花样轮滑训练机 |
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| 申请号 | CN201610125119.0 | 申请日 | 2016-03-07 | 公开(公告)号 | CN105749523A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 华北理工大学; | 发明人 | 杨海波; 于宁; 于江; 刘洁; | ||||
| 摘要 | 一种花样轮滑训练机，包括行走小车机构、底架机构、滑动机构和悬吊机构，所述滑动机构设置在行走小车机构的后部，底架机构安装在行走小车机构的下部，悬吊机构设置在行走小车机构的上部，底架机构和悬吊机构分别与滑动机构连接传动；这种车载型的花样轮滑训练机，智能控制，操作方便，能够通过吊带 传感器 采集学员训练时的状态信息，并根据信息实施训练和保护，本 发明 的轮滑训练机无场地限制，安全可靠。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种花样轮滑训练机，包括行走小车机构、底架机构、滑动机构和悬吊机构，其特征在于，所述滑动机构设置在行走小车机构的后部，底架机构安装在行走小车机构的下部，悬吊机构设置在行走小车机构的上部，底架机构和悬吊机构分别与滑动机构连接传动； |
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| 说明书全文 | 花样轮滑训练机技术领域[0001] 本发明涉及一种体育训练器械，具体地说是一种花样轮滑训练机。 背景技术[0002] 轮滑运动是一项场地技巧性的体育项目，具有艺术表演性,因此很受年轻人的喜爱，而高难度原地单、双脚连续旋转、跳转360、720、1080其难度要比穿冰鞋在冰上大得多，原因是穿花样冰鞋在冰面上做旋转动作时冰刀下平面与冰面摩擦力很小，旋转时保持站立姿势，当旋转轴与重心重合借助于惯性就可以连续旋转。而轮滑鞋各四个胶轮成直线排列，无法连续旋转，因此只有将两脚尖踮起使两鞋的前轮并排着地并始终保持两脚间隔，使两轮轨迹为同心圆才能实现原地连续旋转，任何一个物体在旋转力的作用下都会产生陀螺效应建立旋转轴会在一定时间里不停旋转，而人的自我保护意识很强，往往在超常的状态下，由于恐惧身体就会本能做出反应，迅速改变身体的姿态使重心及轮子的轨迹偏移，从而打破平衡，终止旋转，甚至摔倒，因此只有在具有决对安全设施保护下训练，才会消除人的恐惧，淡化自我保护意识，使身体适应旋转。轮滑跳转更是高难度动作，在滑行中以单脚起跳，并在空中完成一周、两周或三周转体，然后单脚平稳落地滑行，其动作的难度极大，危险程度极高，靠简单肢体局部绑护不能确保安全，所以无法消除恐惧。因此有效的安全保护，才能消除学员的心理障碍，从而敢于尝试和学习高难动作。 [0003] 现有相关技术“花样轮滑训练护具”（ZL2014 1 0057083.8）是一种沿绳索滑行训练的护具，它不具备强化训练的功能，并且轮滑场地必须有栓绳索的条件；学员只能沿绳索做直线训练，横跨绳索也会给别人造成不便或伤害。 发明内容[0004] 本发明是针对背景技术中涉及的花样轮滑难度训练器械及保护措施的欠缺，提出的一种花样轮滑训练机。这种训练机是一种车载智能花样轮滑训练器械，它能通过吊带传感器采集学员训练时的状态信息，并根据信息实施训练及保护。 [0005] 本发明采用的技术方案是：一种花样轮滑训练机，包括行走小车机构、底架机构、滑动机构和悬吊机构，所述滑动机构设置在行走小车机构的后部，底架机构安装在行走小车机构的下部，悬吊机构设置在行走小车机构的上部，底架机构和悬吊机构分别与滑动机构连接传动；所述的悬吊机构包括吊臂和吊带控制机构，吊臂为伸缩结构的管体，吊臂一端安装有吊带控制机构，吊臂另一端与滑动机构连接； 所述的底架机构包括伸缩臂和连杆；伸缩臂为伸缩结构的管体，两伸缩臂的一端连接在一起，并与滑动机构固定连接；两伸缩臂的自由端分别通过连接件与行走小车机构的前轮的转向轴活动链接；两个连杆设置在两伸缩臂之间，两连杆的一端用连接件铰接；两个连杆的另一端以及两个伸缩臂的中部分别用连接件与电机座活动连接，两驱动电机与两电机座螺栓连接，驱动电机花键轴分别与行走小车机构中的两后轮连接传动；两伸缩臂的结合处设置有一传动销轴，横向丝杠的一端与传动销轴上的螺纹孔螺纹配合，横向丝杠的另一端与传动电机输出端连接； 所述的滑动机构包括导轨、纵向丝杠和升降电机，纵向丝杠置于导轨内部，升降电机与纵向丝杠底端连接传动，纵向丝杠上设置有与其滑动配合的滚轮式滑块；吊臂通过连接件与滚轮式滑块连接； 所述的悬吊机构和底架机构之间设置有门柱，吊臂与伸缩臂分别通过球头与门柱端部活动链接。 [0009] 吊带控制器包括拉力传感器、倾角传感器和扭力传感器。 [0010] 吊带控制中的倾角传感器检测吊带倾角控制车体移动。 [0011] 吊带控制器中的扭力传感器检测吊带从动转动时的方向和速度。 [0012] 吊带控制器中的拉力传感器与滑动机构中的升降电机连接控制。 [0013] 吊带电机通过电缆与主控制器连接，吊带电机与软轴连接控制，实现吊带主动转动。 [0016] 图1为本发明的使用状态参考图。 [0017] 图2为本发明的底架结构示意图。 [0018] 图3为吊臂与吊带控制机构连接结构示意图。 [0019] 图4为伸缩臂与前轮连接结构示意图。 [0020] 图5为滑动机构结构示意图。 [0021] 图6为图5的A-A向视图。 [0022] 图7为本发明整体结构收缩后的结构示意图。 [0023] 图中：吊带控制机构1，软轴2，支架3，吊带4，吊臂锁紧手柄5，门柱6，吊臂7，控制手柄8，导轨9，座椅10，制动器11，蓄电池12，主控制器13，前轮14，传动电机15，连杆16，伸缩臂17，电机座18，后轮19，传动销轴20，横向丝杠21，电缆22，十字轴23，吊带控制器24，吊带电机25，联轴器26，压力轴承27，伸缩臂套筒28，伸缩臂锁紧手柄29，转向轴30，转向轴承31，纵向丝杠32，滚轮式滑块33，滑动机构销轴34，升降电机35。 具体实施方式[0024] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 [0025] 参见附图1-7，本发明所公开的这种训练机，主要是以小型四轮电动车作为载体。主要包括吊带控制机构1，软轴2，支架3，吊带4，吊臂锁紧手柄5，门柱6，吊臂7，控制手柄8，导轨9，座椅10，制动器11，蓄电池12，主控制器13，前轮14，传动电机15，连杆16，伸缩臂17，电机座18，后轮19，传动销轴20，横向丝杠21，电缆22，十字轴23，吊带控制器24，吊带电机 25，联轴器26，压力轴承27，伸缩臂套筒28，伸缩臂锁紧手柄29，转向轴30，转向轴承31，纵向丝杠32，滚轮式滑块33，滑动机构销轴34，升降电机35。 [0026] 这种花样轮滑训练机，包括行走小车机构、底架机构、滑动机构和悬吊机构。滑动机构设置在行走小车机构的后部，底架机构安装在行走电车机构的下部，悬吊机构设置在行走电车机构的上部，底架机构和悬吊机构分别与滑动机构连接传动；行走小车机构包括座椅和车架，车架内部设置有蓄电池和主控制器，驱动电机的花键轴分别与后轮连接传动。其后轮为主动轮，在驱动电机和主控制器的作用下带动整个训练器运行。 [0027] 悬吊机构包括吊臂和吊带控制机构，吊臂为伸缩结构的管体，吊臂一端安装有吊带控制机构，吊臂另一端与滑动机构连接；吊带控制机构包括十字轴和外壳，外壳内设置有吊带控制器、吊带电机和压力轴承，外壳通过十字轴与吊臂铰接，吊带电机通过联轴器与设置在外壳底部的软轴连接。 [0028] 吊带控制器包括拉力传感器、倾角传感器和扭力传感器，它们分别于行走小车机构中的主控制器连接。其中：倾角传感器检测吊带倾角后将信息传给主控制器，主控制器将信息反馈给行走小车机构的驱动电机，控制车体移动；扭力传感器检测吊带从动转动时的方向和速度（学员带动软轴转动时扭转方向和最高速度），扭力传感器将信息传给主控制器，主控制器将信息反馈给吊带电机，吊带电机与软轴连接控制，实现吊带主动转动；拉力传感器与滑动机构中的升降电机连接控制。 [0029] 底架机构包括伸缩臂和连杆；伸缩臂为伸缩结构的管体，两伸缩臂的一端活动连接，并与滑动机构固定连接；两伸缩臂的自由端分别通过连接件与行走小车机构的前轮的转向轴活动链接；两个连杆设置在两伸缩臂之间，两连杆的一端用连接件铰接；两个连杆的另一端以及两个伸缩臂的中部分别用连接件与电机座活动连接，安装在电机座上的两驱动电机分别与行走小车机构中的两后轮连接传动；两伸缩臂的结合处设置有一传动销轴，横向丝杠的一端与传动销轴上的螺纹孔螺纹配合，横向丝杠的另一端与传动电机输出端连接；两伸缩臂呈V型结构设置，二者的结合处设置有一传动销轴，该传动销轴径向设置有螺纹孔，横向丝杠一端置于螺纹孔内，并与传动销轴活动链接；丝杠另一端与传动电机输出轴连接传动。两个连杆的端部为扇形齿轮结构，两个伸缩臂中部为突出的扇形齿轮结构，两组扇形齿轮机构啮合传动。 [0030] 滑动机构包括导轨、纵向丝杠和升降电机，纵向丝杠置于导轨内部，升降电机与纵向丝杠底端连接传动，纵向丝杠上设置有与其滑动配合的滚轮式滑块；吊臂通过销轴连接件与滚轮式滑块连接。 [0031] 为了保证导轨直立的稳定性，在底架下面通过连接件安装一连接板，该连接板的一端与导轨外壁固接，该连接板的两端分别设置有通孔，靠近导轨一端的通孔与传动销轴固定套装，另一端的通孔为一长通孔，连杆结合处的销轴置于该长通孔内，且与孔壁滑动配合。 [0032] 悬吊机构和底架机构之间设置有门柱，吊臂与伸缩臂分别通过球头与门柱端部活动链接。 [0033] 作为优选方案，本发明的轮滑训练机是一款底架可变形、吊臂可伸缩小型四轮电动车。机身长1.3米，宽0.65米，高1.5米，时速30公里/小时，续航里程50公里，可在非机动车道及街巷行驶，也能进入楼宇电梯、入户门，小巧的体积以方便行驶和存放。 [0034] 训练时，底盘即底架可展开，吊臂可由1.3米，向前伸出至2.8米，吊臂高度由1.5米可调至2.5米，两前轮为脚轮，与伸缩臂相连接,伸缩臂由1.3米可前伸至长2.8米，并可对称向两侧岔开呈V字型，岔开的两前脚轮，轮距宽2.5米，后轮为驱动轮，后轮距也同时变宽，由0.65米变为0.9米，岔开的V字口为训练区。 [0035] 轮滑训练机两前轮采用带制动功能的弹簧减震充气脚轮（简称脚轮），作为支撑及随动转向，后两侧轮子各由48V/500W电机驱动，并通过电子差速实施灵活的转向及原地转圈，整机采用蓄电池供电，脚制动。 [0036] 强化训练是技能培养的必要手段，轮滑训练机通过吊带向学员提供强化训练及保护，轮滑训练机为一套智能控制系统，系统中吊带控制机构中装配有提供强化训练的大扭矩调速电机及吊带控制器，吊带控制器设置有拉力传感器、扭力传感器、倾角传感器，通过这些传感器可获取吊带所受拉力、扭力及扭转方向、倾角角度及方向等信息，系统通过这些信息进行分析、计算及控制。轮滑训练机在训练时学员需穿戴吊带，轮滑训练机设有AB两种操作方式：A由教练手动控制吊带的张力、吊带的转动方向和转速，吊臂移动跟随的速度和方向。B智能控制，系统根据吊带主控制器所受拉力情况，自动调整吊臂的仰角以使张力适中（即让学员感觉到吊带的保护又不能让其产生依赖）， 当拉力超过一定数值，系统自动进入保护模式，即停止旋转缓降吊带。 [0037] 轮滑训练机为可变形四轮电动车，整机如附图所示，学员通过吊带实施强化训练和对人员保护，吊带为柔性尼龙材料，与吊带支架挂环铆结，支架与软轴挤压固定连接，软轴另一端与联轴器挤压固定连接，联轴器与压力轴承装配，联轴器再与吊带电机输出轴装配并通过顶丝紧固，吊带控制器信息通过电缆传递给位于座椅下面的主控制器，主控制器也通过电缆，驱动吊带电机转动，吊带控制机构的上端通过十字轴与吊臂铰接，形成车载移动垂吊式轮滑训器械。 [0038] 轮滑训练机的底架如附图2所示，两侧前轮采用脚轮作为车体支撑和随动导向，前轮与伸缩臂的装配如附图4所示，前轮的转向轴通过一组轴承与伸缩臂套筒的轴承位装配，通过螺钉及轴承挡圈紧固。两个伸缩臂通过传动销轴铰接在一起；后轮为驱动轮；两个电机座上各设置有两个销轴，销轴外端设置有卡槽，可与弹簧挡圈装配。伸缩臂和连杆分别通过销轴与机座顶部装配在一起，连杆端部的扇形齿轮结构与伸缩臂突出部分的扇形齿轮结构相互啮合，使两只伸缩臂以传动销轴为轴对称开合，使两驱动轮平行外延并使伸缩臂外展呈V字形。传动电机为直流减速电机，与其机座通过螺栓紧固，电机的输出轴与横向丝杠内孔装配并通过顶丝固定，铰接两连杆的定位销轴设置有径向通孔，横向丝杠的光轴部分与该定位销轴的径向通孔装配。传动销轴的径向设置有螺纹孔，横向丝杠的螺纹与传动销轴的径向内螺纹装配，构成电动丝杠螺母机构。本机构可通过控制开关实现底架的开合变形。 [0039] 本发明的吊带张力机构：吊臂为套筒式伸缩结构，吊臂的伸缩由手动拉出或推进，并通过吊臂锁紧手柄锁紧。门柱通过球头作为吊臂的支撑（杠杆支点），吊臂前端为工作端，吊臂后端为控制端，吊臂后端水平方向设置有通孔，与滑动销轴装配，呈铰接，升降电机通过螺栓与导轨紧固，纵向丝杠的中孔与升降电机的输出轴装配并通过顶丝紧固，滑动销轴的两端设置有卡槽，中间径向设置有螺纹孔，纵向丝杠的螺纹与滑动销轴内螺纹装配，构成丝杠螺母机构，滚轮式滑块装配于滑动销轴的两端，弹簧挡圈装入销轴卡槽。 [0040] 吊带张力通过调整吊臂的仰角实现，吊臂仰角调整是通过滑动机构实现，上拉控制手柄，吊臂（工作端）抬起；下压控制手柄则吊臂（工作端）回落。训练时吊带的张力由吊带控制器及主控制器控制。 [0042] 控制手柄还与行走小车机构的驱动部分连接。轮滑训练机在路上行驶，由手柄控制，通过电子差速主控制器来驱动电机运转。控制手柄可实现无极变换方向，无极调速，手柄向正前方推则直线前行、手柄向正后方拉则直线倒退、手柄向左前方推则向左转向行驶、手柄向右前方推则向右转向行驶，手柄向左后方拉则向左后方转向倒退，手柄向右后方拉则向右后方转向倒退。手柄若推向正左侧，则左轮逆时针转动，右轮顺时针转动，轮滑训练机原地逆时针转圈，手柄若推向正右侧，则右轮逆时针转动，左轮顺时针转动，轮滑训练机原地顺时针转圈，在训练时由于学员运动轨迹和调整量级难以确定，滞后时间长，因此手动控制主要为道路行驶而设计。 [0043] 轮滑训练机智能控制是由吊带控制器时时采集的吊带倾角信息，自动调整控制驱动电机的运行状态，使轮滑训练机自动跟随学员，实施保护。只有在特殊情况下教练进行手动干预和制动（制动采用脚踏式制动器）。轮滑训练机手动操作：如钥匙总电源开关、非训练行驶、灯光、喇叭，底盘变形控制等。训练时系统智能控制，吊带的旋转、启停、转动方向及速度的快慢、吊带的松紧、同步跟随速度及方向，这些控制都来自于吊带控制机构中的吊带控制器，吊带控制器装有拉力传感器、扭力传感器、倾角传感器、学员训练时通过吊带将学员的状态信息以ms级速率采集，采集的信息进行滤波、放大、运算等项处理，再进入主控制器经功率放大后输出给电机，实现时时调节跟踪控制。 [0044] 当学员做强化原地连续旋转训练时，只需学员做象征性扭转，吊带传感器通过软轴、吊架及吊带就能检测到学员的转动方向及速度等信息，系统根据此信息控制和驱动电机，使软轴以既定速度和方向转动，从而使学员依自己的速度和方向连续不停的旋转。当学员要结束强化训练时只需将踮起的脚尖放下或下坠一下，吊带主控制器就会停止转动，吊带随后缓降。 [0045] 在旋转过程中人体姿态有微小变化时旋转轴就会偏离重心,从而失去向心力，在离心力的作用下人就会摔倒。因此轮滑训练机在做强化训练中吊臂在时刻不停的调整，使人体重心重回旋转轴。调整过程是通过吊带时时倾角信息，自动控制车体的前后移动和左右的转向，以移动吊点的形式时时调整学员的重心，使重心始终与旋转轴重合。训练中吊臂的仰角也时时根据情况调整以保持吊带的张力。 [0046] 平时学员做单脚单轮承地滑行训练时，身体的重心难以控制，场地稍有不平，就会前仰后合，东倒西歪，历经无数次摔跤，至少2~3年的苦练才能掌握单脚单轮滑行的技巧，轮滑训练机通过系在肩上吊带就能提供时时可靠的保护。及时的身体重心调整，使学员在消除恐惧的前提下，在轮滑训练机辅助和强化训练的作用下，可用较短时间快速的掌握其运动的规律和技巧，完成那些只有在冰面上才能做的高难动作。 |
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