CN101036834A - 自行车起跑训练器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种到自行车起跑训练装置及其配套操作方法，所述训练装置包括支撑夹紧自行车的机械装置、气动系统和检测控制系统；所述的配套操作方法包括配套软件方法，与现有技术相比，本发明所公开的起跑训练器的有益效果是不言而喻的，它以PLC、单片机作为控制器，智能化程度高，软件方法新颖。设备操作简便、安全可靠、成本低廉、外表美观。对于帮助运动员提高起跑反应速度，提高比赛成绩具有重要作用。

Description

自行车起跑训练器

技术领域

本发明涉及体育训练设备，尤其涉及一种自行车起跑训练装置及其配套操作方法。

背景技术

场地自行车竞赛属于短距离比赛项目，由于赛程较短，起跑阶段就是一个关键环节。在发令枪响的瞬间，运动员就需要冲出起跑点。速度从零开始加速，前几秒最为关键，起跑阶段状态如何对于比赛成绩至关重要。运动员在平日训练中如果能够进行系统的起跑反应训练，对于提高自身成绩会有很大的帮助。自行车起跑训练需要相关设备——起跑训练器(简称起跑器)辅助。起跑前，自行车要被夹紧定位，运动员以“预备”姿势骑在车上，一旦发令枪响，夹紧装置瞬间松开，运动员驾驶自行车如离弦之箭冲出起跑点，起跑过程中的有关数据纪录在设备中，以供训练参考。

然而受设备条件限制，运动员很难有大块时间进行专项的起跑训练，运动员无法掌握启动规律，掌握最佳提前用力量，启动慢成为影响成绩的难题。

发明内容

针对现场的迫切需求，本发明旨在公开一套体育训练设备，用于自行车起跑训练，并根据国际比赛要求，对起跑阶段及比赛过程进行全程管理与控制。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种自行车起跑训练器，其特征在于包括支撑夹紧自行车的机械装置、气动系统和检测控制系统；

起跑前，运动员以“预备”姿势骑在车上，自行车要被夹紧定位。对于支撑夹紧自行车的机械装置具体要求为：

(1)整体支架：起跑器整体支架应在场地中支撑稳定。由于场地自行车的比赛现场有一定的倾斜，因此支架应具有调节能力。

(2)可调节托架：从起跑器中伸出球形杆，杆头部分由一个V型卡槽支撑于自行车座下的轴上，防止自行车倾斜。能够做到上下、前后调节方便，伸缩自如，缩紧可靠。

(3)移动转轮：由于起跑器主要部分都固定在支架上，因移动需要具有行走功能。

(4)气压锁紧装置支架：该部分支架应根据不同的自行车规格，可以做上下、前后调整，并保证可靠锁紧。

为实现上述要求，所述的支撑夹紧自行车的机械装置包括整体支架、可调节托架、移动转轮和气压锁紧装置支架；

所述的整体支架起跑器架、手柄球、螺杆、螺母、球形杆和支撑球形杆的胶碗，手柄球固接于螺杆顶部，螺杆与球形杆螺纹联接，球形杆插套于起跑架底部侧梁，旋转手柄球，螺杆上下伸缩；所述的移动转轮位于起跑架底部的另一侧梁下，与球形杆相对位置；所述的可调节托架包括固接并相互垂直布置的座位垂直升降架和座位支撑插，其中座位垂直升降架由相互套接可伸缩的钢结构组成，固接于整体支架，座位支撑插也是相互套接的可伸缩钢结构，其端部由一个V型卡槽支撑于自行车座下的轴上；所述的气压锁紧装置支架包括车轮挡、空气阀架和垂直升降支架，其中垂直升降支架固装于整体支架，空气阀架两端分别与垂直升降支架和车轮挡固接，空气阀架与垂直升降支架均可伸缩由两个相互套接的钢结构构成，车轮挡的与自行车相抵的一端为与自行车轮相配合的弧形结构。

设计的气动系统能够完成对自行车的夹紧和松开。起跑前，按下“夹紧”按钮，气动系统驱动锁紧装置将自行车后轮夹住，一旦发令枪响，夹紧装置要保证瞬间松开。具体要求为：

(1)手动按钮可以控制气缸的夹紧和松开，发令枪的电控信号也可以控制气缸的松开。

(2)两夹紧气缸要同步可调，保证自行车被定位在中间位置。

(3)气缸杆应防转，保证夹紧头不转动。

为实现上述要求，所述的气动系统包括压力表、电磁换向阀、手动换向阀、梭阀、气动换向阀、速度控制阀、两个防转气缸和消声器；手动换向阀控制气动换向阀，并通过速度控制阀控制两个气缸杆的同步伸缩，自行车的后轮处于两个气缸中间，两气缸杆伸出状态下，自行车后轮被夹住，两气缸杆缩回状态下，后轮则被松开；另一方面，在接收到发令信号状态下，电磁换向阀和梭阀配合，控制气动换向阀，并通过速度控制阀，实现两气缸杆的同步收缩；所述的气缸杆是六角形。不是普通的圆形，具有防转功能，无需另加导向杆，简化了结构。

设备的电气部分为检测控制系统，该系统以可编程控制器(PLC)为主控制器、单片机为辅助控制器，负责控制起跑过程，检测起跑过程中有关参数并进行存储分析。具体要求为：

(1)起跑器通过电子显示牌从视觉上给运动员以起跑提示信号。显示牌采用高亮度发光二极管点阵方式布置，适用于室外强光下工作；

(2)起跑器通过电子发令枪从听觉上给运动员以起跑提示信号。电子发令枪声音响亮，不受环境影响，控制方便；

(3)选用PLC作主控制器，工作可靠。配置触摸屏，方便参数调整，使用者容易掌握；

(4)通过电磁阀控制气动系统工作；

(5)调节参数指标与国外设备相同，运行过程与国外比赛进程相同；

(6)电源采用汽车电瓶直流供电和220V交流供电两种模式，满足野外训练的需要；交流供电时220V不进入运动员活动区域，保证运动员和操作人员的安全。

为实现上述要求，所述的检测控制系统包括主控器、辅助控制器、光电传感器、触点开关和电磁换向阀，所述主控器为PLC，将光电传感器传回的起动信号和触点开关传回的测量信号进行处理，后通过触摸屏显示出来，也可通过触摸屏对PLC内部参数进行设定；其中辅助控制器为单片机，通过串行接口与PLC通信，并由并行口经驱动器控制显示牌的数据显示，所述显示牌为LED显示牌；其中PLC还给出电磁换向阀的控制信号和控制语音芯片发出不同的声音。

上述的自行车起跑训练器的操作流程，其特征在于包括如下阶段及步骤：

(i)起跑预备阶段

按下气动夹紧按钮，机械装置将自行车夹紧定位；按下“启动/停止”按钮，红色信号灯点亮，电子显示牌显示倒计时初值，启动倒计时；

(ii)倒计时阶段

此后每隔一秒，显示牌显示的数字减一，减至规定时间时，所述起跑训练器的扬声器发出“长提示音”，此后每隔一秒，显示牌减一的同时，扬声器发出一声“短提示音”；

(iii)起跑阶段

当计时减一为零时，下述过程同时发生：扬声器发出“枪声”；红色信号灯熄灭；绿色信号灯点亮；夹紧装置松开自行车，运动员骑车冲出起跑线；

(iv)比赛阶段

主控器纪录下运动员起跑反应时间，并控制显示牌显示运动员的骑行时间；当运动员到达各指定的观测点时，主控器纪录下到达各点时间；

再次按下“启动/停止”按钮，起跑器工作结束。

与现有技术相比，本发明所公开的起跑训练器的有益效果是不言而喻的，它以PLC、单片机作为控制器，智能化程度高，软件方法新颖。设备操作简便、安全可靠、成本低廉、外表美观。对于帮助运动员提高起跑反应速度，提高比赛成绩具有重要作用。

附图说明

本发明附图5张，其中

图1是起跑器检测控制系统结构图；

图2是起跑器气动系统原理图；

图3是起跑器机械装置结构图；

图4是图3的右视图；

图5是起跑器操作流程图。

图中，1、起跑器架 2、座位支撑插 3、空气阀架 4、手柄球 5、螺杆6、螺母 7、球形杆 8、胶碗 9、移动转轮 14、垂直升降支架 15、车轮挡 16、座位垂直升降架 21、压力表 22、电磁换向阀 23、气动换向阀 24、梭阀25、气动换向阀 26、速度控制阀 27、两个防转气缸 28、消声器。

具体实施方式

起跑器的外形构造分为两部分，包括用于自行车定位主体部分，它位于起跑点；以及位于跑道一侧距离主体前方10米以内的显示牌。通过电缆将两部分连接起来，交流220V从显示牌一侧输入后转为安全电压，保证运动员和操作人员的安全。

检测控制系统的组成结构如图1所示：

主控器是系统的核心部件，其输入I/O口接收起跑反应传感器、手动控制按钮和测量点遥控开关的输入信号；其输出I/O口控制电子发令枪、红绿信号灯和电磁阀的工作过程；通过串行口控制电子显示牌的工作，通过串行口与触摸屏交换数据。为了保证系统工作的可靠性，选用适合工业环境使用的可编程控制器(PLC)作主控器。

触摸屏的作用有两个，其一是设定参数，如倒计时时间、运动员编号等，便于现场调整；其二是显示检测数据，所有的检测数据均存在PLC的内存中，通过触摸屏可以调出观看。选用与PLC配套的触摸屏。

电子显示牌为运动员提供视觉提示。其设置位置离起跑点有一定的距离(10米以内)。在电子显示牌电路中，使用单片机作为辅助控制器。一方面单片机的并行口经驱动器控制显示牌的数据显示；另一方面单片机串行口与PLC进行通信，通信协议自定义，保证主控器的数据及时准确出现在电子显示牌上。由于显示牌字型较大，需要用高亮度发光二极管(LED)自行设计制作，确保显示清晰。

电子发令枪为运动员提供声觉提示。发出的声音有三种：长提示音、短提示音、发令枪声。长、短提示音可以共用一个音源数据，控制放音时间即可。采用计算机语音存储与再生技术，将录制的语音数据存储在专用芯片中。放音时在PLC的控制下，将语音信号调出，经功率放大器放大，由扬声器输出。自行车的夹紧定位由气动系统负责。设置两个手动按钮，可由手动控制“夹紧”和“松开”动作，也可以由电控信号控制。电磁换向阀的控制信号由PLC的I/O口送出。

发令枪响之后，运动员会以尽可能快的速度冲出起跑点。从发令启动时刻开始，运动员用力，到自行车启动，这一段时间就是起跑反应时间。该测量数据对运动员掌握好最佳的起跑发力时刻具有重要意义。在自行车的夹紧装置中安装光电传感器，自行车一旦离开，光电传感器给主控PLC发送信号，由PLC测量出起跑反应时间。

检测从起跑点到指定距离所用的时间，这一数据使教练能够对运动员的全程体能分配状况做出更好的指导。位于跑道中各测量点的测量开关在运动员到达该点时闭合，此开关信号可以通过无线和有线两种传输方法送入PLC的数字I/O口，由PLC计时。在跑道上可以设置四个检测点。检测结果存入PLC的内存中，可以通过触摸屏显示，也可以通过串行口上传到计算机，进一步分析和保存。

红绿灯的点亮和熄灭是运动员起跑时的一种辅助视觉信息，由PLC输出口控制。设置两个电气按钮负责系统的启动/停止和自检。按钮信号作为PLC的输入信号，通过软件控制整个系统工作。

为便于运动员野外训练的需要，系统电源设计为交直流两用。使用交流电源时，经稳压电路转换为12V直流电源。进一步稳压为5V电源供单片机环节使用，经DC-DC变换为24V给PLC供电。使用直流电源时，由汽车电瓶直接提供12V直流电源。

气动系统的原理如图2所示：

系统中两个气缸7的缸杆伸出时，将处于中间位置的自行车后轮夹住，缩回时则松开。两个气动按钮3(分别为“夹紧”和“松开”按钮)控制气控换向阀5，使气缸7可以夹紧和松开。当接收到发令信号时，电磁换向阀2和梭阀4配合也能使气缸7松开。单向节流阀6调节两气缸同步。气缸7的缸杆是六角形，不是普通的圆形，具有防转功能，无需另加导向杆，简化了结构。

起跑器具体工作过程如下：

(i)起跑预备阶段：

按下“夹紧”按钮，机械装置将自行车夹紧定位；按下“启动/停止”按钮，电子显示牌显示倒计时初值(树立在运动员起跑线侧前方)；红色信号灯点亮。

(ii)倒计时阶段：

此后每隔一秒，显示牌显示的数字减一，减至规定时间(例如10秒)时，起跑器的扬声器发出“长提示音”，此后每隔一秒，显示牌减一的同时，扬声器送出一声“短提示音”。

(iii)起跑阶段：

当计时减一为零时，同时做到：扬声器发出“枪声”；红色信号灯熄灭；绿色信号灯点亮；夹紧装置松开自行车，运动员骑车冲出起跑线。

(iv)比赛阶段：

主控器纪录下运动员起跑反应时间，并控制显示牌显示运动员的骑行时间。当运动员到达指定的观测点时，主控器纪录下到达该点时间，可以设置四个观测点。

再次按下“启动/停止”按钮，起跑器工作结束。

Claims (3)

1、一种自行车起跑训练器，其特征在于包括支撑夹紧自行车的机械装置、气动系统和检测控制系统；

所述的支撑夹紧自行车的机械装置包括整体支架、可调节托架、移动转轮和气压锁紧装置支架；

所述的整体支架起跑器架(1)、手柄球(4)、螺杆(5)、螺母(6)、球形杆(7)和支撑球形杆的胶碗(8)，手柄球固接于螺杆顶部，螺杆与球形杆螺纹联接，球形杆插套于起跑架底部侧梁，旋转手柄球，螺杆上下伸缩；所述的移动转轮(9)位于起跑架底部的另一侧梁下，与球形杆相对位置；所述的可调节托架包括固接并相互垂直布置的座位垂直升降架(16)和座位支撑插(2)，其中座位垂直升降架(16)由相互套接可伸缩的钢结构组成，固接于整体支架，座位支撑插(2)也是相互套接的可伸缩钢结构，其端部由一个V型卡槽支撑于自行车座下的轴上；所述的气压锁紧装置支架包括车轮挡(15)、空气阀架(3)和垂直升降支架(14)，其中垂直升降支架(14)固装于整体支架，空气阀架两端分别与垂直升降支架(14)和车轮挡(15)固接，空气阀架与垂直升降支架均可伸缩由两个相互套接的钢结构构成，车轮挡与自行车相抵的一端为与自行车轮相配合的弧形结构；

所述的气动系统包括压力表(21)、电磁换向阀(22)、手动换向阀(23)、梭阀(24)、气动换向阀(25)、速度控制阀(26)、两个防转气缸(27)和消声器(28)；手动换向阀(23)控制气动换向阀(25)，并通过速度控制阀(26)控制两个气缸杆的同步伸缩，自行车的后轮处于两个气缸(27)中间，两气缸(27)杆伸出状态下，自行车后轮被夹住，两气缸杆缩回状态下，后轮则被松开；另一方面，在接收到发令信号状态下，电磁换向阀(22)和梭阀(24)配合，控制气动换向阀(25)，并通过速度控制阀(26)，实现两气缸杆的同步收缩；

所述的检测控制系统包括主控器、辅助控制器、光电传感器、触点开关和电磁换向阀，所述主控器为PLC，将光电传感器传回的起动信号和触点开关传回的测量信号进行处理，后通过触摸屏显示出来，也可通过触摸屏对PLC内部参数进行设定；其中辅助控制器为单片机，通过串行接口与PLC通信，并由并行口经驱动器控制显示牌的数据显示，所述显示牌为LED显示牌；其中PLC还给出电磁换向阀的控制信号和控制语音芯片发出不同的声音。

2、根据权利要求1所述的自行车起跑训练器，其特征在于所述的防转气缸(27)的缸杆是六角形。

3、一种如权利要求1所述的自行车起跑训练器的操作控制方法，其特征在于包括如下阶段及步骤：

(i)起跑预备阶段

按下气动夹紧按钮，机械装置将自行车夹紧定位；按下“启动/停止”按钮，红色信号灯点亮，电子显示牌显示倒计时初值，启动倒计时；

(ii)倒计时阶段

此后每隔一秒，显示牌显示的数字减一，减至规定时间时，所述起跑训练器的扬声器发出“长提示音”，此后每隔一秒，显示牌减一的同时，扬声器发出一声“短提示音”；

(iii)起跑阶段

当计时减一为零时，下述过程同时发生：扬声器发出“枪声”；红色信号灯熄灭；绿色信号灯点亮；夹紧装置松开自行车，运动员骑车冲出起跑线；

(iv)比赛阶段

主控器纪录下运动员起跑反应时间，并控制显示牌显示运动员的骑行时间；当运动员到达各指定的观测点时，主控器纪录下到达各点时间；

再次按下“启动/停止”按钮，起跑器工作结束。

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