具有路面仿真功能的跑步机[发明专利]

[12]发明专利申请公开说明书

[21]申请号02148195.4

[51]Int.CI7

A63B 22/02

[43]公开日2003年3月26日

[22]申请日2002.10.31[21]申请号02148195.4[71]申请人威盛电子股份有限公司

地址中国[72]发明人郭澎嘉

[11]公开号CN 14043A

[74]专利代理机构永新专利商标代理有限公司

代理人王琼

权利要求书 3 页 说明书 13 页 附图 9 页

[]发明名称

具有路面仿真功能的跑步机

[57]摘要

本发明涉及一种具有路面仿真功能的跑步机，在跑步机传动装置上装设一路面仿真装置，以使运动者于跑步机上运动时，可通过路面仿真装置达到于各种不同路面上跑步的效果，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，能仿佛在仿真的环境中运动，以通过具有路面仿真功能的跑步机达到娱乐与运动的目的与效果。

02148195.4

权 利 要 求 书

第1/3页

1.一种具有路面仿真功能的跑步机，包括有：机架，

设于该机架上的传动装置，其具有移动表面用于运动者在其上跑步，

其中，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。 2.如权利要求1所述的具有路面仿真功能的跑步机，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，该移动表面由这些多面杆的一杆面所构成。 3.如权利要求2所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，这些多面杆设于至少一传动链上。

4.如权利要求3所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，其中该传动链包含多个传动链单元。 5.如权利要求3所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该传动链上设有至少一电动机用于转动该多面杆。

6.如权利要求5所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该机架上设有第一导体区、第二导体区及至少一第三导体区用于当转动该多面杆的该电动机于移动时，分别与其的一火线、一地线及至少一信号线电性连接以提供电力及信号传输。

7.如权利要求6所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该信号导体区当该电动机信号线移动至空间中的一特定位置时与其电性相连。

2

02148195.4权 利 要 求 书 第2/3页

8.如权利要求1所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，还包括计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序，及影像输出装置用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏，其中该计算机装置而可响应于该运动者的移动状态资料而改变显示于该影像输出装置上的输出影像。

9.一种具有路面仿真功能的跑步机，包括有： 路面仿真装置，包含有用于在其上跑步移动表面； 探测装置，用以探测运动者的移动状态资料； 控制装置，用以控制该跑步装置的速度以及该移动表面的表面状态的改变中的至少一个；

计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及，

影像输出装置，用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏；其中，

该计算机装置可接收该探测装置的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。

10.如权利要求9所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该路面仿真装置包含多个多面杆，每一多面杆具有多个杆面，该移动表面由这些多面杆的一杆面所构成。 11.一种具有路面仿真功能的跑步机，包括有： 传动装置，其包含有第一电动机；

路面仿真装置，可仿真不同的多个路面，用于在其上跑步，该路面仿真装置由该第一电动机所驱动，而使该路面移动；

3

02148195.4权 利 要 求 书 第3/3页

探测装置，用以探测该运动者的移动状态资料； 计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及

影像输出装置用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏；其中，

该计算机装置可接收该探测装置的信号而可读取这些移动状态资料，且该游戏程序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影像。

12.如权利要求11所述的具有路面仿真功能的跑步机，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。 13.如权利要求12所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该路面仿真装置包含第二电动机用于转动该多面杆。

14.如权利要求13所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该路面仿真装置包含一传动链为该第一电动机所驱动，且该第二电动机设置于该传动链上。

15.如权利要求14所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，这些传动链包含多个传动链单元，每一传动链单元具有至少一前扣部及至少一后扣部用于与相邻的传动链单元链接。

16.如权利要求13所述的具有路面仿真功能的跑步机，其特征在于，该跑步机包含一机架上，其设有第一导体区、第二导体区及至少一第三导体区用于当该第二电动机于移动时，分别与该第二电动机的一火线、一地线及至少一信号线电性连接以提供电力及信号传输。

4

02148195.4

说 明 书

第1/13页

具有路面仿真功能的跑步机

技术领域

本发明涉及一种具有路面仿真功能的跑步机，是一种可仿真路面情况的跑步机，并配合可仿真实境的装置，使运动者在室内运动时，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，都在单调的环境中进行运动，比如健身房与卧室，很少提供某种情境的运动环境。现有技术上，跑步机为传动装置带动着跑步机上的轮轴，如图1所示的现有技术跑步机示意图，运动者1手扶着跑步机扶手11于传动装置13上跑步，并且于一跑步机面板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于其上跑步；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的摩擦力的关系，传动装置13带动着可自由转动的前轮轴15a与后轮轴15b，达到现有技术跑步机的功效。

为解决上述现有跑步机单调乏味的缺点，本发明提出具有路面仿真功能的跑步机，并配合虚拟实境装置，实现具有本发明娱乐与运动的效果。 发明内容

本发明的具有路面仿真功能的跑步机，是一种设有路面

5

02148195.4说 明 书 第2/13页

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中，使运动者在室内跑步机上运动同时，能仿佛在一仿真的环境中运动，通过具有路面仿真功能的跑步机达到娱乐与运动的目的。

依据本发明具有路面仿真功能的跑步机的一优选实施例，包括有：机架，设于该机架上且具有一移动表面的传动装置以用于让运动者在其上跑步，其中，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。

依据本发明具有路面仿真功能的跑步机的另一优选实施例，包括有：路面仿真装置，包含有用于在其上跑步的移动表面；探测装置，用以探测运动者的移动状态资料；控制装置，用以控制该跑步装置的速度以及该移动表面的表面状态的改变中的至少一个；计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序；及，影像输出装置用于在其上显示由该游戏程序所产生的游戏；其中，该计算机装置可接收该探测装置的信号而可读取这些状态资料，且可响应于这些状态资料而改变显示于该影像输出装置上的游戏的状态。

依据本发明具有路面仿真功能的跑步机的又一优选实施例，包括有：传动装置，包含有第一电动机；路面仿真装置，可仿真不同路面，以用于在其上跑步，该路面仿真装置由该第一电动机所驱动，而使该路面移动；探测装置，用以探测该运动者的移动状态资料；计算机装置，包含处理器及游戏程序，其中该处理器用于执行该游戏程序且该游戏程序包含有至少一游戏主体；及，影像输出装置用于显示由该游戏程

6

02148195.4说 明 书 第3/13页

序所产生的游戏于其上；其中，该计算机装置可接收该探测装置的信号而可读取这些移动状态资料，且该游戏程序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影像。

有关本发明的详细内容及技术，现就配合附图说明如下： 附图说明

图1为现有技术跑步机示意图；

图2为本发明的具有路面仿真功能的跑步机的一优选实施例示意图；

图3A为本发明图2中的实施例的具有路面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中的实施例的具有路面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中的实施例的具有路面仿真功能的跑步机于图3B的传动装置的一俯视示意图；

图4为本发明图2中的实施例的具有路面仿真功能的跑步机的路面仿真装置的一剖视示意图；

图5A为本发明图2中的实施例的具有路面仿真功能的跑步机的传动链单元的一侧视示意图；

图5B为本发明图5A中的实施例的具有路面仿真功能的跑步机的传动链单元的一俯视示意图；

图5C为本发明图5A中实施例的具有路面仿真功能的跑步机的传动链单元的一前视示意图；

图6为本发明实施例的具有路面仿真功能的跑步机运作流程图方块图；

7

02148195.4说 明 书 第4/13页

图7为本发明实施例的具有路面仿真功能的跑步机加一盔上显示器示意图。 【发明的详细说明】

请参阅图2，为本发明的具有路面仿真功能的跑步机200的一优选实施例示意图。本发明的具有路面仿真功能的跑步机200包括跑步装置220、控制装置260及计算机装置280。

跑步装置220包括机架222、传动装置224及控制面板226。如图2所示，该机架222为一L形机架，包含一基座228及直立设于基座228之前的两支柱230、及设于该两支柱230上的一对扶手232而让使用者握持。

也请同时参阅图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的一左方的侧面剖视示意图，图3C为该传动装置224的一左方的俯视面剖视示意图。该传动装置224为路面仿真传动装置，包含前、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，其设于该基座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，并于滚轴234的左、右侧各设一个，用以支撑该左、右传动链236并与的连动，也即，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的转动，并进而带动

8

02148195.4说 明 书 第5/13页

左传动链236的移动，再进而带动该路面仿真器240的移动，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，它们设于该左传动带236，及与这些转动电动机242连接的多个多面杆244。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。 也请同时参阅图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，可以将该多面杆244外露的使用路面调整为这些第一杆面246、第二杆面247、及第三杆面248中的任一个。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。这些外露的面整体可构成运动者运动时的移动表面。

也请同时参阅图5A至5C。该转动电动机242具有一第一导线250用作为火线，一第二导线251用作为地线，及至少一第三导线252用作为讯号线。该基座228的左侧板233上设有一第一导体区253用于与该第一导线250电气连接以提供正电，一第二导体区2用于与该第二导线251电气连接以提供负电，及至少一第三导体区255用于与该第三导线252电气连接以提供控制信号的传输进而控制该转动电动机242的转动。这些第一、第二及第三导线250、251、252可以电刷的方式设置于该转动电动机242上，而在传动

9

02148195.4说 明 书 第6/13页

带移动时，仍能与固设于左侧板233上的这些第一、第二及第三导体区253、2、255电气连接。另外，这些转动电动机242可为步进马达而可精确控制所欲转动的角度；且，这些转动电动机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。

另外，该第三导体区255的设置也可使用多个第三导体区255的多轨平行设置以分别控制每一转动电动机242。或是，该第三导体区255可设计为单轨区段设计，利用不同的转动电动机242在于不同时间先后经过设于同一位置的第三导体区255区段时加以控制其转动，也即，当特定的转动电动机242经过一区段的第三导体区255而以该第三导线252与其相接触时(见第三A图)，可接收控制装置260所发出的转动控制讯号以调整该多面杆244的外露面。当然，前述的两种方式也可合并使用以利本案的实施。

该传动链236可由多个传动链单元256所构成。该传动链单元256具有一前扣部257a向前延伸及两后扣部257b相后延伸，且这些前扣部257a及后扣部257b均设有一横向穿孔258。故而一传动链单元256的前扣部257a可插入于另一传动链单元256的两后扣部257b间并利用一插销259(见第三C图)穿过这些穿孔258而接合在一起，且使该两传动链单元256可以相对于该插销259枢转。该转动电动机242可固设于这些传动链单元256上，而达到调整该多面杆244的目的。当该转动电动机242设于左传动链236上时，右传动链236上可设置支撑结构让这些多面杆244可枢转地支撑于其上。该传动链单元256另设有齿槽239

10

02148195.4说 明 书 第7/13页

可与飞轮235的轮齿237相啮合而可与的连动。

虽然上述的实施例中，使用了两个传动链(左、右传动链236)，但实则这些传动链也可以传动带取代之，也即该转动电动机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让这些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这些多面杆支撑结构分设于两侧即可。另，虽然在本实施例中，这些多面杆244以转动电动机242加以控制旋转，但也可使用其它机构达成此一功能。

控制面板226上设有控制设定装置，例如像是电源开关、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。

请参阅图6，控制装置260包括一控制器262及一探测装置2。该探测装置2包含多个设于该机架上的传感器用于探测运动者1的运动状态，例如跑步速度、方向等，并透过一透过一第一信号线271与该控制器262相连。该控制器262透过一第二信号线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的该第三导体区255相连用以控制该转动电动机242。该控制器262经由一第五信号线275与该计算机装置280相连。

虽然在本实施例中，该控制器262通过第一至第五信

11

02148195.4说 明 书 第8/13页

号线271～275与本发明的其它部分连接，但熟悉该项技术者当知，这些信号线每一者，可包含多个导线用以传递多个信号。又且，这些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，例如无线通讯技术，如蓝牙技术或红外线技术等，而不仅限于图6中所示者。另外，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探测而不脱本发明的范筹，例如利用多个控制器分别用以连接该传动电动机238、这些转动电动机242及该探测装置2。

再请见图6，计算机装置280包括处理单元282、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可透过该控制装置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。该游戏程序286为一软件或一软体装置，可为一个二维空间交互式游戏软件或软体或一个三维空间虚拟实境游戏软件或软体，而可于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，例如一大屏幕288(可为投影

12

02148195.4说 明 书 第9/13页

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可为一可为一虚拟实境输出装置，例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于执行时，将可于该影像输出装置284上显示出一计算机游戏且包含一游戏主体，例如一仿真跑步者(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于执行时，更可于该影像输出装置284上显示出不只一个游戏主体于一游戏中，例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，并借此显现该游戏主体的状态，如速度、方向等。

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的探测装置2传送至控制器262，再传送至计算机装置280的处理单元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，该探测装置2会将运动者1的状态透过控制器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

13

02148195.4说 明 书 第10/13页

外，运动者1也可决定跑步的速度，跑步装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，当运动者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，且这些游戏情境会与该仿真跑步者/或该第二仿真跑步者的状态产生互动而呈现于该影像输出装置284上，而运动者1也可随着这些游戏情境的变化进行跑步装置220的状态调整，例如改变速度等，以与游戏情境产生互动。

再请参阅图7，为本发明实施例的具有路面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。于本实施例中，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，透过控制装置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，显示出游戏的情境。在另一实施例中(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，也可采用无线的连接技术，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立体的互动效果，让运动者1能于具有路面仿真功能的跑步机上运动时，也能因戴上虚拟实境

14

02148195.4说 明 书 第11/13页

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，兼具有娱乐与运动的效果，达到本发明具有路面仿真功能的跑步机的功效与目的。

以上为本发明具有路面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，还在跑步机上设置屏幕与盔上显示器等可仿真实境的装置，达到运动与娱乐兼具有的目的与功效。

综上所述，充份显示出本发明具有路面仿真功能的跑步机在目的及功效上均深富实施的进步性，极具有产业的利用价值，且为目前市面上前所未见的新发明。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，当不能以的限定本发明所实施的范围。根据本发明申请专利范围所作的等同变化与修饰，都应属于本发明专利涵盖的范围内。 附图标记说明

1........................运动者 10.......................跑步机 11.......................扶手 12.......................面板 13.......................传动装置 15a......................前轮轴 15b......................后轮轴

200.....................具有路面仿真功能的跑步机 220......................跑步装置 222......................机架 224......................传动装置

15

02148195.4说 明 书 第12/13页

226......................控制面板228......................基座230......................支柱232......................扶手233......................侧板234......................滚轮235......................飞轮236......................传动带237......................轮齿238......................传动电动机239......................齿槽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......................第一导线251......................第二导线252......................第三导线253......................第一导体区2......................第二导体区255......................第三导体区256......................传动链单元

16

02148195.4说 明 书 第13/13页

257a......................前扣部257b......................后扣部258.......................穿孔259.......................插销260.......................控制装置262.......................控制器2.......................探测装置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280.......................计算机装置282.......................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

17

02148195.4

说 明 书 附 图

第1/9页

图1

18

02148195.4说 明 书 附 图 第2/9页

图2

19

02148195.4说 明 书 附 图 第3/9页

图3A

图3B

20

02148195.4说 明 书 附 图 第4/9页

图3C

图4

21

02148195.4说 明 书 附 图 第5/9页

图5A

22

02148195.4说 明 书 附 图 第6/9页

图5B

23

02148195.4说 明 书 附 图 第7/9页

图5C

24

02148195.4说 明 书 附 图 第8/9页

图6

25

02148195.4说 明 书 附 图 第9/9页

图7

26