[發(fā)明專利]一種實(shí)時(shí)控制的人機(jī)環(huán)境共融的騎行艙系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110028598.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN112882410A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金柱;黃陽陽;熊曉燕;王濤;武兵;張東光;王蕊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/042
• 分類號(hào): G05B19/042;G05B19/05;G01D21/02;G05B13/04;G05B13/02;A61B5/02;A61B5/021;A61B5/024;A61B5/00
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;楊文艷

本發(fā)明涉及體育裝備，具體涉及一種實(shí)時(shí)控制的人機(jī)環(huán)境共融的騎行艙系統(tǒng)；騎行艙硬件系統(tǒng)安包括自行車、騎行臺(tái)、MCU微控制單元、脈搏傳感器、磁阻模塊、限定反射型光電傳感器（測(cè)速）、顯示屏、溫度傳感器及角度傳感器進(jìn)行，控制系統(tǒng)以MCU微型控制單元為核心，實(shí)現(xiàn)各模塊通信及控制，并通過RBF徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性函數(shù)擬合完成參數(shù)建模，最終將硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)騎行運(yùn)動(dòng)人機(jī)交互；本發(fā)明具備騎行感受真實(shí)、騎行體驗(yàn)豐富的特點(diǎn)，并能為騎行者健康及科學(xué)騎行訓(xùn)練提供參考數(shù)據(jù)；在室內(nèi)騎行艙健身行業(yè)具有很好的市場(chǎng)推廣前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及體育裝備，具體涉及一種實(shí)時(shí)控制的人機(jī)環(huán)境共融的騎行艙系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們開始關(guān)注提升自己的生活品質(zhì)，運(yùn)動(dòng)健身己經(jīng)成為人們精神文化生活追求的一大目標(biāo)。在低碳可持續(xù)發(fā)展的背景下，綠色出行的理念深入人心，騎行運(yùn)動(dòng)越來越受到人們的青睞。騎行運(yùn)動(dòng)不僅是理想的健身方式之一，它還可以讓我們遠(yuǎn)離城市喧囂，在感受自然美景的同時(shí)釋放壓力。因此，騎行己經(jīng)成為了一種有趣而生動(dòng)的城市體閑生活方式。但是隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境惡化，頻繁的霧霾天氣給室外騎行蒙上了一層陰影；擁堵的交通，不文明的駕駛使得室外騎行的安全性大打折扣。因此，許多人希望能夠進(jìn)行室內(nèi)騎行健身運(yùn)動(dòng)從而克服上述因素造成的不良效果。由此，一些不受天氣、時(shí)間、交通擁堵等條件的限制，同時(shí)又不缺乏騎行樂趣的自行車健身設(shè)備逐漸的被發(fā)展起來。

傳統(tǒng)的騎行臺(tái)功能簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)單一，機(jī)械式操作，阻力及助力系統(tǒng)不能隨坡度路況等變化自動(dòng)調(diào)整，并且傳統(tǒng)的騎行臺(tái)不能與客戶端虛擬實(shí)景騎行軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，更不能通過客戶端虛擬實(shí)景騎行軟件對(duì)騎行臺(tái)進(jìn)行控制、對(duì)騎行數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，不利于用戶找到適合自己的騎行訓(xùn)練點(diǎn)和有效的訓(xùn)練強(qiáng)度。鑒于上述原因，開發(fā)一種適合廣大人群，可以不受時(shí)間和場(chǎng)地的束縛、阻力自動(dòng)調(diào)控、安全穩(wěn)定的智能健身騎行臺(tái)設(shè)備成為室內(nèi)騎行健身的新方向。

綜上所示，發(fā)展智能騎行健身設(shè)備對(duì)于我國(guó)具有重要的意義，是我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)升級(jí)的重要機(jī)遇，也是提升我國(guó)國(guó)民身體素質(zhì)的重要舉措。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)控制的人機(jī)環(huán)境共融的騎行艙系統(tǒng)；在室內(nèi)騎行艙健身行業(yè)具有很好的市場(chǎng)推廣前景；同時(shí)，由于智能騎行臺(tái)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與客戶端虛擬實(shí)景騎行軟件的交互，并實(shí)現(xiàn)對(duì)騎行臺(tái)的智能化控制，可以使自行車騎行健身者以及自行車運(yùn)動(dòng)員或自行車車友們通過交互軟件進(jìn)行騎行健身或者進(jìn)行比賽場(chǎng)景的訓(xùn)練，達(dá)到智能健身、賽前熱身、提前熟悉比賽場(chǎng)地路況和比賽路線的目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種實(shí)時(shí)控制的人機(jī)環(huán)境共融的騎行艙系統(tǒng)，包括騎行艙，所述騎行艙內(nèi)設(shè)置有顯示屏、騎行臺(tái)和MCU微控制單元，所述騎行臺(tái)設(shè)置有前飛輪和后飛輪，所述騎行臺(tái)連接有自行車，所述騎行臺(tái)的后飛輪上設(shè)置有反光帶，自行車與騎行臺(tái)共同連接有步進(jìn)電機(jī)，所述自行車后輪軸、步進(jìn)電機(jī)軸與騎行臺(tái)前飛輪軸同軸安裝；正對(duì)反光帶的騎行臺(tái)上還設(shè)置有光電傳感器，所述自行車車把中心處設(shè)置有角度傳感器；所述騎行臺(tái)的右下方固接有磁阻模塊和溫度傳感器；所述騎行艙系統(tǒng)還包括RBF網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集模塊、騎行運(yùn)動(dòng)軟件、脈搏傳感器，脈搏傳感器佩戴于騎行者手腕處，各模塊通過MCU微控制單元控制；

MCU微控制單元實(shí)現(xiàn)各模塊通信及控制；光電傳感器通過脈沖信號(hào)輸出測(cè)量轉(zhuǎn)速；磁阻模塊通過PWM即脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制，在電壓一定的前提下，通過調(diào)整其占空比，即實(shí)現(xiàn)類似模擬量的控制；角度傳感器進(jìn)行騎行狀態(tài)參數(shù)測(cè)量，通過MODBUS-RTU協(xié)議與MCU微控制單元通信，將騎行狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給MCU微控制單元；采用脈搏傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)騎行者身體狀態(tài)參數(shù)；將步進(jìn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器與MCU微控制單元高速脈沖輸出模塊連接，通過PWM方式實(shí)現(xiàn)加減速控制對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)下坡加速及無極變速模擬；采用RBF徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非線性函數(shù)擬合，對(duì)路譜路況等進(jìn)行建模分析，為后續(xù)實(shí)時(shí)過程控制提供模型；騎行運(yùn)動(dòng)軟件屬于仿實(shí)景軟件，是交互式騎行的重要組成部分，具備不同的路況信息，依據(jù)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的模型進(jìn)行閉環(huán)控制，從而達(dá)到人機(jī)交互仿實(shí)景騎行。