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一种太极拳基础功法数字化训练装置

阅读：830发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种太极拳基础功法数字化训练装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型的一种太极拳基础功法数字化训练装置，可解决目前社会上柔韧性水平检测、训练方式不科学，趣味性低、无数字化反馈的技术问题。包括训练装置击打柱体，击打柱体通过连接柱固定在自转轴承盘上，自转轴承盘固定在底板上；磁粉制动器组件通过带轮传动机构与训练装置主体连接；磁粉制动器固定在底板上；ABZ相数字化编码器通过计米轮与自转轴承盘联动；ABZ相数字化编码器、磁粉制动器及人机交互终端分别与数字化智能终端连接。本实用新型利用ABZ相数字化编码器采集太极推桩时的运动数据作为运动指标，通过智能终端将运动数据与太极拳基本动作相关联，使得装置针对人体的力量训练进一步丰富，能够有效的对太极拳基础功法训练者产生巨大帮助。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是一种太极拳基础功法数字化训练装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种太极拳基础功法数字化训练装置，包括训练装置主体，其特征在于：所述训练装置主体包括训练装置击打柱体(10)、自转轴承盘(30)、多楔带轮组(60)、磁粉制动器(51)以及ABZ相数字化编码器(40)；
所述击打柱体(10)是内部含有柔性填充物的鼓型柱，击打柱体(10)通过连接柱(20)固定在自转轴承盘(30)上，自转轴承盘(30)固定在底板(70)上；
所述多楔带轮组(60)包括一个大带轮(63)和一个小带轮(61)，所述大带轮(63)与小带轮(61)之间通过多楔带(62)连接；所述大带轮(63)安装在自转轴承盘(30)的旋转中心钢管套筒上，所述小带轮(61)通过平键与磁粉制动器(51)的输出轴连接；所述磁粉制动器(51)固定在底板(70)上；
所述ABZ相数字化编码器(40)通过计米轮(41)与自转轴承盘(30)联动，当自转轴承盘(30)发生转动时通过摩擦阻力带动计米轮(41)同步等比转动；
还包括人机交互终端和数字化智能终端，所述ABZ相数字化编码器(40)、所述磁粉制动器(51)及人机交互终端分别与数字化智能终端连接。
2.根据权利要求1所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：
所述磁粉制动器(51)通过磁粉制动器支架(52)固定在底板(70)上；所述磁粉制动器支架(52)的脚部有长槽口，槽口方向指向自转轴承盘(30)的旋转中心；磁粉制动器支架(52)用螺钉连接到底板(70)上，在螺钉没旋紧的情况下，可以沿槽口方向滑动；
还包括张紧装置，所述张紧装置包括挤压挡条(54)、紧固挡条(53)和调整螺钉(55)，所述紧固挡条(53)位于磁粉制动器支架(52)靠近自转轴承盘(30)的一侧，所述紧固挡条(53)固定在底板(70)上；所述调整螺钉(55)一端与紧固挡条(53)端部的螺纹孔配合，另一端顶在挤压挡条(54)的凹槽里；
所述挤压挡条(54)位于紧固挡条(53)和磁粉制动器支架(52)中间，与磁粉制动器支架(52)紧密贴合；旋紧调整螺钉(55)时，挤压挡条(54) 会将磁粉制动器支架(52)向远离自转轴承盘(30)中心推动，增大了两带轮之间的距离，实现了张紧。
3.根据权利要求2所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：
所述ABZ相数字化编码器(40)包括ABZ相编码模块(42)、编码器支架(43)和计米轮(41)；所述ABZ相编码模块(42)固定在编码器支架(43)上，编码器支架(43)固定在底板(70)上；所述计米轮(41)固定在ABZ相编码模块(42)上，所述计米轮(41)中心孔与ABZ相编码模块(42)输入轴配合，在编码器支架(43)上的弹簧拉力作用下，计米轮(41)边缘与自转轴承盘(30)的中心轴表面相切，靠摩擦力传动。
4.根据权利要求3所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：还包括数字化语音播报模块，所述数字化语音播报模块与数字化智能终端连接。
5.根据权利要求3所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：
所述人机交互终端包括LCD显示模块、蜂鸣器电路、控制按键、蓝牙通信模块及ZigBee通信模块，人机交互终端将数字化智能终端发送的运动数据实时显示；
当训练过程出现错误动作时，蜂鸣器会发出警报；
同时每次训练结束后，智能终端均会将运动报表发送给人机交互终端，并由LCD显示模块显示出来。
6.根据权利要求4所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：所述数字化语音播报模块包括音频解码芯片、外置扬声器、通讯接口、音量调节开关；
所述数字化语音播报模块通过通讯接口与数字化智能终端连接，当数字化智能终端发出播报指令时，语音模块开始播报相应的语音。
7.根据权利要求1所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：所述连接柱(20)为上下各有一个圆形法兰的钢管，下方法兰与自转轴承盘(30)通过螺栓连接。
8.根据权利要求1所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：所述自转轴承盘(30)包括两段垂直的钢管套筒通过悬臂焊接到一起构成，两端钢管内各有一对轴承，轴承的内圈与两个中心轴配合；
自转轴承盘(30)通过两个中心轴端的法兰分别与底板(70)及连接柱(20)连接。
9.根据权利要求1所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：
所述人机交互终端通过Zigbee模块与数字化智能终端连接。
10.根据权利要求1所述的太极拳基础功法数字化训练装置，其特征在于：所述计米轮(41)与自转轴承盘(30)的公转柱体圆周传动比例为95.7:60，所述ABZ相数字化编码器(40)通过数字化智能终端的定时器捕获接口获取ABZ相数字化编码器(40)单位时间的转动脉冲数，根据脉冲数与传动比例的关系算出训练者的运动圈数；
数字化智能终端根据ABZ相数字化编码器(40)AB 相位差判断训练者运动的转动方向；
数字化智能终端根据两次脉冲之间的时间差判断训练者训练过程的角速度。

说明书全文

一种太极拳基础功法数字化训练装置

技术领域

[0001] 本发明涉及运动器材技术领域，具体涉及一种太极拳基础功法数字化训练装置。

背景技术

[0002] 人体的衰老首先体现在腰腿的不灵活，这是韧带紧缩造成气血阻滞的外在表现。科学研究证明，拉伸韧带、增强柔韧性、加强力量训练，可以在很大程度上减缓衰老，提高人体免疫力，延长寿命。从青少年时期就开始科学的训练，这样更有助于提升自身的身体素质。一方面当前主要的提升柔韧性和身体协调性的运动是瑜伽和太极这类健身运动，但此类运动往往对青少年缺乏兴趣的引领、带动。另一方面太极拳是中华国粹，是最独特的运动方式，也是中华仅有的一项传承运动，更是中华悠久的历史文化孕育而成的。越来越多的人通过练习太极拳达到强身健体的目的。因而联想到可以将传统的运动设备通过嵌入式传感器技术与多种传感器相结合设计一款智能化的太极拳训练装置。

发明内容

[0003] 本发明提出的一种太极拳基础功法数字化训练装置，可解决可解决目前社会上柔韧性水平检测、训练方式不科学，趣味性低、无数字化反馈的技术问题。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0005] 一种太极拳基础功法数字化训练装置，包括训练装置主体、数字化智能终端、人机交互终端和数字化语音播报模块。

[0006] 所述训练装置主体包括训练装置击打柱体、自转轴承盘、多楔带轮组、所述磁粉制动器组件以及ABZ相数字化编码器；

[0007] 所述击打柱体是内部含有柔性填充物的鼓型柱，击打柱体通过连接柱固定在自转轴承盘上，自转轴承盘固定在底板上；

[0008] 所述多楔带轮组包括一个大带轮和一个小带轮，所述大带轮与小带轮之间通过多楔带连接；所述大带轮安装在自转轴承盘的旋转中心钢管套筒上，所述小带轮通过平键与所述磁粉制动器组件的磁粉制动器的输出轴连接；所述磁粉制动器固定在底板上；

[0009] 所述ABZ相数字化编码器通过计米轮与训练装置主体联动，当训练器主体发生转动时通过摩擦阻力带动计米轮同步等比转动。

[0010] 所述磁粉制动器组件通过带轮传动机构与训练装置主体连接。磁粉制动器组件包括多楔皮带轮、多楔皮带、张紧装置和磁粉制动器支架。

[0011] 所述ABZ相数字化编码器、所述磁粉制动器、人机交互终端及数字化语音播报模块分别与数字化智能终端连接。

[0012] 所述数字化智能终端包括智能控制芯片、存储电路、电源管理电路、PWM控制电路、编码器脉冲读取电路、人机交互通信电路以及语音模块控制电路。

[0013] 所述ABZ相数字化编码器组件由编码器固定支架、弹性拉簧、编码器支架底座、ABZ相编码模块以及计米轮组合而成。所述编码器通过三颗螺丝固定在编码器支架上，计米轮通过自身连轴装置固定于编码器轴上，当训练装置发生运动时由于摩擦力的作用会带动编码器以一定比例同时转动。当训练装置发生运动时由于摩擦力的作用会带动编码器以一定比例同时转动。所述编码器支架通过支架底座固定于训练器底座上以确保编码器联动转动时不会打滑。

[0014] 所述磁粉制动器组件通过带传动方式与训练器相结合，训练器底座旋转轴上与磁粉制动器旋转轴上均安装有合适大小及比例的皮带轮，同时磁粉制动器支架前侧安装有推拉式张紧机构，张紧机构可以通过控制张紧螺丝的松紧程度进而实现带轮的张紧控制。

[0015] 所述人机交互终端包括LCD显示模块、蜂鸣器电路、控制按键、蓝牙通信，模块、ZigBee通信模块等，人机交互终端将智能终端发送的运动数据实时显示，训练者可以随时通过LCD显示设备看到自己的训练数据与训练进度。当训练过程出现错误动作时，蜂鸣器会发出警报。同时每次训练结束后，智能终端均会将运动报表发送给人机交互终端，并由LCD显示模块显示出来。

[0016] 所述语音播报模块包括音频解码芯片、外置扬声器、通讯接口、音量调节开关等。所述语音播报模块通过通讯接口与智能终端连接，当智能终端发出播报指令时，语音模块开始播报相应的语音。

[0017] 由上述技术方案可知，本发明的太极拳基础功法数字化训练装置利用ABZ相数字化编码器采集太极推桩时的运动数据作为运动指标，通过数字化智能终端将运动数据与太极拳基本动作相关联，制定多种基础的训练方案，并通过磁粉制动器对不同训练过程做出相应的阻力变换。同时本发明通过智能化算法将太极拳基础功法训练与等速训练结合，使得装置针对人体的力量训练进一步丰富。本发明装置简便并且易于实现，能够有效的对太极拳基础功法训练者产生巨大帮助。附图说明

[0018] 图1为本发明整体结构示意图；

[0019] 图2为本发明的阻力发生组件和运动检测组件结构示意图；

[0020] 图3是本发明的多楔带轮组结构示意图；

[0021] 图4为本发明的硬件结构框图；

[0022] 图5为本发明的系统运行流程图。

具体实施方式

[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0024] 如图1所示，所述太极拳基础功法数字化训练装置包括10、训练装置击打柱体，20、连接柱，30、自转轴承盘，40、编码器组件，50、磁粉制动器组件，60、多楔带轮。

[0025] 如图2所示，所述编码器组件40包括41、摩擦式计米轮，42、编码器模块，43、编码器弹簧支架。所述摩擦式计米轮41由紧定螺钉固定在编码器模块42的转动轴上，同时计米轮的外壁紧贴训练装置公转柱体。所述编码器模块42用3颗螺钉固定在编码器弹簧支架43上。所述编码器弹簧支架43由底部两颗螺丝固定于训练装置底板合适位置。

[0026] 如图2所示，所述磁粉制动器组件50包括51、磁粉制动器模块，52、磁粉制动器支架，53、张紧机构。所述磁粉制动器模块51由3颗螺丝固定在磁粉制动器支架52上，所述磁粉制动器支架52底部有四个螺丝安装槽，可由四颗螺丝固定在训练装置底部。所述张紧机构53由两颗螺丝固定于磁粉制动器支架52前侧，可以通过调节张紧机构53的侧边螺丝的松紧程度控制多楔皮带的张紧程度。

[0027] 具体说明：

[0028] 如图1-图3所示，所述训练装置主体包括训练装置击打柱体10、自转轴承盘30、多楔带轮组60、磁粉制动器51、张紧装置52、以及ABZ相数字化编码器40。

[0029] 所述训练装置击打柱体10包括击打柱体10和连接柱20。所述桩体 10是内部含有柔性填充物的鼓型柱，底部具有4个螺纹孔，与连接柱20 的上方法兰通过螺钉固定。所述连接柱20为上下各有一个圆形法兰的钢管，下方法兰与自转轴承盘30通过螺栓连接。

[0030] 所述自转轴承盘30是由两段垂直的钢管套筒通过悬臂焊接到一起构成，两端钢管内各有一对轴承，轴承的内圈与两个中心轴配合。自转轴承盘通过两个中心轴端的法兰分别与底板70和训练装置击打柱体 10的连接柱20连接。

[0031] 所述多楔带轮组60包括一个大带轮63和一个小带轮61。所述大带轮63通过紧定螺钉安装在自转轴承盘的旋转中心钢管套筒上，所述小带轮61通过平键与磁粉制动器51的输出轴连接。大带轮与小带轮之间通过多楔带62连接。

[0032] 所述磁粉制动器51与磁粉制动器支架52使用螺钉结合。所述磁粉制动器支架52的脚部有长槽口，槽口方向指向自转轴承盘的旋转中心。支架用螺钉连接到底板70上，在螺钉没旋紧的情况下，可以沿槽口方向滑动。

[0033] 所述张紧装置60包括挤压挡条54、紧固挡条53、调整螺钉55组成。所述紧固挡条53位于磁粉制动器支架52靠近自转轴承盘的一侧，与底板70用螺钉固定。所述调整螺钉55与紧固挡条两端的螺纹孔配合，另一端顶在挤压挡条54的凹槽里。所述挤压挡条54位于紧固挡条和磁粉制动器支架中间，与磁粉制动器支架紧密贴合。旋紧调整螺钉55时，挤压挡条会将磁粉制动器支架向远离自转轴承盘中心推动，增大了两带轮之间的距离，实现了张紧。

[0034] 所述ABZ相数字化编码器40包括编码器支架43、ABZ相编码模块42 以及计米轮41。所述ABZ相编码模块42使用螺钉固定在编码器支架43 上，编码器支架固定在底板70上。所述计米轮41中心孔与ABZ相编码模块输入轴配合，并使用紧定螺钉固定，在编码器支架43上的弹簧拉力作用下，边缘与自转轴承盘30的中心轴表面相切，靠摩擦力传动。

[0035] 还包括人机交互终端和数字化智能终端，所述ABZ相数字化编码器40、所述磁粉制动器51及人机交互终端分别与数字化智能终端连接。

[0036] 所述人机交互终端通过Zigbee模块与数字化智能终端连接。

[0037] 如图4所示太极基础功法数字式训练装置的主要功能模块包括：1、整体主控电路：主控电路主要负责整体的逻辑控制与各种复杂的数据处理与算法处理。2、数据存储电路：
数据存储电路主要负责运动过程中的运动信息的保存。3、ABZ相编码器模块：ABZ相编码器模块主要对训练过程的速度进行测量，同时对训练仪的不同方向的转动圈数进行统计。4、磁粉制动器模块：磁粉制动器模块主要用于作为阻力发生装置，对应不同的运动情况产生不同阻力大小。

[0038] 所述编码器模块外圈计米轮与训练装置公转柱体圆周传动比例为 95.7:60，编码器模块通过智能终端的定时器捕获接口获取编码器单位时间的转动脉冲数，根据脉冲数与传动比例的关系可以算出训练者的运动圈数，根据ABZ相编码器的AB 相位差判断训练者运动的转动方向。根据两次脉冲之间的时间差判断训练者训练过程的角速度。智能终端将所得的数据进行比较处理并实时给出相应的合理建议。

[0039] 所述磁粉制动器组件通过PWM输出接口与AD读取接口与智能终端相连接，智能终端通过对运动数据的分析得出训练者所需要的负载大小，通过PWM控制电路对磁粉制动器的输出负载进行相应的控制，同时通过AD读取电路实时读取磁粉制动器的电压反馈，实现对负载的闭环控制，最终实现对运动负载的精确调节。

[0040] 结合图5可知，本发明的太极拳基础功法数字化训练装置的智能终端可以在训练过程对训练者的运动数据实时分析评测，当训练者的动作出现较大偏差时，训练装置的智能终端可以通过装置的语音播报模块将错误动作指出，并指导训练者如何修正。

[0041] 训练装置内置多种力量训练模式，其中等速训练模式会实时检测训练者推动转轴的速度，并且根据推动速度与目标速度的误差经过PID 算法，实时调节磁粉制动器PWM控制电路的PWM波占空比。同时PID调节算法的各参数数值会跟随误差的大小实时调节，使得训练装置可以让训练者始终被动的保持在某一恒定速度进行训练。

[0042] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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