部数据的采集和导入，例如，录入或导入用户档案、专家知识输入、内部数据的实时显示，包括运动心率测试数据和体脂率测试数据的显示，以及实现对智能化减脂跑步机的人工控制和网络接口功能，网络接口可以是有线连接、也可以是无线连接，用于实现健身数据的网络互连；健身数据包括但不限于健身方案、运动数据和锻炼记录；

电源模块5包括隔离的体脂测量电源转换器、控制单元低压电源转换器和跑步机主体电机电源转换器，用于为相应模块提供工作电源；

如图3和图4所示，一种智能化减脂跑步机的健身指导方法是按如下步骤进行：

步骤1、上电初始化；并建立标准体脂率数据库；标准体脂率数据库中包含不同级别的体脂率，以及不同级别体脂率所对应的运动强度系数区间和运动时长；本实施例中，对体脂率标准进行分级1-5级，1级代表体脂严重偏低、2级代表体脂严重低、3级代表体脂正常、4级代表体脂超标、5级代表体脂严重超标；

步骤2、建立心肺耐力次极量测试强度数据库；心肺耐力次极量测试强度数据库包含不同心肺耐力测试时使用的运动强度及其对应的跑步机主体6的速度、坡度和运动时长；

步骤3、利用人机交互模块4采集健身者的姓名、身高、年龄和性别并判断有健身测试记录，若有，则判断健身测试记录的间隔周期是否超时，若超时，则执行步骤4进行测试，若在间隔周期内，则直接调取锻炼报告并进行健身效果的评估，生成运动强度控制方案后直接进入步骤9；若不存在测试健身记录，则建立用户档案后执行步骤4；

步骤4、在所述心肺耐力次极量测试强度数据库中查询，获得所述健身者的心肺耐力测试强度及其相应的速度、坡度和运动时长，引导健身者测试其心肺耐力水平；

步骤5、利用体脂率测量模块获得健身者的体脂率测试数据，即体脂率及其分布，并根据体脂率测试数据在标准体脂率数据库进行查询，获得健身者的体脂率等级及其相应的运动强度系数区间和运动时长，以健身者的运动强度系数区间和运动时长作为减脂运动方案；并根据专家经验最终确定健身者运动的运动强度下限Lv0和运动强度上线Lv1；此时，健身指导专家可通过人机交互模块4对减脂运动方案或运动强度控制方案进行干预和调整；

步骤6、利用运动心率测量模块2获取健身者的安静心率HRrest；控制处理模块3根据年龄计算健身者的最大安全心率HRmax；

步骤7、利用式(1)和式(2)分别获得健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1：

HRsport0＝HRrest+HRmax-HRrest×Lv0； (1)

HRsport1＝HRrest+HRmax-HRrest×Lv1； (2)

步骤8、获得健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1之差作为心率控制目标范围，并对健身者的运动时长进行分段处理，获得热身阶段、起步阶段、高峰阶段、维持阶段和调整阶段；

设定心率参考范围为：

热身阶段的心率参考值为心率下限HRsport0；

起步阶段的心率参考值为心率下限HRsport0以及心率差值的50％之和；

高峰阶段的心率参考值为心率差值的100％；

维持阶段的心率参考值为述心率差值的80％；

调整阶段的心率参考值为心率下限HRsport0以及心率差值的20％之和，并逐步下降到心率下限HRsport0；

步骤9、控制处理模块3根据减脂运动方案获得所述跑步机主体6的速度和坡度，控制跑步机主体6启动，通过运动心率测量模块2实时获取健身者的运动心率测试数据，并与心率参考值进行实时比较，从而动态优化跑步机主体6执行的实时速度和坡度，使得健身者的运动心率测试数据始终处于心率控制目标范围内；以此获得强度控制策略；此时，健身者可以选择按固定强度控制方案进行跑步机主体6速度和坡度控制，或者根据健身者的实时运动心率，自动调整跑步机主体6的速度和坡度；若健身者选择根据实时运动心率，自动调整跑步机主体6的速度和坡度，则需要佩戴心率设备；

步骤8、人机交互模块4实时显示运动数据，包括健身者的运动强度(速度和坡度)、运动时长和心率变化并评估健身效果，最终生成锻炼报告；

步骤9、健身者可将锻炼报告通过人机交互模块4上传健身云互联分享，健身者通过网站或手机APP可以查看锻炼报告；健身者可选择继续锻炼或退出。

步骤10、控制处理模块根据锻炼报告更新减脂运动方案，用于下一阶段的减脂锻炼指导，从而周期性引导健身者进行心肺耐力水平、体脂率及其分布测试，评估健身效果，动态优化运动强度控制方案，实现科学健身指导。

Claims (1)

1.一种智能化减脂跑步机的健身指导方法，所述智能化减脂跑步机包括：体脂率测量模块(1)、运动心率测量模块(2)、控制处理模块(3)、人机交互模块(4)、电源模块(5)和跑步机主体(6)；

所述体脂率测量模块(1)是由若干体脂测量电极和用于测量体重的称重传感器组成，并用于获取健身者的体脂率测试数据后传递给所述控制处理模块(3)；

所述运动心率测量模块(2)用于实时获取所述健身者的运动心率测试数据，并发送给所述控制处理模块(3)；

所述控制处理模块(3)根据所接收的运动心率测试数据和体脂率测试数据进行动态分析，获得所述跑步机主体(6)中跑步带的速度、坡度和运动时长，从而生成减脂运动方案后发送给所述跑步机主体(6)；

所述跑步机主体(6)为一电动跑步机，用于执行所述控制处理模块(3)给定的减脂运动方案；

所述人机交互模块(4)用于外部数据的采集和导入、内部数据的实时显示、以及实现对所述智能化减脂跑步机的人工控制；

所述电源模块(5)包括体脂测量电源转换器、控制单元低压电源转换器和跑步机主体电机电源转换器，用于为相应模块提供工作电源；其特征是，所述健身指导方法是按如下步骤进行：

步骤1、建立标准体脂率数据库；所述标准体脂率数据库中包含不同级别的体脂率，以及不同级别体脂率所对应的运动强度系数区间和运动时长；

步骤2、建立心肺耐力次极量测试强度数据库；所述心肺耐力次极量测试强度数据库包含不同心肺耐力测试时使用的运动强度及其对应的跑步机主体(6)的速度、坡度和运动时长；

步骤3、利用所述人机交互模块(4)采集所述健身者的身高、年龄和性别并判断有健身测试记录，若有，则判断健身测试记录的间隔周期是否超时，若超时，则执行步骤4进行测试，若在间隔周期内，则直接调取锻炼报告并进行健身效果的评估，生成运动强度控制方案后直接进入步骤9；若不存在测试健身记录，则建立用户档案后执行步骤4；

步骤4、在所述心肺耐力次极量测试强度数据库中查询，获得所述健身者的心肺耐力测试强度及其相应的速度、坡度和运动时长，引导健身者测试其心肺耐力水平；

步骤5、利用所述体脂率测量模块获得所述健身者的体脂率测试数据，并根据所述体脂率测试数据在所述标准体脂率数据库进行查询，获得所述健身者的体脂率等级及其相应的运动强度系数区间和运动时长，以所述健身者的运动强度系数区间和运动时长作为减脂运动方案；并确定所述健身者运动的运动强度下限Lv0和运动强度上限Lv1；

步骤6、利用所述运动心率测量模块(2)获取所述健身者的安静心率HRrest，根据年龄计算所述健身者的最大安全心率HRmax；

步骤7、利用式(1)和式(2)分别获得所述健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1：

HRsport0＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv0； (1)

HRsport1＝HRrest+(HRmax-HRrest)×Lv1； (2)

步骤8、获得所述健身者运动的心率下限HRsport0和心率上限HRsport1之差作为心率控制目标范围，并对所述健身者的运动时长进行分段处理，获得热身阶段、起步阶段、高峰阶段、维持阶段和调整阶段；

设定心率参考范围为：

所述热身阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0；

所述起步阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的50％之和；

所述高峰阶段的心率参考值为所述心率差值的100％；

所述维持阶段的心率参考值为述心率差值的80％；

所述调整阶段的心率参考值为所述心率下限HRsport0以及所述心率差值的20％之和，并逐步下降到所述心率下限HRsport0；

步骤9、所述控制处理模块(3)根据减脂运动方案获得所述跑步机主体(6)的速度和坡度，控制所述跑步机主体(6)启动，通过所述运动心率测量模块(2)实时获取健身者的运动心率测试数据，并与所述心率参考值进行实时比较，从而动态优化所述跑步机主体(6)的实时速度和坡度，使得所述健身者的运动心率测试数据始终处于控制目标范围内；进而获得强度控制策略；

步骤10、所述人机交互模块(4)实时显示所述健身者的运动强度、运动时长和心率变化并最终生成锻炼报告；

步骤11、根据所述锻炼报告更新所述减脂运动方案，用于下一阶段的减脂锻炼指导，从而周期性引导健身者进行心肺耐力水平、体脂率及其分布测试，评估健身效果，动态优化运动强度控制方案，实现对所述健身者的健身指导。