因此,越来越多新的跑步机速度跟踪控制方法被提出,希望让大家的运动更加科学舒适 。
为了让跑步机的速度控制更加方便,最简单的想法就是建立一套速度自动跟踪控制方法 。
简单来说,就是在跑步机控制系统中引入一个反馈回路,让控制系统根据跑步者的实际跑步情况自动调整 。
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那么,哪些信息适合加入反馈回路呢?心率和跑步者的位置似乎是个不错的选择 。
我们先来了解一下传感器 。
传感器技术是指能够感知周围环境和特殊物质,分析采集到的环境或物质的信息,将识别物质的模拟信号转换成数字信号 。
因此,传感器可以确定所获取的数据信息的数量和质量 。
上面说的跑步机速度自动跟踪法,是指心率传感技术和位置传感技术的融合,可以实时跟踪运动员的心率状态和位置状态 。
自动控制过程的原理如下图所示:
基于传感技术的跑步机速度自动跟踪控制方法流程图[3]
为了保证运动员的安全,光学心率传感器会一直提供运动员心率的信息 。
当运动员的心率超过设定的阈值时,跑者会自动降低速度,使运动员的心率逐渐恢复到正常值 。
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如果运动员心率没有缓解,跑步机会自动停止,最大限度保护运动员的生命安全 。
另一方面,当运动员处于跑带中心时,从平衡的角度来看,他们处于最佳的运动状态 。
因此,位置传感器可以始终确定跑步者在跑步带上的位置,如果跑步者偏离了跑步机的中心,反馈回路也会进行调整 。通过微调跑步带速度,运动员可以回到中间位置 。
但这种调整方式也存在一些不足,比如同样的位置偏差可能是由远及近造成的,也可能是由近及远造成的,进行速度补偿时容易误判,使运动员偏离中心位置 。
此外,在跑步机正常运行时,人在跑步带上跑步可近似视为脉冲载荷 。
脉冲载荷具有明显的周期性,加卸载动作时间短 。电机可能在脚触板的瞬间随时变速,会造成加减速冲击,带来不好的体验 。
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除了考虑心率和跑步者的位置,步法也可以作为反馈回路的重要信息 。
步法信息是指运动时足底与跑步机之间的力信号,可以通过在电动跑步机的跑带下安装压力传感器来获取 。
通过分析运动时的步法信息,可以判断运动员的运动趋势 。由压力传感器收集的由人体运动产生的z方向垂直方向被求和为:
运动员在任意时刻t的位置信息可以通过力矩平衡方程获得:
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可以得到F(t),X(t),Y(t)的实时曲线,通过分析可以划分跑步者步态周期的各个阶段 。
步法信息(F(t),X(t),Y(t)等 。)作为反馈回路的重要判别因子,进而控制电机加速或减速,使跑步机速度随着人体运动速度的变化而变化,可以实现跑步机速度在一定范围内的跟随控制,提高跑步机的性能 。
一步、两步、三步、四步…怎么算?
前面我们详细介绍了跑步机计步和性能优化的知识 。接下来我们来了解一下手机记录跑步距离和速度的原理,看看为什么两种记录方式的差别如此之大 。
首先,我们从一个简单的计步器开始 。计步器可以记录运动员的行走步数、行走距离、行走速度和行走时间,并在此基础上计算出运动员在一定时间内消耗的热量或热能,主要用于统计运动量 。
电子计步器|图片来源
目前常见的计步器分为机械计步器、基于专用计步器芯片的电子计步器、智能手环和基于智能手机内置传感器开发的计步器软件 。
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