一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统技术方案

一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，包括柔性阵列压力传感器、数据采集传输模块、平板电脑、计算机控制程序、电机驱动模块等，电机驱动模块连接电机，驱动电机转动，电机带动跑步机跑带转动。在本发明专利技术中，通过在跑步机的跑板上侧安装柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者在跑步过程中，跑步者的步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力等参数，由所建立的加速度与每两步之间步长之差、步频、后蹬力沿跑带运动方向的分力、完成两步的时间(支撑时+腾空时)、跑步者的体重的关系模型计算得出加速度，并根据所得加速度向电机驱动模块发送控制命令，调节电机转速，进而实现跑步机的速度自适应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及健身设备领域，特别涉及一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统。
技术介绍
随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们越来越重视自身的健康， 健身热潮一浪高过一浪，从到公共健身房锻炼逐渐过渡到建立家庭健身房。跑步机由于其运动形式简单常常作为家庭首选器材，其不但屏蔽了场地与环境的限制，排除了锻炼进行的诸多障碍。经过多年的发展，积累丰富了多种跑步场景模式以及强度控制程序，并逐步加载了娱乐、网络通话等数字功能，使之成为了当前跑步运动锻炼的一个重要载体。跑步机通过改变跑台自身的坡度、速度来调整锻炼的强度，同时采集并反馈心率等锻炼信息，从而帮助跑步者完成既定的锻炼目标，达到科学健身的良好效果。跑是人体水平位移的一种基本运动形式，是单脚支撑与腾空相交替、蹬与摆相配合的周期性运动。跑步机除了作为家庭及健身房的器材之外，也可用于专业运动员的训练过程中，能够增强腿部肌肉的收缩能力，有效提高运动员的步长和步频等等。在专业运动员的训练计划中，变速跑是必不可少的一项训练内容。可是在目前流行的跑步机上都不能实现这一功能。运动员只能在实地上锻炼，并且需要佩戴很多仪器来测试各种数据，往往能够测得的数据并不全面。现在流行的电动跑步机的调速方式都是依据跑步者的心率变化来改变速度。跑步者在跑步的过程中只能跟着跑步机的速度或者自己手动去改变跑步机的速度，很不方便。传统的机械式跑步机，人们可以自由的在上面奔跑，但是为了克服机械系统的摩擦力，人们比平常的跑步要付出更多的蹬力，很多锻炼者遭受了严重的运动损伤(膝盖)，换来的只是小腿肌肉的发达。为了解决机械式跑步机的缺点，诞生了电动式跑步机，它不需要人们克服机械系统的摩擦力，使广大跑步爱好者不再承受不应有的运动损伤。跑步机成为健身设备中市场份额最大的产品。电动跑步机虽然提供了较好的锻炼工具，但是如何科学的使用它，却因人而异。由于跑步者在体质水平及健身知识方面的个体差异，其锻炼效果也各自不同，而且跑步者不能像在路面上一样自由跑动。经国家知识产权局专利局信息检索中心检索查新，其中接近的现有技术有2009 年徐开国申请的公开号为CN101874921A的专利技术专利“电动跑步机的自动调速方法及装置”，在该专利技术方法中公开一种电动跑步机依据测距传感器测试跑步者的位置而自动调速的方法，这种方法并没有依据跑步者的真实加减速特征，跑步者的距离并不能作为加减速的意图。其中接近的现有技术还有美国专利申请号为5368532的带有自动调速系统的跑步机(TREADMILL HAVING AN AUTOMATIC SPEED CONTROL SYSTEM)，该专利技术专利中在跑板的前后方安装有压力传感器，跑步者踩到前方的压力传感器视为加速信号，踩到后方的压力传感器视为减速信号。同样，这种方法也没有真实的提取跑步者的加速特征，跑步者可能只是不小心踩到，这是如果加速或减速，跑步者会有摔倒的危险，不够安全也不智能。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，该方案依据跑步者在跑步过程中的足底压力分布信息来实现对跑步机速度的自适应调节。本专利技术的技术方案是一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统， 包括柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者在跑步过程中的足底压力分布信息，足底压力分布信息包括步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力；数据采集传输模块，用以实时采集柔性阵列压力传感器检测到的足底压力分布信息，并通过通信接口将采集到的信息传送至平板电脑；平板电脑，内有计算机控制模块，依据柔性阵列压力传感器获取的跑步者的步频、 步长、支撑时、腾空时、后蹬力；通过机器学习，建立加速度与每两步之间步长之差、步频、后蹬力沿跑步机跑带运动方向的分力、完成两步的时间、跑步者的体重的关系模型计算得出加速度，并根据所得加速度向电机驱动模块发送控制命令；同时保存依据个体特征建立的关系模型及锻炼报告，并上传至服务器；所述的两步的时间为支撑时间加上腾空时间；电机驱动模块，其接受平板电脑中计算机控制模块发送的控制命令，控制电机的转动速度，进而实现动态调节跑步机跑带的速度。所述的柔性阵列压力传感器安装在跑步机的跑板上侧；在柔性阵列压力传感器之上贴有保护层，保护层之上固定有耐磨层，用于隔离在跑步过程中跑带的摩擦，保护柔性阵列压力传感器。所述关系模型为加速度权利要求1.一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，其特征在于包括柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者在跑步过程中的足底压力分布信息，所述足底压力分布信息包括步频、步长、支撑时、腾空时和后蹬力；数据采集传输模块，用以实时采集柔性阵列压力传感器检测到的足底压力分布信息， 并通过通信接口将采集到的信息传送至平板电脑；平板电脑，内有计算机控制模块，依据柔性阵列压力传感器获取的跑步者的步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力；通过机器学习，建立加速度与每两步之间步长之差、步频、后蹬力沿跑步机跑带运动方向的分力、完成两步的时间、跑步者的体重的关系模型计算得出加速度，并根据所得加速度向电机驱动模块发送控制命令；同时保存依据个体特征建立的关系模型及锻炼报告，并上传至服务器；所述的两步的时间为支撑时间加上腾空时间；电机驱动模块，其接受平板电脑中计算机控制模块发送的控制命令，控制电机的转动速度，进而实现动态调节跑步机跑带的速度。2.根据权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，其特征在于所述的柔性阵列压力传感器安装在跑步机的跑板上侧；在柔性阵列压力传感器之上贴有保护层，保护层之上固定有耐磨层，用于隔离在跑步过程中跑带的摩擦，保护柔性阵列压力传感器。3.根据权利要求1所述的基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，其特征在于所述关系模型计算得出加速度全文摘要一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，包括柔性阵列压力传感器、数据采集传输模块、平板电脑、计算机控制程序、电机驱动模块等，电机驱动模块连接电机，驱动电机转动，电机带动跑步机跑带转动。在本专利技术中，通过在跑步机的跑板上侧安装柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者在跑步过程中，跑步者的步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力等参数，由所建立的加速度与每两步之间步长之差、步频、后蹬力沿跑带运动方向的分力、完成两步的时间(支撑时+腾空时)、跑步者的体重的关系模型计算得出加速度，并根据所得加速度向电机驱动模块发送控制命令，调节电机转速，进而实现跑步机的速度自适应。文档编号A63B22/02GK102319503SQ201110315778公开日2012年1月18日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日专利技术者周旭, 唐城, 夏懿, 姚志明, 孙怡宁, 李文, 李春丽, 杨先军, 马祖长 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，其特征在于包括：柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者在跑步过程中的足底压力分布信息，所述足底压力分布信息包括步频、步长、支撑时、腾空时和后蹬力；数据采集传输模块，用以实时采集柔性阵列压力传感器检测到的足底压力分布信息，并通过通信接口将采集到的信息传送至平板电脑；平板电脑，内有计算机控制模块，依据柔性阵列压力传感器获取的跑步者的步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力；通过机器学习，建立加速度与每两步之间步长之差、步频、后蹬力沿跑步机跑带运动方向的分力、完成两步的时间、跑步者的体重的关系模型计算得出加速度，并根据所得加速度向电机驱动模块发送控制命令；同时保存依据个体特征建立的关系模型及锻炼报告，并上传至服务器；所述的两步的时间为支撑时间加上腾空时间；电机驱动模块，其接受平板电脑中计算机控制模块发送的控制命令，控制电机的转动速度，进而实现动态调节跑步机跑带的速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨先军，李春丽，孙怡宁，周旭，夏懿，唐城，马祖长，李文，姚志明，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34