一种人体加速设备及其加速方法与流程

1.本发明涉及运动辅助器械技术领域，尤其涉及一种人体加速设备及其加速方法。


背景技术：

2.运动员在短道速滑和高台滑雪体育项目的训练中，往往需要对加速过弯等动作进行专项化训练，使其迅速达到专项训练所需速度，节省运动员体力，提高训练效率。
3.目前还没有针对短道速滑和高台滑雪体育项目专项训练的人体加速设备。
4.因此，需要提供一种适用于短道速滑和高台滑雪项目的人体加速设备，解决运动员在弯道过弯等专项练习前的加速需求。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种人体加速设备及其加速方法，用以解决运动员训练时的加速过程消耗体力过多，影响训练效率问题。
6.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
7.一种人体加速设备，包括：驱动装置、拉绳、卷筒和排线机构；拉绳收卷于卷筒上；驱动装置能够驱动卷筒旋转，卷筒旋转时，能够对拉绳进行收卷或展开；排线机构设置在卷筒的上方，用于压紧卷筒上的拉绳；卷筒收绳时，拉绳拉动运动员加速。
8.进一步地，排线机构包括：滚子和弹簧，滚子能够沿自身轴线转动，且滚子压紧于卷筒的上方；弹簧用于调节滚子与卷筒之间的间距。
9.进一步地，排线机构还包括连杆机构，连杆机构用于限制滚子的运动轨迹。
10.进一步地，连杆机构包括：第一连杆、第二连杆和第三连杆；第一连杆固定安装在人体加速设备的底座上，第二连杆和第三连杆同步运动，且与第一连杆的上端转动连接；第三连杆一端与第一连杆的上端转动连接，另一端连接弹簧；第二连杆一端与第一连杆的上端转动连接，另一端安装滚子；弹簧一段连接第三连杆，另一端与第一连杆的中部或下端固定连接。
11.进一步地，滚子为尼龙材质。
12.进一步地，驱动装置为电机。
13.进一步地，电机通过传动轴与卷筒连接；电机与传动轴之间通过联轴器连接。
14.进一步地，传动轴与卷筒之间安装制动器。
15.进一步地，制动器为电磁失电制动器。
16.一种人体加速方法，采用人体加速设备进行加速，包括以下步骤：
17.步骤s1：展开拉绳；
18.步骤s2：运动员拉住拉绳的端部；
19.步骤s3：电机带动卷筒收绳；拉绳收卷在卷筒上，同时拉绳的端部直线位移，对运动员提供拉力加速度。
20.本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
21.1.本发明的人体加速设备，电机通过联轴器与传动轴相连，通过电机驱动卷筒转动将拉绳回收，通过控制电机的转速使拉绳以一定的加速度不断加速运动。拉绳在卷筒上通过排线机构按顺序卷起。
22.2.本发明的人体加速设备，在电机失电或手动按下急停按钮时，电磁失电制动器可以将卷筒以一定的加速度制动。
23.3.本发明的人体加速设备，可对运动员进行直线加速。本发明的人体加速设备操作简便可靠，能够满足短道速滑和高台滑雪体育项目运动员在专项训练中的辅助加速需求。
24.4.本发明的人体加速设备，拉绳在卷筒上通过排线机构压紧按顺序卷起，排线机构保证了高速收绳工况下的稳定性，不乱绳。
25.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
26.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
27.图1为本发明一实施例的人体加速设备的主视图；
28.图2为本发明一实施例的人体加速设备去除外罩后的左视图；
29.图3为本发明一实施例的人体加速设备去除外罩后的俯视图；
30.图4为本发明一实施例的人体加速设备的排线机构的主视图；
31.图5为本发明一实施例的人体加速设备的左视图；
32.图6为本发明一实施例的人体加速设备去除外罩后的主视图；
33.图7为本发明一实施例的人体加速设备的排线机构的左视图；
34.图8为本发明一实施例的人体加速设备的排线机构的转动轴的立体图；
35.图9为本发明一实施例的人体加速设备的排线原理图；
36.图10为本发明一实施例的人体加速设备的导向机构的原理图；
37.图11为本发明一实施例的人体加速设备的导向机构的导向过程俯视图。
38.附图标记：
39.1-电机；2-拉绳；3-底座；4-卷筒；5-制动器；6-排线机构；7-传动轴；8-联轴器；9-罩体；10-滚子；11-弹簧；12-连杆机构；12-1-第一连杆；12-2-第二连杆；12-3-第三连杆；12-4-转动轴；12-5-第一矩形部；12-6-圆柱部；12-7-第二矩形部；13-第一导向环；14-第二导向环；15-第三导向环。
具体实施方式
40.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
41.实施例1
42.本发明的一个具体实施例，公开了一种人体加速设备，如图1-11所示，包括：驱动装置、拉绳2、卷筒4和排线机构6，其中，拉绳2缠绕于卷筒4上，卷筒4在驱动装置的驱动下旋转，卷筒4旋转时能够将拉绳2展开或收卷，排线机构6能够将拉绳2压紧于卷筒4上，保证拉绳2在卷筒4上按顺序均匀排布。
43.本发明的一种具体实施方式中，驱动装置为电机1，电机1正向或反向旋转时，能够带动卷筒4正向或反向旋转，进而将拉绳2展开或收卷。
44.本发明的一种具体实施方式中，电机1和卷筒4之间通过传动轴7和联轴器8连接。
45.具体地，联轴器8用于连接电机1和传动轴7，保证高速转动时的稳定性。底座3上的电机安装面和轴系之间的安装基准通过机加工保证加工精度，误差控制在1mm以内，保证传动轴7和电机1的输出轴之间的同轴度。
46.具体地，电机1通过过渡轴(电机输出轴)与联轴器8相连，电机1、过渡轴、联轴器8、传动轴7之间均通过键连接实现扭矩传递。
47.进一步地，卷筒4与传动轴7连接，并在传动轴7的带动下旋转。
48.本发明的一种具体实施方式中，排线机构6设置在卷筒4的上方，如图2所示。
49.本发明的一种具体实施方式中，排线机构6包括：滚子10和弹簧11。
50.实施时，滚子10能够相对于卷筒4转动，且滚子10在弹簧11的拉力作用下压紧在卷筒4上。具体地，当卷筒4上缠绕有拉绳2时，滚子10与卷筒4不直接接触，而是压紧卷筒4上的拉绳2，且滚子10与卷筒4之间的初始间距等同于缠绕于卷筒4上的拉绳厚度，在弹簧11的作用下，滚子10与卷筒4之间的间距能够自动调节。
51.进一步地，为了限制滚子10相对卷筒4的位移，保证滚子10对卷筒4压紧状态的稳定性，本发明的一种具体实施方式中，在排线机构6与底座3之间设置连杆机构12。
52.进一步地，如图4、图7所示，连杆机构12包括：第一连杆12-1、第二连杆12-2和第三连杆12-3。
53.其中，第一连杆12-1与底座3固定连接，第二连杆12-2、第三连杆12-3的一端与第一连杆12-1的上端转动连接，且第二连杆12-2和第三连杆12-3同步运动。第三连杆机构12-3的另一端与第一连杆12-1的中部或下端之间设置有弹簧11。
54.进一步地，第二连杆12-2、第三连杆12-3与第一连杆12-1之间通过转动轴12-4连接。具体地，转动轴12-4上设有第一矩形部12-5、圆柱部12-6和第二矩形部12-7；第一连杆12-1套设于转动轴12-4的圆柱部12-6上，且第一连杆12-1于转动轴12-4能够相对旋转，第二连杆12-2套设于第一矩形部12-5，第三连杆12-3套设于第二矩形部12-7；进而实现了第二连杆12-2和第三连杆12-3同步转动轴12-4运动，转动轴12-4于第一连杆12-1能够相对旋转。
55.实施时，如图2、图7所示，弹簧11拉动第二连杆12-2和第三连杆12-3相对于第一连杆12-1顺时针转动，进而使滚子10压紧在卷筒4上。卷筒4收绳过程中，随着拉绳2在卷筒4上多层排线卷筒4上的拉绳2的厚度逐渐增加，此时，滚子10与卷筒4之间的间距逐渐增大，滚子10带动第二连杆12-2和第三连杆12-3相对于第一连杆12-1逆时针旋转，第三连杆12-3进一步拉伸弹簧11，弹簧11拉动滚子10压紧在卷筒4上，并通过连杆机构12设计保证滚子10的压紧力约等于弹簧11的拉力。弹簧11保证滚子10始终压紧在卷筒4上，进而实现拉绳2在卷筒4上的多层自适应排线。
56.示例性地，卷筒4放绳时，卷筒4上的拉绳2逐渐减少，弹簧11拉动第二连杆12-2和第三连杆12-3顺时针转动，进而使滚子10与卷筒4之间的间距缩小，滚子10始终压紧在卷筒4上。当卷筒4收绳时，拉绳2在卷筒4上不断缠绕，随着拉绳2逐渐缠绕于卷筒4，卷筒4上收卷的拉绳2的厚度不断增加，进而滚子10与卷筒4之间的间距加大，弹簧11长度逐渐伸长，保持滚子10始终压紧在卷筒4上。
57.进一步地，滚子10包括转动体和滚轴。具体地，转动体通过轴承与滚轴转动连接。
58.本发明的一种具体实施方式中，滚子10采用尼龙材料。
59.进一步的，本发明还设置有失电制动装置，失电制动装置保证断电等突发情况下电机减速刹车，保证使用人员的安全性。失电制动装置为制动器5，制动器5选择电磁失电制动器，工作时常供24v直流电，在失电时，制动器开始制动。在电机失电或手动按下急停按钮时，电磁失电制动器可以将卷筒4以一定的加速度制动。
60.具体地，制动器5安装在卷筒4和传动轴7之间。
61.进一步地，制动器5外圈通过法兰与卷筒4的轴座固定，内圈与传动轴7通过键连接和挡圈固定。制动器5在电机1失电或手动按下急停按钮时可以将卷筒4以一定的加速度制动。制动器选择电磁失电制动器，工作时常供24v直流电，在失电时，制动器开始制动。
62.本发明的一种具体实施方式中，传动轴7采用45钢材料，卷筒4采用铝材料，经过仿真计算和试验验证，该结构既能满足转动惯量不大于9kg.m2，又能满足拉绳最大加速度0.5g和制动加速度1g的强度要求。
63.进一步地，为了保证轴系稳定性，卷筒4两侧分别采用2个角接触球轴承支撑。
64.进一步地，电机1、卷筒4均安装在底座3上，且外部罩有罩体9。
65.进一步地，底座3采用80
×
80
×
5规格的方管和钢板拼焊而成。轴系和电机1的安装位置预留加工余量，焊接完成去应力后机加成型，焊接后机加工基准面。
66.进一步地，卷筒4采用铝合金型材和铝板焊接而成，铝合金型材尺寸为30
×
30
×
3，铝板厚度为5mm。为了保证整体刚度，中轴采用钢轴，通过法兰与传动轴连接。
67.本发明的人体加速设备工作时，启动电机，将拉绳2展开，运动员抓紧拉绳头部把手，电机1带动卷筒4转动收绳，运动员开始加速，加速至所需速度后，运动员将拉绳甩开，电机减速刹车，完成整个辅助加速工作。
68.本发明的一种具体实施方式中，还设有导向结构，用于对拉绳2进行导向，保证拉绳2手绳过程始终处于直线状态，进而保证对运动员的直线加速。
69.本发明的一种具体实施方式中，导向结构包括：第一导向环13、第二导向环14和第三导向环15。
70.具体地，第一导向环13、第二导向环14和第三导向环15位于初始位置时竖直向上，且面向卷筒4的中部。
71.其中，第三导向环15固定安装在底座3上。第三导向环15用于维持拉绳2的伸出部分始终位于同一直线，保证拉绳2的直线运动进而实现对运动员的直线加速。
72.第一导向环13和第二导向环14均转动安装在底座3上，具体地，第一导向环13和第二导向环14与底座3之间铰接连接，第一导向环13、第二导向环14均能够沿卷筒4的轴线方向摆动。即第一导向环13、第二导向环14能够相对于卷筒4左右摆动。
73.进一步地，拉绳2依次穿过第一导向环13、第二导向环14和第三导向环。
74.进一步地，第一导向环13、第二导向环14和第三导向环15均包括：拉绳导向环和支撑杆。拉绳导向环设置在支撑杆的上端，且拉绳导向环的高度与卷筒4齐平，即拉绳导向环的中心与卷筒4的轴线位于同一水平面。具体地，第一导向环13包括：第一拉绳导向环和第一支撑杆；其中，拉绳2穿过第一拉绳导向环；第一支撑杆的上端固定安装第一拉绳导向环，下端与底座3转动安装。第二导向环14包括：第二拉绳导向环和第二支撑杆；其中，拉绳2穿过第二拉绳导向环，第二支撑杆上端固定安装第二拉绳导向环，下端转动安装在底座3上。第三导向环15包括：第三拉绳导向环和第三支撑杆，第三支撑杆上端固定安装第三拉绳导向环，下端与底座3固定连接，拉绳2穿过第三拉绳导向环后端部作为运动员的拉紧端。
75.进一步地，拉绳2的端部设置拉环，加速时，运动员拉紧拉环。具体地，为了提高使用舒适度，拉环采用橡胶材质。
76.进一步地，拉环上设置速度传感器和提示器。
77.具体地，速度传感器采用激光测速器。对应地，在外罩9上设置测速标识，使用时，人体加速设备本体位置固定，通过速度传感器(激光测速器)监测拉环和测速标识之间的相对速度，得出运动员的移动速度。
78.具体地，提示器用于提示速度的大小。
79.进一步地，速度传感器监测到的速度信息以无线信号的方式传递至提示器，提示器根据速度传感器监测到的速度信息发出语音提示。示例性地，提示器提示运动速度已达2m/s、3m/s、5m/s(具体提示的速度大小和间隔可根据需要设定)。
80.其中，第一导向环13从初始位置向左右两侧的摆动角均为45
°
，第二导向环14从初始位置的向左右两侧的摆动角为30
°
。即第一导向环13的摆角为90
°
，第二导向环14的摆角为60
°
。
81.实施时：电机1带动卷筒4旋转回收拉绳2，拉绳2在卷筒4上从左至右，然后又从右至左往复排线，拉绳2排线过程中，第一导向环13和第二导向环14跟随拉绳2左右摆动。第一导向环13和第二导向环14用于对卷筒4和第三导向环15之间的拉绳2进行导向，避免拉绳2和第三导向环15之间存在较大的转角，减小拉绳2与第三导向环15之间的摩擦力，保证拉绳2的顺利回收。第三导向环15用于维持第三导向环15与运动员之间的拉绳2始终在同一直线运动，实现对运动员的直线加速，同时避免拉绳2的偏移拉力影响运动员的加速稳定性。
82.进一步地，底座3的下方安装有滚轮，使人体加速设备能够在人力推动下进行位置转移。具体地，滚轮的前进方向平行于卷筒4的轴线方向，即滚轮的滚动方向与拉绳2的拉力方向垂直，避免对人体进行加速时设备发生位移。
83.实施例2
84.本实施例提供一种人体加速方法，采用实施例1中的人体加速设备，具体地，所述人体加速方法包括以下步骤：
85.步骤s1：展开拉绳2；
86.步骤s2：运动员拉住拉绳2的端部；
87.步骤s3：电机1带动卷筒4收绳；拉绳2收卷在卷筒4上，同时拉绳2的端部直线位移，对运动员提供拉力加速度。
88.进一步地，所述步骤s1中，拉绳2端部依次穿过第一导向环13、第二导向环14和第三导向环15，拉绳2展开同时带动卷筒4转动。
89.进一步地，所述步骤s3中，电机1旋转，并通过传动轴7带动卷筒4旋转，卷筒4转动时将拉绳2收卷在卷筒4上，且拉绳2在第一导向环13、第二导向环14和第三导向环15的导向作用下端部沿直线移动。
90.具体地，如图10所示，拉绳2缠绕于卷筒4左侧时，第一导向环13和第二导向环14向左侧偏移，拉绳2在卷筒4上顺序收拢，拉绳2缠绕于卷筒4右侧时，第一导向环13和第二导向环14向右侧偏移，对拉绳2进行导向。
91.具体地，如图11所示，第三导向环15固定于底座3上，用于维持拉绳2伸出第三导向环15的部分始终位于同一直线，进而实现对运动员的直线加速。
92.进一步地，所述步骤s2中，拉绳2的端部设有拉环，运动员拉紧拉环。
93.进一步地，所述步骤s3中，制动器5为电磁失电制动器，在电机失电或手动按下急停按钮时，电磁失电制动器可以将卷筒4以一定的加速度制动。
94.进一步地，所述步骤s3中，卷筒4收绳过程中，排线机构6的滚子始终压紧在卷筒4的上方，满足多层自适应往复排线的要求，以及在加速过程、减速过程、甩绳后均能保证平稳收线。
95.具体地，所述步骤s3中，弹簧11始终处于拉伸状态，弹簧11的拉力使滚子10将拉绳2压紧在卷筒4上，且随着卷筒4上缠绕拉绳2的层数增加，弹簧11的长度伸长，实现滚子10与卷筒4之间的自动适应。弹簧11保证滚子10始终压紧在卷筒4上，进而实现拉绳2在卷筒4上的多层自适应排线。
96.进一步地，所述步骤s3中，通过速度传感器实时监测运动员的速度信息。并且，通过提示器播报运动员的实时速度。当运动员加速到所需速度时，提示器播报提醒运动员松开拉绳2的端部，此时拉绳2能够自动收卷在卷筒4上。
97.与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有如下有益效果之一：
98.本发明可满足运动员最高速度30m/s，最大拉力120kgf的辅助加速需求，具备失电制动和紧急制动功能，加速装置在室内能够人工推行转移，同时能够满足吊车吊装与叉车转运的需求。
99.本发明的人体加速设备设计有失电制动和紧急制动功能，制动器5在电机1失电或手动按下急停按钮时可以将卷筒4以一定的加速度制动。失电制动装置保证断电等突发情况下电机减速刹车，保证使用人员的安全性。
100.本发明的人体加速设备的排线机构6由滚子10、弹簧11和轴承组成。滚子10采用尼龙材料，通过轴承与轴连接。弹簧11拉动连杆控制滚子压紧在卷筒上。通过保证滚子压紧力约等于弹簧拉力，满足多层自适应往复排线的要求，在加速过程、减速过程、甩绳后均能保证平稳收线。
101.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。