CN113117285B - 用于跑步机的伺服系统和具有其的跑步机 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种用于跑步机的伺服系统和具有其的跑步机，其中，伺服系统包括：输入模块，用于输入控制指令；控制模块，与输入模块电通讯，用于接收控制指令并发送控制信号；驱动模块，与控制模块电通讯，驱动模块包括依次连接的整流电路、滤波电路和逆变电路，驱动模块根据控制信号输出驱动信号；伺服电机，与驱动模块和控制模块电通讯，伺服电机的输出端与跑步机的传送履带传动连接，伺服电机接收驱动信号，并根据驱动信号调节输出端的转速和转向，以切换跑步机的工作模式。根据本申请实施例的伺服系统，通过控制伺服电机的输出端的转速以及转向，可以实现跑步机的多项工作模式，从而带给用户较好的锻炼体验。

Description

用于跑步机的伺服系统和具有其的跑步机

技术领域

本申请涉及健身设备领域，尤其涉及一种用于跑步机的伺服系统和具有其的跑步机。

背景技术

相关技术中的跑步机的履带的运动速度是相对固定的，即使用者预先调整好跑步机履带的速度，使用者的跑步速度需要随时与履带的转动速度一致，才能在跑步机上正常的跑步，使用者在跑步机上的跑步速度会随着运动时间的不同发生改变，使用者的跑步速度与跑步机的跑步速度产生了速度差，使用者容易摔倒，健身效果差，使用不便。

发明内容

本申请实施例提供一种(发明名称)，以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种用于跑步机的伺服系统，包括：

输入模块，用于输入控制指令；

控制模块，与输入模块电通讯，用于接收控制指令并发送控制信号；

驱动模块，与控制模块电通讯，驱动模块包括依次连接的整流电路、滤波电路和逆变电路，驱动模块根据控制信号输出驱动信号；

伺服电机，伺服电机与驱动模块和控制模块电通讯，伺服电机的输出端与跑步机的传送履带传动连接，伺服电机接收驱动信号，并根据驱动信号调节输出端的转速和转向，以切换跑步机的工作模式。

在一种实施方式中，在驱动信号为第一驱动信号的条件下，伺服电机在预设时间内以预设转速在正向和反向之间交替运行，以使跑步机的工作模式切换为按摩模式。

在一种实施方式中，在预设时间内伺服电机的输出端的转向改变的频率为2赫兹。

在一种实施方式中，在驱动信号为第二驱动信号的条件下，伺服电机在预设时间内沿预设方向匀速转动，以使跑步机的工作模式切换为跑步模式。

在一种实施方式中，在驱动信号为第三驱动信号的条件下，伺服电机在预设时间内停止转动，且伺服电机的转动阻力为零，工作模式为无阻力训练模式。

在一种实施方式中，在驱动信号为第四驱动信号的条件下，伺服电机在预设时间内停止转动，且伺服电机的转动阻力为预设阻力值，工作模式为阻力训练模式。

在一种实施方式中，输入模块包括电键板，电键板设有与跑步机的工作模式对应的按键，按键用于键入与工作模式对应的控制指令。

在一种实施方式中，还包括心率检测模块，心率检测模块与控制模块电通讯，心率检测模块包括心率传感器。

在一种实施方式中，伺服电机为直流伺服电机。

第二方面，本申请实施例提供一种跑步机，其特征在于，包括根据本申请实施例的伺服系统。

上述技术方案中的优点或有益效果至少包括：通过控制伺服电机的输出端的转速以及转向，可以实现跑步机的多项工作模式，从而带给用户较好的锻炼体验。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1为根据本申请一实施例的伺服系统的结构框图；

图2为根据本申请一实施例的伺服系统的示意图；

图3为根据本申请一实施例的伺服系统的驱动模块的电路图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1示出根据本申请实施例的用于跑步机的伺服系统100的流程图。如图1所示，该伺服系统100可以包括输入模块10、控制模块20、驱动模块30和伺服电机40。

输入模块10用于输入控制指令。控制模块20与输入模块10电通讯，用于接收控制指令并发送控制信号。驱动模块30与控制模块20电通讯，驱动模块30包括依次连接的整流电路、滤波电路和逆变电路，驱动模块30根据控制信号输出驱动信号。

在一个示例中，控制模块20可以包括相连的上位机和下位机，其中，上位机与输入模块10电通讯，下位机与驱动模块30电通讯，伺服电机40与下位机之间连接有反馈电路。整流电路与供电输入模块10连接，供电输入模块10设有保险丝盒。

伺服电机40与驱动模块30和控制模块20电通讯，伺服电机40的输出端与跑步机的传送履带传动连接，伺服电机40接收驱动信号，并根据驱动信号调节输出端的转速和转向，以切换跑步机的工作模式。可以理解的是，伺服电机40的输出端带动传送履带运动，通过调节跑步机输出端的转速和转向，可以调节传送履带的运转方向以及运转速度，从而实现跑步机相应的工作模式。

在一个示例中，跑步机的工作模式包括按摩模式、跑步模式、无阻力训练模式和有阻力训练模式。具体地，通过控制伺服电机40的输出端在预设时间内匀速转动，可以带动传送履带匀速运转，从而实现跑步机的跑步功能。通过控制伺服电机40的输出端在短时间内改变运转方向(即正向反向交替运转)，可以带动传送履带在短时间内往复运转，从而使用户站在传送履带上得到振动的反馈，以实现跑步机的按摩功能。通过控制伺服电机40的输出端停止运转并释放抱闸，且伺服电机40的输出端的阻力为零，通过用户在传送履带上自由运动以带动伺服电机40的输出端运转，从而实现跑步机的无阻力训练模式。通过控制伺服电机40的输出端停止运转并释放抱闸，并且伺服电机40的输出端施加一定的阻力，用户在传送履带上自由运动以带动伺服电机40的输出端在一定阻力下运转，从而实现跑步机的阻力训练模式，其中，输出端的阻力可以根据用户的需求进行调节。

输入模块10可以用于输入多种控制指令，控制模块20将控制指令转化为相应的控制信号发送给驱动模块30，驱动模块30根据控制信号向伺服电机40发送相应的驱动信号，从而对伺服电机40的输出端的转速和转向进行调节，以实现相应的工作模式。

其中，驱动模块30可以为IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)。IPM具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点,以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便,不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性。具体地，IPM接收到控制模块20的控制信号，执行控制伺服电机40的工作，并根据伺服电机40的反馈信号做出相应的速度控制调整，以使伺服电机40可以满足跑步机按照用户要求的速度运行。

在一个示例中，整流电路可以采用整流桥来实现，由于整流电路输出的电压是含有电压纹波的脉动滞留电压，为了确保逆变电路的稳定工作，必须加入滤波电路。本系统为电压型变频系统，滤波电路可以采用电容滤波电路，属于中间直流电路，中间直流电路进行滤波为伺服电机40提供无功功率。如图3所示，逆变电路包括PWM(Pulse widthmodulation，脉冲宽度调制)控制电路，PWM控制电路包括Pwm WH、Pwm UH、Pwm VH、Pwm WL、Pwm UL、Pwm VL共6个支路，每个支路分别接收控制模块20发送的控制信号，经过PWM控制电路的转化后通过W、U和V三相输出与伺服电机40连接。

在一个示例中，输入模块10包括电键板，电键板与控制模块20电通讯，电键板设有与跑步机的工作模式对应的按键，按键用于键入与工作模式对应的控制指令。例如，跑步机的工作模式可以包括按摩模式、跑步模式、无阻力训练模式和阻力训练模式，按键包括与多种工作模式对应设置的多个，当用户需要跑步机切换为某个模式时，按下对应的按键即可完成切换。另外，在本申请的其他示例中，输入模块10还可以为与控制模块20无线通讯的无线通讯设备，例如手机、平板电脑、智能手表等其他通讯设备。

根据本申请实施例的用于跑步机的伺服系统100，通过控制伺服电机40的输出端的转速以及转向，可以实现跑步机的多项工作模式，从而带给用户较好的锻炼体验。

在一种实施方式中，在驱动信号为第一驱动信号的条件下，伺服电机40在预设时间内以预设转速在正向和反向之间交替运行，以使跑步机的工作模式切换为按摩模式。用户经过一段时间的高强度训练后，可以在该跑步机上进行该功能的使用，放松紧张的肌肉。其中，伺服电机40可以为直流伺服电机40，直流伺服电机40可以在短时间内实现输出端的正反转，且输出端的转向改变的频率可以进行调整。

在一个示例中，用户通过输入模块10选择按摩模式，输入模块10向控制模块20发送第一控制指令，控制模块20将第一控制指令转化为第一控制信号，并发送给驱动模块30，驱动模块30通过PWM控制电路将第一控制信号转化为第一驱动信号，以控制伺服电机40的输出端在预设时间内以预设转速在正向和反向之间交替运行。

可选地，在预设时间内伺服电机40的输出端的转向改变的频率为2赫兹。也就是说，伺服电机40的输出端在一秒内改变两次转动方向。需要说明的是，如果输出端的转向改变的频率大于2赫兹，则传送履带的往复运动较为剧烈，容易产生安全隐患；如果输出端的转向改变的频率小于2赫兹，则传送率带的往复运动较为平缓，无法达到震动按摩的效果，因此，伺服电机40的输出端的转向改变的频率适宜设置为2赫兹。

在一种实施方式中，在驱动信号为第二驱动信号的条件下，伺服电机40在预设时间内沿预设方向匀速转动，以使跑步机的工作模式切换为跑步模式。

在一个示例中，用户通过输入模块10选择跑步模式，输入模块10向控制模块20发送第二控制指令，控制模块20将第二控制指令转化为第二控制信号，并发送给驱动模块30，驱动模块30通过PWM控制电路将第二控制信号转化为第二驱动信号，以控制伺服电机40的输出端在预设时间内沿预设方向匀速转动。其中，预设方向可以为输出端带动传送履带向后运转的方向。

在一种实施方式中，在驱动信号为第三驱动信号的条件下，伺服电机40在预设时间内停止转动，且伺服电机40的转动阻力为零，工作模式为无阻力训练模式。在该模式下，用户跑步的速度快慢可以由用户自身控制，相比于相关技术中的跑步机，可以降低用户训练过程中受伤的概率。

在一个示例中，用户通过输入模块10选择无阻力训练模式，输入模块10向控制模块20发送第三控制指令，控制模块20将第三控制指令转化为第三控制信号，并发送给驱动模块30，驱动模块30通过PWM控制电路将第三控制信号转化为第三驱动信号，以控制伺服电机40的输出端在预设时间内停止转动，且伺服电机40的转动阻力为零。其中，伺服电机40的转动阻力可以通过控制定子相对转子的转动阻力来实现。

在一种实施方式中，在驱动信号为第四驱动信号的条件下，伺服电机40在预设时间内停止转动，且伺服电机40的转动阻力为预设阻力值，工作模式为阻力训练模式。优选地，伺服电机40可以采用直流伺服电机40，由于直流伺服电机40具有低转速高转矩的性能，可以满足用户的阻力训练要求，且用户在锻炼过程中传送履带的运转较为平稳、顺畅。

在一个示例中，用户通过输入模块10选择有阻力训练模式，输入模块10向控制模块20发送第四控制指令，控制模块20将第四控制指令转化为第四控制信号，并发送给驱动模块30，驱动模块30通过PWM控制电路将第四控制信号转化为第四驱动信号，以控制伺服电机40的输出端在预设时间内停止转动，并且伺服电机40的转动阻力不为零。

在一种实施方式中，伺服系统100还包括心率检测模块50，心率检测模块50与控制模块20电通讯，心率检测模块50包括心率传感器。

在一个示例中，心率检测模块50可以包括与控制模块20通过蓝牙无线链接的心率胸带，心率胸带可以采用红外对管IR928-6C和TP928-6C作为心率传感器。心率传感器将采集到的心率信号通过无线蓝牙的连接方式传送给控制器。

下面参考图2描述根据本申请的一个具体实施例的伺服系统100。如图2所示，伺服系统100包括输入模块10、控制模块20、驱动模块30、伺服电机40和心率检测模块50。其中，输入模块10和心率检测模块50与控制模块20电通讯，输入模块10与驱动模块30电通讯，伺服电机40与驱动模块30的三相输出端U、V和W连接。驱动模块30包括依次连接的整流器、滤波器和逆变器，其中，整流器连接有供电输入模块10连接，供电输入模块10设有保险丝盒。滤波器和逆变器之间设有电感器，用于平滑整流后的直流成分，减小其波纹电压，以满足逆变器对直流电源的要求。

第二方面，本申请实施例提供一种跑步机，其特征在于，包括根据本申请实施例的伺服系统100。

需要说明的是，本申请实施例的跑步机的其他部件，可以采用本领域技术人员现在和未来知悉的各种技术方案。

根据本申请实施例的跑步机，通过控制伺服电机40的输出端的转速以及转向，可以实现跑步机的多项工作模式，从而带给用户较好的锻炼体验。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包括于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分。并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

应理解的是，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。上述实施例方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。上述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读存储介质中。该存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于跑步机的伺服系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于输入控制指令，所述控制指令为与跑步机的多种工作模式对应的多种，所述多种工作模式包括按摩模式、跑步模式、无阻力训练模式和有阻力训练模式中的至少一种；

控制模块，与所述输入模块电通讯，用于接收控制指令并发送控制信号；

驱动模块，与所述控制模块电通讯，所述驱动模块包括依次连接的整流电路、滤波电路和逆变电路，所述逆变电路包括PWM控制电路，所述PWM控制电路用于接收所述控制信号，并通过W、U和V三相输出驱动信号；

伺服电机，与所述驱动模块和所述控制模块电通讯，所述伺服电机的输出端与所述跑步机的传送履带传动连接，所述伺服电机接收所述驱动信号，并根据所述驱动信号控制所述跑步机的工作模式；所述驱动信号用于控制所述伺服电机的输出端的转速、转向、转向变更频率、转动阻力、抱闸状态以及工作时间中的至少一项；

其中，在所述驱动信号为第一驱动信号的条件下，所述伺服电机在预设时间内以预设转速在正向和反向之间交替运行，以使所述跑步机的工作模式切换为所述按摩模式；

在所述驱动信号为第二驱动信号的条件下，所述伺服电机在预设时间内沿预设方向匀速转动，以使所述跑步机的工作模式切换为所述跑步模式；

在所述驱动信号为第三驱动信号的条件下，所述伺服电机在预设时间内停止转动并释放抱闸，且所述伺服电机的转动阻力为零，所述工作模式为所述无阻力训练模式；

在所述驱动信号为第四驱动信号的条件下，所述伺服电机在预设时间内停止转动并释放抱闸，且所述伺服电机的转动阻力为预设阻力值，所述工作模式为所述阻力训练模式。

2.根据权利要求1所述的用于跑步机的伺服系统，其特征在于，在所述驱动信号为所述第一驱动信号的条件下，在预设时间内所述伺服电机的输出端的转向改变的频率为2赫兹。

3.根据权利要求1所述的用于跑步机的伺服系统，其特征在于，所述输入模块包括电键板，所述电键板设有与所述跑步机的工作模式对应的按键，所述按键用于键入与所述工作模式对应的控制指令。

4.根据权利要求1所述的用于跑步机的伺服系统，其特征在于，还包括心率检测模块，所述心率检测模块与所述控制模块电通讯，所述心率检测模块包括心率传感器。

5.根据权利要求1所述的用于跑步机的伺服系统，其特征在于，所述伺服电机为直流伺服电机。

6.一种跑步机，其特征在于，包括根据权利要求1-5任一项所述的伺服系统。

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