CN108653976B - 一种助跑方法及助跑电动装置系统 - Google Patents

Abstract

本申请是一种助跑方法及助跑电动装置系统。一种助跑方法，由助跑智能电动装置系统实施，电动装置系统包括感测单元、处理单元以及动力单元，处理单元分别与感测单元及动力单元电性连接，一种助跑方法包括：将本智能助跑电动系统装置分别穿戴于人体双腿的大腿及小腿外侧四个部位。由感测单元实时感测步态并输出感测信号；由处理单元依据实时感测信号辨识步态周期，并实时改变电动系统装置动力单元输出功率强度，获得实时变化的可用于助跑的推力。在四个小型装置系统的协调作用下，实现助跑目的。本发明还公开一种助跑电动装置系统。

Description

一种助跑方法及助跑电动装置系统

技术领域

本发明涉及助跑技术领域，特别涉及一种助跑方法及电动装置系统

背景技术

跑步是日常生活中的一种运动方式，以健身为目的的跑步可以有效地提高身体机能。同时跑步也是消耗人体能量的途径之一。

随着现代生活质量的不断提高，在不以健身为目的一些特殊的跑步场合，人们更希望在跑步过程中可以有效地节省体力消耗。在一些娱乐场景中，人们对突破自身跑步速度及耐久度极限的渴望也越来越强烈。

目前助跑的方法主要有：

①基于外骨骼机械装置方法

此方法需要借助外骨骼机械装置实现，此装置机械结构较为复杂，且不容易实现高速奔跑状态下的助跑目的

②基于穿戴于背部的电动装置方法

此方法一般将电动螺旋桨置于背部或置于头顶，螺旋桨对人身安全威胁系数较大，装置系统一般也较庞大，智能化程度不高，使用起来不方便。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供一种小型化，智能化，便捷化的助跑方法及助跑电动装置系统。

为达上述目的，依据本发明的一种助跑方法，由助跑智能电动装置系统实施。智能助跑电动装置系统包括感测单元、处理单元以及动力单元，处理单元分别与感测单元及动力单元电性连接，一种助跑方法包括：将本智能助跑电动系统装置分别穿戴于人体双腿的大腿及小腿外侧四个部位。由感测单元实时感测步态并输出感测信号；由处理单元依据实时感测信号自行动态改变电动系统装置动力单元输出功率强度。在四个小型智能装置系统的协调作用下，实现助跑目的。

为达上述目的，依据本发明的一种助跑电动装置系统包括感测单元、处理单元、动力单元。感测单元由惯性传感器或压电传感器构成。用于测量跑步时步态周期。处理单元由微控制器和电动机电子调速器构成，处理单元依据感测单元所测腿部姿态信号，实时通过电子调速器改变动力单元输出功率值。动力单元由一个或多个涵道螺旋桨组成，涵道螺旋桨由电动机驱动。

为达上述目的，依据本发明的一种助跑方法，将所述助跑电动装置系统分别穿戴于双腿的大腿外侧及小腿外侧四个部位。涵道螺旋桨的桨轴分别平行于大腿和小腿轴心、或与大腿和小腿轴心分别呈一定角度安装。步态周期分为站立期、腿部向后摆动期、推蹬期、腿部向前摆动期、触地期。当处理单元依据感测单元测量值计算出结果为站立期时，通过电动机电子调速器将动力单元输出功率降到最低，电动机处于停止状态或低速运行，节省电池电量。人体由站立期开始跑动，当处理单元依据感测单元测量值计算出结果为腿部由前向后摆动期时，通过电动机电子调速器将动力单元输出功率由最小值逐渐增加动力单元实时输出功率，腿部获得推力逐渐增大。当处理单元依据感测单元测量值计算出步态结果为推蹬期时，通过电动机电子调速器将动力单元输出功率增加到最大值，腿部获得推力最大。此时在处于推蹬期的大腿和小腿外侧两个动力单元的分别作用下，涵道螺旋桨产生的推力给人体提供一个向上的推力分力和向前的推力分力，向上的分力可抵消部分人体重力，使人跑的更轻。向前的推力分力使人跑的更快。当处理单元依据感测单元测量值计算出结果为由后向前摆动期时，通过电动机电子调速器由最大值逐渐减小涵道螺旋桨实时输出功率到最小值。向前摆动期，穿戴于小腿上的电动系统装置生成的推力还可以使小腿加速回收并向前迈出，以达到增加跑步步伐频率目的，从而使穿戴者跑得更快和轻便。在向前摆动期逐渐减小涵道螺旋桨实时输出功率到最小值可以最大限度降低腿部向前迈出到触地期阶段出现的向后推力分力的不利影响。

由于跑步时，双腿交替运动，左右腿各自处于自己的步态周期。穿戴于左右腿的装置系统将依据自己所处腿部的步态周期依上述助跑方法描述执行。

本发明与现有的旋翼电动助跑方法相比：

现有旋翼电动助跑装置一般为穿戴于背部的装置，动力单元螺旋桨一般为高于头顶的方式或平行于背部安装。以此得到向上的推力和向前的推力。且现有电动旋翼装置一般为手动操作，来达到控制旋翼输出功率值的目的。本发明装置穿戴于人体腿部，涵道螺旋桨具有体积小，推力大的特点。螺旋桨在大KV值无刷电机驱动下加速及减速极快，可以有效的获得助跑可高效利用的向上推力分力和向前推力分力。现有的电动助跑方法一般基于所述一般动力装置得到，本发明的助跑方法不同于所述一般方法。本发明方法是基于本发明所述助跑电动装置系统实现，本发明助跑方法安全性高，动力装置实现智能化实时控制，不需要人为干预。本方法动力获得灵活，由大腿及小腿上的四个动力装置系统分别获得，涵道螺旋桨产生的推力方向及推力大小跟随跑步时腿部所处步态周期实时变化。可实现动力能源高效利用。

附图说明

图1为本发明一种助跑电动装置系统功能方块图。

图2为本发明一种助跑电动装置系统顶视图。

图3为本发明一种助跑电动装置系统前视图。

图4为图解根据实施例助跑电动装置系统安装状态示意图，同时也为站立期状态示意图。

图5为图解根据实施例穿戴助跑电动装置系统腿部向后摆动期状态示意图。

图6为图解根据实施例穿戴助跑电动装置系统腿部推蹬期状态示意图。

图7为图解根据实施例穿戴助跑电动装置系统腿部向前摆动期状态示意图。

【符号说明】

S1：感测单元

S2：处理单元

S3：动力单元

1：腿部固定带

2：腿部固定护板

3：涵道螺旋桨固定板

4：涵道螺旋桨

5：电池

6：电路系统

7：腿部缓冲垫

8：电动机

具体实施方式

以下将参照附图详细描述实施例。相同的元件将以相同的参考符号说明。

本发明的助跑方法由本发明所述一种电动装置系统实施。电动装系统如图2及图3所示。图2为本电动装置系统顶视图。图3为本电动装置系统前视图。

所述一种电动装置系统包含两个涵道螺旋桨4。涵道螺旋桨4由涵道螺旋桨固定板3固定于腿部固定护板2上。如图2及图3所示，涵道螺旋桨4的桨轴方向平行于腿部固定护板2纵向中心轴线，腿部固定护板2纵向中心轴线为图3虚线所示。涵道螺旋桨4由电动机8驱动。电动机8转速由电路系统6控制。电路系统6包括感测单元S1、处理单元S2。感测单元S1由惯性传感器或压电传感器构成；处理单元S2由微控制器系统和电子调速器构成。动力单元S3由涵道螺旋桨4和电动机8组成。电路系统6由电池5提供电力能源。腿部固定带1一端连接于腿部固定护板2上，用于将装置系统固定于腿部上，腿部固定带1材料可为魔术贴或松紧带或高强度带卡扣的布带。腿部缓冲垫7用于穿戴时增加腿部固定护板2与腿部的摩擦力和提供缓冲作用，避免装置与腿部硬接触。

所述一种电动装置系统不局限于2个两个涵道螺旋桨4，也可以为一个或多个涵道螺旋桨4。所述一种电动装置系统的涵道螺旋桨4的桨轴方向不局限于平行于腿部固定护板2纵向中心轴线，也可以为与之呈一定角度的方式安装涵道螺旋桨4。

本发明的助跑方法由本发明所述一种电动装置系统实施。

首先，如图4所示，将本发明所述的一种电动装置系统分别穿戴于大腿和小腿外侧4个部位。腿部固定护板2纵向中心轴线平行于腿部腿骨干长轴线方向。装置A1、装置A2、装置A3、装置A4皆为本发明所述一种电动装置系统。装置A1、装置A2、装置A3、装置A4通过无线通信方式两两相互交换信息。当人体处于站立期时，处理单元依据感测单元测量值计算出结果为站立期，将停止动力输出单元输出功率或仅保持很低的输出功率。四个电动装置系统的涵道螺旋桨将静止不转或仅保持很低的转速。

人体由站立期开始跑动，如图5所示。当装置A1和装置A2中的处理单元S2依据感测单元S1测量值计算出结果为腿部由前向后摆动期时，处理单元S2通过电子调速器实时逐步增加动力单元S3输出功率。涵道螺旋桨4在高转速电动机8的驱动下，装置A1和装置A2分别获得平行于桨轴方向向上方的逐渐增大的推力F1及推力F2。由于向后摆动期腿部姿势的不断变化，推力F1和推力F2的方向也将随腿部运动一起变化。推力F1和推力F2可分解为向上的分力F11和F21及向前的分力F12和F22。向上的分力F11和F21可抵消部分人体重力，使穿戴者跑的更轻。

在腿部向后摆动期结束，到达推蹬期时，如图6所示。处理单元S2通过电子调速器增加动力单元S3输出功率到最大值。此时推力F1和推力F2达到最大值。推力方向如图6箭头方向所示。在推蹬期，推力F1和推力F2可分解为向上的分力F11和F21及向前的分力F12和F22。向上的分力F11和F21可抵消部分人体重力，使穿戴者跑的更轻。在实际跑步过程中，推蹬期过后且另一条腿到达触地期前，有短时的腾空期，即双腿腾空，都没有接触地面。此时向前的推力分力F12和F22可以使穿戴者跑得更快。推力F1和推力F2可有效降低体力消耗和提升跑步速度。

推蹬期结束后，腿部将进入向前摆动期，如图7所示。处理单元S2通过电子调速器实时逐步减小动力单元S3输出功率。此时推力F1和推力F2将逐渐减小。推力F1和推力F2向上的分力F11和F21可抵消部分人体重力，使穿戴者跑的更轻。向前摆动期推力F2还有加快小腿回收向前迈出速度，达到增加步伐频率目的，从而有效降低跑步时体力消耗和提升跑步速度。逐步减小推力F1和推力F2，可最大限度降低腿部向前迈出到触地期阶段出现的向后推力分力的不利影响。

以上仅为一条腿上的两个装置系统举例说明，由于跑步时两腿交替进行，特征具有一致性，故另一条腿上的装置A3和装置A4作用分析亦如上所述。

综上所述，因本发明的助跑方法及助跑电动装置系统中，由感测单元感测步态并输出感测信号，并由处理单元依据感测信号实时控制输出单元输出功率。另外，再依据腿部向后摆动期、推蹬期、腿部向前摆动期、触地期各过程中，推力F1和推力F2推力方向及推力大小跟随跑步时腿部所处步态周期实时变化，进而达到降低体力消耗和增加跑步速度的目的。

所述一种助跑方法不局限于在大腿和小腿上共穿戴4个本发明一种助跑电动装置系统。亦包括仅在双腿大腿外侧不在小腿外侧穿戴装置系统或者仅在小腿外侧不在大腿外侧穿戴装置系统。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求范。

Claims (8)

1.一种助跑方法，由助跑电动装置系统实施，该助跑电动装置系统包括感测单元，处理单元以及动力单元，该处理单元分别与该感测单元及该动力单元电性连接，该助跑方法包括：

将本助跑电动装置系统分别穿戴于人体双腿的大腿、小腿外侧部位，该助跑电动装置系统中的感测单元实时感测步态并输出感测信号；

依据该感测信号辨识步态周期中的站立期、腿部向后摆动期、推蹬期、腿部向前摆动期、触地期；

依据该站立期、该腿部向后摆动期、该推蹬期、该腿部向前摆动期、该触地期，实时改变动力单元输出功率值；

该助跑电动装置系统生成的作用于人体的推力，其大小跟随步态周期实时改变，该步态周期由该穿戴于人体外侧助跑电动装置系统中的感测单元感测步态信号，处理单元依据感测单元所得感测信号辨识步态周期。

2.根据权利要求1所述的助跑方法，其特征在于，穿戴于人体大腿外侧的助跑电动装置系统生成的作用于人体推力的方向平行于大腿骨干长轴线方向向上，或与大腿骨干长轴线方向成一定角度向上。

3.根据权利要求1所述的助跑方法，其特征在于，穿戴于人体小腿外侧的助跑电动装置系统生成的作用于人体推力的方向平行于小腿腿骨干长轴线方向向上，或与小腿骨干长轴线方向成一定角度向上。

4.根据权利要求2所述的助跑方法，其特征在于，该穿戴于人体大腿外侧助跑电动装置系统生成的推力大小在该站立期为零或极小值；跑步过程中，在该腿部向后摆动期推力大小逐渐增大；在该推蹬期推力大小为最大值；在该腿部向前摆动期推力大小逐渐减小；在该触地期推力大小为最小值。

5.根据权利要求3所述的助跑方法，其特征在于，该穿戴于人体小腿外侧助跑电动装置系统生成的推力大小在该站立期为零或极小值；跑步过程中，在该腿部向后摆动期推力大小逐渐增大；在该推蹬期推力大小为最大值；在该腿部向前摆动期推力大小逐渐减小；在该触地期推力大小为最小值。

6.一种助跑电动装置系统，其特征在于，包括：

感测单元，感测步态并输出感测信号，其中步态周期包含站立期、腿部向后摆动期、推蹬期、腿部向前摆动期、触地期；

处理单元，依据感测信号辨识步态周期，依据步态周期，通过电子调速器实时改变输出调速信号；以及

动力单元，依据输出调速信号改变输出功率；该动力单元由涵道螺旋桨和电动机组成，该涵道螺旋桨固定于腿部固定护板上，该涵道螺旋桨的桨轴方向平行于腿部固定护板纵向中心轴线或与腿部固定护板纵向中心轴线成一定角度。

7.根据权利要求6所述的助跑电动装置系统，其特征在于，该涵道螺旋桨由电动机驱动，电动机转速由电路系统控制，电路系统包括感测单元、处理单元，感测单元由惯性传感器或压电传感器构成；处理单元由微控制器系统和电子调速器构成，电路系统由电池提供电力能源；腿部固定带一端连接于腿部固定护板上，用于将助跑电动装置系统固定于腿部上，腿部固定带材料为魔术贴或松紧带或高强度带卡扣的布带；腿部固定护板远离涵道螺旋桨的一侧还设置有腿部缓冲垫，腿部缓冲垫用于穿戴时增加腿部固定护板与腿部的摩擦力和提供缓冲作用，避免装置与腿部硬接触。

8.根据权利要求7所述的助跑电动装置系统，其特征在于，腿部固定护板纵向中心轴线平行于腿部腿骨干长轴线方向。

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