基于非接触式生理参数测量的智能跑步机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，在跑步机上安装非接触式传感器，利用非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。本发明专利技术能够根据实时检测的跑步者的生理参数，调整跑步机的运行速度和坡度，实现不同的运动模式，提高跑步机的健身效果，并能保障跑步者的生命安全。

【技术实现步骤摘要】
基于非接触式生理参数测量的智能跑步机
本专利技术涉及智能跑步机，尤其是一种能够根据实时测量获得的运动者生理参数和设定的运动目标动态调整运行参数的跑步机。
技术介绍
跑步运动是目前国际上流行并被医学界和体育界给予很高评价的有氧代谢健身活动，被称为保持一个人身心最有效、最科学的健身方式，在加强肢体肌肉和骨骼功能、提高心肺功能和减肥等各方面都有明显效果。跑步机是家庭或健身房等室内健身设备中较为流行的一种锻炼器材，已有技术中，机械式跑步机功能单一，仅为重复的机械运动，不能实时反映训练者的运动参数，也不能针对训练者的运动能力进行调整，训练时缺乏科学性及安全性；电动跑步机采用电动马达通过传动装置带动跑步带移动，是将跑步机速度作为控制对象，但其并未顾及人的因素，比如：运动者的健康状况和运动时的身体状况等因此；另一方面，跑步者在运动中调整速度需要通过按键来操作实现，这给运动中的锻炼者带来安全隐患。针对电动跑步机不便调速以及无法按照运动者健康状态科学安排训练等问题，已经出现一些解决方法，包括基于锻炼者的步频和步幅来调节跑步机速度、实时监测运动者的落脚点前方和后方的跑步带张力、基于张力控制相应的电流信号从而调节跑步机的速度，以及通过检测人体运动手势，调节跑步机速度。这些调整方式都是根据人的外在运动状态进行判断和调整；但是由于个体存在较大差异，人的外在运动状态并不能准确反映健身效果，如果在运动者外在运动状态没有太大变化，但是心率或者呼吸率已经过快时，若跑步机不能及时降速可能存在危险性。研究表明，人的生理参数相比于外在运动状态更能健康合理地反映人的运动状况。已有在公开号为CN107349560A的专利申请文件中，公开了“一种基于控制器自动调整变速的跑步机”，其通过设置穿戴设备实时采集人体生理参数信息并依据这些生理参数实时调整跑步机功率，在保证运动效果的前提下，防止用户运动过量，保护用户的健康安全；在公开号为CN101708360B的专利申请文件中，公开了一种“电动跑步机按照健身者心率自动控制速度和坡度的方法”，其通过无线心率测定发射器，按照健身者心率自动调节跑步机速度。但相关技术方案存在如下问题：采用接触式设备实时测量人体生理参数，接触式设备根据与人体接触方式的不同分为耳夹式、手握式和穿戴式的不同方式，其中耳夹式与穿戴式测量方法的传感器容易受设备与人体接触的的紧密程度、脂肪的厚度，还有皮肤的颜色的影响从而产生较大误差，设备与身体长期接触会对身体造成不适，需要清洗以保持清洁；手握式在测量时手必须握住扶手，手掌的光滑度、汗水，以及皮肤的厚度都会影响测量结果；接触式设备还存在使用上的局限性，比如，皮肤有创伤者不便实用，一些人并不接受使用接触式设备的形式。人的运动能力存在差异性，现有技术中针对相关的运动者生理参数统一设置阈值显然存在不合理性，另一方面，现有技术中仅仅考虑运动者的心率，忽视运动者呼吸率的速度调节方式并不符合运动科学理论，在跑步运动中，有效控制跑步时的呼吸率才能达到科学锻炼的效果。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，以期能够根据实时检测的跑步者的生理参数，调整跑步机的运行速度和坡度，实现不同的运动模式，提高跑步机的健身效果，并能保障跑步者的生命安全。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点是：在跑步机上安装非接触式传感器，利用所述非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用所述运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，所述运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。本专利技术基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：所述运动模式包括针对不同运动目标的热身运动模式、放松运动模式、减肥运动模式、心肺锻炼运动模式和自定义训练运动模式；所述运动模式设置为单一的基准工作模式，或是由几种基准工作模式及过渡工作模式构成的组合工作模式；所述自定义训练运动模式是由用户自由设定的组合工作模式；所述基准工作模式由运动时间、目标心率范围和目标呼吸率范围所确定；所述过渡工作模式是指跑步机由一种基准工作模式到另一种基准工作模式的过渡工作状态。本专利技术基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：设置跑步机的控制过程为：步骤1、设置跑步机为测试工作模式，由用户选择运动模式并输入运动者基本信息，所述基本信息包括：运动者年龄、性别、身高和体重，由式(1)确定运动者的最大心率HRmax，并测定运动者的静息心率HRrest；根据用户所选择的运动模式及用户基本信息，确定各基准工作模式和过渡工作模式，并建立基准工作模式和过渡工作模式关于运动者的心率和呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，完成测试；HRmax＝220-运动者年龄(1)，所述静息心率HRrest是指运动者保持安静时的稳定心率；所述基准工作模式和过渡工作模式是由目标生理参数范围和运行时间所确定，将运动者的心率区间(HRmin,HRmax)等分成N段，HRmin＝max[HRrest,HRmax×0.4]，则：基准工作模式下目标生理参数范围为：根据需要选定N段心率区间中的一个心率区间作为基准工作模式目标心率范围A1；基准工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在基准工作模式目标心率范围A1的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成基准工作模式目标呼吸率范围B1；过渡工作模式下目标生理参数范围为：过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值一一对应为两个相邻基准工作模式心率区间的中点心率值；过渡工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成过渡工作模式目标呼吸率范围B2；步骤2：跑步机开启用户选择的运动模式，所述运动模式是由多种基准工作模式和过渡工作模式组合构成；所述基准工作模式是指，跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者实时测得的心率和呼吸率维持在当前基准工作模式下目标生理参数范围内；所述过渡工作模式是指：跑步机依据运动者的心率差值和呼吸率差值、根据所述线性回归模型调整跑步机速度和坡度，使运动者的心率值和呼吸率值分别达到下一基准工作模式的目标心率范围和目标呼吸率范围的中值；所述心率差值和呼吸率差值是指由非接触式传感器实时测得的心率和呼吸率与相应的目标心率范围和目标呼吸率范围的差值。本专利技术基于非接触式生理参数测量的智能跑步机的特点也在于：按如下方式建立线性回归模型：所述线性回归模型是由一系列分段函数构成，各分段函数与各基准工作模式及过渡工作模式一一对应，各个分段函数由相应的目标心率范围和目标呼吸率范围以及相应的测试数据所确定；所述测试数据是指：运动者分别按照不同的速度档位和坡度档位在跑步机上进行运动，当心率和呼吸率达到稳定状态时，实时检测并记录生理参数、跑步机速度和坡度。所述各分段函数由式(2)所表征：式(2)中，X1为实时测得的运动者的心率参数，X2为实时测得的运动者本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：在跑步机上安装非接触式传感器，利用所述非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用所述运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，所述运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。

【技术特征摘要】
1.一种基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：在跑步机上安装非接触式传感器，利用所述非接触式传感器测量获得运动者的生理参数，利用所述运动者的生理参数，根据预设的运动模式控制跑步机的运行速度和坡度，所述运动者的生理参数至少包括心率和呼吸率。2.根据权利要求1所述的基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：所述运动模式包括针对不同运动目标的热身运动模式、放松运动模式、减肥运动模式、心肺锻炼运动模式和自定义训练运动模式；所述运动模式设置为单一的基准工作模式，或是由几种基准工作模式及过渡工作模式构成的组合工作模式；所述自定义训练运动模式是由用户自由设定的组合工作模式；所述基准工作模式由运动时间、目标心率范围和目标呼吸率范围所确定；所述过渡工作模式是指跑步机由一种基准工作模式到另一种基准工作模式的过渡工作状态。3.根据权利要求1所述基于非接触式生理参数测量的智能跑步机，其特征是：设置跑步机的控制过程为：步骤1、设置跑步机为测试工作模式，由用户选择运动模式并输入运动者基本信息，所述基本信息包括：运动者年龄、性别、身高和体重，由式(1)确定运动者的最大心率HRmax，并测定运动者的静息心率HRrest；根据用户所选择的运动模式及用户基本信息，确定各基准工作模式和过渡工作模式，并建立基准工作模式和过渡工作模式关于运动者的心率和呼吸率与跑步机速度和坡度的线性回归模型，完成测试；HRmax＝220-运动者年龄(1)，所述静息心率HRrest是指运动者保持安静时的稳定心率；所述基准工作模式和过渡工作模式是由目标生理参数范围和运行时间所确定，将运动者的心率区间(HRmin,HRmax)等分成N段，HRmin＝max[HRrest,HRmax×0.4]，则：基准工作模式下目标生理参数范围为：根据需要选定N段心率区间中的一个心率区间作为基准工作模式目标心率范围A1；基准工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在基准工作模式目标心率范围A1的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成基准工作模式目标呼吸率范围B1；过渡工作模式下目标生理参数范围为：过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值一一对应为两个相邻基准工作模式心率区间的中点心率值；过渡工作模式目标呼吸率范围是指：运动者在跑步机上运动并自然呼吸，跑步机逐渐提速，直到运动者的心率分别稳定在过渡工作模式目标心率范围A2的两个端点心率值，对应于两个端点心率值时的稳定呼吸状态下的两个呼吸率值构成过渡工作模式目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勋，汪旻达，宋仁成，成娟，刘羽，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34