一种用于跑步训练的辅助装置

1.本发明属于田径训练设备技术领域，具体涉及一种用于跑步训练的辅助装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，许多新的训练理念和技术逐渐应用到运动训练过程中。相比较于传统埋头苦练的训练模式而言，采用更加科学的技术手段辅助训练已经成功令运动员在很多领域崭露头角。例如在短跑训练中，为了获取运动员的运动数据来帮助运动员分析训练的水平，人们发明了许多专门用于短跑训练的设备。其中，公开号为“cn212466962u”的中国专利公开了一种用于短跑训练仪器，通过在运动员腰部佩戴连接重力架的腰环来实现增加训练过程中的阻力，进而提高运动员跑步水平。公开号为“cn109224426a
”ꢀ
的中国专利公开了一种起跑测量装置，能够调节脚蹬的间距并记录起跑瞬间的受力，从而帮助运动员获得最佳起跑姿势。此外，在诸多相关论文中，研究者们也公开了许多研究成果，通过大量的运动数据来揭示阻抗训练与短跑运动员速度之间的关系，以及姿态对运动成绩的影响等，从而更好地指导运动员的训练，提高运动成绩。
3.但是对于短跑项目而言，其运动过程包含两方面，一是起跑阶段，二是途中跑阶段。而现有技术中的设备都仅仅针对其中某个阶段进行辅助训练，无法兼顾整个过程，更无法获取足够多的运动数据，因此对运动员的帮助有限。
4.综上所示，有必要设计一种新的辅助装置，能够尽可能多的获取各个阶段的运动数据，更好的帮助运动员提升运动水平。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于跑步训练的辅助装置，能够记录运动员在每个阶段的主要运动数据，从而更好的指导运动员进行训练，提高运动成绩。
6.本发明是这样实现的：一种用于跑步训练的辅助装置，包括装置本体，所述装置本体的正面设置有一对可调式起跑装置和收容所述可调式起跑装置的第一收容槽，其内部安装有磁阻卷扬装置和控制装置，其侧面设置有触摸屏和按键面板，所述磁阻卷扬装置连接并缠绕有牵引绳，所述牵引绳能够穿过所述装置本体的正面的出线孔向外伸出以连接一腰带，所述腰带设置在所述装置本体的正面外部；所述可调式起跑装置竖直放置后能够收纳在所述装置本体的第一收容槽中，其水平放于地面后处于使用状态；所述控制装置能够接受所述触摸屏和按键面板的指令控制并记录所述可调式起跑装置和磁阻卷扬装置的工作参数，并将所述工作参数显示于所述触摸屏上。
7.进一步地，所述可调式起跑装置包括兼做轨道的底座，所述底座安装有起跑座和调节所述起跑座在底座上移动距离的第一驱动装置，所述第一驱动装置具有检测其自身伸缩长度的位移传感器；所述起跑座上安装有脚蹬板和调节所述脚蹬板角度的第二驱动装置，所述第二驱动装置通过连杆铰接所述脚蹬板，所述连杆的下端与所述起跑座形成水平移动连接；所述脚蹬板的背面安装有倾角传感器，其正面安装有薄膜压力传感器和防滑垫。
8.进一步地，所述起跑座的两侧安装有至少两个轴承，所述底座表面沿长度方向设置有两个台阶，所述起跑座两侧的轴承与对应一侧的台阶表面形成滚动连接。
9.进一步地，所述装置本体的底部设置有固定轮和万向轮，所述固定轮在前、所述万向轮在后；其背面设置有拉杆和收容所述拉杆的第二收容槽；所述底座的底面设置有防滑纹或防滑钉，所述装置本体内设置有底部配重块；所述装置本体内设置有一对支撑推杆，所述支撑推杆的一端铰接安装，另一端与对应的所述底座铰接相连。
10.进一步地，所述磁阻卷扬装置包括电动卷扬筒、扭矩传感器、磁性阻尼和同步缠绕机构；所述电动卷扬筒转动安装，其一端通过扭矩传感器与所述磁性阻尼连接，另一端通过齿轮传动机构与所述同步缠绕机构连接；所述同步缠绕机构具有一个供牵引绳穿过的导向环，所述导向环能够跟随所述电动卷扬筒的旋转而轴向移动。
11.进一步地，所述同步缠绕机构包括丝杆、光杆和同步座；所述丝杆转动安装，所述光杆 固定安装，且两者的轴线均平行于所述电动卷扬筒的轴线；所述同步座与所述光杆滑动连接，其与所述丝杆螺纹连接；所述导向环设置在所述同步座上；所述丝杆的端部与所述齿轮传动机构的输出轴连接。
12.进一步地，所述电动卷扬筒的外圆面设置有螺旋槽；所述电动卷扬筒每转动一圈，所述导向环移动的距离等于所述螺旋槽的螺距。
13.进一步地，所述装置本体内设置有一对水平辊，所述水平辊一上一下水平设置在所述正面的出线孔的后方，并形成供所述牵引绳穿过的间隙；所述竖直辊一左一右竖直设置在所述水平辊的后方，并形成供所述牵引绳穿过的间隙。
14.进一步地，其中一个竖直辊或水平辊还连接有编码器，所述编码器与所述控制装置电性连接。
15.进一步地，所述装置本体中还设置有电池，所述电池为整体供电。
16.本发明带来的有益效果是：1、本发明中的可调式起跑装置能够记录起跑阶段的运动数据，而磁阻卷扬装置能够记录途中跑阶段的运动数据，通过获取两个阶段的所有相关数据，从而有助于分析运动员的最佳训练状态，帮助运动员改善起跑姿势的同时也锻炼了体能，提高训练成绩。
17.2、本发明中的可调式起跑装置采取可收纳的方式安装，能够在使用时放平，在用毕后收起，从而减小非使用状态下整体的占用面积。
18.3、本发明采用拖行的方式实现整体的移动，从而在训练场地中灵活移动满足训练需求。
19.4、本发明中的磁阻卷扬装置具有同步收放线功能，能够使牵引绳均匀的缠绕在电动卷扬筒上，避免相互之间发生接触而互相摩擦，提高了牵引绳的使用寿命。
附图说明
20.图1为本发明一个优选实施例在正面视角下的结构立体图；图2为图1所示实施例在背面视角下的结构立体图；图3为图1所示实施例的结构前视图；图4为图3中a-a线的结构剖视图；图5为图1所示实施例在正面视角下处于使用状态时的结构立体图；
图6为图1所示实施例在背面视角下处于拖行状态时的结构立体图；图7为图1所示实施例中可调式起跑装置的结构立体图；图8为图7中i处的局部放大图；图9为图1所示实施例中磁阻卷扬装置的结构立体图（图中箭头方向为收线和出线方向）；图10为图1所示实施例中脚蹬板上薄膜压力传感器的分布示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步描述。
22.以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.如图1至10所示，一种用于跑步训练的辅助装置，包括装置本体1，装置本体1的外部结构呈现立式的长方体形状，其顶部开口并安装有顶盖7。装置本体1的正面设置有一对可调式起跑装置2和收容可调式起跑装置2的第一收容槽13，其内部安装有磁阻卷扬装置18和控制装置14，其侧面设置有触摸屏3和按键面板2。可调式起跑装置2以底部铰接的方式安装，从而在竖直放置后能够收纳在装置本体1的第一收容槽13中，其水平放于地面后处于使用状态。
24.如图7和8所示，可调式起跑装置2包括兼做轨道的底座21，底座21表面沿长度方向设置有两个台阶，台阶的作用是在其表面提供一个轨道面。底座21的底端采用铰接方式安装在第一收容槽13的底部，其顶端设置有插槽，第一收容槽13的顶部设置有电子插销。可调式起跑装置2竖起后通过电子插销的插销插入插槽中将可调式起跑装置2锁住。使用时再控制电子插销使其插销回缩从而接触锁定，令可调式起跑装置2可以放平。
25.底座21安装有起跑座20和调节起跑座20在底座21上移动距离的第一驱动装置19。起跑座20的两侧安装有至少两个轴承26，起跑座20两侧的轴承26与对应一侧的台阶的轨道面形成滚动连接。通过这种方式实现起跑座20在底座21中的移动。第一驱动装置19具有检测其自身伸缩长度的位移传感器。在第一驱动装置19的驱动下，起跑座20在底座21上沿直线移动，通过位移传感器记录起跑座20的位移数据，从而实现运动员双脚落脚点位置的调节。
26.起跑座20上安装有脚蹬板25和调节脚蹬板25角度的第二驱动装置22。脚蹬板25的底部采用铰接方式安装，第二驱动装置22通过连杆23铰接脚蹬板25，连杆23的下端枢轴与起跑座20上的水平槽形成水平移动连接。脚蹬板25的背面安装有倾角传感器24，其正面安装有薄膜压力传感器37和防滑垫20。如图10所示，薄膜压力传感器37在脚蹬板25上共分布有两列，每列均包括两个等距设置的薄膜压力传感器37，分别对应脚底的大拇脚指、第一跖趾关节、小拇脚趾和第五跖趾关节四个主要发力部位。
27.在第二驱动装置22的驱动下，连杆23的底部枢轴水平直线移动，使脚蹬板25的倾斜角度发生变化，通过倾角传感器24记录脚蹬板25的倾角数据，从而实现运动员的双脚姿态的调节。当运动员起跑的瞬间，薄膜压力传感器37检测到瞬时的蹬力，通过蹬力大小可以辅助教练员分析脚蹬板25的最佳倾角和起跑座20的最佳位置。通过可调式起跑装置2能够调整每个运动员的最佳起跑姿态，并将其记录下来，保存到存储器中。
28.如图9所示，磁阻卷扬装置18连接并缠绕有牵引绳11，牵引绳11能够穿过装置本体1的正面的出线孔12向外伸出并连接一腰带6，腰带6设置在装置本体1的正面外部。腰带6通过卡扣连接成套，从而佩戴到运动员的腰部。运动员向前奔跑时，通过腰带6将牵引绳11逐渐拉出。
29.磁阻卷扬装置18包括电动卷扬筒29、扭矩传感器36、磁性阻尼30和同步缠绕机构。电动卷扬筒29转动安装，其一端通过扭矩传感器36与磁性阻尼30连接，另一端通过齿轮传动机构35与同步缠绕机构连接。轴与轴之间通过联轴器连接。在运动员向前奔跑的过程中，牵引绳11被持续拉出，磁性阻尼30产生一个扭矩阻尼，使运动员进行抗阻训练。同时，扭矩传感器36持续检测当前扭矩，然后通过计算得到当前的阻力值。在奔跑过程中，电动卷扬筒29处于不通电状态，从而正常的输出牵引绳11，当运动结束后，运动员卸下腰带6，然后启动电动卷扬筒29将牵引绳11收卷缠绕起来。
30.同步缠绕机构具有一个供牵引绳11穿过的导向环32，导向环32能够跟随电动卷扬筒29的旋转而轴向移动。具体地，同步缠绕机构包括丝杆31、光杆34、同步座33。丝杆31转动安装在两个固定座之间，光杆 34固定安装在两个固定座之间，且两者的轴线均平行于电动卷扬筒29的轴线，固定座固定安装在装置本体1内。同步座33与光杆34滑动连接，其与丝杆31螺纹连接。在光杆34的导向下，同步座33沿轴向移动。导向环32设置在同步座33上。丝杆31的端部与齿轮传动机构35的输出轴连接。随着电动卷扬筒29的转动，其产生的扭矩通过齿轮传动机构35传递到丝杆31上，驱使丝杆31同步转动。在螺纹配合的作用下，同步座33沿轴向移动。
31.为了使牵引绳11能够更好地缠绕到电动卷扬筒29上，使牵引绳11之间会产生接触而相互摩擦，因此电动卷扬筒29的外圆面设置有螺旋槽，牵引绳11缠绕到螺旋槽中。通过对丝杠31上螺纹的螺距和齿轮传动机构35的传动比的设定，使电动卷扬筒29每转动一圈，导向环32移动的距离等于螺旋槽的螺距。这样一来，电动卷扬筒29上的牵引绳11可以始终以切线方向被拉出或缠绕到电动卷扬筒29的外圆面上。
32.装置本体1内设置有一对水平辊15和一对竖直辊27，水平辊15一上一下水平设置在正面的出线孔12的后方，并形成供牵引绳11穿过的间隙。竖直辊27一左一右竖直设置在水平辊15的后方，并形成供牵引绳11穿过的间隙。水平辊15和竖直辊27的作用是对牵引绳11进行导向，使其同轴从出线孔12输出。这样就可以减少牵引绳11与出线孔12的接触几率，从而有效防止两者磨损。此外，还由于水平辊15和竖直辊27对牵引绳11提供一定夹持力，避免牵引绳11产生跳动而影响其收放。
33.为了检测牵引绳11的出线速度，其中一个竖直辊27或水平辊15还连接有编码器28，编码器28与控制装置14电性连接。本例中，其中一个竖直辊27的端部连接编码器28，利用编码器28对竖直辊27的旋转圈数，然后通过计算得到竖直辊27的线速度，即牵引绳11的出线速度，也即运动员的速度。这样能够记录下运动员在奔跑过程中，牵引绳11的出线速度和阻力值的变化曲线图，从而知晓运动员的运动状态，有助于调整训练策略，制定更好的训练计划。需要说明的是，水平辊15和竖直辊27的辊面均设置有匹配牵引绳11外圆面的凹槽。
34.控制装置14能够接受触摸屏3和按键面板2的指令控制并记录可调式起跑装置2和磁阻卷扬装置18的工作参数，并将工作参数显示于触摸屏3上。按键面板2包括开机按键、数字按键、方向按键和关机按键等。触摸屏3具有显示数据和接收用户指令输入的功能。控制
装置14本身包括单片机和常用线缆接口，并且具有计时和起跑发令的功能。
35.为了实现便携移动本装置，装置本体1的底部设置有固定轮4和万向轮10，固定轮4在前、万向轮10在后，其背面设置有拉杆9和收容拉杆9的第二收容槽8，拉出拉杆9后即可拖动整个装置移动。底座21的底面设置有防滑纹或防滑钉，这样一来，能够在可调式起跑装置2放平后增大地面的摩擦力，从而避免起跑瞬间的蹬力而使本装置位移。在塑胶跑道或渣土跑道上使用本装置更加稳定，防滑钉能够插入地面，将本装置固定与地面。此外，为了防止装置本体1向前倾倒，装置本体1内设置有底部配重块和一对支撑推杆38。支撑推杆38的一端铰接安装，另一端与对应的底座21铰接相连，底部配重块能够使装置本体1的重心下移，支撑推杆38向前伸出后将可调式起跑装置2放平至地面，增加了阻力臂，从而避免装置本体向前倾倒，提高了稳定性。支撑推杆38回缩后将可调式起跑装置2收容于第一收容槽13中。
36.为了能够在无法通过市政电网供电的场合下进行训练，装置本体1中还设置有电池16，电池16为整体供电。例如在室外，装置本身的电源线的长度无法连接市政电网，此时就通过电池16进行供电。电池16也具有较大的质量，能够配合底部配重块进一步提高装置本体1的稳定性。
37.本发明的工作原理及过程在进行训练时，工作人员拉出拉杆9将本装置拖到跑道起跑线的后方，接好电源后按下开机按键或直接按下开机按键启动本装置。接着将可调式起跑装置2放平，运动员到位后开始调整起跑动作，本装置记录好运动员双脚的落脚点位置及脚蹬板的角度。在调整完毕后，运动员系好腰带6，工作人员在触摸屏3上选择好抗阻训练的阻力值等参数后点击开始按钮。运动员准备好蹲踞式起跑姿势，随着装置倒计时结束并发令，运动员随即起跑开始训练。装置记录运动员在整个跑步过程中的蹬踏脚蹬板25的蹬力、反应时间、实时阻力值、实时速度、用时等参数。跑步结束后，装置停止记录运动数据，并将已记录的数据整理成曲线图显示在触摸屏3上。运动员将腰带6解下，然后电动卷扬筒29启动将牵引绳11收卷缠绕至初始状态，准备继续下一次的训练。
38.工作人员点击保存按钮即可保存每次训练的数据，供日后分析。经过多次训练，运动员可以确定最适合自己的起跑姿势和途中跑阻力值。这样后面再训练时，本装置可以直接根据运动员的名字自动调整好可调式起跑装置2的姿态和磁阻卷扬装置18的阻力值。
39.除了在跑道上应用以外，本发明中的装置也可以在跑步机上应用。也即运动员在跑步机上进行持续的有氧训练，训练过程中腰带6系在训练者的腰部，通过调节磁阻卷扬装置18的阻力大小来进行抗组训练。记录训练者达到最佳训练效果时的阻力值。在该模式下，不需要使用起跑装置，因此不会记录起跑数据，仅适合记录途中跑数据，满足长跑运动员的训练要求。
40.需要说明的是，本发明的改进点在于提供一种硬件构成的结构，从而能够记录运动参数，不涉及对控制方式的改进或对数据的分析处理过程，前者为常规手段，后者需要需要结合实际需求，因此对控制方式的原理和数据的分析不做赘述。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
42.此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
43.因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
44.本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。
46.对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。