CN107551463B - 一种跑步机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跑步机，包括机架；减速电机，安装于所述机架内；脚踏，位于所述机架的两侧，且通过传动装置连接于所述减速电机，所述脚踏用于通过所述传动装置模拟人体步行动作；控制系统，连接至所述减速电机，所述控制系统用于控制所述减速电机的运行；所述控制系统包括单片机，用于设定所述减速电机的运行程序，所述单片机用于执行运行程序以控制所述减速电机的运行；所述运行程序包括主动运行程序和被动运行程序。本发明的跑步机强了用户的体验性、趣味性和挑战性。
Description
技术领域
本发明涉及运动器械等领域，具体为一种跑步机。
背景技术
跑步机是家庭及健身房常备的健身器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最佳选择。
现有的跑步机体验性能不佳，在选定跑步模式之后，跑步机不能根据用户的实际运动情况与用户的运动状态，如用户体力、用户跑步的快慢等情况进行调整，同时缺少运动场景的设置，缺乏互动性、趣味性和挑战性。
发明内容
本发明的目的是：提供一种跑步机，以解决现有技术中跑步机用户体验性不佳的问题。
实现上述目的的技术方案是：一种跑步机，包括机架；减速电机，安装于所述机架内；脚踏，位于所述机架的两侧，且通过传动装置连接于所述减速电机，所述脚踏用于通过所述传动装置模拟人体步行动作；控制系统，连接至所述减速电机，所述控制系统用于控制所述减速电机的运行；所述控制系统包括单片机，用于设定所述减速电机的运行程序，所述单片机用于执行运行程序以控制所述减速电机的运行；所述运行程序包括主动运行程序和被动运行程序；在被动运行程序下，所述控制系统为所述减速电机提供电流，所述控制系统用于控制所述减速电机的转动速度；在主动运行程序下，所述单片机用于切断所述减速电机的外部电流；所述减速电机设有电感线圈，用于在脚踏运动作用下产生感应电流，所述感应电流产生所述脚踏运行方向的电磁阻尼。
在本发明一较佳的实施例中，所述控制系统还设有调节电阻，所述调节电阻连接于所述减速电机与所述单片机之间。
在本发明一较佳的实施例中，所述控制系统还包括角速度传感器，用于检测所述减速电机的转速以及转动方向；所述单片机包括运动方向判断单元，用于判断所述减速电机的转动方向；阻力调节单元，在主动运行程序下，当所述减速电机的转速不在预设值范围内，所述阻尼调节单元用于调节所述调节电阻的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值，即所述单片机根据所述感应电流的占空比调节所述电阻的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值。
在本发明一较佳的实施例中，所述减速电机的机轴上设有光感计数器，用于测量所述减速电机的机轴的转动圈数。
在本发明一较佳的实施例中，所述的跑步机还包括控制装置，用于向所述控制系统发送控制指令，所述控制系统通过控制指令控制所述减速电机的运行。
在本发明一较佳的实施例中，所述控制装置包括第一通信单元，用于与所述控制系统进行数据传递；控制按键，每一按键对应一控制电路，所述控制电路根据控制按键的触发产生一控制信号；处理器，连接至所述第一通信单元，用于接收和处理所述第一通信单元从所述控制系统接收到的数据以及根据所述控制信号向所述控制系统发送一控制指令；所述控制系统包括第二通信单元，用于与所述第一通信单元进行数据交换。
在本发明一较佳的实施例中，所述控制系统还包括热量消耗计算单元，用于根据所述运行程序中的数据计算人体运动消耗的热量。
在本发明一较佳的实施例中，所述的跑步机还包括显示器，连接于所述控制系统并安装于所述机架的表面，所述显示器用于显示各种数据，包括运动时间、消耗的热量以及运行程序。
在本发明一较佳的实施例中，所述的跑步机还包括VR系统，用于模拟运动场景。
在本发明一较佳的实施例中，所述机架包括主体支架，所述减速电机安装于所述主体支架中；减速电机支架，设于所述主体支架的两侧，所述减速电机的机轴安装于所述减速电机支架上，所述减速电机的机轴连接至所述传动装置；扶持杆，下端安装于所述主体支架的前侧且向上延伸；手柄，其中部安装于所述扶持杆的上端。
本发明的优点是：本发明的跑步机，通过减速电机带动踏板做椭圆形前后运动，运动轨迹接近人体散步和慢跑动作，有效的真实模拟人体慢跑动作，增强了用户的体验性；通过集成电路、单片机等控制减速电机转动，设置多种速度选择、时间选择等，增强了跑步机的智能化操作，提高了人与机器的互动性，进一步提高了用户对于跑步的兴趣，被动运动相结合的方法可以最大限度舒缓运动疲劳和强度，让坚持运动从此变得简单，让意志力不再是健身的最大障碍；结合VR系统，可有运动场景再现，运动中模拟不同的现场环境，增加趣味性和挑战性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释。
图1是本发明实施例的跑步机结构示意图。
图2是本发明实施例的跑步机部分结构示意图。
图3是本发明实施例的控制系统以及减速电机的结构示意图。
图4是本发明实施例的控制装置的结构示意图。
其中，
1机架； 2减速电机；
3脚踏； 4控制系统；
5控制装置； 6传动装置；
7导轮； 11主体支架；
12减速电机支架； 13扶持杆；
14手柄； 41单片机；
42调节电阻； 412显示器；
413光感计数器。
具体实施方式
以下实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「顶」、「底」等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
如图1、图2所示，一种跑步机，包括机架1、减速电机2、脚踏3、控制系统4、控制装置5以及VR系统（图未示）。
其中，机架1为跑步机的承载主体，具体包括主体支架11、减速电机支架12、扶持杆、手柄。具体的，减速电机2安装于所述主体支架11中，减速电机2的机轴向主体支架11的左右两侧伸出；减速电机支架12设于所述主体支架11的两侧，所述减速电机2的机轴安装于所述减速电机支架12上。所述减速电机2的机轴连接至一传动装置6通过传动装置6连接至脚踏3，传动装置6包括轴承、曲柄等组件；扶持杆13的下端安装于所述主体支架11的前侧且向上延伸；手柄14的中部安装于所述扶持杆13的上端。所述脚踏3用于通过所述传动装置6模拟人体步行动作。所述脚踏3下方设有导轮7，以引导脚踏3运行。
其中，VR系统用于模拟运动时的跑步场景，以配合用户跑步。运动中模拟不同的现场环境，增加趣味性和挑战性。
其中，所述减速电机2设有电感线圈，当减速电机2在外力作用下，即脚踏3的作用下，电机机轴实际转动速度不在减速电机2正常转动速度的范围内，则电感线圈在脚踏3运动作用下产生感应电流，所述感应电流产生所述脚踏3运行方向的电磁阻尼。
其中，如图3所示，控制系统4连接至所述减速电机2，并安装在主体支架11上。所述控制系统4用于控制所述减速电机2的运行。所述控制系统4包括单片机41、调节电阻42以及连接于单片机41的集成电路，集成电路包括角速度传感器、光感计数器413。
具体的，光感计数器413设置在减速电机2的机轴处，用于测量减速电机2的机轴的转动圈数。角速度传感器设于所述减速电机2的机轴处，用于检测所述减速电机2的转速以及转动方向。
具体的，单片机41用于设定所述减速电机2的运行程序以及执行运行程序以控制所述减速电机2的运行；所述运行程序包括主动运行程序和被动运行程序。本实施例中，单片机41包括运动方向判断单元、阻力调节单元和调节电阻42、第二通信单元、热量消耗计算单元、处理单元以及显示器412。所述运动方向判断单元用于判断减速电机2的实时转动方向，处理单元根据该实时转动方向以及运行程序调节减速电机2的转动方向。如当减速电机2为逆时针转动时，所对应的人体运动为后退式的运动动作，当用户需要将后退式的运动动作改变为前进式的运动动作时，则通过控制装置5向控制系统4发送控制指令，通过处理单元控制减速电机2从逆时针转动转变为顺时针转动。
在主动运行程序下，所述单片机41用于切断所述减速电机2的外部电流；所述减速电机2设有电感线圈，用于在脚踏3运动作用下产生感应电流， 调节电阻42，所述调节电阻42连接于所述减速电机2与所述单片机41之间。当所述减速电机2的转速不在预设值范围内，所述阻尼调节单元用于调节所述调节电阻42的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值，即所述单片机41根据所述感应电流的占空比调节所述电阻的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值。即调节电阻42的电阻值越小，则感应电流越大，电磁阻尼的阻力越大，人体运动所消耗的热量越多。感应电流产生的越快，即占空比越小，则感应电流越大，电磁阻尼的阻力越大，人体运动所消耗的热量越多。
热量消耗计算单元用于计算主动运行程序下的人体消耗的热量，具体的根据设定的程序计算，本实施例中提供一种算法如下：本实施例中设定慢跑一小时=600kcal(千卡)一分钟慢跑=100转；每分钟100转速度6（千卡）为基数。主动方式热量消耗计算：阻力百分比*（圈数/（基数100））*基数*6，如下表1所示。
表1：主动运行程序下各阻力档位在1分钟内消耗的热量，热量单位为卡路里。
| 阻力（档位） | 阻力（百分比） | 速度（圈数） | 时间（分钟） | 卡路里 |
| 00 | 100% | 100 | 1 | 6 |
| 01 | 110% | 100 | 1 | 6.6 |
| 02 | 120% | 100 | 1 | 7.2 |
| 02 | 120% | 50 | 1 | 3.6 |
在被动运行程序下，所述控制系统4为所述减速电机2提供电流，所述控制系统4用于控制所述减速电机2的转动速度。当人体的跑步动作随脚踏3运动时，则减速电机2的转速在正常的转动范围内，则电感线圈不产生感应电流，则无电磁阻尼。当人体的跑步动作的速度增大，则脚踏3的转动速度也随之增大，则减速电机2的实际转动速度大于正常速度，此时，电感线圈产生感应电流，感应电流产生电磁阻尼，则人体所用的力增大，所消耗的热量增加。热量消耗计算单元用于计算被动运行程序下的人体消耗的热量，具体的根据设定的程序计算，本实施例中提供一种算法如下：被动方式热量计算：主动方式运动消耗是被动方式的5倍，则热量消耗为：阻力百分比*（圈数/（100*基数））*基数*6/5。如下表2所示。
表2为被动运行程序下各阻力档位在1分钟内消耗的热量，热量单位为卡路里。
| 阻力(档位) | 阻力（百分比） | 速度（圈数） | 时间（分钟） | 基数 | 卡路里 |
| 00 | 100% | 100 | 1 | 6 | 1.2 |
| 01 | 110% | 100 | 1 | 6.6 | 1.1 |
| 02 | 120% | 100 | 1 | 7.2 | 1.44 |
| 02 | 120% | 50 | 1 | 3.6 | 0.72 |
其中，显示器412连接于所述控制系统4并安装于所述机架1的表面，所述显示器412用于显示各种数据，包括运动时间、消耗的热量以及运行程序。
本实施例中，处理器还用于收集每一运动时刻的运动数据，并形成数据库，存储于控制系统4中的存储器中，根据数据库中的数据特征形成后期的跑步规划表，并将该跑步规划表发送至控制装置5。该数据特征包括运动日期、运动时间、运动消耗热量等。
其中，如图4所示，控制装置5用于向所述控制系统4发送控制指令，所述控制系统4通过控制指令控制所述减速电机2的运行。所述控制装置5包括第一通信单元、控制按键、处理器。其中，所述第一通信单元用于与所述控制系统4中第二通信单元进行数据传递；每一按键对应一控制电路，所述控制电路根据控制按键的触发产生一控制信号；处理器连接至所述第一通信单元，处理器用于接收和处理所述第一通信单元从所述控制系统4接收到的数据以及根据所述控制信号向所述控制系统4发送一控制指令。
本实施例中，控制装置5如手机接收到控制系统4发送至的规划表，可以根据该规划表进行跑步，或者对规划表进行调整，并将调整后的规划表反馈至控制系统4，控制系统4根据反馈的规划表进行跑步日程的修订，重新制定跑步规划日程的规划表，并发送至控制装置5。
本实施例中，所述控制装置5可以是装载有应用程序的手机、电脑或平板电脑或者与跑步机一体配置的遥控器。控制装置5配合VR系统进行运动场景选择与模拟。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种跑步机，其特征在于，包括
机架；
减速电机，安装于所述机架内；
脚踏，位于所述机架的两侧，且通过传动装置连接于所述减速电机，所述脚踏用于通过所述传动装置模拟人体步行动作；
控制系统，连接至所述减速电机，所述控制系统用于控制所述减速电机的运行；
所述控制系统包括单片机，用于设定所述减速电机的运行程序，所述单片机用于执行运行程序以控制所述减速电机的运行；所述运行程序包括主动运行程序和被动运行程序；
在被动运行程序下，所述控制系统为所述减速电机提供电流，所述控制系统用于控制所述减速电机的转动速度；
在主动运行程序下，所述单片机用于切断所述减速电机的外部电流；所述减速电机设有电感线圈，用于在脚踏运动作用下产生感应电流，所述感应电流产生所述脚踏运行方向的电磁阻尼；所述控制系统还设有调节电阻，所述调节电阻连接于所述减速电机与所述单片机之间；所述控制系统还包括
角速度传感器，用于检测所述减速电机的转速以及转动方向；
所述单片机包括
运动方向判断单元，用于判断所述减速电机的转动方向；
阻力调节单元，在主动运行程序下，当所述减速电机的转速不在预设值范围内，所述阻尼调节单元用于调节所述调节电阻的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值，即所述单片机根据所述感应电流的占空比调节所述电阻的电阻值以调节所述电磁阻尼的阻力值；
还包括控制装置，用于向所述控制系统发送控制指令，所述控制系统通过控制指令控制所述减速电机的运行；
所述控制装置包括
第一通信单元，用于与所述控制系统进行数据传递；
控制按键，每一按键对应一控制电路，所述控制电路根据控制按键的触发产生一控制信号；
处理器，连接至所述第一通信单元，用于接收和处理所述第一通信单元从所述控制系统接收到的数据以及根据所述控制信号向所述控制系统发送一控制指令；
所述控制系统包括第二通信单元，用于与所述第一通信单元进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的跑步机，其特征在于，所述减速电机的机轴上设有光感计数器，用于测量所述减速电机的机轴的转动圈数。
3.根据权利要求1所述的跑步机，其特征在于，所述控制系统还包括热量消耗计算单元，用于根据所述运行程序中的数据计算人体运动消耗的热量。
4.根据权利要求3所述的跑步机，其特征在于，还包括显示器，连接于所述控制系统并安装于所述机架的表面，所述显示器用于显示各种数据，包括
运动时间、消耗的热量以及运行程序。
5.根据权利要求1所述的跑步机，其特征在于，还包括VR系统，用于模拟运动场景。
6.根据权利要求1所述的跑步机，其特征在于，所述机架包括
主体支架，所述减速电机安装于所述主体支架中；
减速电机支架，设于所述主体支架的两侧，所述减速电机的机轴安装于所述减速电机支架上，所述减速电机的机轴连接至所述传动装置；
扶持杆，下端安装于所述主体支架的前侧且向上延伸；
手柄，其中部安装于所述扶持杆的上端。
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