CN106693289A - 一种智能骑行训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能骑行训练系统，涉及运动健身领域，包括健身车、平板智能终端、手机智能终端以及互联网服务器，本发明通过优化现有的健身车的训练系统，提高了运动数据采集的准确性，直接采集对运动有意义的多种实测数据，不同健身数据标准统一、可参考，方便数据迁移，针对性的提高个体训练效率，提高了按时训练、专注运动的积极性，降低了运动伤害风险，提供了更真实的骑行感受，最终提高健身车运动效果。

Description

一种智能骑行训练系统

技术领域

本发明涉及运动健身领域，具体涉及一种智能骑行训练系统。

背景技术

健身车在运动科学领域叫做“功率自行车”，分为直立式、背靠式（也称为卧式）健身车两种，可以调整运动时的强度（功率），起到健身的效果，所以人们把它称为健身车。属于典型的模拟户外运动的有氧健身器材亦被称为心肺训练器材。主要是通过身体较长时间，适当强度的运动来促进心血管的运动，加快新陈代谢，增强心脏和肺部功能，从而改善人体的体质。如中国专利申请号为CN201010161565.X公开了一种为它包括车架、两个脚蹬和脚蹬转轴；脚蹬转轴装设在车架上，两个脚蹬固定装设脚蹬转轴上，它还包括车把；车把由扶把和固定轴组成，扶把固定装设在固定轴上，固定轴与车架转动连接。该种健身车不但可以在运动中锻炼上肢、下肢肌肉和身体协调性，还可以防止长时间保持同一个姿势使人产生厌倦情绪。还有，如中国专利申请号为CN 201310440261.0公开了健身车，包括有车架，安装在车架上的踩踏装置，安装在车架前部上方的车头装置，以及安装在车架后部上方的座椅装置；所述的车头装置包括有车头管以及安装在车头管上方的车头；所述的座椅装置包括有座椅支管以及安装在座椅支管上方的座椅；所述的座椅支管下端插设在座椅连接管上并通过座椅高度调节旋钮固定；所述座椅支管和座椅通过座椅滑座和座椅安装座滑动连接并通过座椅调节把手固定；该健身车部件精简，座椅装置的水平位置和高度都可以方便进行调节，使用方便舒适。

目前来看，现有的健身车还存在如下缺陷：

1运动数据统计粗糙

现有健身车运动数据统计粗糙，对运动量、骑行信息统计内容只有“时间、重量、距离、卡路里”等数值，其中“重量”数据不同车型无统一标准，一般以0-9的等级概念模糊表示；“距离”数值仅为厂家预设值，实际意义小；“卡路里”是通过将“重量”、“距离”两组数值通过公式获得，少部分商用健身车会参考用户年龄、身高、体重等信息进行修正，但仍然存在较大误差。

2不同健身车设备之间运动数据对比无实际意义

现有健身车采集运动数据的方法不同，测定标准不一，甚至出现相同品牌、不同型号的健身车数据都缺少参考价值，使用者无法从数据上准确对比运动成果，健身车器材的更换极容易打消训练积极性。

3缺少个性化训练指导方案

现有健身车训练方法需要使用者自行学习或聘请教练指导，设备本身无法对使用者进行训练指导，导致训练成本增加，仅有部分高级健身车可提供固定种类模式的具体健身方法，针对不同个体无法提供最优训练方案。聘请教练的方式又会根据教练素质不同而导致运动方案是否对学员最优匹配，不可量化的不确定因素多，难以控制。

4无法消除长期训练长生的惰性

现有健身车自身缺少强化使用者运动意愿的功能。如：动感单车需要配合教练指导及环境音乐等进行课程训练否则枯燥乏味；高级卧式健身车可提供视频播放、音乐播放等分散注意力的周边功能，虽然缓解了运动过程的枯燥，但损失健身时对肌肉的控制力，对健身效果，甚至是下肢损伤后的运动能力恢复训练都有较大的负面影响。

5骑行模拟效果差

现有健身车与实际公路自行车、山地车骑行体验差距大。一般健身车整体固定于地面，激烈骑行过程中车身不能进行横向“摇车”技术动作，缺少“坡路”重心前后变化，与实际骑行时体感差距大，对骑行技术训练支持弱。

综上所述，随着人们对健康的重视以及需求，急需要研发出一种智能、科学、合理的训练系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能骑行训练系统，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

一种智能骑行训练系统，包括

健身车，所述健身车包括固定托盘、车身、车座、底座、俯仰角调节机构、骑行组件和发电组件，所述底座上设有两个限位块，限位块上设有V形槽，V形槽内设有铰接座，车身的底部铰接在铰接座上，固定托盘的中部还设有俯仰轴，所述底座的中部接触连接在俯仰轴上且底座的前端连接有俯仰角调节机构，车身上还设有带有心率感应功能的车把，所述车座固定与车身上端，所述骑行组件包括脚踏、自行车变速器及惯性轮，脚踏和惯性轮安装在车身上并通过链条连接，惯性轮上同轴安装有自行车变速器，所述发电组件包括从动轮和发电机，从动轮通过皮带与惯性轮上的同步带主动轮连接，从动轮与发电机轴连接，所述脚踏上设有踏频计数器，所述惯性轮圆周处所正对的车身上设有转速计数器；

平板智能终端，所述平板智能终端安装于健身车的前端，所述平板智能终端通过数据线分别与车把内的心率传感器、踏频计数器以及转速计数器连接，所述发电机还通过发电机负载控制器连接有负载电池组，负载控制器还与平板智能终端连接，所述平板智能终端内置有运动数据接收模块、功率计算模块、无线信号收发模块、发电机负载控制模块、车身俯仰角调节模块以及训练方案数据游戏模块；

手机智能终端，通过蓝牙或WIFI与平板智能终端连接，所述手机智能终端内置有用户数据获取模块以及训练方案生成模块；

互联网服务器，用于接收并永久保存智能终端上传的全部运动相关信息，并根据需求随时回传至手机智能终端。

优选的，所述俯仰角调节机构包括步进电机、蜗杆和涡轮，步进电机安装于固定托盘上并与蜗杆连接，蜗杆与涡轮连接，涡轮转动连接在固定托盘上，涡轮的侧面设有定位杆，所述定位杆与底座的前端转动连接，所述步进电机通过数据线与平板智能终端连接。

优选的，所述固定托盘的前端设有支撑架，所述平板智能终端可拆卸连接在支撑架的顶部。

优选的，所述支撑架具体为“L”形，支撑架与车身前端之间连接有弹性限位杆。

优选的，所述蜗杆通过轴承座连接在固定托盘上。

一种智能骑行训练系统的训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）用户通过手机登陆训练系统，并按照登陆提示填写相关个人信息，手机内的用户数据获取模块采集用户的个人信息并对信息进行录入，训练方案生成模块根据这些信息生成针对性的训练方案；

（2）手机将所述的训练方案导入到平板智能终端内，平板智能终端生成运动游戏内容并按照训练数据控制游戏内容环境，开始健身，用户在健身过程中可与平板智能终端进行交流主观感受，并选择相应的选项，平板智能终端采集上述主观感受、心率传感器、踏频计数器、转速计数器和发电机负载控制器发出的电流电压数据，并如实记录下来，训练接收后，生成游戏得分结果；

（3）平板智能终端将步骤（2）采集的数据同步至手机智能终端内，手机智能终端对这些数据进行分析，并判断是否需要优化已有的训练方案，并保存运动数据，然后将优化方案以及运动数据通过互联网同步至互联网服务器。

优选的，所述步骤（2）中生成游戏得分结果后，用户可查看成绩，并对系统内的全部用户进行成绩排名。

本发明的优点在于：

1、更真实的自行车骑行模拟；

2、准确且低成本运动功率计算方法，发电机效率经过校准后数值稳定，直接功率计量稳定性更好，永磁体发电机技术成熟，成本低；

3、成本低，与其他高制造成本功率计基本原理不同，且副产品是节能环保的直流电能；

4、智能生成个人定制训练计划，训练计划随训练进度及成果累进优化，运动数据网络端、智能手机端共同存储，不受健身器个体限制，可扩展内容丰富；

5、训练过程中全程智能监督指导，防止运动过量损伤，无热身运动损伤等事件发生；

6、竞技游戏型训练，让使用者在相对亢奋的游戏竞技状态完成训练，奖罚机制可提高训练专注度，进一步降低运动伤害风险，不易产生枯燥厌倦，最终提高运动效率；

7、功率计量副产品为直流电能可有效回收利用，节能环保，永磁体发电机技术成熟、低速工作效率超过75%，额定转速满功率输出效率可接近过98%，本系统健身车可获得最低70%的运动做功向电能的转化效率；

附图说明

图1为本发明中健身车的结构示意图。

图2为本发明限位块的结构示意图。

图3为本发明的骑行训练系统的原理框图。

图4为本发明的骑行训练系统的训练方法的流程图。

其中，1-固定托盘，2-车身，3-车座，4-底座，5-俯仰角调节机构，51-步进电机，52-蜗杆，53-涡轮，54-连接杆，6-骑行组件，61-脚踏，62-惯性轮，63-同步带主动轮，64-从动轮，65-自行车变速器，66-链条，67-指拨，7-发电组件，71-发电机，72-发电机负载控制器，73-负载电池组，8-支撑架，9-限位块，10-V形槽，11-铰接座，12-俯仰轴，13-车把，14-踏频计数器，15-心率传感器，16-转速计数器，17-平板智能终端，18-手机智能终端，19-互联网服务器，20-弹性限位杆。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，一种智能骑行训练系统，包括

健身车，所述健身车包括固定托盘1、车身2、车座3、底座4、俯仰角调节机构5、骑行组件6和发电组件7，所述固定托盘1的前端设有支撑架8，所述平板智能终端17可拆卸连接在支撑架8的顶部，所述支撑架8具体为“L”形，支撑架8与车身2前端之间连接有弹性限位杆20；

所述底座4上设有两个限位块9，限位块9上设有V形槽10，V形槽10内设有铰接座11，车身2的底部铰接在铰接座11上，允许车身2以连接点为轴左右倾斜旋转，并通过安装在车身2前端的横向摆动的弹性限位杆20控制左右倾斜转动角度和给予车身2不同的回正力，模拟骑行状态下的左右摆动反馈力并保证车身2不过分倾斜；

固定托盘1的中部还设有俯仰轴12，允许底座4在前端的俯仰角调节杆的控制下可以连接点为轴，上下旋转调节俯仰角度，所述底座4的中部接触连接在俯仰轴12上且底座4的前端连接有俯仰角调节机构5，所述俯仰角调节机构5包括步进电机51、蜗杆52和涡轮53，步进电机51安装于固定托盘1上并与蜗杆52连接，蜗杆52与涡轮53连接，涡轮53转动连接在固定托盘1上，涡轮53的侧面设有定位杆54，所述定位杆54与底座4的前端转动连接，所述步进电机51通过数据线与平板智能终端17连接，通过平板智能终端17给出驱动信号，步进电机51执行定位操作，使得车身2实现前后俯仰动作，用以模拟“上坡”、“下坡”、“颠簸”等实际路况导致车身2姿态的变化；

车身2上还设有带有心率感应功能的车把13，心率传感器15与平板智能终端17数据线相连，所述车座3固定与车身2上端；

所述骑行组件6包括脚踏61、自行车变速器65及惯性轮及惯性轮62，脚踏61和惯性轮62安装在车身2上并通过链条66连接，惯性轮上同轴安装有自行车变速器65，包括手动机械式变位器（山地车变速器，包括指拨67），电动变位器（带有伺服电机的电传信号变速器）这两种方式都能达到改变从脚踏到飞轮传动比的效果，具体可根据需要选用；车身2中下部脚踏61与曲柄相连并与牙盘相连，曲柄圆周与车身2匹配位置成对安装磁感计数器，计数器与平板智能终端17数据线相连，使用链条将牙盘与九级公路自行车飞轮相连，通过安装在靠近飞轮端的链条变位器可以改变链条所在齿比，通过链条变位器改变链条所使用飞轮的大小来改变传动齿比，可以实现相同转矩下的不同踏频输入；

公路自行车飞轮内有单向棘轮，与健身车花鼓同轴安装，惯性轮62与同步带主动轮63共同安装在花鼓上与花鼓同步运动，在惯性轮62圆周与车身2匹配的位置成对安装磁感转速计数器16，计数器与平板智能终端17相连；

惯性轮62所连接的花鼓与飞轮靠单向棘轮配合工作，正常情况飞轮带动花鼓转动；当踩踏动作突然停止时，惯性轮62的旋转扭矩使花鼓可脱离棘轮棘爪束缚而继续旋转，所以转动扭矩不会回传递给脚踏61，有效防止意外伤害；

所述发电组件7包括从动轮64和发电机负载控制器72，从动轮64通过皮带与惯性轮62上的同步带主动轮63连接，从动轮64与发电机负载控制器72轴连接，活动车身2机械传动装置实现从脚踏61到发电机负载控制器72轴之间的无滑动摩擦的功率传递；

所述脚踏61上设有踏频计数器14，所述惯性轮62圆周处所正对的车身2上设有转速计数器16；

本系统还包括平板智能终端17，所述平板智能终端17安装于健身车的前端，所述平板智能终端17通过数据线分别与车把13内的心率传感器15、踏频计数器14以及转速计数器16连接；

所述发电机负载控制器72还通过发电机负载控制器72负载控制器连接有负载电池组73，负载控制器还与平板智能终端17连接，底座4后部安装负载电池组73和发电机负载控制器72负载控制器，电池组与平板智能终端17相连并供电，负载控制器与平板智能终端17通过通讯数据线缆连接；负载电池组73包含电容电池和锂电池以及锂电池稳压充电控制板；通过发电机负载控制器72负载控制器对负载电池组73充电，可变电流先进入超级电容电池，电容电池满足大功率充电要求，不会对负载功率形成瓶颈；电容电池储存电量的同时由稳压充电控制板给锂电池进行恒压充电，以释放电容电池空间，确保负载能力同时并确保锂电池使用寿命；

发电机负载控制器72与固定托盘1内的发电机负载控制器72负载控制器线缆连接，发电机负载控制器72负载控制器将发电机负载控制器72发出的交流电整流成直流电，并且连续采集输出端直流电流、直流电压，实时数值传输至平板智能终端17；

平板智能终端17控制发电机负载控制器72负载控制器时，根据平板智能终端17反馈指令，控制器改变对负载电池组73输出的电压，从而改变输入负载电池组73的电流，实现改变发电机负载控制器72实际负载功率值，最终实现反馈于机械负载功率变化，实际机械负载功率通过公式P=Ω*T，Ω为角速度，T为驱动扭矩，根据链条变位器控制链条所在不同齿比的飞轮，实现同功率P下的“低阻力高踏频”和“高阻力低踏频”效果，从而模拟“平路冲刺”、“风阻”、“坡路”等真实功率需求环境；

所述平板智能终端17内置有运动数据接收模块、功率计算模块、无线信号收发模块、发电机负载控制器负载控制模块、车身2俯仰角调节模块以及训练方案数据游戏模块；上述模块可显示在平板智能终端17的显示屏上，并供人们查看和操作；

平板智能终端17通过采集惯性轮62转速、发电电压、发电电流，配合内置校准程序模块可实现发电负载功率换算实际运动功率功能。通过测定可知发电机负载控制器72在不同转速n下的不同功率值P的发电效率μ，μ是一组连续的与转速相对应的数值。由惯性轮62与同步带从动轮64无滑动功率传输结构可知惯性轮62与电机转速恒定转速比K，平板智能终端17通过将惯性轮62转速值带入K，并将对应时刻负载功率带入发电效率μ，可获得稳定的使用者运动功率。

平板智能终端17采集记录心率、踏频并结合运动功率可配合内置的健身游戏程序完成对健身车的控制与运动数据记录的工作。

平板智能终端17与智能手机应用通过wifi或蓝牙等方式连接，可上传运动记录，下载个人信息、运动方案，运动预警等信息，根据训练方案数据通过游戏套用程序模块生成独立游戏内容。

本系统还包括手机智能终端18，通过蓝牙或WIFI与平板智能终端17连接，所述手机智能终端18内置有用户数据获取模块以及训练方案生成模块；

用户使用初期记录相关基础信息，姓名、年龄、性别体重等，在使用健身车运动时识别用户；将用户信息、运动方案下载至平板智能终端17。

运动结束后回收过程数据，并根据训练目标、训练方案、训练日程安排等内容生成或优化训练方案，所有信息保存并通过互联网上传至互联网服务器19；

训练方案的设定以当前运动领域认可度最高的一种或多种组成，其中包含“90-110最优踏频控制提升方案”：方案内容为以90到110踏频区间为目标，根据使用者年龄、性别、踏频记录和功率记录等内容安排相应训练强度和训练间隔。并以一定周期进行进行成果检验，以优化训练内容；

基于FTP（Function Threshold Power，机能功率阈值）数据的运动功率提升方案，FTP是由功率训练大师Dr. Andrew Coggan所提出，FTP表示一小时内可以稳定输出的最高功率，重点在于“稳定输出”和“最高功率”两个部分。FTP瓦数除以使用者体重得到w/kg (功率体重比)，可较为精确反应使用者的有氧骑行运动能力；

RPE（Rating of Perceived Exertion 自感劳累分级）方法辅助心肺功能提升方案，RPE需要主观反馈运动劳累的感受，受到当次运动状态的影响，同样运动内容、时间、强度可能会有一定程度的主观反馈差异。这种差异可通过本训练系统相同运动内容周期性盲测，及历史运动记录来纠正。此方案能更合理、高效提升使用者的心肺功能；

基于机能康复、老年保健的运动方案等

手机智能终端18可允许使用者在家中、健身房任何配备所述健身系统健身车上使用自己的训练方案进行运动；

本系统还包括互联网服务器19，用于接收并永久保存智能终端上传的全部运动相关信息，并根据需求随时回传至手机智能终端18，根据运动游戏成绩编辑并发布游戏成绩排名信息，作为运动激励的补充内容。

在本实施例中，所述蜗杆52通过轴承座连接在固定托盘1上。

一种智能骑行训练系统的训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）用户通过手机登陆训练系统，并按照登陆提示填写相关个人信息，手机内的用户数据获取模块采集用户的个人信息并对信息进行录入，训练方案生成模块根据这些信息生成针对性的训练方案；

（2）手机将所述的训练方案导入到平板智能终端17内，平板智能终端17生成运动游戏内容并按照训练数据控制游戏内容环境，开始健身，用户在健身过程中可与平板智能终端17进行交流主观感受，并选择相应的选项，平板智能终端17采集上述主观感受、心率传感器15、踏频计数器14、转速计数器16和发电机负载控制器72负载控制器发出的电流电压数据，并如实记录下来，训练接收后，生成游戏得分结果；

（3）平板智能终端17将步骤（2）采集的数据同步至手机智能终端18内，手机智能终端18对这些数据进行分析，并判断是否需要优化已有的训练方案，并保存运动数据，然后将优化方案以及运动数据通过互联网同步至互联网服务器19。

在本实施例中，所述步骤（2）中生成游戏得分结果后，用户可查看成绩，并对系统内的全部用户进行成绩排名。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种智能骑行训练系统，其特征在于，包括

健身车，所述健身车包括固定托盘、车身、车座、底座、俯仰角调节机构、骑行组件和发电组件，所述底座上设有两个限位块，限位块上设有V形槽，V形槽内设有铰接座，车身的底部铰接在铰接座上，固定托盘的中部还设有俯仰轴，所述底座的中部接触连接在俯仰轴上且底座的前端连接有俯仰角调节机构，车身上还设有带有心率感应功能的车把，所述车座固定与车身上端，所述骑行组件包括脚踏、自行车变速器及惯性轮，脚踏和惯性轮安装在车身上并通过链条连接，惯性轮上同轴安装有所述的自行车变速器，所述发电组件包括从动轮和发电机，从动轮通过皮带与惯性轮上的同步带主动轮连接，从动轮与发电机轴连接，所述脚踏上设有踏频计数器，所述惯性轮圆周处所正对的车身上设有转速计数器；

平板智能终端，所述平板智能终端安装于健身车的前端，所述平板智能终端通过数据线分别与车把内的心率传感器、踏频计数器以及转速计数器连接，所述发电机还通过发电机负载控制器连接有负载电池组，负载控制器还与平板智能终端连接，所述平板智能终端内置有运动数据接收模块、功率计算模块、无线信号收发模块、发电机负载控制模块、车身俯仰角调节模块以及训练方案数据游戏模块；

手机智能终端，通过蓝牙或WIFI与平板智能终端连接，所述手机智能终端内置有用户数据获取模块以及训练方案生成模块；

互联网服务器，用于接收并永久保存智能终端上传的全部运动相关信息，并根据需求随时回传至手机智能终端。

2.根据权利要求1所述的一种智能骑行训练系统，其特征在于：所述俯仰角调节机构包括步进电机、蜗杆和涡轮，步进电机安装于固定托盘上并与蜗杆连接，蜗杆与涡轮连接，涡轮转动连接在固定托盘上，涡轮的侧面设有定位杆，所述定位杆与底座的前端转动连接，所述步进电机通过数据线与平板智能终端连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能骑行训练系统，其特征在于：所述固定托盘的前端设有支撑架，所述平板智能终端可拆卸连接在支撑架的顶部。

4.根据权利要求3所述的一种智能骑行训练系统，其特征在于：所述支撑架具体为“L”形，支撑架与车身前端之间连接有弹性限位杆。

5.根据权利要求2所述的一种智能骑行训练系统，其特征在于：所述蜗杆通过轴承座连接在固定托盘上。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的智能骑行训练系统的训练方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）用户通过手机登陆训练系统，并按照登陆提示填写相关个人信息，手机内的用户数据获取模块采集用户的个人信息并对信息进行录入，训练方案生成模块根据这些信息生成针对性的训练方案；

（2）手机将所述的训练方案导入到平板智能终端内，平板智能终端生成运动游戏内容并按照训练数据控制游戏内容环境，开始健身，用户在健身过程中可与平板智能终端进行交流主观感受，并选择相应的选项，平板智能终端采集上述主观感受、心率传感器、踏频计数器、转速计数器和发电机负载控制器发出的电流电压数据，并如实记录下来，训练接收后，生成游戏得分结果；

（3）平板智能终端将步骤（2）采集的数据同步至手机智能终端内，手机智能终端对这些数据进行分析，并判断是否需要优化已有的训练方案，并保存运动数据，然后将优化方案以及运动数据通过互联网同步至互联网服务器。

7.根据权利要求6所述的一种智能骑行训练系统，其特征在于：所述步骤（2）中生成游戏得分结果后，用户可查看成绩，并对系统内的全部用户进行成绩排名。