TWI590854B - Treadmill motion control system and its control method - Google Patents

Description

跑步機作動控制系統及其控制方法

本發明係有關一種跑步機作動控制系統及其控制方法，尤指一種可以利用跑動前後位置之識別來作為跑步機控速依據的跑步機調速控制技術。

按，跑步機是一種普及率非常高且極受大眾喜愛的運動器材。習知跑步機主要構造係於底座二端套繞樞設一跑步帶，並於底座上設置一用以支撐跑步帶的跑步板，再於底座前端組設有一扶手架及儀錶介面(如顯示幕與控制按鈕的組合)。而習知跑步機轉速快慢控制主要是藉由儀錶介面的操控而加以實現。具體來說，由於習知跑步機的跑步帶運轉速度僅能靠手動操作儀錶介面來進行所需的功能調整，以致使用者僅能被動的跟隨跑步帶的轉速進行跑動，當使用者在跑步機上進行跑步健身且漸漸感到體力不支以致腳步變慢時，於是會隨著跑步帶的帶動而逐漸地往後退。尤其是，當跑步機所設定的運轉速度較快時，使用者還來不及自儀錶介面上調慢速度；或是關閉電源的情況下，使用者極有可能已經從跑步機上跌落下來，因而造成嚴重的跑步意外情事產生。

再者，按照運動者在跑步機上的跑步習性發現，多數人在加速時會往儀錶介面的方向跑動而靠近儀錶介面，在減速時則會遠離儀錶介面；此外，一般多數人會於跑步機上跑步時，運動者的跑動位置通常會不 自覺地往跑步帶的左側偏擺或是往右側偏擺，長期如此，則會造成運動者膝蓋承受力量不平均，以致易造成跌倒與膝蓋傷害的情況產生；不僅如此，在往跑步帶左側偏擺或是往右側偏擺的跑動過程中，運動者較容易因誤踩到不會轉動的底座邊框，以致造成跌落摔倒的情事產生，因而造成在運動訓練上的不便與極大困擾。

為改善上述缺失，相關技術領域業者已然開發出一種具自動變速功能的跑步機，該習知技術的代表性專利如中華民國新型第556577號『跑步機結構改良』、中華民國新型第M257207號『自動變速跑步機』及中華民國發明I458517號『可變速跑步裝置及其控制方法』等專利所示。該等專利主要係於跑步帶的支撐架表面裝設有一用以感測使用者跑動狀態的感應器，該感應器所測得之感測訊號再傳輸至控制器進行處理，並由控制器解讀感應器之頻率高低，再由控制器依據使用者跑動狀態的頻率高低而自動控制跑步帶的轉速快慢，當所測得之頻率較高時，則自動調快跑步帶之速度；反之，當所測得之頻率較低時，則自動調慢跑步帶之速度。該等專利雖然可以達到自動感應調變跑步機速度的功能；惟，該等專利並無跑動位置識別與調速機制的整合機能建置，故僅能感測使用者腳部因跑動踩踏所致的震動頻率來調整調快或調慢跑步機的轉速，於是使用者僅能在持續運轉中的跑步帶上以腳部做加快或放慢的跑動作為調速的依據。當使用者加快腳部的跑動時，則較容易隨著跑步帶的帶動而逐漸往前位移，當位移靠近顯示面板的位置時，則無法持續加快腳部的跑動，於此則無法繼續調控跑步機的速度；除此之外，當使用者放慢腳部跑動時，則較容易隨著跑步帶的帶動而逐漸往後位移，當位移靠近跑步帶後端位置時，則無法持 續放慢腳部的跑動，因為持續放慢腳部跑動很有可能造成跌落的危險，因此，該等專利係以腳部踩踏頻率來操控轉速確實是不容易實現。

另有一種如中華民國新型第M241070號『跑步機之步道自動調速機構』所示的專利，其係於控制面板設置一距離偵測單元(如反射式紅外線感測器)，以感測控制面板與使用者之間的距離，以作為馬達調速的依據，該專利雖然可以感測使用者所處位置的遠近而調整馬達的轉速，惟，受限於反射式紅外線感測器之訊號發射距離的因素，當使用者位於跑步帶的後端跑動時，反射式紅外線感測器較無法接收到自人體反射而回的訊號，以致無法實現調慢馬達轉速之目的；不僅如此，由於反射式紅外線感測器具有指向特性，當使用者位於跑步帶的二側邊時，反射式紅外線感測器同樣無法感測到使用者的實際位置，以致必須建置多組反射式紅外線感測器而形成數道的感測線，於此方能有效感測使用者的實際位置，因而造成建置成本增加的情事。

鑑於習知跑步機調速之方式所產生的缺失，本發明創作人等乃積極努力研發，經不斷的試作與實驗，終於開研發出本發明之成果。

本發明第一目的，在於提供一種跑步機作動控制系統及其控制方法，主要是利用跑動前後位置之識別來作為跑步機的控速依據，在無需前往儀錶介面做操控的情況下，使用者即可藉由前段或後段的跑動來實現自主性控制跑步機轉速的功效，因而得以省去因儀錶介面操控不便所致的困擾情事產生。達成第一目的之技術手段，係包括加速感測單元、減速感測單元及控制模組。加速感測單元佈置在對應跑步帶的前段位置。減速 感測單元佈置在對應跑步帶的後段位置。當使用者腳踏於跑步帶的前段位置時，加速感測單元感測而產生第一感測訊號，控制模組接收第一感測訊號而控制跑步帶加速運轉；當使用者腳踏於跑步帶的後段位置時，減速感測單元感測而產生第二感測訊號，控制模組接收第二感測訊號而控制跑步帶減速運轉。

本發明第二目的，在於提供一種可以調整側傾角度的跑步機作動控制系統及其控制方法，主要是利用二側邊之跑動位置之識別來作為跑步機的側傾控制依據，而可藉由二側段部的偵測來判斷運動者是否往左或右邊偏擺跑動，進而驅動跑步帶做左或右的角度傾斜，以協助運動者可以持續地保持在中線位置跑動，進而達到具備安全性跑步訓練之功效。達成第二目的之技術手段，係包括加速感測單元、減速感測單元及控制模組。加速感測單元佈置在對應跑步帶的前段位置。減速感測單元佈置在對應跑步帶的後段位置。當使用者腳踏於跑步帶的前段位置時，加速感測單元感測而產生第一感測訊號，控制模組接收第一感測訊號而控制跑步帶加速運轉；當使用者腳踏於跑步帶的後段位置時，減速感測單元感測而產生第二感測訊號，控制模組接收第二感測訊號而控制跑步帶減速運轉。其更包含至少一佈置在對應於該跑步帶的一左側段處的左傾感測單元、至少一佈置在對應於該跑步帶的一右側段處的右傾感測單元，及至少一可受該控制模組的控制而驅使該跑步機做左傾或右傾的側傾控制機構，當該使用者腳踏於該跑步帶的該左側段時，該左傾感測單元感測而產生一第三感測訊號，該控制模組接收該第三感測訊號則驅使該側傾控制機構而控制該跑步帶右傾至一預設角度；當該使用者腳踏於該跑步帶的該右側段時，該右傾感測 單元感測而產生一四感測訊號，該控制模組接收該第四感測訊號則驅使該側傾控制機構控制該跑步帶左傾至該預設角度。

10‧‧‧跑步機

11‧‧‧跑步帶

12‧‧‧傳動機構

13‧‧‧跑步板

14‧‧‧底座

15‧‧‧儀表介面

16‧‧‧扶手

20‧‧‧加速感測單元

21‧‧‧減速感測單元

22‧‧‧左傾感測單元

23‧‧‧右傾感測單元

30‧‧‧控制模組

40‧‧‧側傾控制機構

41‧‧‧第一支撐桿

42‧‧‧第二支撐桿

43‧‧‧滑桿

44‧‧‧線性制動組件

440‧‧‧致動桿

45‧‧‧支撐塊

50‧‧‧基座

圖1係本發明第一實施例的外觀實施示意圖。

圖2係本發明第一實施例的側視實施示意圖。

圖3係本發明第二實施例的外觀實施示意圖。

圖5係本發明第二實施例底座未側傾的實施示意圖。

圖4係本發明第二實施例底座左傾的角度控制實施示意圖。

圖6係本發明第二實施例底座右傾的角度控制實施示意圖。

圖7係本發明功能方塊的控制示意圖。

請參看圖1~2及圖7所示為本發明跑步機作動控制系統的第一實施例，係包括加速感測單元20、減速感測單元21及控制模組30等技術特徵。加速感測單元20係佈置在對應跑步帶11的前段位置。減速感測單元21則佈置在對應跑步帶11的後段位置；當使用者跑動於跑步帶11的前段位置時，加速感測單元20感測而產生第一感測訊號，控制模組30接收第一感測訊號，並判斷第一感測訊號產生是否持續一預設時間(如3~10秒)，當判斷結果為是，則控制跑步帶11做加速運轉；當使用者跑動於跑步帶11的後段位置時，減速感測單元21感測而產生第二感測訊號，控制模組30接收第二感測訊號，並判斷第二感測訊號產生是否持續預設時間(如3~10秒)，當判斷結果為是，則控制跑步帶11做減速運轉。

承上所述，圖2所示之加速感測單元20係設於跑步機10之 跑步板13的前段上。減速感測單元21則是設於跑步機10之跑步板13的後段上，但是不以此為限。上述加速感測單元20與減速感測單元21可以是一種用來偵測跑步板13各角落的力量狀態與角度變化的力量感測器(如力感測器、荷重計)、角度感測器(如陀螺儀)、重力加速度計(如二軸或三軸加速度計)以及震動感測器，但是不以此為限。至於上述控制模組30(如微處理器或微控制器與驅動電路的組合)可以依據使用者之跑動位置狀態來調變跑步機10之傳動機構12的轉速，以控制跑步帶11的速度快或慢。再者，圖1所示之跑步機10前端設有儀表介面15及扶手16，此儀表介面15可供使用者做功能性參數、轉速或是電源啟閉等之控制，至於扶手16則可供使用者於跑步運動時握持。

於具體的運作實施例中，當使用者欲加快跑動速度時，使用者僅需以跑動的方式進入跑步帶11前段，此時，加速感測單元20則會產生第一感測訊號(可將二進制碼的第一感測訊號預先定義編碼，以作為後續處理之識別)時，經控制模組30解讀處理後，則藉由傳動機構12(如馬達與傳動齒輪組的組合)之轉速加快的控制，進而實現加快跑步帶11速度之目的；反之，當使用者欲放慢跑動速度時，使用者僅需以跑動的方式進入跑步帶11後段，此時減速感測單元21則會產生第二感測訊號(可將二進制碼的第二感測訊號預先定義編碼，以作為後續處理之識別)時，經控制模組30解讀處理後，則藉由傳動機構12(如馬達與傳動齒輪組的組合)之轉速降低的控制，進而實現降低跑步帶11速度之目的。

請參看圖3~7所示為本發明跑步機10作動控制系統的第二實施例，本實施例除了包括第一實施例的整體技術特徵之外，更包含至少 一佈置在對應於跑步帶11左側段的左傾感測單元22、至少一佈置在對應於跑步帶11右側段的右傾感測單元23，及至少一可受控制模組30的控制而驅使跑步機10做左傾或右傾的側傾控制機構40。於具體的運作實施例中，當使用者於跑步帶11的左側段跑動時，左傾感測單元22感測而產生第三感測訊號，該控制模組30接收第三感測訊號，並判斷第三感測訊號產生是否持續預設時間(如3~10秒)，當判斷結果為是，則驅使側傾控制機構40控制跑步帶11右傾至預設角度；反之，當使用者於跑步帶11的右側段跑動時，右傾感測單元23感測而產生四感測訊號，控制模組30接收第四感測訊號，並判斷第四感測訊號產生是否持續預設時間(如3~10秒)，當判斷結果為是，則驅使側傾控制機構40控制跑步帶11左傾至預設角度(約3~15度；但是不以此為限)，於是，即可協助運動者有效持續地保持在跑步帶11的中線位置跑動，而可避免運動者不自覺地往左右二側邊跑動所致的危險情事產生。

請參看圖4~6所示為基於第二實施例的一種具體實施例，係更包含一基座50，該側傾控制機構40設於基座50與跑步機之底座14之間，該側傾控制機構40包含二第一支撐桿41、二第二支撐桿42、一滑桿43及一線性制動組件44。該二第一支撐桿41一端分別轉動樞設於基座50前端與後端的左側位置，其另一端分別轉動樞設於該底座14前端與後端的右側位置；該二第二支撐桿42一端分別轉動樞設於基座50前端與後端的右側位置，其另一端分別轉動樞設於底座14前端與後端的左側位置，該二第一支撐桿41各自具有一第一滑槽410，該二第二支撐桿42各自具有一第二滑槽420，該滑桿43二端可滑動的分別穿設於二第一滑槽410及第二滑槽420上，使二第一支撐桿41與二第二支撐桿42分別係以滑桿43為轉點而形成交錯可滑動的樞接設置。該 線性制動組件44一端樞設於基座50上，其另端具有一可做伸展、置中及收縮動作的致動桿440，且致動桿440末端樞接於滑桿43中段處。此外，如圖4~6所示，為提供滑桿43的支撐作用，以提升對底座的支撐結構強度，係於滑桿43二端分別設有一用以支撐滑桿43的支撐塊45。

請參看圖5所示，當欲使底座14往左側傾斜至預設角度時，僅需控制線性制動組件44之致動桿440伸展至伸展位置，此時，即可連動滑桿43沿著第一滑槽410與第二滑槽420而往左側位移，藉由將樞接轉點移動至靠近底座14的左側，於此，即可使底座14向左側傾斜至預設角度。

請參看圖4所示，當欲使底座14回復至側傾之前的角度時，僅需控制使線性制動組件44之致動桿440收縮至置中位置，此時，即可連動滑桿43沿著第一滑槽410與第二滑槽420而往右側位移，藉由將樞接轉點移動至底座14的中央位置，即可使底座14呈平齊狀態。

請參看圖6所示，當欲使底座14往右側傾斜至預設角度時，僅需控制使線性制動組件44之致動桿440收縮至收縮位置時，即可連動滑桿43沿著第一滑槽410與第二滑槽420而往右側位移，藉由移動樞接轉點至靠近底座14右側，而使底座14向右側傾斜至預設角度。

因此，藉由以上具體實施例的說明，本發明確實具有下列所述的特點：

1.本發明確實可以利用跑動前後位置之識別來作為跑步機的控速依據，在無需前往儀錶介面做操控的情況下，使用者即可藉由前段或後段的跑動來實現自主性控制跑步機轉速的功效，因而得以省去因儀錶介面操控不便所致的困擾情事產生。

2.本發明確實可以調整側傾角度，主要是利用二側邊之跑動位置之識別來作為跑步機的側傾控制依據，而可藉由二側段部的偵測來判斷運動者是否往左或右邊偏擺跑動，進而驅動跑步帶做左或右的角度傾斜，以協助運動者可以持續地保持在中線位置跑動，進而達到具備安全性跑步訓練之功效。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10‧‧‧跑步機

11‧‧‧跑步帶

14‧‧‧底座

15‧‧‧儀表介面

16‧‧‧扶手

20‧‧‧加速感測單元

21‧‧‧減速感測單元

Claims (4)

1. 一種跑步機作動控制系統，其包括：至少一加速感測單元，其佈置在對應於該跑步機之一跑步帶的一前段位置處；至少一減速感測單元，其佈置在對應於該跑步帶的一後段位置處；一控制模組，其用以接收及處理該加速感測單元及該減速感測單元之感測訊號；當一使用者腳踏於該跑步帶的該前段位置時，該加速感測單元感測而產生一第一感測訊號，該控制模組接收該第一感測訊號而控制該跑步帶加速運轉；當該使用者腳踏於該跑步帶的該後段位置時，該減速感測單元感測而產生一第二感測訊號，該控制模組接收該第二感測訊號而控制該跑步帶減速運轉；其特徵在於：更包含至少一佈置在對應於該跑步帶的一左側段處的左傾感測單元、至少一佈置在對應於該跑步帶的一右側段處的右傾感測單元，及至少一可受該控制模組的控制而驅使該跑步機做左傾或右傾的側傾控制機構，當該使用者腳踏於該跑步帶的該左側段時，該左傾感測單元感測而產生一第三感測訊號，該控制模組接收該第三感測訊號則驅使該側傾控制機構而控制該跑步帶右傾至一預設角度；當該使用者腳踏於該跑步帶的該右側段時，該右傾感測單元感測而產生一四感測訊號，該控制模組接收該第四感測訊號則驅使該側傾控制機構控制該跑步帶左傾至該預設角度。
2. 如請求項1所述之跑步機作動控制系統，其更包含一基座，該側傾控制機構設於該基座與該跑步機之一底座之間，該側傾控制機構包含二第一支撐桿、二第二支撐桿、一滑桿及一線性制動組件，該二第一支撐桿一端分別轉動樞設於該基座前端與後端的左側位置，其另一端分別轉動樞設於該底座前端與後端的右側位置；該二第二支撐桿一端分別轉動樞設於該基 座前端與後端的右側位置，其另一端分別轉動樞設於該底座前端與後端的左側位置，該二第一支撐桿各自具有一第一滑槽，該二第二支撐桿各自具有一第二滑槽，該滑桿二端可滑動的分別穿設於該二第一滑槽及該第二滑槽上，使該二第一支撐桿與該二第二支撐桿係以該滑桿為轉點而形成交錯可滑動的樞接設置，該線性制動組件一端樞設於該基座上，其另端具有一可做伸展、置中及收縮動作的致動桿，該致動桿末端樞接該滑桿中段處；當該致動桿於伸展位置時，則連動該滑桿沿著該第一滑槽與該第二滑槽而往左側位移，藉由將該轉點移動至靠近該底座的左側，而使該底座向左側傾斜至該預設角度；當該致動桿於置中位置時，則連動該滑桿沿著該第一滑槽與該第二滑槽而往右側位移，藉由將該轉點移動至該底座的中央位置，而使該底座呈平齊狀態；當該致動桿於收縮位置時，則連動該滑桿沿著該第一滑槽與該第二滑槽而往右側位移，藉由移動該轉點至靠近該底座右側，而使該底座向右側傾斜至該預設角度。
3. 如請求項1或2所述之跑步機作動控制系統，其中，該預設角度介於3~15度。
4. 一種跑步機作動控制方法，其包括：提供至少一加速感測單元、至少一減速感測單元及一控制模組；將該加速感測單元佈置在對應於該跑步機之一跑步帶的一前段位置處；將該減速感測單元佈置在對應於該跑步帶的一後段位置處；以該控制模組接收及處理該加速感測單元及該減速感測單元之感測訊號；其中，當一使用者腳踏於該跑步帶的該前段位置時，該加速感測單元感測而產生一第一感測訊號，該控制模組接收該第一感測訊號而控制該跑步帶加速運轉；當該使用者腳踏於該跑步帶的該後段位置時，該減速感測單元感測而產生一第二感測訊號，該控制模組接收該第二感測訊號而控制 該跑步帶減速運轉；其特徵在於：更包含至少一佈置在對應於該跑步帶的一左側段處的左傾感測單元、至少一佈置在對應於該跑步帶的一右側段處的右傾感測單元，及至少一可受該控制模組的控制而驅使該跑步機做左傾或右傾的側傾控制機構，當該使用者腳踏於該跑步帶的該左側段時，該左傾感測單元感測而產生一第三感測訊號，該控制模組接收該第三感測訊號則驅使該側傾控制機構而控制該跑步帶右傾至一預設角度；當該使用者腳踏於該跑步帶的該右側段時，該右傾感測單元感測而產生一四感測訊號，該控制模組接收。