(57)【要約】  第１の抵抗装置であって、調整ブラケットと、調整ブラケットの内面に取り付けられた磁性メンバと、調整シャフトを備え、かつ調整シャフトの長さの一部を横切るように動作可能な停止モータと、を有する、該第１の抵抗装置を含む運動器具の抵抗を調整するシステム及び方法が提供される。第１ポジションでは磁性メンバがフライホイールの上方に配置され、第２ポジションでは磁性メンバがフライホイールの反対側に配置されてフライホイールに抵抗をもたらす。ロードセルは調整ブラケットをフレームに接続し、調整ブラケットの運動に対応する信号を生成する。コンピューティングシステムは、ロードセル信号、停止モータのポジション、シャフトの回転ポジション及びその他のセンサ入力から、抵抗、ｒｐｍ、電力を計算する。【選択図】図４Ａ
2021532948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム及びフライホイールを有する運動器具の抵抗システムであって、
第１の抵抗装置であって、
調整ブラケットと、
前記調整ブラケットの内面に取り付けられた少なくとも２つの磁性メンバと、
前記フレームに回動可能に取り付けられた第１端部を有する調整シャフトを備えたアクチュエータと、を有し、
前記アクチュエータは、前記調整シャフトの一部を横切るように動作し、
第１ポジションでは、前記２つの磁性メンバが前記フライホイールの上方に配置され、
第２ポジションでは、前記２つの磁性メンバが前記フライホイールの反対側に配置されて前記フライホイールに抵抗をもたらす、該第１の抵抗装置と、
前記調整ブラケットを前記フレームに接続し、前記調整ブラケットの運動に対応する信号を生成するロードセルと、を含むことを特徴とする抵抗システム。
【請求項２】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
第２の抵抗装置であって、
ブレーキパッドを有するブレーキパッドアセンブリと、
前記ブレーキパッドを前記フライホイールに対して付勢させ、前記フライホイールに抵抗をもたらすように動作可能な作動装置と、を有する該第２の抵抗装置をさらに含むことを特徴とする抵抗システム。
【請求項３】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
主軸を中心に回転するように動作可能なユーザ調整シャフトと、
前記ユーザ調整シャフトの回転を感知するように動作可能なブレーキエンコーダと、をさらに含むことを特徴とする抵抗システム。
【請求項４】
請求項３に記載の抵抗システムであって、
前記抵抗システムの動作を制御するように動作可能な制御構成要素をさらに含み、
前記制御構成要素によって、感知された回転を表す信号が受信されることを特徴とする抵抗システム。
【請求項５】
請求項４に記載の抵抗システムであって、
前記感知された回転は前記制御構成要素によって処理され、
前記制御構成要素は、前記アクチュエータへの対応する命令を生成するように動作可能であり、前記アクチュエータは、前記命令にしたがって前記調整シャフトに沿って移動することを特徴とする抵抗システム。
【請求項６】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
前記ロードセルは、第１端部において前記調整ブラケットに取り付けられ、第２端部において前記フレームに取り付けられていることを特徴とする抵抗システム。
【請求項７】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
前記ロードセルは、第２端部において取り付けブラケットに取り付けられ、前記取り付けブラケットは、前記フレームに回動可能に取り付けられていることを特徴とする抵抗システム。
【請求項８】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
前記２つの磁石メンバは、前記調整ブラケットが下降位置にあるときに、前記フライホイールに前記抵抗を加えることを特徴とする抵抗システム。
【請求項９】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
ブレーキパッドアセンブリと、
前記ブレーキパッドアセンブリ上に配置されたブレーキパッドと、をさらに含み、
前記調整シャフトは、前記ブレーキパッドが前記フライホイールと接触するように、前記ブレーキパッドアセンブリを前記フライホイールに向かって付勢するように動作可能であることを特徴とする抵抗システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
前記調整シャフトの端部に配置され、前記調整シャフトの手動回転を容易にするノブをさらに含むことを特徴とする抵抗システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
前記フレームに回動可能に接続された取り付けアセンブリをさらに含み、
前記ロードセルは、取り付けブラケットに取り付けられた第２端部を有することを特徴とする抵抗システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の抵抗システムであって、
ケイデンス及び電力の固定マップを記憶するメモリと、
抵抗に対するポジションの動的マップと、
エラーマップと、
抵抗値の誤差を計算し、前記抵抗に対するポジションの動的マップを更新することにより前記誤差を補償するように構成された論理デバイスと、をさらに含むことを特徴とする抵抗システム。
【請求項１３】
フレーム及びフライホイールを有する運動器具の抵抗を調整する方法であって、
調整シャフトの回転を感知するステップと、
制御構成要素において感知された回転を受信するステップと、
アクチュエータを駆動するために信号を生成するステップであって、前記アクチュエータは、前記フライホイールへ加えられる抵抗を変化させるように動作可能である、該ステップと、
抵抗構成要素を駆動して前記フライホイールへ近づける、及び／または遠ざけることによって前記フライホイールへ加えられる抵抗を変化させるように、前記信号に応答して前記アクチュエータを動作させるステップと、
前記抵抗構成要素と前記フレームとの間に接続されたロードセルによって感知するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、
前記回転に応答して前記フライホイールへ加えられた前記抵抗を調整するように、前記調整シャフトを手動で回転させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、
調整ブラケットの内面に一対の磁性メンバを配置するステップであって、前記磁性メンバは前記フライホイールの幅より大きな距離だけ互いに離間されている、該ステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
前記抵抗の調整は、前記フライホイールの反対側に配置された前記一対の磁性メンバの間に磁束を生成するように、前記調整ブラケットを調整するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法であって、
回動可能な調整は、前記フレームに接続された取り付けアセンブリに前記ロードセルを回動可能に取り付けるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法であって、
前記抵抗の調整は、調整ブラケットの内面にブレーキパッドを配置するステップと、前記ブレーキパッドを前記フライホイールに押し込むために前記調整シャフトから前記調整ブラケットに圧力を加えるステップと、をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法であって、
前記抵抗の調整は、前記調整シャフトの端部に配置されたノブを手動で回すステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法であって、
前記アクチュエータの位置に少なくとも部分的に基づいて、抵抗値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本開示は、本明細書に完全に記載されているように参照により組み込まれる２０１８年８月３日に出願された米国仮出願第６２／７１４，６３５号の利益及び優先権を主張する。本開示は、本明細書に完全に記載されているように参照により組み込まれる「運動器具のブレーキシステム及びその方法」と題された、２０１８年１月１７日に出願された米国仮出願第６２／６１８，５８１号に関連する。
【０００２】
本出願は、一般に、運動器具及びその方法の分野に関し、より具体的には、運動器具の抵抗を感知及び／または調整するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
現代のフィットネス器具は、多くの場合、ユーザが、パーソナルトレーニングの目標にしたがって強度及び／または他の設定を調整できるように構成される。調整操作は、特に運動中、多くのユーザにとって困難かつ煩雑であり得る。例えば、スピンバイクなどの運動自転車はトルクレギュレータを備えて構成され、ユーザは、フライホイールに加えられるトルクの程度を調整することによってペダル抵抗を調整することができる。トルク調整は困難であり、正確に設定するのに時間がかかり、運動中のユーザにとって不便であり得る。ユーザの使用感をさらに複雑にするが、安全のために、回転するフライホイール及びドライブトレインを停止するための補助ブレーキも備えられる。これは通常、システムを完全に停止させるべく断続的に使用されるようにのみ設計された、個別の摩擦ベースのブレーキによって実現される。したがって、ユーザの利便性を高め、使用感を向上させる運動器具を操作するための改善されたシステム及び方法が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、第１の抵抗装置であって、調整ブラケットと、調整ブラケットの内面に取り付けられた磁性メンバと、調整シャフトを備え、かつ調整シャフトの長さの一部を横切るように動作可能な停止モータと、を有する、該第１の抵抗装置を含む運動器具の抵抗を調整するシステム及び方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本開示の態様及びそれらの利点は、以下の図面及び以下の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解することができる。同一の参照符号は１以上の図に示される同一の要素を識別するために使用され、その表示は、本開示の実施形態を説明することを意図し、それを限定することを意図していないことを理解されたい。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。
【０００６】
【図１】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの図である。
【図２】本開示の１以上の実施形態による補助ブレーキシステムの断面図である。
【図３】本開示の１以上の実施形態による補助ブレーキシステムの断面図である。
【図４Ａ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの図である。
【図４Ｂ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの側面図である。
【図４Ｃ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの側面図である。
【図４Ｄ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの正面図である。
【図４Ｅ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの背面図である。
【図４Ｆ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの上面図である。
【図４Ｇ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの底面図である。
【図５Ａ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの操作を示す図である。
【図５Ｂ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの操作を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の１以上の実施形態による補助ブレーキシステムの操作を示す図である。
【図５Ｄ】本開示の１以上の実施形態による補助ブレーキシステムの操作を示す図である。
【図６Ａ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムを示す図である。
【図６Ｂ】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムを示す図である。
【図７】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムを実装する運動器具において使用するための電気構成要素を示すブロック図である。
【図８】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムを実装する運動器具の図である。
【図９】本開示の１以上の実施形態によるブレーキシステムの操作方法を示す図である。
【図１０】本開示の１以上の実施形態による運動器具のケイデンス及び／または抵抗を測定する例示的なシステムを示す図である。
【図１１】本開示の１以上の実施形態による運動器具で使用するためのシステムの例示的な電力状態を示す図である。
【図１２】本開示の１以上の実施形態による運動器具の例示的な抵抗補正機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示の様々な実施形態によれば、運動器具において、トルクを感知し、調整するシステム及び方法が提供される。いくつかの実施形態では、ブレーキシステムは、運動器具のフライホイールに対して動かされたときに、様々な運動抵抗を提供する複数の磁石を含む。いくつかの実施形態では、ブレーキシステムは、運動中の抵抗を調整するための使いやすく正確な抵抗調整アセンブリと、同一の調整ノブによってフライホイールを完全に停止させるための補助ブレーキと、の両方を含み、オペレータに利便性及び安全性を提供する。
【０００８】
様々な実施形態では、抵抗調整装置は、電子システム及びその方法を使用して、抵抗ブレーキの抵抗レベルを制御するように動作可能である。さらに、フライホイールに加えられているトルクの量及びユーザが感じている抵抗の量を物理的に測定して、生成されている瞬時電力量及びユーザによって行われた総作業量を判定することが望ましい。加えられた抵抗のレベルを物理的に測定することにより、フライホイールに対するブレーキ機構のポジションを測定し、この測定値を予め測定され相関された抵抗レベルと比較することによって加えられた抵抗の量を推測する従来の方法と比較して、測定の精度が高まる。本明細書に開示される実施形態は、当業者に明らかであるように、これらの、及び他の利点を提供する。
【０００９】
図１−３を参照し、本開示の例示的な実施形態について説明する。抵抗システムは、運動器具のフライホイール５に加えられる抵抗を調整するように動作可能な電子抵抗アセンブリを含む。電子抵抗アセンブリは、抵抗ブレーキアセンブリ２を駆動することによって回動点３を中心にフライホイール５に向かうように、及び、フライホイール５から離れるように回動する電気駆動アクチュエータ（アクチュエータ１）を備える。図示の実施形態では、回動点３は、抵抗ブレーキアセンブリ２を自転車９のフレームに回動可能に取り付けるための１以上のねじ、ボルトまたは他の構成要素を含む。
【００１０】
抵抗ブレーキアセンブリ２は、磁石４がフライホイール５の中心に近づく（例えば、フライホイール５の縁部を覆い隠す）及び／またはさらに離れるにつれて抵抗量が最大レベルからゼロまで調整され得る、選択及び配置された２以上の磁石４を備える。フライホイール５は、磁石４の磁場を通過する間に抵抗力を生成することができるアルミニウムまたは他の材料でできていてもよい。一実施形態では、アクチュエータ１は、シャフト６を備える、永久磁石型のリニアステッピングモータなどのステッピングモータである。シャフト６は、自転車９のフレームに対して回動可能に取り付けられた第１の端部を有し、これにより、ステッピングモータがシャフト６に沿って横切るときにシャフト６が回動することが可能になる。一実施形態では、固定端部は、その主軸に沿った回転を防ぐようにヒンジで固定されている。ステッピングモータ（アクチュエータ１）の本体部は、取り付け点８で抵抗ブレーキアセンブリ２に回動可能に取り付けられ、これにより、動作中にステッピングモータが抵抗ブレーキアセンブリ２に対して回動することが可能になる。動作中、ステッピングモータは、ねじ付きのシャフト６を上下に移動させるように動作可能であり、これにより、抵抗ブレーキアセンブリ２は回動点３を中心に回動する。その結果、磁石４はフライホイール５に対して選択的に上下に動かされ、抵抗を調整する。
【００１１】
抵抗システムは、回動する抵抗ブレーキアセンブリ２とは独立して動作し得る補助ブレーキアセンブリ１０をさらに含む。補助ブレーキアセンブリ１０は操作者が調整ノブ１１を押し下げることによって作動し、これにより細長い調整シャフト１２がフライホイールに向かって移動し、回動する摩擦ブレーキアセンブリ（補助ブレーキアセンブリ１０）がフライホイール５に向かって回動し、最終的にフライホイールの縁部に接触してブレーキ力を提供する。調整ノブ１１を回転させると、細長い調整シャフト１２が、電気エンコーダ（例えば、図４Ａに示される）に接続されているその主軸を中心に回転する。電気エンコーダは、調整ノブ１１の感知された回転に応答して信号を生成し、当該信号は、電子制御システムによって使用されることにより電子アクチュエータ（アクチュエータ１）を作動させて回動する抵抗ブレーキアセンブリ２をフライホイール５に近づけたり遠ざけたりするコマンドを生成する。
【００１２】
ロードセル１３は、回動するブレーキアセンブリの第２部分（フライホイール１４）（磁石保持ブラケットと、当該磁石保持ブラケットに保持された１以上の磁石を含む）からフレームに取り付けられた第１部分７に伝達される反力を測定する。様々な実施形態では、ロードセル１３は、金属製の本体部を有し、結合された金属箔ひずみゲージ、シリコンひずみゲージ、及び／またはその他の構成要素から構成され得る。ロードセル１３は、ブレーキアセンブリの第１部分７をブレーキアセンブリの第２部分に結合する。一実施形態では、ブレーキアセンブリ（第２部分）は、ロードセル１３によって支持され、他のデバイスまたはアセンブリによって支持されない。
【００１３】
磁石保持ブラケット（フライホイール１４）及びロードセル１３は、ロードセル１３によって測定された力がフライホイール５に加えられている負荷に比例するように構成される。ユーザに加えられたトルクを計算するために、加えられた力とフライホイールの中心からの距離との積によってフライホイールに加えられたトルクが得られる。フライホイールの回転速度は、当該技術分野で知られているように測定されてもよい（例えば、１以上のセンサを使用してＲＰＭを測定する）。抵抗装置によって吸収される電力は、方程式「電力（Ｗ）=シャフトトルク（Ｎ×ｍ）×速度（ＲＰＭ）×０．１０４７２」によって得られる。
【００１４】
図４Ａ−４Ｇを参照し、運動器具のためのブレーキシステムのさらなる実施形態について説明する。図示の実施形態では、ブレーキシステム２０は、調整の労力を低減し、感知時間を短縮し、それによりユーザの操作の利便性を高めることができるトルク感知装置を備えた運動自転車に提供される。
【００１５】
ブレーキシステム２０は、トルク調整ユニット３０と、連結アセンブリ（ロードセル４０）と、を含む。トルク調整ユニット３０は、調整ブラケット３１と、調整シャフト３４と、ブレーキ圧縮ばね３５と、を有する。いくつかの実施形態では、ブレーキ圧縮ばね３５は、調整シャフト３４に下向きの力が加えられていないときに、調整シャフト３４を（フライホイールに抵抗がない）上向きの位置に付勢するために提供される。
【００１６】
調整ブラケット３１は、フライホイール１４の周囲に配置され、調整ブラケット３１の一端部はロードセル４０に取り付けられている。調整シャフト３４（いくつかの実施形態では、プッシュロッド先端部３６を有するプッシュロッド）は、調整シャフト３４の回転を感知するブレーキエンコーダ３７を通っている。プッシュロッド先端部３６は、ブレーキパッドアセンブリ５０の一部と対応して係合するように適合された端部を有する。いくつかの実施形態では、プッシュロッド先端部３６とブレーキパッドアセンブリ５０のハウジングとの間にジョイントが形成される。図示の実施形態では、プッシュロッド先端部３６は実質的に円錐形であり、ブレーキパッドアセンブリ５０のハウジングの対応する凹部と係合する丸い先端部を有し、これにより、プッシュロッドは、フライホイール１４に対して回動可能に回転するブレーキパッドアセンブリ５０に下向きの圧力を加えることができる。様々な実施形態では、プッシュロッド先端部３６及びブレーキパッドアセンブリ５０のハウジングは、プッシュロッド（調整シャフト３４）がブレーキパッドアセンブリ５０をフライホイール１４に向けて回動可能に動かすことを可能にする他の構成で、対応するように形成されてもよい。
【００１７】
１以上の実施形態では、ブレーキパッド６４は、調整シャフト３４によって調整ブラケット３１がフライホイール１４上に押し下げられたときにフライホイール１４にさらなる抵抗を加えるように、調整ブラケット３１内に配置される。様々な実施形態では、調整ブラケットは、調整シャフト３４によって調整ブラケットがフライホイール１４内に押し込まれたときにフライホイールに抵抗を加えるように配置されたブレーキパッドを有する。ノブ、ハンドル、レバーまたは他の機構を調整シャフト３４の端部に配置することにより、ブレーキパッドアセンブリ５０を下げてフライホイール１４に接触させる力を容易に適用することができる。
【００１８】
ロードセル４０は、第１の端部で調整ブラケット３１に接続され、第２の端部で第１の取り付けブラケット６０に接続されている。ステッピングモータ７０などのアクチュエータは、第１の取り付けブラケット６０と第２の取り付けブラケット６２との間に回動可能に取り付けられている。ステッピングモータ７０は、ブレーキ取り付けブラケット７４に回動可能に取り付けられたステッピングモータロッド７２を有する。動作中、ステッピングモータ７０は、ステッピングモータロッド７２に沿って上下に移動するように駆動される。同時に、第１の取り付けブラケット６０及び第２の取り付けブラケット６２が上下に移動してフライホイール１４に対する調整ブラケット３１の対応する動きが引き起こされ、これにより、フライホイールの反対側に配置された１以上の対の磁性メンバ３２の間の磁束が変化してフライホイール１４に抵抗がもたらされる。ステッピングモータ７０が駆動されると、第１の取り付けブラケット６０及び第２の取り付けブラケット６２並びにロードセル４０は、それにしたがって調整される。トルク調整ユニット３０は、ステッピングモータ７０とブレーキ取り付けブラケット７４との間の距離及び向きが変化するように、ブレーキ取り付けブラケット７４に向かうか、または離れるように駆動され、これはロードセル４０によって感知される。
【００１９】
上記の点から、本実施形態のブレーキシステムは、フライホイール１４に抵抗を提供すべく、ステッピングモータ７０に応答して、調整ブラケット３１を支持及び移動させるように取り付けられたロードセル４０を含むことが理解されよう。いくつかの実施形態では、第１の取り付けブラケット６０及び第２の取り付けブラケット６２は、自転車フレームに対して回動可能に取り付けられている。図示の実施形態では、ブレーキアセンブリをフライホイールの上方の中央に配置するための１以上のねじ、ボルト及び／またはスペーサを有し、フライホイールに対してブレーキアセンブリを上下に回動させることができるアセンブリにおいて、第１の取り付けブラケット６０及び第２の取り付けブラケット６２は、自転車のフレーム６４の溶接部を介して自転車フレームに回動可能に取り付けられている。
【００２０】
一実施形態では、ブレーキ取り付けブラケットは、第１の取り付けブラケット６０をフレーム６４に接続する回動点と同一の回動点において、ブレーキパッドアセンブリ５０をフレームに回動可能に接続する。いくつかの実施形態では、トルクばねが提供され、押し下げロッド（調整シャフト３４）によって下向きの力が加えられていないときに、ブレーキパッドアセンブリ５０を上向きに付勢する。
【００２１】
次に、図５Ａ−５Ｄを参照して本開示の他の実施形態を説明する。図５Ａは、ブレーキ取り付けブラケット７４に隣接する第１ポジションにおけるステッピングモータ７０を示している。この第１ポジションでは、調整ブラケット３１内の磁石はフライホイール１４の上方の位置に維持され、フライホイール１４に最小の抵抗を提供する。図５Ｂは、ステッピングモータロッド７２の第２の端部に隣接する第２ポジションにおけるステッピングモータ７０を示している。この第２ポジションでは、フライホイールが対応する磁石の各対の間に位置するように調整ブラケット３１内の磁石が下げられ、これにより、運動中の磁気抵抗が最大化される。フライホイール１４に対する磁石のポジションは、ロードセル４０によって感知される。
【００２２】
図５Ｃは、フライホイールに抵抗を与えない、第１ポジションにおける補助ブレーキを示している。第１ポジションでは、ブレーキパッドアセンブリ５０は、フライホイール１４から離れるように付勢されている。図５Ｄは、第２ポジションにおける補助ブレーキを示しており、ブレーキパッド６４は、ユーザによって調整ロッド（調整シャフト３４）に加えられた下向きの圧力によってフライホイール１４に押し付けられている。補助ブレーキの動作は、ステッピングモータ７０によって制御される調整ブラケット３１の磁石によって加えられる抵抗に影響を及ぼさないことが理解されよう。本開示の実施形態では、特定の利点が達成されることが理解されよう。例えば、抵抗ブレーキアセンブリを上下させるためにステッピングモータ７０を制御すべく回転させられ、第２のブレーキアセンブリを介して補助ブレーキを作動させるために押し下げられる、単一のノブがユーザに提供され得る。
【００２３】
本明細書に開示される実施形態は、ユーザが運動中に抵抗を正確に調整するための単純かつ容易な方法のために、自転車間のワット変動（及び、メトリック精度）の低減と、正確な較正の提供と、を含む、様々な設計目標を達成する。様々な実施形態では、ブレーキ機構は、ユーザによって制御される調整ノブと、ユーザによるノブの調整を感知するためのブレーキエンコーダと、を含む抵抗制御システムを有し得る。感知されたノブの調整は、抵抗を変化させるべく、電気アクチュエータを駆動するための信号に変換され得る。様々な実施形態において、精度は、＋／−１％に近いか、及び／または、＋／−１％を超える。
【００２４】
様々な実施形態において、アクチュエータは、人間による制御を超える速度及び精度で、ブレーキアセンブリをフライホイールに向かって、及び、フライホイールから離れるように、選択的に駆動するように動作可能なステッピングモータを含み得る。このようにして、完全にプログラムによるブレーキレベルの制御がユーザに提供される。
【００２５】
いくつかの実施形態では、ブレーキ力はロードセルによって測定され、当該ロードセルは、ブレーキ機構内で直接生成された力を測定するように動作可能な低コストかつ高精度のロードセルを含み得る。測定されたフライホイールの速度でブレーキ力を使用することによって、ユーザの動力出力を正確に計算することができる。一実施形態では、アクチュエータは、ブレーキ機構を作動させるために、３５ｍｍの永久磁石を有する非キャプティブ型のリニアステッピングモータを含み得る。様々な実施形態において、ロードセルは、ロードセルが磁石保持ブラケットをブレーキ機構の残りの部分に接続する唯一の部材であるように配置された、低コストの、アルミニウム製の単一点ロードセルを含み得る。ステッピングモータは、電流制御を有する一体型のステッピングドライバを含み得る。いくつかの実施形態では、１２ｎ、５００−９００ｍＡで動作可能なステッピングモータが使用されてもよい。滑らかで静かな動作のために、マイクロステッピングが使用されてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、ロードセルからの信号は、一体化された増幅器、及びロードセルの増幅と互換性のある高解像度のアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって調整され得る。あるいは、独立した増幅器を、マイクロコントローラの内蔵ＡＤＣと組み合わせて使用することもできる。あるいは、ロードセルは調整回路（conditioning circuitry）を有し、デジタル出力を提供してもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、抵抗磁石は、３つの対応する磁石対に配置された（または、他の対に配置された）６つの抵抗磁石を含み得る。各磁石は、例えば、直径２５ｍｍ、厚さ８ｍｍのネオジム系希土類焼結磁石の、グレードＮ３２であり得る。抵抗装置は、一体成形され、機械加工され、本明細書に記載されるように使用するための形状に曲げられた磁石ホルダを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、２つの対向するリニアベアリングが測定サブアセンブリを支持し、同様のエンベロープを備えた共通の引き出しスライドまたはリニアベアリングが使用され得る。図６Ａ−Ｂは、フライホイール６２０への抵抗を提供する第１ポジション（図６Ａ）及びフライホイール６２０の上方の位置に磁石が維持され、フライホイール６２０へ提供される抵抗が最小である第２ポジション（図６Ｂ）におけるブレーキ機構６００の代替実施形態を示している。ブレーキ機構６００は、アクチュエータ６０２、ブラケット６０４、ブラケット６０４上に配置された磁石ブレーキ構成要素６０６、及び、ブラケットと引き出しスライド６１４にスライド可能に取り付けられた取り付けブラケット６１０との間に配置されたロードセル（図示せず）を含む。
【００２８】
様々な実施形態において、補助装置（例えば、緊急ブレーキ）は、ケーブル、プランジャまたは他の機械的システムによって作動され得る。緊急ブレーキを抵抗装置に一体化させることによって、自転車は、余分の作動インターフェースのない、よりすっきりとした外観になる。
【００２９】
次に、本明細書に開示されるブレーキシステムを備えた運動器具で使用するための電気構成要素の様々な実施形態を、図７を参照して説明する。様々な実施形態では、論理部品は、ロードセル信号を評価し、運動中のノイズ、精度、精度、解像度及びドリフトを調整するように動作可能である。論理部品は、較正処理、電力計算方法、ディスプレイ、タブレットまたは他の接続されたデバイスへのデータの報告、及び／または運動器具の動作に関連する他の機能を含み得る。論理部品は、アクチュエータアセンブリの動き、精度、速度及び可聴ノイズを評価及び調整するように機能してもよい。いくつかの実施形態では、タブレットまたはディスプレイとの通信が容易になり得る（例えば、ＲＳ−２３２規格を使用して）。論理部品は、所望の抵抗が感知されるまで抵抗を調整するようにステッピングモータ／アクチュエータに指示する「抵抗まで移動する」オプションを含み得る。
【００３０】
図７は、本開示の様々な実施形態による、例示的な運動器具の電気構成要素及び処理部品を示している。システム７００は、運動器具の電気構成要素７１０と、操作端末７５０と、を含む。運動器具の電気構成要素７１０は、操作端末７５０との通信を含む運動器具の動作を容易にし、様々な構成要素（例えば、リニアアクチュエータ）を制御し、センサデータを受信及び処理する。
【００３１】
様々な実施形態では、運動装置の電気構成要素７１０は、コントローラ７１２、電源７１４、通信構成要素７２２、リニアアクチュエータ７３２を制御するためのステッピングモータドライバ７１６、ロードセル７３４から信号を受信し、信号を調整するためのロードセル回路７１８（例えば、ＰＧＡ及び／またはＡＤＣ）、及び、他のセンサ７３６（フライホイールのＲＰＭを検出するためのセンサ及び／または本明細書に開示されるようなユーザによる調整に応答してノブのポジションの変化を測定するためのセンサを含む）とのインターフェースを含む。
【００３２】
コントローラ７１２は、１以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス（ＣＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・システム・オン・チップ（ＦＰＳＣ）もしくは他のタイプのプログラマブルデバイス）、または運動装置の動作を制御するために使用される他の処理デバイスとして実装され得る。
【００３３】
通信構成要素は、有線インターフェース及び無線インターフェースを含み得る。有線インターフェースは、操作端末７５０との通信リンクを含み、１以上の物理ネットワークまたはデバイス接続インターフェースとして実装されてもよい。無線インターフェースは、１以上のＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラー、赤外線、無線、及び／または、無線通信のための他のタイプのネットワークインターフェースとして実装されてもよく、操作端末及び他の無線デバイスとの通信を容易にし得る。様々な実施形態では、コントローラ７１２は、制御信号及び操作端末７５０との通信を提供するように動作可能である。
【００３４】
操作端末７５０は、ユーザ入力に応答して、運動器具の電気構成要素７１０と通信し、その動作を制御するように動作可能である。操作端末７５０は、コントローラ７６０、運動論理７７０及びユーザ制御論理、表示構成要素（ディスプレイ７８０）、ユーザ入力／出力構成要素７９０及び通信構成要素７９２を含む。
【００３５】
プロセッサ（コントローラ７６０）は、１以上のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）（例えば、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コンプレックス・プログラマブル・ロジック・デバイス（ＣＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・システム・オン・チップ（ＦＰＳＣ）もしくは他のタイプのプログラマブルデバイス）、または操作端末を制御するために使用される他の処理デバイスとして実装され得る。これに関して、プロセッサは、メモリに格納された機械可読命令（例えば、ソフトウェア、ファームウェアまたは他の命令）を実行し得る。
【００３６】
運動論理７７０は、様々な機械可読命令及びデータを格納する回路及び／または機械可読媒体として実装され得る。例えば、いくつかの実施形態では、運動論理７７０は、動作システム及び１以上のアプリケーションを、本明細書に記載の様々な動作を実行するためにコントローラ７６０によって読み取られて実行され得る機械可読命令として格納してもよい。いくつかの実施形態では、運動論理７７０は、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ、ハードドライブ、ソリッドステートドライブ、または他の非一時的な機械可読媒体）、揮発性メモリ、またはそれらの組み合わせとして実装され得る。運動論理７７０は、ステータス、構成、及び本明細書に開示される様々な制御機能を含む制御機能を含み得る。
【００３７】
通信構成要素７９２は、有線インターフェース及び無線インターフェースを含み得る。有線インターフェースは、操作端末７５０を運動器具の電気構成要素７１０に接続するように構成された１以上の物理ネットワークまたはデバイス接続インターフェース（例えば、イーサネット、及び／または他のプロトコル）として実装されてもよい。無線インターフェースは、１以上のＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、セルラー、赤外線、無線、及び／または、無線通信のための他のタイプのネットワークインターフェースとして実装されてもよい。
【００３８】
ディスプレイ７８０は、操作端末７５０のユーザに情報を提示する。様々な実施形態において、ディスプレイ７８０は、ＬＥＤディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＤＣ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、及び／または任意の他の適切なディスプレイとして実装されてもよい。ユーザ入力／出力構成要素７９０は、操作端末７５０の機能を操作するためのユーザ入力を受け取る。
【００３９】
図８を参照すると、本明細書に開示されるブレーキシステムの実施形態を含む例示的な運動器具が示されている。図示のように、固定バイク１０２は、少なくとも１つのディスプレイ画面１０４を含む一体化または接続されたデジタルハードウェアを含む。
【００４０】
様々な例示的な実施形態では、固定バイク１０２は、フレーム１０６、ハンドルバー１１０を支持するためのハンドルバーポスト１０８、シート１１４を支持するためのシートポスト１１２、後部支持体１１６及び前部支持体１１８を含み得る。ペダル１２０は、ベルト、チェーン、または他の駆動機構を介してフライホイール１２２を駆動するために使用される。フライホイール１２２は、重金属ディスクまたは他の適切な機構であり得る。様々な例示的な実施形態では、フライホイール１２２を回転させるのに必要なペダルにかかる力は、本明細書に開示されるブレーキシステムなどの抵抗機構１２６を調整する抵抗調整ノブ１２４を使用して調整することができる。抵抗調整ノブは、調整シャフトを回転させることにより抵抗機構１２６を制御して、回転に対するフライホイール１２２の抵抗を増加または減少させる。例えば、抵抗調整ノブを時計回りに回転させると、抵抗機構１２６の磁石のセットがフライホイール１２２に対して移動し、回転に対する抵抗が増加し、フライホイールが１２２回転するためにユーザがペダル１２０に加えなければならない力が増加する。
【００４１】
固定バイク１０２はまた、シート１１４、ハンドルバー１１０などの位置の調整を可能にする様々な特徴を含み得る。様々な例示的な実施形態では、ディスプレイ画面１０４は、ハンドルバーの前方のユーザの前に取り付けられ得る。そのようなディスプレイ画面は、乗り手に対するディスプレイ画面の位置または向きの調整を可能にするためのヒンジまたは他の機構を含んでいてもよい。
【００４２】
固定バイク１０２に関連するデジタルハードウェアは、固定バイク１０２に接続または一体化されてもよく、または、固定バイクに遠隔で配置されて無線接続されてもよい。デジタルハードウェアはディスプレイ画面１０４と一体化されてもよく、当該ディスプレイ画面１０４は、固定バイクに取り付けられてもよく、または別個に取り付けられてもよいが、固定バイクを使用する人の視線内に配置されるべきである。デジタルハードウェアは、デジタルストレージ、プロセス、及び、通信ハードウェア、ソフトウェア及び／または１以上のメディア入出力デバイス（ディスプレイ画面、カメラ、マイクロフォン、キーボード、タッチスクリーン、ヘッドセット及び／またはオーディオスピーカーなど）を含み得る。様々な例示的な実施形態において、これらの構成要素は、固定バイクと一体化されてもよい。このような構成要素間のすべての通信は、適切なプロトコルまたはテクノロジーを使用して、マルチチャネル、多方向、無線または有線で行われ得る。様々な例示的な実施形態では、システムは、ローカルまたはリモートのパーソナルコンピュータ、ラップトップ、モバイルデバイスまたは任意の他のデジタルデバイスから、アカウント、パフォーマンス及び他の関連情報へのアクセスをユーザに提供する関連するモバイル及びウェブベースのアプリケーションプログラムを含み得る。
【００４３】
様々な例示的な実施形態では、固定バイク１０２は、固定バイク及び乗り手の両方からの或る範囲の性能基準を瞬時に及び／または経時的に測定することができる様々なセンサを備えている。例えば、抵抗機構１２６は、抵抗機構のポジションに関する抵抗フィードバックを提供するセンサを含み得る。固定バイクは、磁気抵抗電力測定センサなどの電力測定センサ、または、使用中に継続的な電力測定を提供する渦電流電力監視システムも含み得る。固定バイクには、速度、ペダルケイデンス、フライホイールの回転速度などを測定するための様々なセンサが備えられていてもよい。そのようなセンサは、有線（有線接続128など）または無線の接続を使用して、近くまたは遠隔に位置した自転車のストレージ及び処理システムと通信し得る。
【００４４】
センサ内または別の処理システム内にハードウェア及びソフトウェアを提供して、様々なステータス及びパフォーマンス情報を計算し、保存してもよい。測定または計算され得る関連する性能基準には、抵抗、距離、速度、電力、総仕事量、ペダルケイデンス、心拍数、呼吸、水分補給、カロリー燃焼、及び／または、開発され得るカスタム性能スコアが含まれる。必要に応じて、このような性能基準は、現在／瞬間の値、最大値、最小値、平均値または経時的な合計値として、または、他の統計分析を使用して、計算されてもよい。傾向を決定し、保存し、ユーザ、インストラクター及び／または他のユーザに表示することもできる。表示される情報の言語、単位、及びその他の特性を制御するためのユーザインターフェースがユーザに提供されてもよい。
【００４５】
次に、図９を参照し、本開示の実施形態によるブレーキシステムを操作するための方法９００を説明する。ステップ９０２において、調整シャフトの回転は、ブレーキエンコーダを使用して感知され、電気制御構成要素によって受け取られる（ステップ９０４）。感知された回転にしたがって、電気制御構成要素は、フライホイールに加えられる抵抗を調整すべく、リニアアクチュエータを駆動するための信号を生成する（ステップ９０６）。次に、リニアアクチュエータは、生成された信号に応答して動作し、抵抗構成要素をフライホイールに近づけ、及び／または遠ざけるように移動させることによって抵抗を変化させる（ステップ９０８）。ロードセルは、抵抗構成要素とフレームとの間に接続され、抵抗アセンブリに加えられた負荷を感知する。ロードセルデータは電気制御構成要素によって受信され、瞬間電力またはフライホイールに適用される抵抗の測定値などの１以上の動作パラメータが決定される（ステップ９１２）。
【００４６】
実施例
【００４７】
次に、１以上の実施形態による例示的なブレーキの実装について、図１０−１３を参照して説明する。図示の実施形態は、ブレーキ、エンコーダ、並びに、ユーザに表示され得るパワー、ケイデンス及び抵抗の値を導出するための例示的な基準を提供している。データは、クラウドストレージサービスなどの中央サーバに保存されてもよい。
【００４８】
図１０は、本開示の１以上の実施形態による例示的なシステムを示している。処理システム１０００は、運動装置の複数のセンサ及び／または構成要素から信号を受信及び処理し、構成要素とコンピューティングデバイスとの間の通信を容易にするように構成された制御ユニット１０５０を含む。図示の実施形態では、制御ユニット１０５０は、ブレーキ調整シャフト１０１０の回転を感知するように構成されたロータリエンコーダ１０１２、磁気ブレーキアセンブリによってフライホイールに加えられている力を測定するように構成されたロードセル１０２０、フライホイール１０３０の回転（例えば、回転速度）を追跡するために配置され得るホール効果センサ（ホールセンサ１０３２）、及び、現在のブレーキポジションに関する情報を提供するステッピングモータ１０４０に電気的に接続されている。
【００４９】
制御ユニット１０５０は、通信リンク１０６０（例えば、制御ユニットに２４Ｖの電力を提供するＵＳＢ−Ｃ接続）を介して他のデバイスに接続される。制御ユニット１０５０は、センサ入力を処理して、毎分回転数（ＲＰＭ）、電力、抵抗及びブレーキポジションなどの、ユーザに（例えば、ディスプレイ１０７２を介して）表示するためのデータ１０５２を生成する。様々な実施形態では、制御ユニット１０５０は、センサと処理システム、センサボード、データロガー、コンピューティングデバイス及び／またはシステム要件にしたがって構成された他のハードウェア及び／またはソフトウェアとの間のインターフェースを提供する回路として実装され得る。
【００５０】
図１１は、図１０のシステム１００などの運動装置の効率的な動作のための例示的な電力状態を示している。電力状態１１００は、生産システム状態、状態遷移、及び、タッチディスプレイ／タブレット、ブレーキコントローラ及び他のシステム構成要素を含むサブシステム状態へのマップを含む。「電力のない」状態１１１０では、システムに電力が供給されておらず（例えば、壁の電源出力に接続されていない）、すべての構成要素がオフになっている。システムが電源に接続されると、システムはオフ状態１１２０に入る。これは低電力状態（例えば、消費電力が０．５Ｗ未満）であり、処理は実行されない。ライト（例えば、ＬＥＤ）は、電力が供給されていることをユーザに示すために電源を入れられる。システムの電源がオンになると（例えば、タブレットのボタンを押すこと、タッチスクリーンディスプレイをタップすること、またはその他のユーザ入力によって）、システムは、システム及び運動器具が完全に動作するアウェイク状態１１３０に入る。システムは、ユーザ入力（例えば、タブレットのボタンを押すこと）またはシステムが一定時間アイドル状態であることに応答して、スリープモード１１５０に入ってもよい。ユーザは、タブレット上の制御部を押すこと、またはシステムによって検出された他の入力を提供することによって、スリープモード１１５０を終了させてもよい。アウェイク（ディスプレイオフ）状態１１４０は、システム更新、データ処理、他のデバイスとのデータ通信などのバックグラウンド処理を提供するが、ユーザにはスリープモードにあるように見える（例えば、タブレットディスプレイがオフになっている）。
【００５１】
ＲＰＭ
【００５２】
次に図１０を再び参照し、様々な実施形態によるセンサ入力処理について説明する。ホールセンサ１０３２からのデータは、動作中の運動器具のＲＰＭを計算するために使用される。システムは、フライホイール上に配置されたホール効果センサへの入力を使用してケイデンスを計算する。ホールセンサ１０３２は、フライホイールが回転するたびにフライホイール１０３０上の磁石を感知するために、運動器具の固定された位置に配置されてもよい。サンプルレートは割り込み駆動型であり、フライホイールＲＰＭに比例するクランクＲＰＭを表し得る。一実施形態では、クランクＲＰＭは、フライホイールＲＰＭを定数（例えば、例示的な実施形態では４．３９５）で割ることによって計算される。ホール効果センサ入力の立ち下がりエッジに割り込みルーチンが接続されている。ルーチンは、フライホイールＲＰＭ、クランクＲＰＭ、及び／または運動器具に固有の他の速度情報を表す変数を計算及び更新する。ルーチンには、磁石の１回の通過で２以上の立ち下がりエッジが検出された場合に、誤ったトリガを拒否するためのデバウンス方法が組み込まれている。システムはまた、明らかに誤ったデータ（例えば、所定の閾値を超えるＲＰＭ）を生成する割り込みを拒否するように構成されてもよい。ルーチンには、フライホイールが突然停止したときに、測定されたＲＰＭを自然な方法でゼロに減衰させる処理がさらに組み込まれていてもよい。
【００５３】
ロードセル
【００５４】
いくつかの実施形態では、ロードセル１０２０は、所定のサンプルレート（例えば、４Ｈｚ）で動作し、磁気ブレーキアセンブリによってフライホイールに加えられている力を（例えば、デカグラムまたは同様の測定単位で）測定する。制御ユニット１０５０は、Ｉ２Ｃなどの標準プロトコルを使用してロードセル１０２０と通信する。ロードセル１０２０からの力の測定値は、電力を計算するために使用される。例えば、電力は、ロードセル１０２０から導出された力と、ＲＰＭデータから計算されたフライホイールの速度（または他の速度計算）の関数として計算され得る。
【００５５】
いくつかの実施形態では、制御ユニット１０５０及び／またはタブレット／ディスプレイ１０７２は、ロードセル較正ルーチンを含む。ルーチンは、フライホイールが静止している間に、ブレーキの等間隔のポジション（例えば、１０箇所）におけるロードセル測定値のテーブルを作成する。このデータにより、ブレーキを「ホーム」ポジションに移動することなく、ロードセルの「ゼロ調整」を行うことができる。このルーチンには、正確なポジションデータを取得するためにフライホイールの端部に接触するステップが含まれる。オフセットテーブルは、データの整合性を確保するために、ｅｒｅチェックサムを含む不揮発性メモリに保存され得る。
【００５６】
電源が入れられると、コンピューティングシステム（例えば、タブレット、制御ユニットまたは他の処理デバイス）は、メモリ内の有効なロードセルテーブルをチェックする。テーブルが存在する場合は、標準のホーミング処理が実行される。メモリ内に有効なテーブルが見つからない場合は、較正ルーチンが実行されて新たなテーブルが作成され、新たなテーブルがメモリに保存される。テーブルを使用すると、現在のロードセルの読み取り値を使用し、テーブルのポジション情報から補間を行うことによって、ポジション／オフセットを計算することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、ロードセルのゼロ調整は、運動セッションの開始時に、または開始時近くに実行される。負荷測定デバイスで一般的であるように、ロードセルからの読み取りは、制御できない多くの要因に基づいて時間とともにドリフトする可能性がある。ロードセルから将来の読み取りに追加される「オフセット」を生成するためにルーチンが実行され、さもなければ次回までにロードセルがゼロになる。任意のブレーキポジションでのゼロ調整を可能にするために、オフセットテーブルを使用して適用すべきオフセットを計算する。例えば、「オフセット」を計算するための方程式は、現在の読み取り値にテーブルのポジションからの出力の補間を加えたものである。本明細書に記載の方法は、約１秒以内に実行され、センサのファームウェア内で自動的に実行される。いくつかの構成では、本明細書に記載の方法は、すべての乗車の前に実行される。ファームウェアは、例えば、許容電力消費量による決定にしたがって、一定の間隔で（例えば、数分ごとに）ウェイクアップして読み取りを行ってもよい。フライホイールの動きによって、読み取り値が不正確になり得る。したがって、フライホイールがウェイク時に移動しているとき（例えば、１０を超えるＲＰＭ）、最後に記録された値が古すぎない（例えば、１０分以内である）場合にはそれが使用されてもよい。
【００５８】
ノブのポジション
【００５９】
調整可能なシャフトのポジション（例えば、ノブのポジション）は、割り込みを介して一定の割合でサンプリングされ、ロータリエンコーダ１０１２によって回転に関して測定される。ノブのポジションは、ロータリエンコーダ１０１２の構成要素を使用して計算及び追跡され得る。
【００６０】
ステッピングモータの駆動
【００６１】
ステッピングモータ１０４０は、集積回路または他の制御構成要素から動作して、ブレーキのポジション制御を提供するためにステッピングモータを初期化、構成及び駆動するように構成される。ホーミング処理は、初期起動ルーチンによってステッピングモータで実行される。上述したように、ステッピングモータのポジションは、ポジションの値及びロードセル測定値のオフセットテーブルへの入力のために使用される。
【００６２】
ホーミングルーチンは、すべての電源サイクル（例えば、電源のプラグを抜く／再度差し込む）で実行され得る。ホーミングルーチンは、ホーミングを達成するために、フライホイールの端部にブレーキ機構を接触させる。いくつかの実施形態では、ホーミングは、ステッピングドライバに統合された失速検出機能を使用して達成される。開ループ位置制御ルーチンを提供して、ゼロポジションに対するブレーキポジションを追跡してもよい。ホーミングルーチンを使用して、ブレーキの可動範囲の上限及び下限を決定してもよい。ステッピングモータのポジションは、磁石ホルダとフライホイールの端部との接触状態から上昇し、離れるステップとしてカウントされてもよい。いくつかの実施形態では、フライホイールの動きを検出し、ホール効果センサからフライホイールの動きが検出された場合にホーミングルーチンが実行されることを防ぐための論理が提供される。この場合、ホーミングルーチンの実行中にペダリングを停止するようにユーザに通知されてもよい。いくつかの実装では、本明細書に開示されるホーミングルーチンは、約５秒以下で完了される。
【００６３】
ステッピングモータ１０４０のポジションは、１歩の長さでのブレーキアセンブリのポジションの値を決定するために使用される。例えば、０−１０００ステップのスケールが使用されてもよく、１０００はブレーキがフライホイールに接触したときであり、０は動作中の移動範囲の上限近くである。ステッピングモータ１０４０は、フライホイールとの接触を回避し、運動器具の動作範囲と一致するように、ポジション０と１０００未満の値（例えば、７５０）との間で動作するように構成される。
【００６４】
１以上の実施形態では、コンピューティングシステム（例えば、タブレット／ディスプレイ１０７２）、抵抗コントローラ、制御ユニットまたは他のデバイス／回路は、「Ｄｒｉｖｅ  ｔｏ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ」コマンドの生成を含む、ステッピングモータ１０４０への命令を提供するように構成される。例えば、抵抗設定が望まれる場合（例えば、ユーザによって設定されるか、または地形の特徴にしたがって運動装置によって制御される場合）、対応するポジションが決定され、ポジションへの駆動コマンドが発行される。ステッピングモータ１０４０は、所望のポジション値を含む「Ｄｒｉｖｅ  ｔｏ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ」コマンドを受け取り、現在のポジションと目標のポジションとの間で対応する数のステップを実行するようにステッピングムーバに命令するように構成される。抵抗は、オフセットテーブルからの逆引きを使用してポジションに変換される。次に、このコマンドを使用して、望ましい使用感を実現するために、滑らかな運動制御プロファイルを使用してポジションまで駆動する。
【００６５】
エンコーダは、抵抗設定値を更新するように構成されている（例えば、１００抵抗パーセントポイントあたり７．５回転の一定の線形比率にしたがって）。一実施形態では、起動時に、ファームウェアは、相対的なノブのポジションに基づく抵抗設定値へのオフセットを引き起こさない。この実施形態では、ノブは、ゼロ基準のないインクリメンタルエンコーダとして機能する。エンコーダを動かすと、定義された比率にしたがって抵抗設定値が更新される。エンコーダの移動論理は、ユーザがノブに手を置いたときの移動を回避するために、小さな入力（例えば、１度未満の変化など）を拒否するように構成されてもよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、ステッピングモータの加速度、速度及び現在のポジション値は、ステッピングスーパーバイザーによって管理され、様々な速度及び負荷条件下で同期したステッピングを達成し、ユーザが長時間にわたって高負荷で連続的にステッピングを漕ぐ場合に、ステッピングモータを過熱から保護する。ステッパの加速及び走行速度、並びにカスタム電流プロファイルを調整すると、使用感が向上し、滑らかに感じる。ステッピングモータの動作は、ステッピングモータに熱保護を提供するための保護回路及び／または制御論理をさらに含み得る。
【００６７】
電力
【００６８】
様々な実施形態において、計算され、タブレット／ディスプレイ１０７２に表示される電力は、多項式と、変数とのマッチング係数とを使用して計算される。例えば、電力計算では、抵抗装置のポジション値及びフライホイールのＲＰＭの読み取り値が使用される。電力を計算するために、システムは、２つの値のリストの要素ごとの乗算のすべての項を合計することができる。センサデータが無効である場合、抵抗及びＲＰＭのみに基づくフォールバック電力マップに基づいて電力値を提供することができる。
【００６９】
抵抗
【００７０】
次に、抵抗補正機構を備えた運動器具の動作を、図１２を参照して説明する。デフォルト構成では、ブレーキが現在配置されているポジションに対応する抵抗がユーザに表示される。これは、ブレーキポジションを抵抗値に対応させるルックアップテーブルを使用して行われる。逆引きは、処理システムが、ステッピングモータに指示して特定の抵抗／ポジションに駆動させるときに使用される。ユーザインターフェースは、目標抵抗値（例えば、抵抗設定値）を表示し、現在の抵抗値が一致するまで表示（例えば、点滅値の表示）を提供するように構成され得る。
【００７１】
本明細書に開示されるブレーキシステムを含む運動装置１２１０は、対話型ディスプレイを備える。ユーザが運動装置１２１０に乗ると、表示テーブル１２３０に示されるように、ブレーキポジションから抵抗へのマップに基づいて、抵抗がユーザに表示される（ステップ１２２０）。同時に、値は固定マップ（固定テーブル１２４０）と比較してチェックされ、ステップ１２２２でエラー値が計算される。ステップ１２６４において、エラー値は、新たなエラーマップ１２６０に格納される。次に、表示テーブル１２３０は、ステップ１２６２で更新される。得られる抵抗値は、スクリーンショット１２７０に示すようにユーザに表示される。
【００７２】
図示のように、図１２の手順は、所与のケイデンス／抵抗対についての電力出力でのバイク間のばらつきを排除するために実施される（例えば、古い自転車が本開示による新しい自転車と交換される場合、または異なるタイプの自転車からのデータが大規模なシステムで共有／比較される場合）。一実施形態では、ポジションテーブルは、図１２の自動補正手順によって更新されるが、これは、例えば、１分に１回、ノブを少なくとも５パーセントポイント回転させた後にのみ発生し得る。
【００７３】
抵抗の決定では、（ｉ）有効抵抗及びポジションテーブル（例えば、表示テーブル１２３０）、及び、（ｉｉ）エラー信号を計算するために使用される、基準の自転車またはルックアップテーブル（例えば、固定テーブル１２４０）に非常に厳密に一致する静的で理想的な電力／抵抗／ケイデンスモデル、と呼ばれる２つのテーブルを使用する。実際のマップは大きいので、その関係のモデルを代わりに使用することができる。同一のモデルを、例えば特定のブランドのバイク全体で使用することができる。
【００７４】
抵抗自動補正は、図１２の手順を使用して達成される。初期動作中及び通常動作中、抵抗とブレーキポジションとの関係は、抵抗及びポジションテーブル（表示テーブル１２３０）に記憶されている。抵抗設定値からブレーキポジションまで駆動する場合、または現在のポジション値から現在の抵抗値を伝える場合、ルックアップテーブルは２つの間で変換を行う方法として機能する。使用中、エラー信号が生成され、当該エラー信号は移動平均手法を使用して追跡され続ける。エラー信号は、現在のルックアップテーブルから生成された抵抗と、固定テーブル１２４０の電力／抵抗／ケイデンスのコンボの静的で理想的なテーブルを使用して検出された抵抗との差である。
【００７５】
エラーは定期的に（例えば、１秒に１回）計算される。いくつかの実施形態では、フライホイールの加速度が閾値（例えば、３回転／分２）を超える場合、ＲＰＭが２０未満である場合、または電力が２２Ｗ未満である場合、エラーは計算されない。移動平均は様々な長さ（例えば、３０の値）を有する。移動平均の長さ及び頻度を調整して、必要に応じて性能を向上させることができる。命令された変更が５パーセントポイントを超える場合に抵抗設定値の変更が実行されると、エラーの移動平均の値を使用して、抵抗のテーブルがパーセンテージテーブルに更新され、エラーがゼロになる。移動平均が読み取り値の閾値数にまだ達していない（例えば、読み取り値の長さが３０である）場合、ゼロ調整は行われない。エラー信号が２パーセントポイントより大きい場合は、様々な移動に分割することができる。
【００７６】
図１２の抵抗計算手順を実施するためのプログラム論理は、パーセンテージ設定値（例えば、０−１００％からの抵抗値）をポジション設定値に変換する関数を含む。この関数は、特定のステップ数（例えば、３８のフルステップ）または約５パーセントポイントよりも大きい移動についてのエラー補正を抑制する。この関数は、システムがエンコーダまたはタブレット／ディスプレイから新たなパーセンテージへの移動を実行するときに呼び出すことができる。例示的な関数は、以下のとおりである。
【００７７】
【数１】
2021532948.tif 000003
【００７８】
時間の経過とともに蓄積された累積エラーを処理する関数の例は以下のとおりである。
【００７９】
【数２】
2021532948.tif 000004
【００８０】
本実施形態の実施において使用される様々な範囲（例えば、ＲＰＭ、Ｗ、速度安定性を決定するための閾値、移動平均のサイズ、関数を呼び出す頻度）は、システムに基づき、実験的に決定され得る。５ｒｐｍ／秒２未満の初期値が、開始のために使用される。第三に、移動平均のサイズ及びその関数を呼び出す頻度は、実験的に決定されるべきである。
【００８１】
様々な実施形態において、本明細書に開示されるシステムは、診断及び他のデータをキャプチャし、データを中央サーバ、クラウドまたは他の処理システムに送信して、さらなる処理（１以上の運動装置にわたるデータを追跡するステップを含む）を行うために使用され得る。診断データは、不揮発性メモリにキャプチャされて最新の状態に保たれ、定期的に（例えば、ウェイクサイクルごとに１回）タブレット／コンピューティングデバイス、及び／またはクラウドに渡される。診断データには、１．オドメーター（総回転数）、２．時間（分）、３．較正サイクル、４．ウェイクサイクル、５．エンコーダ移動（エンコーダが移動した総数）、６．ドライブからポジションへの移動（タブレットによる移動の総数）、７．平均のモータポジション（０−７６８）、８．モータポジション（０−７６８）に関するエンコーダの平均移動サイズ、９．モータポジション（０−７６８）に関するエンコーダの最大移動サイズ、が含まれる。
【００８２】
電力／抵抗／ケイデンスモデル
【００８３】
従来の運動器具で使用されるケイデンス−抵抗−電力値は、デバイス間の固有の製造上のばらつき及び他の要因に起因して、電力の正確な読み取りを提供しない。本明細書に開示されるシステムは、ブレーキポジションの感知の改善を提供し、磁気ブレーキによってフライホイールに加えられる負荷を測定する、新規のロードセル構成及びポジション決めステッピングモータを含む。システムの負荷、ポジション及びケイデンスの値は、ユーザによる電力入力を計算するために使用される。これは、トルク及び電力の実験式、及び負荷センサの既知の形状及び構成を使用して行うことができる。開発中、システムを定義する係数／関係は、使用中に正確な結果が得られるように、注意深く測定、較正及び調整され得る。
【００８４】
図１２に示されるシステムは、抵抗値を更新するためのケイデンス−電力モデルを含む。次に、運動マシン（本実施形態では、自転車）の電力出力を測定するための電力センサの効率的かつ正確なシミュレーション／モデリングのためのシステム及び方法について説明する。実験式及び／または係数の代わりに統計モデルを使用することができる。このモデルは、抵抗、ケイデンス及び負荷が与えられた場合の出力電力を予測する。
【００８５】
本方法は、高精度のダイナメータを使用して、様々なレベルのケイデンス、抵抗及び負荷で、自転車によって生成される出力電力を測定するステップから始まる。このデータはクラウドデータストアに収集される。このデータはサーバ／リモート／ホストマシンにダウンロードされ、このデータでＥｌａｓｔｉｃ  Ｎｅｔモデル（または、必要に応じて他の統計モデル）をトレーニングして、出力電力と他の変数との間の基本的な関係を学習する。Ｅｌａｓｔｉｃ  Ｎｅｔは、正則化、過剰適合を減らす大きなモデル係数／重みにペナルティを課す手法、及びＥｌａｓｔｉｃ  Ｎｅｔを介した正則化及び変数選択を使用してトレーニングされた線形モデルである。いくつかの実施形態では、これらの重みは、より大きな値に適合するための高い数値精度及び／またはメモリを有していないチップ上にファームウェアレベルで埋め込まれる。これらの重み値はデータストアにアップロードされ、最終的に運動マシン／自転車のファームウェアにロードされる。
【００８６】
本実施形態の利点は、本明細書に開示される実施形態がユーザアクションの低減を効果的に達成し、必要な感知時間を短縮することができることを含めて、当業者には明らかであろう。
【００８７】
上述の開示は、開示された正確な形態または特定の使用分野に本発明を限定することを意図するものではない。したがって、本明細書に明示的に記載されているか暗示されているか否かにかかわらず、本開示に対する様々な代替の実施形態及び／または修正が、本開示に照らして実施可能であると考えられる。このように本開示の実施形態を説明したので、当業者は、従来のアプローチに対する利点を認識し、本開示の範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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