CN110787414A - 跑步机速度控制方法、装置及智能跑步机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跑步机速度控制方法、装置及智能跑步机，其中，跑步机速度控制方法，包括：间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息；根据脚部位置信息，按照预设算法计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；获取跑步机履带当前的工作状态，并根据工作状态和脚步移动速度，确定用户在预定时间内的运动状态，其中，工作状态包括停止状态和运行状态，运动状态包括静止状态和行走状态；根据运动状态和脚步移动速度，按照预定方式调节跑步机履带的运行速度。该跑步机速度控制方法可解决现有跑步机无法自主跟随用户的跑步速度进行适应性调速的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于电子控制技术领域，具体涉及一种跑步机速度控制方法、装置及智能跑步机。
背景技术
跑步作为一种简单有效、老少皆宜的有氧运动方式，在增加肌肉、保持体重以及提高心肺功能等方面效果良好，成为人们日常健身运动项目的首选，而跑步机的诞生大大减小了日常跑步运动对场地、天气等客观条件的依赖，而且随着工业化、城镇化的发展，交通拥堵、空气质量下降等问题也为城市上班族参与户外跑步运动增加了难度，更使得跑步机成为家庭和健身房广受青睐且应用最普遍的运动器材。
现有跑步机的速度调节方式主要有扶手按键控制调速、遥控按键调速、位置分段控制调速等，但采用这些速度调节方式的跑步机普遍存在以下问题：
1、体验差：用户需要被迫调节自己的速度去适应跑步机的履带速度，严重影响用户参与运动时的主动性、真实性和轻松感；
2、智能化程度低：当用户想加速或者减速时，只能手动来完成。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种跑步机速度控制方法、装置及智能跑步机，旨在解决现有跑步机无法自主跟随用户的跑步速度进行适应性调速的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种跑步机速度控制方法，包括：
间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息；
根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
获取所述跑步机履带当前的工作状态，并根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态，其中，所述工作状态包括停止状态和运行状态，所述运动状态包括静止状态和行走状态；
根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度。
优选地，所述脚部位置信息至少包括前脚尖位置信息和后脚跟位置信息，所述根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤，包括：
从所述脚部位置信息中提取每个所述周期时刻的所述前脚尖位置信息和所述后脚跟位置信息；
根据所述前脚尖位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据所述后脚跟位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的后脚跟位移增量；
从同一所述检测周期内的所述前脚尖位移增量和所述后脚跟位移增量两者中，选取数值较大的一者作为所述用户在同一所述检测周期内的脚步位移增量；
根据预设的速度公式
计算出所述脚步移动速度；式中，Vi为第i个周期时刻的所述脚步移动速度，Si为所述用户在第i个所述检测周期内的所述脚步位移增量，Si-1为所述用户在第i-1个所述检测周期内的所述脚步位移增量，T为所述检测周期。
优选地，所述根据所述前脚尖位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据所述后脚跟位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的后脚跟位移增量的步骤之后，还包括：
判断所述前脚尖位移增量的绝对值是否大于预设值，以及判断所述后脚跟位移增量的绝对值是否大于所述预设值；
若所述前脚尖位移增量的绝对值大于所述预设值，则剔除所述前脚尖位移增量；
若所述后脚跟位移增量的绝对值大于所述预设值，则剔除所述后脚跟位移增量。
优选地，所述根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态的步骤，包括：
若所述工作状态为停止状态，则检查连续多个所述脚步移动速度中是否存在至少一个大于第一预设速度阈值的所述脚步移动速度；
若是，则判定所述用户在所述预定时间内的运动状态为行走状态。
优选地，所述根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态的步骤，还包括：
若所述工作状态为运行状态，则检查连续多个所述移动脚步速度中是否存在至少一个大于第二预设速度阈值的所述脚步移动速度，其中，所述第二预设速度阈值小于所述第一预设速度阈值；
若否，则判定所述用户在所述预定时间内的运动状态为静止状态。
优选地，当所述用户在所述预定时间内的所述运动状态为所述行走状态时，所述根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度的步骤，包括：
若当前所述跑步机履带的所述运行速度低于所述脚步移动速度，则逐次提高所述跑步机履带的所述运行速度，直至所述脚步移动速度与所述运行速度之间的差值的绝对值小于预设阈值为止，其中，每次提高所述运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次提高所述运行速度的值是不相等的；
若当前所述跑步机履带的所述运行速度高于所述脚步移动速度，则逐次降低所述跑步机履带的所述运行速度，直至所述脚步移动速度与所述运行速度之间的差值的绝对值小于所述预设阈值为止，其中，每次降低所述运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低所述运行速度的值是不相等的。
优选地，所述根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤之后，还包括：
通过预设的卡尔曼滤波算法对各个所述脚步移动速度进行平滑滤波处理。
优选地，所述间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息的步骤，包括：
通过红外线检测装置间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息，其中，所述红外线检测装置包括多个红外发射器和多个红外接收器，所述红外发射器和所述红外接收器分别排列设置于所述跑步机履带的两侧且一一对应设置，以检测所述脚部位置信息；其中，各个所述红外发射器之间的间距为5-20毫米，且各个所述红外发射器与所述跑步机履带之间的高度差为30-50毫米。
对应地，本发明还提供一种跑步机速度控制装置，包括：
检测模块，用于间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息；
计算模块，用于根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
确定模块，用于获取所述跑步机履带当前的工作状态，并根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态，其中，所述工作状态包括停止状态和运行状态，所述运动状态包括静止状态和行走状态；
调节模块，用于根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度。
对应地，本发明还提供一种智能跑步机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述的跑步机速度控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的跑步机速度控制方法，通过检测运动过程中用户在跑步机履带上的脚部位置信息，进而将检测到的脚步位置信息转化成用户的脚步移动速度，使得跑步机再结合自身的运行状态即可获知用户的运动状态，从而根据用户的运动状态相应地控制跑步机履带的运行状态，保证跑步机履带的运行速度与用户的脚步移动速度相适应，使得跑步机履带的速度可跟随用户的跑步速度加快而加快，减慢而减慢，让用户在跑步机履带上行走自然，大大地提高了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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为本发明一实施例中跑步机速度控制方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例中跑步机速度控制装置的结构示意图；
图3为本发明一实施例中智能跑步机的结构示意图；
图4为在一种检测情形中用户的脚部在跑步机履带上的位置状态示意图；
图5为在另一种检测情形中用户的脚部在跑步机履带上的位置状态示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
参照图1和图4，本发明实施例提供一种跑步机速度控制方法，包括以下步骤：
S11，间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带1上的脚部位置信息；
S12，根据脚部位置信息，按照预设算法计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
S13，获取跑步机履带1当前的工作状态，并根据工作状态和脚步移动速度，确定用户在预定时间内的运动状态，其中，工作状态包括停止状态和运行状态，运动状态包括静止状态和行走状态；
S14，根据运动状态和脚步移动速度，按照预定方式调节跑步机履带1的运行速度。
在上述S11中，上述检测周期的长短可通过实验获得，一般为10～30毫秒，不宜过长，以保证检测的连续性和实时性，在一些具体的实施例中，可每隔20毫秒检测用户在跑步机履带11上的脚部位置信息；上述脚部位置信息用于指示用户双脚在跑步机履带11上的位置，具体地，参照图4，若将跑步机履带11的前端位置定义为0，后端位置定义为L，那么用户的前脚尖位置P1、前脚跟位置P2、后脚尖位置P3和后脚跟位置P4都可看作是相对于跑步机履带11前端的距离。
在上述S12中，上述预定时间的长短由所获得的脚步位置信息的数量而定，例如，获得在5个检测周期内所检测到的脚部位置信息，则预定时间的长度为5个检测周期。
在上述S13中，在一些具体的实施例中，若跑步机履带1当前的工作状态为停止状态且所获得的多个脚步移动速度中存在大于预设速度阈值的脚步移动速度，则可确定用户处于行走状态(例如，用户正在起步)，否则，可确定用户处于静止状态(例如，用户脚步不动或者只是双脚有挪动)；而若跑步机履带1当前的工作状态为运行状态且所获得的多个脚步移动速度中存在连续多个均小于预设速度阈值的脚步移动速度，则可确定用户处于静止状态(例如，用户即将停下来)，否则，可确定用户处于行走状态(例如，用户正在跑步)。
在上述S14中，具体地，若当前跑步机履带1处于停止状态，而用户当前的运动状态为行走状态，则表示用户当前正在起步，据此可控制跑步机履带1跟随所检测到的脚步移动速度进行加速，直至跑步机履带1的运行速度与用户的脚步移动速度相适应(即运行速度与各个脚步移动速度之间的差值始终保持在预定范围内)，而若当前跑步机履带1已处于运行状态，而用户当前的运动状态为行走状态，则控制跑步机履带1的运行速度与用户的脚步移动速度相适应，达到跑步机履带1的速度可跟随用户的跑步速度加快而加快，减慢而减慢的效果；而若当前跑步机履带1已处于运行状态，而用户当前的运动状态为静止状态，则控制跑步机履带1进行减速，直至为零；从而使得跑步机可自主跟随用户的跑步速度进行适应性调速，让用户在跑步机履带1上行走自然，而无需被动地跟随跑步机履带1的速度进行跑步。
在本实施中，该跑步机速度控制方法通过检测运动过程中用户在跑步机履带1上的脚部位置信息，进而将检测到的脚步位置信息转化成用户的脚步移动速度，使得跑步机可获知用户的运动状态，从而根据用户的运动状态相应地控制跑步机履带1的运行状态，保证跑步机履带1的运行速度与用户的脚步移动速度相适应，使得跑步机履带1的速度可跟随用户的跑步速度加快而加快，减慢而减慢，让用户在跑步机履带1上行走自然，大大地提高了用户体验。
参照图4或图5，在一个具体的实施例中，上述间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带1上的脚部位置信息的步骤，包括：
S111，通过红外线检测装置间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带1上的脚部位置信息，其中，红外线检测装置包括多个红外发射器2和多个红外接收器3，红外发射器2和红外接收器3分别排列设置于跑步机履带1的两侧且一一对应设置，以检测脚部位置信息；其中，各个红外发射器2之间的间距为5-20毫米，且各个红外发射器2与跑步机履带1之间的高度差为30-50毫米。
在本实施例中，用户在使用跑步机的过程中，红外发射器2可发出红外光至对应的红外接收器3，因此根据各个红外接收器3的红外光接收情况即可获知用户在跑步机履带1上的脚部位置信息，即，若某个位置的红外接收器3没有接收到红外光，则该位置说明有障碍物，障碍物的位置即为用户的脚部位置；其中，优选地，各个红外发射器2之间的间距为5-20毫米，且各个红外发射器2与跑步机履带1之间的高度差为30-50毫米，相应地，各个红外接收器3与跑步机履带1之间的高度差为30-50毫米，在具体实施时，各个红外发射器2与跑步机履带1之间的高度差相同(如均为40毫米)。在本实施例中，通过将各个红外发射器2设置为高于跑步机履带1所在水平面一定的高度，这样更有利于检测用户在运动过程中的脚部位置。
在一个可选的实施例中，脚部位置信息至少包括前脚尖位置信息和后脚跟位置信息，上述根据脚部位置信息，按照预设算法计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤，包括：
S121，从脚部位置信息中提取每个周期时刻的前脚尖位置信息和后脚跟位置信息；
S122，根据前脚尖位置信息，计算出用户在各个检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据后脚跟位置信息，计算出用户在各个检测周期内的后脚跟位移增量；
S123，从同一检测周期内的前脚尖位移增量和后脚跟位移增量两者中，选取数值较大的一者作为用户在同一检测周期内的脚步位移增量；
S124，根据预设的速度公式
计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；式中，Vi为第i个周期时刻的脚步移动速度，Si为用户在第i个检测周期内的脚步位移增量，Si-1为用户在第i-1个检测周期内的脚步位移增量，T为检测周期。
在上述S121中，在检测用户在跑步机履带11上的脚部位置的过程中，存在两种检测情况：参照图4和图5，假设检测周期为20ms，检测时长为1秒(即预定时间为50个检测周期)，用户的前脚尖位置为P1、前脚跟位置为P2、后脚尖位置为P3、后脚跟位置为P4，则当双脚未出现重叠时，P1、P2、P3和P4均可检测到(即此时脚部位置信息包含有4个)，而当双脚未出现重叠时，只可检测到P1和P4(即此时脚部位置信息包含有2个)；因此，在1秒内可获得50个周期时刻的脚部位置信息(即第20ms、第40ms、第60ms等50个周期时刻的脚部位置信息)，进而从检测得到的脚部位置信息中提取双脚整体的最前位置和最后位置(即P1和P4)作为后续计算的依据。
在上述S122中，假设在第20ms所检测得到的P1＝40mm、P4＝120mm，在第40ms所检测得到的P1＝50mm、P4＝110mm，则20～40ms这个检测周期内的前脚尖位移增量为(40-50)＝-10mm，后脚跟位移增量为(120-110)＝10mm，如此类推，可计算出40～60ms、60～80ms等各个检测周期内的前脚尖位移增量和后脚跟位移增量，则1秒内可计算得到50个前脚尖位移增量和50个后脚跟位移增量(此处需要说明的是，1秒内的前脚尖位移增量和后脚跟位移增量中，包含0～20ms这个检测周期内的前脚尖位移增量和后脚跟位移增量)。
在上述S123中，假设20～40ms这个检测周期内的前脚尖位移增量为-10mm，后脚跟位移增量为10mm，则选取后脚跟位移增量为10mm作为用户在20～40ms这个检测周期内的脚步位移增量，如此类推，可选取出40～60ms、60～80ms等各个检测周期内的脚步位移增量，则1秒内可得到50个脚步位移增量。
在上述S124中，由于用户在跑步的过程中，其脚步移动速度是无时无刻都在变化的，因此为保证数据的准确性和即时性，通过取多段数据计算脚步移动速度。在本步骤中，为方便说明，以检测周期为20ms,计算出用户在1s内每个周期时刻的脚步移动速度为例进行说明，假设用户在第1～5个连续检测周期内(即，0～20ms、20～40ms、40～60ms、60～80ms、80～100ms这5个周期内)的脚步位移增量分别为60mm、64mm、62mm、66mm、70mm，则有：
用户在第1个周期时刻(即第20ms)的脚步移动速度为60/20＝3m/s；
用户在第2个周期时刻(即第40ms)的脚步移动速度为(60+64)/(2×20)＝3.1m/s；
用户在第3个周期时刻(即第60ms)的脚步移动速度为(64+62)/(2×20)＝3.15m/s；
用户在第4个周期时刻(即第80ms)的脚步移动速度为(62+66)/(2×20)＝3.2m/s；
用户在第5个周期时刻(即第100ms)的脚步移动速度为(66+70)/(2×20)＝3.4m/s；
如此类推，则在1秒内，可计算得到50个脚步移动速度，后续在这1秒内可依据该脚步移动速度调节跑步机履带1的运行速度，使得跑步机履带1的运行速度与用户在这1秒内各个周期时刻的脚步移动速度相适应。
在一个可选的实施例中，上述根据前脚尖位置信息，计算出用户在各个检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据后脚跟位置信息，计算出用户在各个检测周期内的后脚跟位移增量的步骤之后，还包括：
S122A，判断前脚尖位移增量的绝对值是否大于预设值，以及判断后脚跟位移增量的绝对值是否大于预设值；
S122B，若前脚尖位移增量的绝对值大于预设值，则剔除前脚尖位移增量；
S122C，若后脚跟位移增量的绝对值大于预设值，则剔除后脚跟位移增量。
在本实施例中，用户在跑步的过程中，会出现两脚交错以及脚部提高的情况，其中，两脚交错时会造成位置选取点的切换，脚部提高时会造成目标脚部不在识别位置范围内，这两种情况均会导致检测数据发生突变而影响数据的准确性，因此，若前脚尖位移增量的绝对值或后脚跟位移增量的绝对值大于预设值，则表明该前脚尖位移增量或后脚跟位移增量为异常数据，应当剔除，从而有利于提高数据的准确性，使得所计算得到的脚步移动速度更加准确、真实。
在一个可选的实施例中，上述根据工作状态和脚步移动速度，确定用户在预定时间内的运动状态的步骤，包括：
S131，若工作状态为停止状态，则检查连续多个脚步移动速度中是否存在至少一个大于第一预设速度阈值的脚步移动速度；
S132，若是，则判定用户在预定时间内的运动状态为行走状态；
S133，若否，则判定用户在预定时间内的运动状态为静止状态。
在本实施中，第一预设速度阈值可通过实验调试获得。在一些具体的实施例中，当跑步机履带1当前的工作状态为停止状态时，可检查连续三个以上的脚步移动速度(即连续三个以上检测周期的脚步移动速度)中是否存在至少一个大于第一预设速度阈值的脚步移动速度，来确定用户的运动状态，一般而言，所检查的脚步移动速度的连续个数越多，判断越准确。在本实施中，由于用户的脚步移动速度是时刻在变化的，因此通过上述检查连续多个检测周期的脚步移动速度的方式来确定用户的运动状态，有利于提高判断的准确性。
在一个可选的实施例中，上述根据工作状态和脚步移动速度，确定用户在预定时间内的运动状态的步骤，还包括：
S13A，若工作状态为运行状态，则检查连续多个移动脚步速度中是否存在至少一个大于第二预设速度阈值的脚步移动速度，其中，第二预设速度阈值小于第一预设速度阈值；
S13B，若否，则判定用户在预定时间内的运动状态为静止状态；
S13C，若是，则判定用户在预定时间内的运动状态为行走状态。
在本实施例中，第二预设速度阈值为零。在一些具体的实施例中，当跑步机履带1当前的工作状态为运行状态时，可检查连续三个以上的脚步移动速度(即连续三个以上检测周期的脚步移动速度)中是否存在至少一个大于第二预设速度阈值的脚步移动速度，来确定用户的运动状态，一般而言，所检查的脚步移动速度的连续个数越多，判断越准确。在本实施中，由于用户的脚步移动速度是时刻在变化的，因此通过上述检查连续多个检测周期的脚步移动速度的方式来确定用户的运动状态，有利于提高判断的准确性。
在一个可选的实施例中，当用户在预定时间内的运动状态为行走状态时，上述根据运动状态和脚步移动速度，按照预定方式调节跑步机履带1的运行速度的步骤，包括：
S14A，若当前跑步机履带1的运行速度低于脚步移动速度，则逐次提高跑步机履带1的运行速度，直至脚步移动速度与运行速度之间的差值的绝对值小于预设阈值为止，其中，每次提高运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次提高运行速度的值是不相等的；
S14B，若当前跑步机履带1的运行速度高于脚步移动速度，则逐次降低跑步机履带1的运行速度，直至脚步移动速度与运行速度之间的差值的绝对值小于预设阈值为止，其中，每次降低运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低运行速度的值是不相等的。
在本实施例中，在控制运行速度向脚步移动速度偏移的过程中，每次提高或降低的速度值可以是相等的也可以是不等的，例如，当前跑步机履带1的运行速度为2m/s，计算得到的某个周期时刻的脚步移动速度为3.1m/s，则在该周期时刻对应的检测周期内，运行速度每次提高的速度值可以是相等的，如每次提高0.5m/s，或者0.6m/s，或者0.7m/s等等，也可以是不等的，如第一次提高0.5m/s、第二次提高0.6m/s秒、第三次提高0.7m/s秒等等，直至调整后的运行速度与脚步移动速度之间偏差始终保持在预定范围内(例如将速度偏差控制在0～1m/s内)，在一些具体的实施例中，运行速度每次提高或降低的值可通过实验调试获得并预先设定。从而通过循序渐进的方式控制运行速度向脚步移动速度进行偏移，可防止跑步机履带1的运行速度发生骤变而给用户带来不适感。
在一个可选的实施例中，当用户在预定时间内的运动状态为静止状态时，上述根据运动状态和脚步移动速度，按照预定方式调节跑步机履带1的运行速度的步骤，包括：
S14C，若当前跑步机履带1的运行速度高于脚步移动速度，则逐次降低跑步机履带1的运行速度，直至为零，其中，每次降低运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低运行速度的值是不相等的。
在本实施例中，当用户在预定时间内的运动状态为静止状态时，跑步机履带1运行速度的调节过程与运动状态为行走状态时相同，此处不再赘述。
在一个可选的实施例中，上述根据脚部位置信息，按照预设算法计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤之后，还包括：
S125，通过预设的卡尔曼滤波算法对各个脚步移动速度进行平滑滤波处理。
在本实施中，通过预设的卡尔曼滤波算法对计算获得的多个脚步移动速度进行平滑滤波处理的过程如下：
假设检测周期为20ms，需要对1s内的100个脚步移动速度进行平滑滤波处理，其中，第一个周期时刻的脚步移动速度为V1＝3m/s，第一个周期时刻估算出的最优速度值的噪声为X1＝0.09m/s，预测的噪声为Y＝0.12m/s，第二个周期时刻的测量值V2为3.1m/s，则：
首先根据卡尔曼滤波方程中的状态的一步预测方程有：Vi/＝AVi-1+Bui-1(A取1，B取0)，由第一个周期时刻的速度值3m/s去预测第二个周期时刻的速度值可得，第二个周期时刻的预测速度值V2‘＝V1＝3m/s；
其次根据卡尔曼滤波方程中的均方误差的一步预测方程可得V2的总体噪声为
接着根据卡尔曼滤波方程中的滤波增益方程可得第一个周期时刻的卡尔曼增益K1g＝Z2/(Z2+Y2)＝0.152/(0.152+0.122)＝0.61；
然后根据卡尔曼滤波方程中的滤波估计方程可得第二个周期时刻的最优速度值V2"＝V2‘+K1g(V2-V2‘)＝3+0.61×(3.1-3)＝3.061m/s；
最后为下一步估计第三个周期时刻的最优速度值的迭代进行更新操作(需要得到第二周期时刻的最优速度值的噪声)，则根据卡尔曼滤波方程中的滤波均方误差更新矩阵方程可得第二周期时刻的最优速度值的噪声
如此，通过上述相同的平滑滤波处理过程，可得到第三个周期时刻的最优速度值V3"、第四个周期时刻的最优速度值V4"等等。因此，本实施例通过预设的卡尔曼滤波算法对计算获得的多个脚步移动速度进行平滑滤波处理，使得最终得到的脚步移动速度可更加准确，从而可据此更准确地对跑步机履带1的运行速度进行调节，使得跑步机履带1的运行速度可更好地适应用户跑步过程中的脚步移动速度，有利于提高用户体验。
参照图2，对应地，本发明实施例还提供一种跑步机速度控制装置，包括：
检测模块11，用于间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带1上的脚部位置信息；
计算模块12，用于根据脚部位置信息，按照预设算法计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
确定模块13，用于获取跑步机履带1当前的工作状态，并根据工作状态和脚步移动速度，确定用户在预定时间内的运动状态，其中，工作状态包括停止状态和运行状态，运动状态包括静止状态和行走状态；
调节模块14，用于根据运动状态和脚步移动速度，按照预定方式调节跑步机履带1的运行速度。
在一个可选的实施例中，脚部位置信息至少包括前脚尖位置信息和后脚跟位置信息，上述计算模块12，包括：
提取单元，用于从脚部位置信息中提取每个周期时刻的前脚尖位置信息和后脚跟位置信息；
第一计算单元，用于根据前脚尖位置信息，计算出用户在各个检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据后脚跟位置信息，计算出用户在各个检测周期内的后脚跟位移增量；
选取单元，用于从同一检测周期内的前脚尖位移增量和后脚跟位移增量两者中，选取数值较大的一者作为用户在同一检测周期内的脚步位移增量；
第二计算单元，用于根据预设的速度公式
计算出用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；式中，Vi为第i个周期时刻的脚步移动速度，Si为用户在第i个检测周期内的脚步位移增量，Si-1为用户在第i-1个检测周期内的脚步位移增量，T为检测周期。
在一个可选的实施例中，上述计算模块12，还包括：
判断单元，用于判断前脚尖位移增量的绝对值是否大于预设值，以及判断后脚跟位移增量的绝对值是否大于预设值；
第一剔除单元，用于当前脚尖位移增量的绝对值大于预设值时，剔除前脚尖位移增量；
第二剔除单元，用于后脚跟位移增量的绝对值大于预设值时，剔除后脚跟位移增量。
在一个可选的实施例中，上述确定模块13，包括：
第一检查单元，用于当工作状态为停止状态时，检查连续多个脚步移动速度中是否存在至少一个大于第一预设速度阈值的脚步移动速度；
第一判定单元，用于当连续多个脚步移动速度中存在至少一个大于第一预设速度阈值的脚步移动速度时，判定用户在预定时间内的运动状态为行走状态。
在一个可选的实施例中，上述确定模块13，还包括：
第二检查单元，用于当工作状态为运行状态时，检查连续多个移动脚步速度中是否存在至少一个大于第二预设速度阈值的脚步移动速度，其中，第二预设速度阈值小于第一预设速度阈值；
第二判定单元，用于当连续多个移动脚步速度中未存在至少一个大于第二预设速度阈值的脚步移动速度时，判定用户在预定时间内的运动状态为静止状态。
在一个可选的实施例中，当用户在预定时间内的运动状态为行走状态时，上述调节模块14，包括：
增速单元，用于当当前跑步机履带1的运行速度低于脚步移动速度时，逐次提高跑步机履带1的运行速度，直至脚步移动速度与运行速度之间的差值的绝对值小于预设值为止，其中，每次提高运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次提高运行速度的值是不相等的；
第一减速单元，用于当当前跑步机履带1的运行速度高于脚步移动速度时，逐次降低跑步机履带1的运行速度，直至脚步移动速度与运行速度之间的差值的绝对值小于预设值为止，其中，每次降低运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低运行速度的值是不相等的。
在一个可选的实施例中，当用户在预定时间内的运动状态为静止状态时，上述调节模块14，还包括：
第二减速单元，用于当当前跑步机履带1的运行速度高于脚步移动速度时，逐次降低跑步机履带1的运行速度，直至为零，其中，每次降低运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低运行速度的值是不相等的。
在一个可选的实施例中，上述跑步机速度控制装置，还包括：
平滑滤波处理模块，用于通过预设的卡尔曼滤波算法对各个脚步移动速度进行平滑滤波处理。
在一个可选的实施例中，上述检测模块11，具体用于通过红外线检测装置间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带1上的脚部位置信息，其中，红外线检测装置包括多个红外发射器2和多个红外接收器3，红外发射器2和红外接收器3分别排列设置于跑步机履带1的两侧且一一对应设置，以检测脚部位置信息；其中，各个红外发射器2之间的间距为5-20毫米，且各个红外发射器2与跑步机履带1之间的高度差为30-50毫米。
参照图3，对应地，本发明实施例还提供一种智能跑步机10，包括存储器101、处理器102以及存储在存储器101上并可在处理器102上运行的计算机程序103，处理器102执行计算机程序103时实现上述任一实施例中的跑步机速度控制方法。
在本实施例中，本领域技术人员可以理解，本发明实施例的智能跑步机10为上述所涉及用于执行本发明中方法中的一项或多项的设备。这些设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以包括通用计算机中的已知设备。这些设备具有存储在其内的计算机程序103或应用程序，这些计算机程序103选择性地激活或重构。这样的计算机程序103可以被存储在设备(例如，计算机)可读介质中或者存储在适于存储电子指令并分别耦联到总线的任何类型的介质中，计算机可读介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存储器)、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，可读介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
显然，本领域的技术人员应当理解，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种跑步机速度控制方法，其特征在于，包括：
间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息；
根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
获取所述跑步机履带当前的工作状态，并根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态，其中，所述工作状态包括停止状态和运行状态，所述运动状态包括静止状态和行走状态；
根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度。
2.根据权利要求1所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述脚部位置信息至少包括前脚尖位置信息和后脚跟位置信息，所述根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤，包括：
从所述脚部位置信息中提取每个所述周期时刻的所述前脚尖位置信息和所述后脚跟位置信息；
根据所述前脚尖位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据所述后脚跟位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的后脚跟位移增量；
从同一所述检测周期内的所述前脚尖位移增量和所述后脚跟位移增量两者中，选取数值较大的一者作为所述用户在同一所述检测周期内的脚步位移增量；
根据预设的速度公式计算出所述脚步移动速度；式中，Vi为第i个周期时刻的所述脚步移动速度，Si为所述用户在第i个所述检测周期内的所述脚步位移增量，Si-1为所述用户在第i-1个所述检测周期内的所述脚步位移增量，T为所述检测周期。
3.根据权利要求2所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述前脚尖位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的前脚尖位移增量，以及根据所述后脚跟位置信息，计算出所述用户在各个所述检测周期内的后脚跟位移增量的步骤之后，还包括：
判断所述前脚尖位移增量的绝对值是否大于预设值，以及判断所述后脚跟位移增量的绝对值是否大于所述预设值；
若所述前脚尖位移增量的绝对值大于所述预设值，则剔除所述前脚尖位移增量；
若所述后脚跟位移增量的绝对值大于所述预设值，则剔除所述后脚跟位移增量。
4.根据权利要求1所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态的步骤，包括：
若所述工作状态为停止状态，则检查连续多个所述脚步移动速度中是否存在至少一个大于第一预设速度阈值的所述脚步移动速度；
若是，则判定所述用户在所述预定时间内的运动状态为行走状态。
5.根据权利要求4所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态的步骤，还包括：
若所述工作状态为运行状态，则检查连续多个所述移动脚步速度中是否存在至少一个大于第二预设速度阈值的所述脚步移动速度，其中，所述第二预设速度阈值小于所述第一预设速度阈值；
若否，则判定所述用户在所述预定时间内的运动状态为静止状态。
6.根据权利要求1所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，当所述用户在所述预定时间内的所述运动状态为所述行走状态时，所述根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度的步骤，包括：
若当前所述跑步机履带的所述运行速度低于所述脚步移动速度，则逐次提高所述跑步机履带的所述运行速度，直至所述脚步移动速度与所述运行速度之间的差值的绝对值小于预设阈值为止，其中，每次提高所述运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次提高所述运行速度的值是不相等的；
若当前所述跑步机履带的所述运行速度高于所述脚步移动速度，则逐次降低所述跑步机履带的所述运行速度，直至所述脚步移动速度与所述运行速度之间的差值的绝对值小于所述预设阈值为止，其中，每次降低所述运行速度的值都是相等的，或者至少相邻两次降低所述运行速度的值是不相等的。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度的步骤之后，还包括：
通过预设的卡尔曼滤波算法对各个所述脚步移动速度进行平滑滤波处理。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的跑步机速度控制方法，其特征在于，所述间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息的步骤，包括：
通过红外线检测装置间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息，其中，所述红外线检测装置包括多个红外发射器和多个红外接收器，所述红外发射器和所述红外接收器分别排列设置于所述跑步机履带的两侧且一一对应设置，以检测所述脚部位置信息；其中，各个所述红外发射器之间的间距为5-20毫米，且各个所述红外发射器与所述跑步机履带之间的高度差为30-50毫米。
9.一种跑步机速度控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于间隔预设检测周期检测用户在跑步机履带上的脚部位置信息；
计算模块，用于根据所述脚部位置信息，按照预设算法计算出所述用户在预定时间内每个周期时刻的脚步移动速度；
确定模块，用于获取所述跑步机履带当前的工作状态，并根据所述工作状态和所述脚步移动速度，确定所述用户在所述预定时间内的运动状态，其中，所述工作状态包括停止状态和运行状态，所述运动状态包括静止状态和行走状态；
调节模块，用于根据所述运动状态和所述脚步移动速度，按照预定方式调节所述跑步机履带的运行速度。
10.一种智能跑步机，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8中任一项所述的跑步机速度控制方法。
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