CN108578985A - 一种调节跑步机多自由度运动的装置，方法及跑步机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种调节跑步机多自由度运动的装置，方法及跑步机，涉及跑步机的技术领域，解决了现有技术中跑步机的坡度只有在一个自由度上调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路环境的技术问题。该装置包括跑步机构、设置于跑步机构下部的驱动装置和与驱动装置连接的底座，驱动装置与跑步机构连接处设置有第一万向节，驱动装置与底座连接处设置有第二万向节；驱动装置至少能够驱动跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动，其中，x轴和y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴。本发明用于增加跑步机坡度的多变性。

Description

一种调节跑步机多自由度运动的装置，方法及跑步机

技术领域

本发明涉及跑步机领域，尤其是涉及一种调节跑步机多自由度运动的装置，方法及跑步机。

背景技术

跑步机，多是通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。

六自由度，物体在空间具有六个自由度，即沿x’、y’、z’三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。任何一个没有受约束的物体，在空间均具有六个独立的运动。如果采取一定的约束措施，消除物体的六个自由度，则物体被完全定位。参照图1，采用六个按一定规则设置的支撑点，约束物体六个自由度的原理称为六点定位原理。

参照图2-4，现有技术一般通过改变基座101与前立柱102、后立柱103的装配位置关系来实现对跑步带104角度的调整，即当需要提升跑步带104的角度时，角度调节电机105驱动角度调节螺纹杆106旋转，由于角度调节螺纹杆106与调节座107螺纹配合，因此可带动调节座107向上运动，直到立板连接轴108旋转并向上进入到上方的前立柱凹槽1010和后立柱凹槽1011中，同时横向滑移轴109运动至前方的前立板定位凹槽1012和后立板定位凹槽1013中，停止操作，实现角度向上调整；角度调节电机105反转，即可实现角度向下调整。此现有技术相当于原点位于基座101与横向滑移轴109连接点处，以基座101宽度方向为x’轴方向，以基座101长度方向为y’轴方向，此现有技术中角度的调节，仅仅是对x’轴转动方向，即一个自由度方向的调节，无法实现多自由度调节。

现有的跑步机通常通过一个升降马达来控制跑步机坡度的升降，跑步机的坡度只有在一个自由度上的调节，即上坡和下坡的角度调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路路面。

在现有的跑步机上训练，只能训练人体肌肉、韧带和关节等人体组织，包括大脑在内的运动神经在一个方向上的运动能力。在自然环境中，由于道路是崎岖不平，路面的地形不仅包括上坡下坡，还包括各个斜面的情况。人体运动组织和运动神经需要处理的情况要比现有跑步机坡度变化复杂的多。现有只有上升和下降两个角度调整的跑步机，人体参与运动的关节和肌肉组织的运动方向是固定不变的，对人体的平衡能力和柔韧性训练局限性很大。而若使跑步机能够实现多自由度调节便可以调动人体关节和肌肉等人体组织在多个方向上的运动，从而大大增加人的柔韧、力量、平衡、姿态和心肺功能。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

跑步机的坡度只有在一个自由度上的调节，即上坡和下坡的角度调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路路面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节跑步机多自由度运动的装置，方法及跑步机，解决了现有技术中跑步机的坡度只有在一个自由度上的调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路环境的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供一种调节跑步机多自由度运动的装置，包括跑步机构、设置于所述跑步机构下部的驱动装置和与所述驱动装置连接的底座，所述驱动装置与所述跑步机构连接处设置有第一万向节，所述驱动装置与所述底座连接处设置有第二万向节；所述驱动装置至少能够驱动所述跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动，其中，所述x轴和所述y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴。

优选地，所述驱动装置还能够驱动所述跑步机构沿z轴方向转动，z轴为与所述基准面相垂直的坐标轴。

优选地，所述驱动装置包括多个第一伸缩杆，各个所述第一伸缩杆与所述跑步机构均通过所述第一万向节连接，各个所述第一伸缩杆与所述底座均通过所述第二万向节连接，每两个相互靠近的所述第一万向节为一组，多组所述第一万向节沿所述跑步机构的周向方向分布；每两个相互靠近的所述第二万向节为一组，多组所述第二万向节沿所述底座的周向方向分布，且任一组所述第二万向节位于两组所述第一万向节之间；所述第一伸缩杆两端分别与所述第一万向节和所述第二万向节相连接，相邻两个所述第一伸缩杆组成的形状为“V”型或倒“V”型。

优选地，所述驱动装置还包括能够驱动所述第一伸缩杆沿所述第一伸缩杆的轴线方向作伸缩运动的电机。

优选地，所述驱动装置包括第二伸缩杆，各个所述第二伸缩杆之间并列设置，所述第一万向节沿所述跑步机构的周向方向分布，所述第二万向节沿所述底座的周向方向分布，且每一个所述第二万向节对应一个所述第一万向节，所述第二伸缩杆两端分别与所述第一万向节和所述第二万向节相连接。

优选地，所述跑步机构包括跑台和跑步带，所述跑步带设置于所述跑台上部，所述跑台下部与所述驱动装置连接。

一种跑步机，包括以上任一项所述的调节跑步机多自由度运动的装置。

优选地，还包括用于接收路况信息、并能够根据所述路况信息生成控制各个所述伸缩杆的指令的控制装置。

一种调节跑步机多自由度运动的方法，包括：采集路况地形信息；根据所述路况地形信息形成用于对跑步机构的多自由度运动进行调节的指令；其中，所述指令包括驱动所述跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动的指令，其中，所述x轴和所述y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴；根据所述指令对跑步机构进行调节。

优选地，所述指令还包括能够驱动所述跑步机构沿z轴方向转动的指令，z轴为与所述基准面相垂直的坐标轴。

本发明提供的调节跑步机多自由度运动的装置，驱动装置与跑步机构连接处采用第一万向节能够增加驱动装置与跑步机构的相对运动的自由度数量；驱动装置与底座连接处采用第二万向节能够增加驱动装置与底座的相对运动的自由度数量，当此调节跑步机多自由度运动的装置处于工作状态时，底座固定不动，位于中部的驱动装置通过变换不同形态来调节位于上部的跑步机构沿不同的自由度方向运动，至少能够驱动跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动，即实现两自由度运动，解决了现有技术中跑步机的坡度只有在一个自由度上的调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路环境的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的六自由度运动示意图；

图2是现有技术中提供的跑步机整体结构的立体图；

图3是现有技术中提供的跑步部分的结构示意图；

图4是现有技术中提供的基座的结构示意图；

图5是本发明实施例实施例一中提供的驱动装置示意图；

图6是本发明实施例实施例二中提供的驱动装置示意图；

图7是本发明实施例中提供的跑步机整体结构示意图；

图8是本发明实施例中提供的跑步机构沿x轴转动的一种角度示意图；

图9是本发明实施例中提供的跑步机构沿x轴转动的另一种角度示意图；

图10是本发明实施例中提供的跑步机构沿y轴转动的一种角度示意图；

图11是本发明实施例中提供的跑步机构沿y轴转动的另一种角度示意图；

图12是本发明实施例中提供的跑步机构沿x、y、z轴平移与转动综合的向右上角偏移的角度示意图；

图13是本发明实施例中提供的跑步机构沿x、y、z轴平移与转动综合的向左上角偏移的角度示意图；

图14是本发明实施例中提供的跑步机构沿x、y、z轴平移与转动综合的向右下角偏移的角度示意图；

图15是本发明实施例中提供的跑步机构沿x、y、z轴平移与转动综合的向左下角偏移的角度示意图。

图中1-跑步机构；2-驱动装置；3－底座；4－第一万向节；5－第二万向节；6－第一伸缩杆；7－电机；8－第二伸缩杆；9－跑台；10－跑步带；11－遮挡件；A－跑步机构前端；B－跑步机构后端；C－跑步机构左端；D－跑步机构右端。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参照图5-7，本发明提供了一种调节跑步机多自由度运动的装置，包括跑步机构1、设置于跑步机构1下部的驱动装置2和与驱动装置2连接的底座3，驱动装置2与跑步机构1连接处设置有第一万向节4，驱动装置2与底座3连接处设置有第二万向节5；驱动装置2至少能够驱动跑步机构1沿x轴方向转动和沿y轴方向转动，驱动装置2与跑步机构1连接处采用第一万向节4能够增加驱动装置5与跑步机构4的相对运动的自由度数量；驱动装置2与底座3连接处采用第二万向节能够增加驱动装置2与底座3的相对运动的自由度数量，当此调节跑步机多自由度运动的装置处于工作状态时，底座3固定不动，位于中部的驱动装置2通过变换不同形态来调节位于上部的跑步机构1沿不同的自由度方向运动，解决了现有技术中跑步机的坡度只有在一个自由度上的调节，不能模拟自然环境中崎岖不平的道路环境的技术问题。

其中，x轴和y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴，底座3底部所在的水平面为x、y轴所在的基准面。

可选地，跑步机构1的周向轮廓为长方形，驱动装置2处于初始状态时，即驱动装置2的内部各组件均保持相同的运动幅度时，取跑步机构1周向轮廓的几何中心沿竖直方向落在基准面内的点为原点，与跑步机构1宽度方向相同的方向为x轴方向，与跑步机构1长度方向相同的方向为y轴方向。

驱动装置2还能够驱动跑步机构1沿z轴方向转动，z轴为与基准面相垂直的坐标轴，即与底座3底部所在水平面垂直的方向。

作为本发明实施例可选地实施方式，实施例一，参照图5，驱动装置2包括六个第一伸缩杆6，各个第一伸缩杆6与跑步机构1均通过第一万向节4铰接，各个第一伸缩杆6与底座3均通过第二万向节5铰接，每两个相互靠近的第一万向节4为一组，三组第一万向节4沿跑步机构1的周向方向分布；每两个相互靠近的第二万向节5为一组，三组第二万向节5沿底座3的周向方向分布，且任一组第二万向节5位于两组第一万向节4之间，即第一万向节4与第二万向节5上下交错分布，第一伸缩杆6两端分别与第一万向节4和第二万向节5相铰接，相邻两个第一伸缩杆6组成的形状为“V”型或倒“V”型，每个第一伸缩杆6均有各自独自的运动空间，相互之间互不干扰，六个第一伸缩杆6通过不同的伸缩程度相互配合，能够使驱动装置2处于不同的驱动状态，即驱动跑步机构1分别沿x、y、z轴的平移运动状态及沿x、y、z轴的旋转运动状态，以实现此调节跑步机多自由度运动的装置为六自由度。

参照图8、9，驱动装置2驱动跑步机构1沿x轴方向的旋转，便可实现跑步机构前端A和跑步机构后端B的上升和下降，即跑步状态中的上坡和下坡。

参照图10、11，驱动装置2驱动跑步机构1沿y轴方向的旋转，便可实现跑步机构左端C和跑步机构右端D的上升和下降，即跑步状态中的左右摆动。

参照图12-15，驱动装置2驱动跑步机构1沿x、y、z轴的平移运动与旋转运动的复合运动，便可实现跑步机构前端A、跑步机后端B、跑步机构左端C和跑步机构右端D及z轴方向的复合偏移，即跑步状态中的复杂多变的地形。

驱动装置2还包括能够驱动第一伸缩杆6沿第一伸缩杆6的轴线方向作伸缩运动的电机7，其中电机7可以但不限于为伺服电机。

作为本发明实施例可选地实施方式，实施例二，参照图6，驱动装置2包括三个第二伸缩杆8，各个第二伸缩杆8之间平行并列设置，第一万向节4个数为三个，第一万向节4沿跑步机构1的周向方向且等角度分布，第二万向节5个数为3个，第二万向节5沿底座3的周向方向且等角度分布，每一个第二万向节5沿竖直方向对应一个第一万向节4，第二伸缩杆8两端分别与第一万向节4和第二万向节5相铰接，每个第二伸缩杆8均有各自独自的运动空间，相互之间互不干扰，三个第二伸缩杆8通过不同的伸缩程度相互配合，能够使驱动装置2处于不同的驱动状态，即驱动跑步机构1分别沿x、y轴的旋转运动状态及沿z轴的平移运动状态，以实现此调节跑步机多自由度运动的装置为三自由度。

参照图7，驱动装置2周围设置有遮挡件11，遮挡件11为弹性材料，与跑步机构1的周向边缘连接，在驱动装置2的驱动过程中，能够根据驱动装置2的驱动状态来调节自身的形变程度，可以起到防尘作用。

跑步机构1包括跑台9和跑步带10，跑步带10设置于跑台9上部，跑步带10的运动能够使用户整体不用相对地面发生很大位移便可以达到跑步运动效果；跑台9下部为一底板或一底架，与驱动装置2连接，能够使跑步机构1整体的运动状态由驱动装置2任意驱动。

一种跑步机，包括以上任一项所述的调节跑步机多自由度运动的装置，能够使跑步机从现有的单自由度调节改变为多自由度调节，能够更好地模拟自然环境中崎岖不平的道路路面情况。此种跑步机还包括用于接收路况信息、并能够根据所述路况信息生成控制各个伸缩杆的指令的控制装置，能够使跑步机的使用更加智能化。

一种调节跑步机多自由度运动的方法，包括：采集路况地形信息，其中，采集方式可以为跑步机显示屏获取或手机App获取，地形信息包含路线地面的多个坐标轴数据，多个坐标轴数据能模拟户外路线崎岖不平的路面情况；根据路况地形信息形成用于对跑步机构1的多自由度运动进行调节的指令，其中，指令包括驱动跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动的指令，其中，x轴和y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴，基准面为跑步机的底座3所在的水平平面；然后根据指令对跑步机构1进行多自由度运动的调节。

作为本发明实施例可选地实施方式，指令还包括能够驱动跑步机构1沿z轴方向转动的指令，z轴为与基准面相垂直的坐标轴，其中，基准面为跑步机的底座3所在的水平平面。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，包括

跑步机构(1)；

设置于所述跑步机构(1)下部的驱动装置(2)；

和与所述驱动装置(2)连接的底座(3)；

其中，所述驱动装置(2)与所述跑步机构(1)连接处设置有第一万向节(4)，所述驱动装置(2)与所述底座(3)连接处设置有第二万向节(5)；所述驱动装置(2)至少能够驱动所述跑步机构(1)沿x轴方向转动和沿y轴方向转动，其中，所述x轴和所述y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴。

2.根据权利要求1所述的调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，所述驱动装置(2)还能够驱动所述跑步机构(1)沿z轴方向转动，z轴为与所述基准面相垂直的坐标轴。

3.根据权利要求1所述的调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，所述驱动装置(2)包括多个第一伸缩杆(6)，各个所述第一伸缩杆(6)与所述跑步机构(1)均通过所述第一万向节(4)连接，各个所述第一伸缩杆(6)与所述底座(3)均通过所述第二万向节(5)连接，每两个相互靠近的所述第一万向节(4)为一组，多组所述第一万向节(4)沿所述跑步机构(1)的周向方向分布；每两个相互靠近的所述第二万向节(5)为一组，多组所述第二万向节(5)沿所述底座(3)的周向方向分布，且任一组所述第二万向节(5)位于两组所述第一万向节(4)之间；

所述第一伸缩杆(6)两端分别与所述第一万向节(4)和所述第二万向节(5)相连接，相邻两个所述第一伸缩杆(6)组成的形状为“V”型或倒“V”型。

4.根据权利要求3所述的调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，所述驱动装置(2)还包括能够驱动所述第一伸缩杆(6)沿所述第一伸缩杆(6)的轴线方向作伸缩运动的电机(7)。

5.根据权利要求1所述的调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，所述驱动装置(2)包括第二伸缩杆(8)，各个所述第二伸缩杆(8)之间并列设置，所述第一万向节(4)沿所述跑步机构(1)的周向方向分布，所述第二万向节(5)沿所述底座(3)的周向方向分布，且每一个所述第二万向节(5)对应一个所述第一万向节(4)，所述第二伸缩杆(8)两端分别与所述第一万向节(4)和所述第二万向节(5)相连接。

6.根据权利要求1所述的调节跑步机多自由度运动的装置，其特征在于，所述跑步机构(1)包括跑台(9)和跑步带(10)，所述跑步带(10)设置于所述跑台(9)上部，所述跑台(9)下部与所述驱动装置(2)连接。

7.一种跑步机，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的调节跑步机多自由度运动的装置。

8.根据权利要求7所述的跑步机，其特征在于，还包括用于接收路况信息、并能够根据所述路况信息生成控制各个所述伸缩杆的指令的控制装置。

9.一种调节跑步机多自由度运动的方法，其特征在于，包括：

采集路况地形信息；

根据所述路况地形信息形成用于对跑步机构的多自由度运动进行调节的指令；其中，所述指令包括驱动所述跑步机构沿x轴方向转动和沿y轴方向转动的指令，其中，所述x轴和所述y轴为基准面内相垂直的两个坐标轴；

根据所述指令对跑步机构进行调节。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述指令还包括能够驱动所述跑步机构沿z轴方向转动的指令，z轴为与所述基准面相垂直的坐标轴。