专利名称：具有地形仿真功能的跑步机的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有地形仿真功能的跑步机，特别是涉及一种可仿真地形的高低起伏情况的跑步机，并配合可仿真实境的装置，使运动者在室内运动时，可同时达到娱乐与运动的目的。
背景技术：
传统上使用跑步机的运动者，均在一单调的环境中进行运动，比如健身房或卧室，很少有运动场所会提供某种情境的运动环境。现有技术中，如图1所示的现有技术跑步机示意图，跑步机为一传动装置带动着跑步机上的轮轴，运动者1手扶着跑步机扶手11在一传动装置13上跑步，并且在一跑步机面板100设定跑步机速度与开关，前轮轴15a与后轮轴15b主动带动传动装置13，让运动者1在其上跑步；运动者1也可向前做跑步或走路运动，因鞋子与传动装置13的摩擦力关系，传动装置13带动着可自由转动的前轮轴15a与后轮轴15b，从而达到现有技术跑步机的功效。
发明内容
为解决上述现有一般跑步机单调乏味的缺陷，本发明的目的是提出一种具有地形仿真功能的跑步机，并配合虚拟实境装置，以兼具娱乐与运动的效果。
为达到上述目的，本发明具有地形仿真功能的跑步机为一种设有姿态仿真装置的跑步机，并配合可仿真实境的屏幕或盔上显示器等装置，使运动者在室内跑步机上运动的同时，能仿佛于一仿真环境中运动，因而该具有地形仿真功能的跑步机可达到娱乐与运动的目的。
依据本发明具有地形仿真功能的跑步机的一较佳实施方案，它包括有一机架，一传动装置设于该机架上且具有一移动表面，用于让一运动者在其上跑步，以及一姿态调整装置设在该机架上，用于调整该移动表面的姿态。优选的是，该移动表面为可调整式表面而可改变其表面状态，以供运动者在不同表面状态的移动表面上跑步。优选的是，该姿态调整装置设有至少一受控支撑装置，用于调整该传动装置的姿态。
依据本发明具有地形仿真功能的跑步机的另一较佳实施方案，它包括有一传动装置，包含有一移动表面，以用于可跑步于其上；一姿态调整装置，用于调整该传动装置的姿态；一感测装置，用以感测一运动者的移动状态资料；一控制装置，用以控制该跑步装置的速度、该移动表面的表面状态的改变、以及该姿态调整装置中的至少一个；一计算机装置，包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及一影像输出装置，用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可接收该感测装置之一信号而可读取这些移动状态资料，且可响应于这些移动状态资料而改变显示于该影像输出装置上的游戏的状态。优选的是，该姿态调整装置设有至少一受控支撑装置，用于调整该传动装置的姿态。
依据本发明具仿真功能的跑步机的一较佳实施方案，它包括有一传动装置，包含有一第一电动机；一路面仿真装置，具有一移动表面，可仿真不同的多个路面，用于跑步于其上，该路面仿真装置由该第一电动机所驱动，而使该移动表面移动；一姿态调整装置，用于调整该传动装置的姿态；一计算机装置，包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及一影像输出装置，用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可响应于该游戏程序而发出控制讯号，以控制该移动表面的移动速度、该移动表面的表面状态的改变、以及该移动表面的姿态中的至少一个。较佳的是，该姿态调整装置设有至少一受控支撑装置，用于调整该传动装置的姿态。
下面配合附图对本发明的内容做进一步的详细说明。其中图1为现有技术跑步机的示意图；图2A为本发明的具有地形仿真功能的跑步机的一较佳实施例的示意图；图2B为本发明图2A中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的一侧视示意图；图2C为本发明图2A中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的一后视示意图；图2D为本发明图2A中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的一俯视示意图；图3A为本发明图2中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的传动装置的一侧视示意图；图3B为本发明图2中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的传动装置的另一侧视示意图；图3C为本发明图2中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机与图3B的传动装置的一俯视示意图；图4为本发明图2中的实施例的具有地形仿真功能的跑步机的路面仿真装置的一剖视示意图；图5A至5D图为本发明图2A中实施例的具有地形仿真功能的跑步机的姿态仿真装置的其它实施方式的示意图；
图6为本发明实施例的具有地形仿真功能的跑步机的运作流程方块图；图7为本发明实施例的具有地形仿真功能的跑步机加一盔上显示器的示意图。
具体实施例方式
请参阅图2A至2D，为本发明的具有地形仿真功能的跑步机200的一较佳实施例的示意图。本发明的具有地形仿真功能的跑步机200包括一跑步装置220、一姿态调整装置250、一控制装置260及一计算机装置280。
跑步装置220包括一机架222、一传动装置224及一控制面板226。如图2A所示，该机架222为一L形机架，包含两支柱230直立设于其前方、及一对扶手232设于该两支柱230上而让使用者握持。
请同时参阅图3A至3C，其中图3A为该传动装置224左前方的一侧面剖视示意图，图3B为该传动装置224的一左方中央的侧面剖视示意图，图3C为该传动装置224的一左方中央的俯视面剖视示意图。该传动装置224设于该机架222上，并藉由该姿态调整装置250加以改变其姿态，以仿真地形上下起伏及左右倾斜的变化。该传动装置224为一路面仿真传动装置，包含一基座228、前、后滚轴234，前、后飞轮235，左、右传动链236，传动电动机238，以及路面仿真器240。前、后滚轴234设于该基座228的左、右侧板233之间而可相对于该左、右侧板233转动；该前、后飞轮235则分别设于该前、后滚轴234上，并在滚轴234的左、右侧各设一个，用以支撑该左、右传动链236并与之连动，即，左前飞轮235与左后飞轮235上装置有左传动链236，右前飞轮235与右后飞轮235上装置有右传动链236；该左、右传动链236之间则设有该路面仿真器240。当该传动电动机238转动时，可带动该前飞轮235转动，并进而带动左传动链236移动，再进而带动该路面仿真器240移动，一运动者则可在移动中的该路面仿真器240上跑步或走步。
该路面仿真器240包含多个转动电动机242设于该左传动链236及多个多面杆244与该等转动电动机242连设。每一多面杆244具有一杆轴245，该杆轴245的一端连设于该转动电动机242的一转轴243上，而杆轴245的另一端则以可枢转的方式设于右传动链236上。
请同时参阅图4。该多面杆244具有三个面，包括第一杆面246、第二杆面247、及第三杆面248，分别仿真一草地路面、一石子地路面、及一柏油路面。通过控制这些转动电动机242的旋转，可以调整该多面杆244外露的使用路面为这些第一杆面246、第二杆面247、及第三杆面248中的任何一个。在本实施例中，该多面杆244具有三个面，但可以不是三个面，如两个面或是四个面、五个面、或六个面等，且这些面也可以仿真其它路面效果，如水泥路面、跑道路面等。该外露面整体可构成运动者运动时的一移动表面。又，转动电动机242可为步进马达而可精确控制所欲转动的角度；且，转动电动机242可在该多面杆244移动至跑步装置220下方时才进行转动调整其外露面，而不会在跑者使用的位置上发生转动调整。
虽然上述实施例中使用了两个传动链(左、右传动链236)，但实则该传动链也可以传动带取代之，亦即该转动电动机242设于一侧的传动带上，而于另一侧的传动带上设有支撑结构，以使多面杆可枢转地支撑于其上即可。又，也可仅使用一个传动带横跨左、右两侧，而将该转动电动机及多面杆支撑结构分设于两侧即可。另，虽然在本实施例中，多面杆244以转动电动机242加以控制旋转，但也可使用其它机构达到此一功能。
控制面板226上设有控制设定装置，譬如像是电源开关、设定钮、液晶显示屏等，可针对该跑步装置220进行设定，例如设定该多面杆244的外露使用表面等，并具有其它控制机构而可设定所使用的游戏种类(在该计算机装置280中)，并进一步设定该游戏的各种选项，以及设定游戏的计算机装置280的环境。
姿态调整装置250设在该机架222上，用以改变该传动装置224的姿态，如前后俯仰及/或左右倾斜等。在本实施例中，该姿态调整装置250包含四个受控支撑装置252设在该基座228上，用于支撑该传动装置224，并受到控制装置260的控制而可使该传动装置224产生前后俯仰及/或左右倾斜的效果，进而使得该该多面杆244所构成的外露使用表面也发生前后俯仰及/或左右倾斜的效果，故而达到仿真路面的前后俯仰及/或路面左右倾斜的高低起伏等地形仿真效果。该受控支撑装置252可为一液压控制装置，其一端设于该机架222上，另一端设于该传动装置224的基座228上，且这些连接可以一接头254为之，例如一可无方向性旋转的球接头254等，故而该液压控制装置可相对于该机架222任意旋转，且该液压控制装置也可相对于该传动装置224任意旋转，而该液压控制装置则可为一受到该控制装置260的控制而伸缩的液压控制装置，故可达到前述的仿真路面前后俯仰及/或路面左右倾斜的地形仿真效果。虽然在本实施例中利用无方向性的接头254来达到液压控制装置与机架222及传动装置224的连接，然熟悉该技术者当知，也可使用其它的接头，只要其自由度能符合达到控制该传动装置224姿态的目的即可。又，该受控支撑装置252也可不限于仅能控制伸缩的液压控制装置为其它控制装置，只要其与接头相互配合时所提供的自由度能符合达到控制该传动装置224姿态的目的即可。
虽然在本实施例中的姿态调整装置250设有四个受控支撑装置252，然熟悉该技术者当知，设有一个、二个、三个受控支撑装置252也可以达到仿真地形的目的。例如，设有一个受控支撑装置252时可达到仿真路面前后俯仰或路面左右倾斜的地形仿真效果，而如图5A或图5B所示；设有两个受控支撑装置252则可达到仿真路面前后俯仰及路面左右倾斜的地形仿真效果，而如图5C所示；设有三个受控支撑装置252则可使仿真路面前后俯仰及路面左右倾斜的地形仿真效果更为加强，而如图5D所示。而如图2A、2B、2C、2D所示的设有四个受控支撑装置252的实施方式，则可使支撑效果更为强固。
请参阅图6，控制装置260包括一控制器262及一感测装置264。该感测装置264包含多个传感器设于该机架上，用于感测运动者1的运动状态，例如跑步速度、方向等，并通过一第一信号线271与该控制器262相连。该控制器262通过一第二信号线272与该跑步装置220的该控制面板226相连、一第三信号线273与该跑步装置220的该传动电动机238相连及一第四信号线274与该跑步装置220的该转动电动机242信号连接，以对其进行控制。该控制器262经由一第五信号线275与该计算机装置280相连。该控制器262经由一第六信号线276与受控支撑装置252相连，用以对其进行控制。
虽然在本实施例中，该控制器262通过第一至第六信号线271-276与本发明的其它部分连接，但熟悉该技术者当知，这些信号线中的每一个可包含多个导线，以用于传递多个信号。此外，该信号线的连接方式主要为达到信号传递的目的，当可有多种变化，譬如无线通讯技术、如蓝牙技术或红外线技术等，而不仅限于图6中所示者。又，虽然在本发明图6中的控制装置260仅使用一控制器262来控制跑步机装置220，但熟悉该项技技术者当知，该控制装置260也可以其它构成及方式进行控制与感测而不脱离本发明的范畴，譬如利用多个控制器分别用以连接该传动电动机238、转动电动机242、受控支撑装置252及该感测装置264。
再请见图6，计算机装置280包括一中央处理单元282、一影像输出装置284、以及游戏程序286。该计算机装置280的内部连接方式与本发明的其它装置间的控制方块图如图6所示；虽然在本实施例中显示出该计算机装置280的一种内部连接方式，但熟悉该项技术者当知，该计算机装置280的内部连接方式当可有多种变化而不仅限于图6所示者。
该计算机装置280可通过该控制装置260而得知跑步装置220的控制面板226的各种设定及跑步装置220的速度等状态的资料，以及该运动者1的运动状态等资料。该游戏程序286为一软件或一韧体装置，可为一个二维空间交互式游戏软件或韧体或一个三维空间虚拟实境游戏软件或韧体，而可在进行游戏时因应游戏程序286的各种设定、控制面板226的各种设定、及跑步装置220的各种设定及状态资料等产生互动而反应在该影像输出装置284上。
当该游戏程序286为一个二维空间交互式游戏时，该影像输出装置284可为一屏幕，譬如一大屏幕288(可为投影式、电浆式、LCD式、LED式等)或一计算机屏幕或一电视屏幕或一电视墙等。当该游戏程序286为一虚拟实境游戏时，该影像输出装置284可为一虚拟实境输出装置，譬如一虚拟实境盔上显示器或一虚拟实境眼镜显示器或一虚拟实境立体投影机或一雷射3D立体投影机等。当一运动者1使用该跑步装置220时，该游戏程序286在执行时，将可在该影像输出装置284上显示出一计算机游戏且包含一游戏主体，譬如一仿真跑步者(未显示于图中)与跑步运动者1相对应，并反应出跑步者的各种状态。此外，该游戏程序286在执行时，更可在该影像输出装置284上显示出不只一个游戏主体于一游戏中，譬如显示出另一第二仿真跑步运动者(未显示于图中)与运动者1与游戏中产生互动。该游戏主体本身不一定要显示于该影像输出装置284中，而也可以该影像输出装置284所显示者代表该游戏主体所见的事物，并藉此显现该游戏主体的状态，如速度、方向等。此外，该游戏程序也可依情境的改变而控制、调整该跑步装置220的传动装置224及该路面仿真装置240、以及该姿态调整装置250等。
当运动者1开始使用本发明的跑步装置220，可在跑步装置220的控制面板226上开启电源开关并设定游戏种类及进行各种相关设定项目后，运动者1即能由该影像输出装置284看到身处的情境并开始游戏、运动，而跑步装置220及运动者1的状态讯号即可经由该控制装置260的感测装置264传送至控制器262，再传送至计算机装置280的中央处理单元282，并与该游戏程序286产生互动而改变该仿真跑步者及/或该第二仿真跑步者的状态，且反应在该影像输出装置284上。其中，在使用时，该感测装置264会将运动者1的状态通过控制器262传送给该计算机装置280，并与游戏程序286产生互动且反应于显示装置284上。另外，运动者1也可决定跑步的速度，跑步装置220的传动装置224反应运动者1的跑步速度，并将速度反应至影像显示装置284上。
另外，运动者1在运动中，也可在控制面板226上进行设定调整，这些调整信号也会传送至计算机装置280中，并与该游戏程序286产生互动而改变该仿真跑步者及/或该第二仿真跑步者的状态，且反应在该影像输出装置284上。由于游戏程序286会不断地产生各种游戏情境，且该等游戏情境会与该仿真跑步者/或该第二仿真跑步者之状态产生互动而呈现于该影像输出装置284上并反应在该路面仿真装置240及该姿态调整装置250上，而运动者1也可随着该等游戏情境的变化进行跑步装置220的状态调整，譬如改变速度等，以与游戏情境产生互动。当该游戏程序286所产生的游戏情境需要有路面变化时，该路面仿真装置240即会因应游戏情境所需而使跑步路面产生改变；该游戏程序286所产生的游戏情境需要有地形起伏、倾斜变化或是其它原因的起伏、倾斜变化时，该姿态调整装置250即会因应游戏情境之所需而使该传动装置224的姿态产生起伏、倾斜等变化；又或，该游戏程序286所产生的游戏情境需要使跑步装置220的跑步表面速度加快或减慢时，该传动装置224的传动链236即会因应情境之所需而调整其移动速度。这些控制信号可由计算机装置280透过第五信号线275传送至控制装置260，再分别通过第三信号线273控制传动电动机238进而改变传动链236的移动速度、通过第四信号线274控制转动电动机242进而改变路面仿真装置240即的外露使用表面、以及通过第六信号线276控制该受控支撑装置252进而改变传动装置224的姿态而达到。
再请参阅图7，为本发明实施例的具有地形仿真功能的跑步机与一虚拟实境盔上显示器290配合的示意图。在本实施方案中，该虚拟实境盔上显示器290与该跑步装置220的控制面板226相连，通过控制装置260(未显示于图中)而可受到该计算机装置280(未显示于图中)的控制，显示出游戏情境。在另一实施方案中(未显示于图中)，该虚拟实境盔上显示器290也可信号连接于该计算机装置280，或是与该控制装置260信号连接，且这些信号的连接也可采用无线连接技术，如蓝牙技术或红外线技术等，而此乃熟悉此项技术的人士所皆知。
当一运动者1头部戴上一可仿真实境的虚拟实境盔上显示器290时，此显示器290中可放映各种环境仿真的影像并与运动者1产生3D立体之互动效果，让运动者1能于具有地形仿真功能之跑步机上运动时，也能因戴上虚拟实境盔上显示器290而感受到在各种环境下运动的真实感与临场感乐趣，兼具娱乐与运动的效果，达到本发明具有地形仿真功能的跑步机的功效与目的。
以上为本发明具有地形仿真功能的跑步机实施例的详细说明，运动者在包含光学感应器的跑步机上运动，更在跑步机上设置屏幕与盔上显示器等可仿真实境的装置，从而可达到运动与娱乐兼具的目的与功效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以之限定本发明所实施的范围。即任何根据本发明的精神和范围所作的等同变化与修饰，均应属于本发明涵盖的范围内。
附图标记说明1........................运动者11.......................扶手100......................面板13.......................传动装置15a......................前轮轴15b......................后轮轴200......................具有地形仿真功能的跑步机220......................跑步装置222......................机架224......................传动装置226......................控制面板228......................基座230......................支柱232......................扶手233......................侧板234......................滚轮235......................飞轮236......................传动链
238......................传动电动机240......................路面仿真器242......................转动电动机243......................转轴244......................多面杆245......................杆轴246......................第一杆面247......................第二杆面248......................第三杆面250......................姿态调整装置252......................受控支撑装置254......................接头260......................控制装置262......................控制器264......................感测装置271......................第一信号线272......................第二信号线273......................第三信号线274......................第四信号线275......................第五信号线276......................第六信号线280......................计算机装置282......................中央处理单元284......................影像输出装置286......................游戏程序
288......................大屏幕290......................虚拟实境盔上显示器
权利要求
1.一种具有地形仿真功能的跑步机，包括有一机架，一传动装置设于该机架上且具一移动表面，用于让一运动者在其上跑步，一姿态调整装置设于该机架上，用于调整该移动表面的姿态。
2.如权利要求1所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该姿态调整装置系设有至少一受控支撑装置用于调整该传动装置之姿态。
3.如权利要求2所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该至少一受控支撑装置包含一可控制该移动表面的前后俯仰的第一液压控制装置以及一可控制该移动表面的左右倾斜的第二液压控制装置。
4.如权利要求2所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该传动装置包含多个多面杆，每一多面杆具有多个杆面，该移动表面由所述多面杆之一的杆面所构成。
5.如权利要求4所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，所述多面杆设于至少一传动链上。
6.如权利要求4所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该传动链由一电动机所驱动。
7.如权利要求1所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，还包括一计算机装置，它包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序，及一影像输出装置用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上。
8.如权利要求7所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该输出显示装置系为一个三维空间的立体显示装置。
9.一种具有地形仿真功能的跑步机，包括有一传动装置，包含有一移动表面，用于跑步于其上；一姿态调整装置，用于调整该传动装置的姿态；一感测装置，用以感测一运动者的移动状态资料；一控制装置，用以控制该跑步装置的速度、该移动表面的表面状态的改变、以及该姿态调整装置中的至少一个；一计算机装置，包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及一影像输出装置，用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可接收该感测装置之一的信号而可读取所述移动状态资料，且可响应于所述移动状态资料而改变显示于该影像输出装置上的游戏的状态。
10.如权利要求9所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该输出影像显示装置为一虚拟实境影像显示装置。
11.如权利要求9所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该传动装置包含多个多面杆，每一多面杆具有多个杆面，该移动表面由所述多面杆之一的杆面所构成。
12.如权利要求11所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该传动装置包含至少一电动机，用于转动所述多面杆。
13.如权利要求11所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，所述多面杆设于至少一传动链上。
14.如权利要求9所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该姿态调整装置设有至少一受控支撑装置，用于调整该传动装置的姿态。
15.如权利要求第14所述的具有地形仿真功能的跑步机，其特征在于，该至少一受控支撑装置包含下列部件中的至少一个一第一液压控制装置，可控制该移动表面的前后俯仰；以及一第二液压控制装置，可控制该移动表面的左右倾斜。
16.一种具有仿真功能的跑步机，包括有一传动装置，包含有一第一电动机；一路面仿真装置，具有一移动表面，可仿真不同的多个路面，用于跑步于其上，该路面仿真装置由该第一电动机所驱动，而使该移动表面移动；一姿态调整装置，用于调整该传动装置的姿态；一计算机装置，包含一处理器及一游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及一影像输出装置，用于显示一由该游戏程序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可响应于该游戏程序而发出控制讯号，以控制该移动表面的移动速度、该移动表面的表面状态的改变、以及该移动表面的姿态中的至少一个。
17.如权利要求16所述的具有仿真功能的跑步机，其特征在于，该路面仿真装置包含多个多面杆，且该多面杆具有多个不同状态的表面，每一表面可仿真不同的路面。
18.如权利要求17所述的具有仿真功能的跑步机，其特征在于，还包括一控制装置，用以控制该路面仿真装置的路面移动速度以及该多面杆的表面状态的改变中的至少一个。
19.如权利要求16所述的具有仿真功能的跑步机，其特征在于，该姿态调整装置设有至少一受控支撑装置，用于调整该传动装置的姿态。
20.如权利要求19所述的具有仿真功能的跑步机，其特征在于，该至少一受控支撑装置包含下列部件中的至少一个一第一液压控制装置，可控制该移动表面的前后俯仰；以及一第二液压控制装置，可控制该移动表面的左右倾斜。
全文摘要
本发明涉及具有地形仿真功能的跑步机，其在跑步机传动装置上装设一姿态仿真装置，以使运动者在跑步机上运动时，可借助姿态仿真装置达到如同在各种不同高低起伏的地形上跑步的效果，并反应至一交互式或虚拟实境计算机游戏程序，借此使得运动者可与此计算机游戏程序产生互动，使运动者在室内运动同时，可仿佛在一仿真环境中运动，以通过具有地形仿真功能的跑步机达到娱乐与运动的目的与效果。
文档编号A63B23/02GK1425481SQ0310155
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月15日 优先权日2003年1月15日
发明者郭澎嘉 申请人:威盛电子股份有限公司