CN109758726A - 一种支持游戏交互的无动力跑步机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支持游戏交互的无动力跑步机，由于其设有接收所述控制器的动态场景图像速度控制信号并与所述显示装置的动态场景图像的进程速度同步的同步和配对处理模块以及与所述传动机构相连并接收所述分类编辑模块的阻力参数用来使得跑步者从所述传动机构中感受助力的阻力感受装置的共同协同，使得它有别于传统跑步机(由电机控制跑步机速度，使用者跟随跑步机的速度在跑带上跑步)，跑步者可以在一种逼真的游戏环境中或一边跑步一边玩游戏，实现跑步机与使用者更好的互动同步反馈，体验更真实的游戏场景，健身与娱乐融合，解决了跑步锻炼过程枯燥乏味问题，让跑步健身不再是件痛苦的事。

Description

一种支持游戏交互的无动力跑步机

技术领域

本发明涉及一种健身器械，特别涉及一种跑步机。

背景技术

现在的无动力跑步机是纯机械版本，不需插电源，无电机带动，跑带旋转阻力手动调节，带有简单的显示运动时间、配速及能量消耗的小仪表盘。它一般弧形轨道支架组成，弧形踏板轨道与地面呈一定的角度，人体重力分解产生轨道转动的动力，带动跑步带运动。使用者可以根据在跑板上的位置来控制跑步速度，同时也可以通过阻尼调节系统来调整速度。

公开号为CN108126307的中国专利公开了一种自立力式跑步机，主要由跑台、两根立柱和显示屏组成，跑台由若干踏板、两条同步带、转轴、联动铝盘和滑轨组成，联动铝盘通过皮带与跑台前端的转轴相连，一根立柱上设置阻力调节杆，阻力调节杆由把手、转动板、底板和拉线组成，把手安装在转动板上，底板固定在立柱上，转动板通过若干滚珠连接在底板上，拉线顶端连接在底板上的卡槽中，拉线底端连接在转板上，所述转板通过调节转轴安装在踏板一侧，转板内部两侧分别安装若干永久磁体。本发明通过磁场切割产生的阻力调节机构对跑台转轴转速生成合适的反向转力，实现跑步机的速度可调，具有使用灵活方便、适用范围广、节能、健身效果好的优点。

此无动力跑步机没有电控系统，没有娱乐交互系统，跑步是一件比较枯燥乏味的事，使用者跑一段时间后会很容易放弃跑步锻炼。

公开号为CN104984521的中国专利公开了一种多媒体游戏跑步机，它的跑步游戏主机包括微处理器、与微处理器相连接的数据存储模块及无线通讯模块B；无线通讯模块B与无线通讯模块A连接，用以接收跑步机跑步速度信号，以使微处理器根据跑步机跑步速度信号输出用于控制跑步游戏的速度控制信号；这样讲跑步机与跑步游戏结合，使得锻炼者能够融入跑步游戏场景，实现跑步游戏闯关及跑步游戏比赛等，可使得增加跑步乐趣，增强愉悦性及健身效。但是，这种跑步机仍然没有让跑步者深入到场景，特别是游戏场景中，而且不能直接感受到游戏场景带来的实际感受，因而缺跑步的趣味性。

发明内容

本发明的目的是提供一种游戏交互无动力跑步机，使得跑步者可以在一种逼真的游戏环境中或一边跑步一边玩游戏，并能实际感受游戏场景，有别于传统跑步机，即，由电机控制跑步机速度，使用者跟随跑步机的速度在跑带上跑步。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种游戏交互无动力跑步机包括：

一跑步机机架；

一设置在所述跑步机机架上的跑台；

一设置在所述跑步机机架上的可显示动态场景图像的显示装置；

一设置在所述跑台上的跑板；

一设置在所述跑步机机架上与所述跑板相连的传动机构；

一用来检测跑步者的跑步速度的速度检测装置；

一用来将所述速度检测装置的速度信号变成图像速度控制信号的速度控制模块；

一接收所述控制器的动态场景图像速度控制信号并与所述显示装置的动态场景图像的进程速度同步的同步和配对处理模块；

一与所述显示装置相连并将对述动态场景图像的场景特征数据进行分类的分类编辑模块，所述分类编辑模块能够将不同类别的动态场景图像设定相应的阻力参数信号；

一与阻力感受装置相连并接收所述分类编辑模块的阻力参数用来使得跑步者从所述传动机构中感受助力的阻力感受装置；以及

一控制整个跑步机工作的中央处理单元(CPU)。

进一步，所述传动机构还设有一与所述传动机构相连的阻尼器。

进一步，所述传动机构还设有一与所述阻尼器相连的阻尼放大传动器。

进一步，所述显示装置包括一控制所述动态场景图像的控制器。

进一步，所述速度检测装置包含有一霍尔开关。

进一步，所述中央处理单元与所述分类编辑模块和同步和配对处理模块相连实现动态场景图像的操作和实际感受的协同。

进一步，所述分类编辑模块采用如下工作步骤：

对一段时间的动态场景图像进行采集；

设定所需的若干不同特征T1，T2，T3，…Tn的图像U1，U2，U3,…Un；

为上述根据图像U1，U2，U3,…Vn的不同特征T1，T2，T3，…Tn进行采集并处理，以便设定相应的阻力系数；

以及

根据下列公式设定相应的阻力参数：

Fn＝kTn

其中，F是阻力参数，Tn是图形特征，k是设定的阻力系数。

进一步，所述阻力感受装置将所述阻力参数Fn变换成对应的电压大小的电压信号Vn。

进一步，所述阻尼放大传动器接收所述电压信号Vn，将电压信号Vn变成阻尼控制信号，使得跑步者从感受到阻力的变化。

进一步，所述阻尼放大传动器接收来自所述阻力感受装置的所述电压信号Vn，将电压信号Vn变成阻尼控制信号，使得跑步者从感受阻力的变化。

进一步，所述传动机构接收所述阻尼控制信号以便控制所述跑道的速度，使得跑步者从感受到阻力的变化。

进一步，所述同步处理模块采用下述方式工作：

接收速度检测装置的跑步者的速度信号，包括停止速度S0,前进速度，Sv和倒退速度St；

将检测动态场景图像的动作特征速度；以及

将跑步者的速度信号与所述动作特征速度同步。

进一步，所述阻力感受装置根据所述分类编辑模块的阻力参数用来使得跑步者从所述传动机构中感受助力的阻力感受装置；

本发明提供的游戏交互无动力跑步机，考虑到跑步者在跑步时手操作设备不方便的特点，巧妙利用跑步者跑步过程中必须具有的前进、后退、停止的特征，来控制游戏或其它娱乐软件的前进、后退、停止的工作，通过设有接收所述控制器的动态场景图像速度控制信号并与所述显示装置的动态场景图像的进程速度同步的同步和配对处理模块，不需要手动就可以控制游戏的工作，同时与所述传动机构相连并接收所述分类编辑模块的阻力参数用来使得跑步者从所述传动机构中感受助力的阻力感受装置的协同工作，使得它有别于传统跑步机(由电机控制跑步机速度，使用者跟随跑步机的速度在跑带上跑步)，跑步者可以在一种逼真的游戏环境中或一边跑步一边玩游戏，实现跑步机与使用者更好的互动同步反馈，并能体验更真实的游戏场景，这样健身与娱乐融合，解决了跑步锻炼过程枯燥乏味问题，让跑步健身不再是件痛苦的事。

附图说明

图1是本发明的游戏交互无动力跑步机的外形结构示意图；

图2是本发明的游戏交互无动力跑步机的跑台的外形结构示意图；

图3是本发明的游戏交互无动力跑步机的电磁阻尼装置及阻尼放大传动装置的结构示意图；

图4是本发明的控制系统框图；

图5是本发明的同步处理模块得工作流程图；

图6是本发明的分类编辑模块的工作流程图；

图7是本发明的一个实施例中的人-跑步机-游戏-游戏手柄交互反馈逻辑框图；

图8是本发明的一个实施例中的人-跑步机-游戏-游戏界面地形变换交互反馈逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施例作详细说明。

参见图1和图2,本发明的游戏交互无动力跑步机的由跑步机机架100、跑台200组成、显示装置2和中央处理单元9组成。跑步机机架100还设有跑台200和传动机构12。显示装置2和中央处理单元9组成电脑和显示屏一体机31，它固定在跑步机机架100上，该一体机31可配置高清摄像头等；跑步机机架100可同时配备有游戏手柄32，游戏手柄32上可设有心率传感器，可测量跑步者的心率。一体机31可以实现丰富的娱乐内容，如安装游戏APP、健身指导课程、马拉松实景赛道等。同时摄像头和麦克风可以实现游戏竞技者们在互联网端进行交互，实现更好的社交体验。跑步机机架100上还设有传动机构12。

游戏手柄32上有摇杆及按键，跑步运动过程中可以达到更方便的游戏操作，同时游戏手柄内配备有振动马达，游戏场景中实现更好的体感，达到更好的游戏体验。锻炼者手柄在游戏手柄上时，心率传感器可以准确测量心率数据。跑步机四周布置喇叭36，达到更好的环绕立体声效果。

参见图2，跑步机跑台200由弧形履带跑板51、前滚轮52、后滚轮53、弧形轨道支架54组成，弧形履带跑板51采用弧形踏板轨道，它与地面呈一定的角度，人体重力分解产生轨道转动的动力，可以实现无动力滚动，而使用者可以根据在跑板51上的位置来控制跑步速度，同时也可以通过一阻尼调节系统(阻尼器55)来调整速度

参见图3，本发明的游戏交互无动力跑步机的传动机构12还设有阻尼器55，它由阻尼盘554、线圈绕组555和外壳556组成，线圈绕组555通电后产生磁场，阻尼盘554转动过程中切割磁场，产生回旋阻力，阻尼盘圆心中部通过轴与前滚轮52或后滚轮53相连接，阻力形成阻碍滚轮轴转动的阻尼。

另外，本发明的游戏交互无动力跑步机的传动机构12还设有阻尼放大传动系统由大同步轮551，小同步轮553和同步带552组成，大同步轮551固定在跑台200滚筒转轴上，带动跑板51转动(运动)，小同步轮553固定在磁阻器50的阻尼盘554中心轴上。当小同步轮553带动大同步轮551时，可形成1：2—1：5的传动比，这样阻力相应放大2—5倍。此阻力放大系统可一定程度上减小磁阻尼器55的力矩需求，减小阻尼器55体积，可以把整个跑板机器做得更小巧轻便，同时减小整机功耗，提高整机稳定性，降低成本。同时，巧妙地利用该阻尼器55可以方便通过电压控制器磁场强度，从而方便控制其阻尼力的大小，使得跑步者通过感受到跑板200速度的变化感受到场景的变化(下面将要进一步说明)。

参见图4和图5，本发明的控制系统包括一用来检测跑步者的跑步速度的速度检测装置3(例如可包含或采用常用的霍尔开关)、设置在跑步机机架上100与所述跑台200相连的传动机构12、用来将速度检测装置的速度信号变成图像速度控制信号的速度控制模块21、同步和配对处理模块5、与显示装置2相连并将对动态场景图像的场景特征数据进行分类的分类编辑模块7、与传动机构12相连并接收分类编辑模块7的阻力参数用来使得跑步者从传动机构12中感受阻力的阻力感受装置6、控制器8以及中央处理单元(CPU)9。速度检测装置3可以通过检测传动机构12来检测跑步者的跑步速度。

中央处理单元9与分类编辑模块7和同步和配对处理模块5相连，并控制它们的工作过程。分类编辑模块7能够将不同类别的动态场景图像设定相应的阻力参数信号。同步和配对处理模块5可以接收速度控制模块21的动态场景图像速度控制信号并与显示装置2的动态场景图像的进程速度同步。

显示装置2可设有直接控制控制动态场景图像的控制器8相连，它可以采用游戏手柄32。这样，跑步者可以直接通过控制器8直接操控显示装置2的软件，例如游戏软件，同时可以接受场景变化带来的直接感觉，例如震动，是跑步者的手直接感受到场景变化。控制器8根据需要可以省去。

阻力感受装置6与传动机构12相连并接收分类编辑模块7的阻力参数用来使得跑步者从传动机构12中直接感受到阻力，具体地，传动机构12的跑板51受阻尼器50控制其运转速度发生变化，这样，传动机构12可以通过跑板速度的变化使得跑步者感受到类似登上、跳伞的感觉(下面将要进一步描述)。

参见图,分类编辑模块7采用如下工作步骤：

对一段时间的动态场景图像进行采集；

设定所需的若干不同特征T1，T2，T3，…Tn的图像U1，U2，U3,…Un；

为上述根据图像U1，U2，U3,…Vn的不同特征T1，T2，T3，…Tn进行采集并处理，以便设定相应的阻力系数；

根据下列公式设定并计算相应的阻力参数：

Fn＝kTn

其中，F是阻力参数，Tn是图形特征，k是设定的阻力系数；以及

将所述阻力参数Fn变换成对应的电压的电压信号Vn。

传动机构12接收上述电压信号Vn，将电压信号Vn的变化使得跑步者从感受助力的阻力的变化(例如跑板50的不同速度变化)。

具体的，正如上面所描述的，在本实例中，传动机构12的阻尼器55受上述电压信号Vn的控制，当Vn发生变化时，阻尼器55的阻力发生变化，跑板51受阻尼器55的阻力发生变化，其运转速度也发生变化，这样，跑板50的速度变化使得跑步者能实际感受到类似登上、跳伞的感觉。这也是本发明的一个显著特点。

参见图6，同步和配对处理模块5采用下述方式工作：

接收速度检测装置的跑步者的速度信号，包括停止速度S0,前进速度，Sv和倒退速度St；

将检测动态场景图像的动作特征速度；以及

将跑步者的速度信号与所述动作特征速度同步。

本发明考虑跑步者在跑步时手操作设备不方便的特点，巧妙利用跑步者跑步过程中必须具有的前进、后退、停止的特征，来控制电脑和显示屏一体机31游戏或其它娱乐软件的前进、后退、停止的工作，这样通过同步和配对处理模块5上述工作程序，使得跑步者不需要通过手也可以操作游戏，把跑步与游戏娱乐结合起来，是跑步者在跑步的同时体会到游戏等视频或音频场景的快乐。另外，中央处理单元9通过控制同步和配对处理模块5和分类编辑模块7的协同，是跑步者跑步时不但能控制游戏等视频或音频场景，还能够切实感受到游戏等视频或音频场景的实际变化。

参见图7，在本发明的一实施例中，人在跑步机上运动，速度信息实时反馈到游戏界面。

人在跑步机上运动，跑步机速度由人体控制做相应的运转，霍尔传感器检测该速度，根据脉冲信号，通过速度检测装置3的内部算法运算，计算出速度数据；跑步机速度和游戏界面中的速度通过USB端口进行讯号传输，跑步速度同步映像反馈在游戏界面中，游戏角色速度做相应变化，完成相应任务后胜利闯关升级。

同时人可以跑步机上前进或后退，同样霍尔传感器可以检测到信号，游戏角度完成前进或后退以及停止的动作。

参见图8，在本发明的一实施例中，游戏界面跑步地形变换，磁阻器55接收系统的电压控制信号Vn,实时控制跑步机阻力，体感接受反馈。配合此款跑步机开发的游戏有各种跑步地图，地形有各种差异，如上坡、下坡、草地、雪地、沼泽地、沙漠等，不同地形用磁阻器不同阻力状态来模拟，制定地形与阻力的对应关系的逻辑程序。磁阻器的阻力和输入电压是有一定的线性关系的，系统控制器通过控制磁阻器的输入电压来控制磁阻器的阻力。当对应场景输入相应的电压后磁阻器阻力变化，最终跑带阻力调整到场景需求的阻力，跑步者的人体实际接收并感受到到这种场景的反馈。

本发明揭示的支持游戏交互的无动力跑步机，配置大屏一体机和电磁阻尼器，阻力调节顺滑，可由游戏场景智能调控，通过游戏手柄和软件系统实现双向操控，人可以通过手柄控制游戏界面中角色的动作，游戏界面场景同时也可以反向控制跑步机，让人产生体感反馈，达到更真实的游戏体验感。同时音响系统提高运动娱乐的沉浸感、摄像头和麦克实现更好的社交体验。基于娱乐和运动相结合的跑步机，克服了人的惰性，解决运动的枯燥和无聊心理，让健身乐在其中。

最后所要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，它包括：

一跑步机机架；

一设置在所述跑步机机架上的跑台；

一设置在所述跑步机机架上的可显示动态场景图像的显示装置；

一设置在所述跑台上的跑板；

一设置在所述跑步机机架上与所述跑板相连的传动机构；

一用来检测跑步者的跑步速度的速度检测装置；

一用来将所述速度检测装置的速度信号变成图像速度控制信号的速度控制模块；

一接收所述控制器的动态场景图像速度控制信号并与所述显示装置的动态场景图像的进程速度同步的同步和配对处理模块；

一与所述显示装置相连并将对述动态场景图像的场景特征数据进行分类的分类编辑模块，所述分类编辑模块能够将不同类别的动态场景图像设定相应的阻力参数信号；

一与所述传动机构相连并接收所述分类编辑模块的阻力参数用来使得跑步者从所述传动机构中感受助力的阻力感受装置；以及

一控制整个跑步机工作的中央处理单元(CPU)。

2.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述传动机构还设有一与所述传动机构相连的阻尼器。

3.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述传动机构还设有一与所述阻尼器相连的阻尼放大传动器。

4.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述显示装置包括一控制所述动态场景图像的控制器。

5.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述速度检测装置包含有一霍尔开关。

6.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述中央处理单元与所述分类编辑模块和同步和配对处理模块相连。

7.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述分类编辑模块采用如下工作步骤：

对一段时间的动态场景图像进行采集；

设定所需的若干不同特征T1，T2，T3，…Tn的图像U1，U2，U3,…Un；

为上述根据图像U1，U2，U3,…Vn的不同特征T1，T2，T3，…Tn进行采集并处理，以便设定相应的阻力系数；以及

根据下列公式设定相应的阻力参数：

Fn＝kTn

其中，F是阻力参数，Tn是图形特征，k是设定的阻力系数。

8.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述阻力感受装置将所述阻力参数Fn变换成对应的电压大小的电压信号Vn。

9.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述传动机构接收所述电压信号Vn，该电压信号Vn的变化使得跑步者从感受助力的阻力的变化。

10.如权利要求1所述的一种支持游戏交互的无动力跑步机，其特征在于，所述同步处理模块采用下述方式工作：

接收速度检测装置的跑步者的速度信号，包括停止速度S0,前进速度，Sv和倒退速度St；

将检测动态场景图像的动作特征速度；以及

将跑步者的速度信号与所述动作特征速度同步。