DE102015222119A1

DE102015222119A1 - Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit einem Laserabstandssensor

Info

Publication number: DE102015222119A1
Application number: DE102015222119.9A
Authority: DE
Inventors: Jaime Adroher Molins; Balazs Jatekos
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2017-05-11
Also published as: CN106964105B; CN106964105A; US9975003B2; US20170128784A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit (10) und mit einem Laserabstandssensor (20), wobei der Laserabstandssensor (20) dazu eingerichtet ist, mittels eines Laserstrahls (25) den Abstand und/oder die Bewegung eines Benutzers relativ zum Laserabstandssensor (20) zu bestimmen, wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, abhängig von Messdaten des Laserabstandssensors (20) eine Bewegung des Laufbandes zu steuern. Die Erfindung betrifft auch ein Laufband mit einer derartigen Steuerung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit einem Laserabstandssensor.
Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit verschiedenen Sensoren sind im Stand der Technik bekannt.
Die Druckschrift US 5,314,391 beschreibt einen Ultraschallabstandsmesser, welcher kontinuierlich den Abstand zum Körper eines Benutzers misst und die Geschwindigkeit des Laufbandes entsprechend anpasst. Der Ultraschallsensor ermöglicht dabei eine Abstandsmessung mit einer Auflösung von einigen Zentimetern.
Die Druckschrift US 5,368,532 offenbart eine automatische Laufband-Geschwindigkeitssteuerung mit zwei Drucksensoren unter der Lauffläche zur Detektion der Position eines Benutzers. Die Druckschriften US 7,094,180 B2 und US 7,101,319 offenbaren ähnliche Lösungen. Diese Systeme erfordern jedoch den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren unter dem Laufband, um mit hinreichender Genauigkeit und Zuverlässigkeit die Position des Fußes zu messen. Die Position des Körpers des Benutzers können sie dabei nicht direkt messen.
Die Druckschrift US 6,135,924 offenbart eine automatische Laufbandsteuerung mit einem optischen Positionssensor, einem Infrarotsensor und einem Kalibrierungssystem.
Die Druckschrift US 6,126,575 offenbart eine Laufbandsteuerung mit einer selbstein-ziehenden Leine, die am Benutzer befestigt ist. Ein Sensor detektiert das Einziehen oder Ausrollen der Leine und passt entsprechend die Laufbandgeschwindigkeit an die Laufgeschwindigkeit des Benutzers an. Am meisten verbreitet ist ein Sicherheitsschlüssel oder Sicherheitsclip, der mittels einer Sicherheitsleine und einer Klammer am Benutzer befestigt ist. Falls der Benutzer plötzlich auf dem Laufband sich rückwärts bewegt und der Sicherheitsclip sich löst, wird das Laufband deaktiviert bzw. eine Notbremsung durchgeführt. Eine derartige Lösung ist beispielsweise in der Druckschrift CN 202277640 offenbart.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit einem Laserabstandssensor, wobei der Laserabstandssensor dazu eingerichtet ist, mittels eines Laserstrahls den Abstand und/oder die Bewegung eines Benutzers relativ zum Laserabstandssensor zu bestimmen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, abhängig von Messdaten des Laserabstandssensors eine Bewegung des Laufbandes zu steuern.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Laserabstandssensor zur Phasenlagemessung ausgestaltet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Laserabstandssensor einen eindimensionalen Scanner zur Ablenkung des Laserstrahls in einer ersten Richtung y, insbesondere zur horizontalen Ablenkung, aufweist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Laserabstandssensor einen zweidimensionalen Scanner zur Ablenkung des Laserstrahls (25) in einer ersten Richtung y und in einer zweiten Richtung z, insbesondere zur horizontalen und vertikalen Ablenkung, aufweist.
Die Erfindung betrifft auch ein Laufband mit einer derartigen Steuerung, wobei der Laserabstandssensor derart eingerichtet ist, dass der Laserstrahl im wesentlichen antiparallel zur Bewegungsrichtung des Laufbandes richtbar ist.
Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerung sind die folgenden:
Die Messgenauigkeit des Laserabstandssensors beträgt wenige Millimeter bei einer maximalen Reichweite von ca. 50 cm. Diese Messgenauigkeit bietet eine etwa zehnmal bessere Auflösung der Position des Benutzers als oben beschriebene Systeme im Stand der Technik.
Der Laserabstandssensor hat eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Rauschen, wie beispielsweise Umgebungslicht. Hierdurch sind zuverlässige Messungen unter nahezu beliebigen Bedingungen in Innenräumen möglich.
Die erfindungsgemäße Steuerung ist kostengünstig herzustellen und einfach in einem Laufband zu integrieren. Die erfindungsgemäße Steuerung erfordert keine Kalibrierung oder Wartung. Die Verarbeitung der Messdaten ist einfach. Geschwindigkeits- und Positionsdaten können gleichzeitig gewonnen werden.
Außer dem bloßen Abstand (1D) ist es durch Scannen auch möglich 2-D oder 3D zu messen. Hierdurch ist es möglich, Position, Bewegungen und Körperumriss eines Benutzers zuverlässig zu bestimmen. Hierdurch ist es möglich Notfallsituationen schneller zu erkennen.
Zeichnung
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit einem Laserabstandssensor.
2 zeigt schematisch einen Laserabstandssensor mit 1D Scanner.
3 zeigt schematisch einen Laserabstandssensor mit 2D Scanner.
4 zeigt schematisch ein Laufband mit einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einem Laserabstandssensor mit 1D Scanner.
Beschreibung der Figuren
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit und mit einem Laserabstandssensor. Dargestellt sind eine Steuereinheit 10, ein Laserabstandssensor 20 und ein Laufbandantrieb 30. Der Laserabstandssensor 20 ist dazu eingerichtet, mittels eines Laserstrahls 25 den Abstand x und/oder die Bewegung eines Benutzers, beispielsweise die Geschwindigkeit v = dx/dt oder die Beschleunigung a = d²x/dt² des Benutzers relativ zum Laserabstandssensor 20 zu bestimmen. Die Steuereinheit 10 ist dazu eingerichtet ist, abhängig von Messdaten des Laserabstandssensors 20 eine Bewegung des Laufbandes zu steuern. In diesem Beispiel ist der Laserabstandssensor dazu eingerichtet den Abstand x oder die Bewegung eines Objekts mittels Phasenlagemessung zu bestimmen. Hierdurch ist eine eindimensionale Messung, nämlich des Abstandes X zum Objekt, bzw. Benutzer möglich.
2 zeigt schematisch einen Laserabstandssensor mit 1D Scanner. Dargestellt ist ein Laserabstandssensor 20, welcher einen Laserstrahl 25 aussendet. Der Laserstrahl 25 wird von einem eindimensionalen Scanner 22 abgelenkt. Der eindimensionale Scanner 22 weist einen beweglichen Spiegel auf, der in einer Richtung kippbar ist, sodass der Laserstrahl 25 in einer ersten Richtung y abgelenkt werden kann. Hierdurch ist eine zweidimensionale Messung, nämlich des Abstandes X zum Objekt, bzw. Benutzer, ortsaufgelöst in der ersten Richtung Y möglich.
3 zeigt schematisch einen Laserabstandssensor mit 2D Scanner. Dargestellt ist ein Laserabstandssensor 20, welcher einen Laserstrahl 25 aussendet. Der Laserstrahl 25 wird von einem zweidimensionalen Scanner 24 abgelenkt. Der zweidimensionale Scanner 24 weist einen beweglichen Spiegel auf, der in zwei Richtungen kippbar ist, sodass der Laserstrahl 25 in einer ersten Richtung y und in einer zweiten Richtung z abgelenkt werden kann. Hierdurch ist eine dreidimensionale Messung, nämlich des Abstandes x zum Objekt, bzw. Benutzer, ortsaufgelöst in der ersten Richtung y und der zweiten Richtung z möglich. Alternativ weist der zweidimensionale Scanner 24 einen ersten beweglichen Spiegel auf, der in einer ersten Richtung kippbar ist und einen zweiten beweglichen Spiegel der in einer zweiten Richtung kippbar ist.
4 zeigt schematisch ein Laufband mit einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einem Laserabstandssensor mit 1D Scanner. Dargestellt ist ein Laufband, dass mit einer erfindungsgemäßen Steuerung, wie in 2 beschrieben, ausgerüstet ist. Der Laserabstandssensor 20 ist in der Konsole angeordnet und dabei derart eingerichtet, dass der Laserstrahl 25 im wesentlichen antiparallel zur Bewegungsrichtung des Laufbandes richtbar ist. Hierdurch kann der Abstand des Benutzers zur Konsole des Laufbandes bestimmt werden. Zusätzlich ist der Laserstrahl 25 durch den eindimensionalen Scanner 22 in der ersten Richtung y ablenkbar. Hierdurch kann die Position des Benutzers auf dem Laufband quer zur Bewegungsrichtung des Laufbandes bestimmt werden.
In einem anderen, nicht bildlich dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Laufband mit einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einem Laserabstandssensor gemäß 1 ausgerüstet. Der Laserabstandssensor 20 ist dabei derart eingerichtet, dass der Laserstrahl 25 im wesentlichen antiparallel zur Bewegungsrichtung des Laufbandes richtbar ist. Hierdurch kann der Abstand des Benutzers zur Konsole des Laufbandes bestimmt werden.
In einem anderen, nicht bildlich dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Laufband mit einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einem Laserabstandssensor mit 2D Scanner gemäß 3 ausgerüstet. Der Laserabstandssensor 20 ist dabei derart eingerichtet, dass der Laserstrahl 25 im wesentlichen antiparallel zur Bewegungsrichtung des Laufbandes richtbar ist. Hierdurch kann der Abstand des Benutzers zur Konsole des Laufbandes bestimmt werden. Zusätzlich ist der Laserstrahl 25 durch den zweidimensionalen Scanner 24 in der ersten Richtung y, in diesem Beispiel parallel zur Laufbandoberfläche, ablenkbar. Hierdurch kann die Position des Benutzers auf dem Laufband quer zur Bewegungsrichtung des Laufbandes bestimmt werden. Außerdem ist der Laserstrahl 25 durch den zweidimensionalen Scanner 24 in der zweiten Richtung z, in diesem Beispiel senkrecht zur Laufbandoberfläche, ablenkbar. Hierdurch kann die Position des Benutzers auf dem Laufband in Form einer Höhe über Laufbandoberfläche bestimmt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Laserabstandssensor, welcher zur Phasenlagemessung ausgestaltet ist, im Bereich der Konsole des Laufbandes angeordnet. Der Laserstrahl ist dabei auf die Position des Benutzers horizontal über dem Laufband ausgerichtet. Bedingt durch das Meßprinzip benötigt der Sensor keine Kalibrierung und liefert gleichzeitig Daten über Abstand und Relativgeschwindigkeit des detektieren Objekts, d.h. des Benutzers. Die Geschwindigkeit muss hierbei nicht erst aus einer gemessenen Änderung des Abstandes, d.h. aus mehreren nacheinander folgenden Abstandsmessungen, abgeleitet werden. Dies ermöglicht eine kürzere Reaktionszeit in Notfallsituationen und auch eine bessere Bestimmung der Benutzer Position und Bewegung relativ zum Sensor und damit auch zum Laufband.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann mithilfe des Leseabstandssensors 1D, 2D oder 3D Messungen durchführen. Sie bestimmt die Gegenwartsentfernung und Geschwindigkeit eines Benutzers.
Im Fall einer eindimensionalen Messung (1D) wird sinnvoll die Position eines Punktes der Körperoberfläche des Benutzers entlang der Bewegungsrichtung des Laufbandes bestimmt. Der Laserstrahl des Leseabstandssensors ist dazu parallel zur Bewegungsrichtung des Laufbandes ausgerichtet.
Im Fall einer zweidimensionalen Messung (2D) wird die Position des Benutzers entlang der Bewegungsrichtung und entlang von in Bezug auf das Laufband vertikalen oder horizontalen Linien bestimmt.
Im Fall einer dreidimensionalen Messung (3D) wird die Gestalt und die Position des Rumpfes oder des gesamten Körpers des Benutzers bestimmt. Mithilfe der flächigen Abtastung wird also gewissermaßen das Profil der gesamten Projektionsfläche ausgemessen.
Indizieren die Messdaten des Laserabstandssensors, dass der Benutzer verschwunden ist, sich rückwärts bewegt, sich entfernt oder irgend eine andere plötzliche Änderung seiner Position während des Betriebes auftritt, die als Notfallsituation verwertbar ist, so aktiviert die erfindungsgemäße Steuerung in einem Notbetriebszustand eine Notbremsung des Laufbandes. Hierdurch soll ein möglicher Unfall vermieden, oder dabei auftretende, mögliche Verletzungen vermindert werden.
Außerdem passt die erfindungsgemäße Steuerung in einem Regelbetriebszustand die Geschwindigkeit des Laufbandes an, wenn festgestellt wird, dass der Benutzer seine Laufgeschwindigkeit ändert und dabei gewisse vorbestimmte Grenzen übertritt. Die Geschwindigkeit des Laufbandes wird derart angepasst, dass der Benutzer während des Laufens auf dem Laufband im wesentlichen an einer festen Position verharrt. Entsprechend wird also die Geschwindigkeit des Laufbandes erhöht wenn die Steuerung feststellt, dass der Benutzer sich zu nah an der Bedien-konsole (Vorderteil des Laufbandes) befindet. Umgekehrt wird die Geschwindigkeit des Laufbandes erhöht, wenn die Steuerung feststellt, dass der Benutzer zu weit vom Leserabstandssensor entfernt ist, und sich somit am hinteren Ende des Laufbandes befindet.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann nicht nur für ein Laufband genutzt werden, sondern auch für jede andere Maschine bei der es sinnvoll ist eine Notbremse oder eine andersgeartete Notmaßnahme vorzusehen, wenn bei deren Betrieb die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Benutzers eine Notfallsituation darstellen könnte.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann für ein Laufband auch als Sicherheitssystem konfiguriert sein. Dieses Sicherheitssystem kann beispielsweise durch einen Benutzer aktiviert werden. Der Nutzer kann dazu bestimmte Bedingungen für die Freigabe des Laufbandes festlegen, bevor es benutzt wird. Beispielsweise könnte die Inbetriebnahme des Laufbandes unmöglich sein, wenn sich niemand darauf befindet. Eine derartige Freigabebedingung kann beispielsweise Unfälle verhindern, bei denen Personen auf ein bereits laufendes Laufband aufsteigen oder aufspringen und dabei zu Fall kommen.
Es ist ebenfalls möglich, zu kleine Kinder von der Benutzung des Laufbandes abzuhalten, indem die Steuerung in einer gewissen Mindesthöhe über dem Laufband, d.h. für eine Mindestkörperhöhe, keinen Benutzer detektiert und deshalb das Laufband zur Benutzung nicht freigibt. Eine derartige Funktionalität ist besonders einfach mit 2D und 3D scannenden Laserabstandssensoren darstellbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5314391 [0003]
US 5368532 [0004]
US 7094180 B2 [0004]
US 7101319 [0004]
US 6135924 [0005]
US 6126575 [0006]
CN 202277640 [0006]

Claims

Steuerung für ein Laufband mit einer Steuereinheit (10) und mit einem Laserabstandssensor (20), – wobei der Laserabstandssensor (20) dazu eingerichtet ist, mittels eines Laserstrahls (25) den Abstand und/oder die Bewegung eines Benutzers relativ zum Laserabstandssensor (20) zu bestimmen, – wobei die Steuereinheit (10) dazu eingerichtet ist, abhängig von Messdaten des Laserabstandssensors (20) eine Bewegung des Laufbandes zu steuern.
Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserabstandssensor (20) zur Phasenlagemessung ausgestaltet ist.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserabstandssensor (20) einen eindimensionalen Scanner (22) zur Ablenkung des Laserstrahls (25) in einer ersten Richtung y, insbesondere zur horizontalen Ablenkung, aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserabstandssensor (20) einen zweidimensionalen Scanner (24) zur Ablenkung des Laserstrahls (25) in einer ersten Richtung y und in einer zweiten Richtung z, insbesondere zur horizontalen und vertikalen Ablenkung, aufweist.
Laufband mit einer Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserabstandssensor (20) derart eingerichtet ist, dass der Laserstrahl (25) im wesentlichen antiparallel zur Bewegungsrichtung (40) des Laufbandes richtbar ist.