CN103638642A

CN103638642A - 带有信息反馈的平衡训练装置

Info

Publication number: CN103638642A
Application number: CN201310739311.5A
Authority: CN
Inventors: 纪沙; 陈猛; 刘延淼
Original assignee: Harbin Normal University
Current assignee: Harbin Normal University
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-30
Also published as: CN103638642B

Abstract

带有信息反馈的平衡训练装置，属于体能训练器材技术领域，具体涉及到一种平衡训练用体育器材。它解决了现有平衡训练装置没有量化监控及利用运动员的动作信息对运动员的动作技术训练过程进行监控功能，使得训练者不能够随时获知自己的状态的问题。本发明中平板状的踏板底面固定有半球形的平衡底座；所述踏板底面上固定有三个测距传感器，该三个测距传感器的信号输出端分别连接控制电路的三个距离信号输入端；控制电路的显示信号输出端连接显示器的显示信号输入端；控制电路内嵌入有软件实现的控制模块，所述控制模块用于采集传感器信号，并获得距离差信号，然后将该距离差信号通过显示器显示输出。本发明适用于对专业运动员进行平衡能力的训练。

Description

带有信息反馈的平衡训练装置

技术领域

本申请属于体能训练器材技术领域，具体涉及到一种平衡训练用体育器材。

背景技术

随着体育技术的发展，现有体能训练的分类越来越细，体育的基础技能分为三大类：运动技能、平衡技能和综合技能。运动技能指的是人从一个地方到另一个地方的能力，它包含了走、慢跑和疾跑，也包括游泳。平衡技能指的是运动中利用最小的支撑从而达到身体稳定的能力，平衡是运动最重要的因素，是很多运动项目的基础技能。综合技能是运动员通过手脚的综合性运动来控制身体，包括投掷和击打。

平衡能力是完成动作的保证。平衡能力可分为静态平衡能力和动态平衡能力，静态平衡能力指的是在静止状态下保持平衡的能力，如单脚站立时的平衡状态。动态平衡能力指的是在运动中保持平衡和控制身体的能力。

在目前的训练中，对平衡练习的重视不够，练习手段也不多。常用的器械包括平衡木、平衡板和搏速球等，它缺少对平衡练习的量化监控。利用运动员的动作信息对运动员的技术训练过程进行实时监控是现代体育科学训练的发展方向。

发明内容

为了解决现有平衡训练装置没有量化监控及利用运动员的动作信息对运动员的动作技术训练过程进行监控功能，使得训练者不能够随时获知自己的状态的问题，本发明提供了一种带有信息反馈的平衡训练装置。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置包括踏板、平衡底座、三个测距传感器、显示器和控制电路，踏板为平板状，平衡底座为半球形底座，所述半球形底座的平面与踏板的底面固定连接，并且所述半球形底座的平面中线与踏板的中心重合；所述踏板底面上固定有三个测距传感器，分别为参考测距传感器、前测距传感器和左测距传感器，所述三个测距传感器分别固定在踏板底面边缘处，其中前测距传感器和左测距传感器的连线穿过踏板的中心，参考测距传感器与踏板中心的连线垂直于前测距传感器和左测距传感器的连线；参考测距传感器的信号输出端连接控制电路的参考距离信号输入端，前测距传感器的信号输出端连接控制电路的前端距离信号输入端，左测距传感器的信号输出端连接控制电路的左端距离信号输入端；控制电路的显示信号输出端连接显示器的显示信号输入端；

控制电路内嵌入有软件实现的控制模块，所述控制模块包括如下单元：

数据采集单元，用于每间隔采样时间均同时采集三个距离信号输入端输入的参考距离信号、前端距离信号和左端距离信号；

比较单元，用接收到的前端距离信号减去参考距离信号获得前后距离差信号；用接收到的左端距离信号减去参考距离信号获得左右距离差信号；

显示单元，用于将前有距离差信号和左右距离差信号换成数字信息或图形信息发送给显示器显示输出。

当三个测距传感器输出的信号为模拟信号时，所述控制电路包括三个信号调理电路、A/D转换电路和控制器；所述控制模块嵌入在控制器内，所述三个信号调理电路的信号输入端分别是控制器的参考距离信号输入端、前端距离信号输入端和左端距离信号输入端；所述三个信号调理电路的信号输出端分别连接A/D转换电路的三个模拟信号输入端A1、A2和A3，所述A/D转换电路的数字信号输出端连接控制器的信号采集信号输入端，所述控制器的A/D转换控制信号输出端连接A/D转换电路的转换控制信号输入端，所述控制器的显示驱动信号输出端连接显示器的信号输入端。

上述带有信息反馈的平衡训练装置中还可以包括三个调零电路，所述三个调零电路分别与三个信号调理电路相对应，每个调零电路的信号输出端连接一个信号调理电路的调零信号输入端。

本发明所述的的带有信息反馈的平衡训练装置还包可以包括键盘，所述键盘的信号输出端连接控制器的键盘信号输入端；所述控制模块还包括如下单元：

按键信息采集单元，用于接收键盘输入的按键信息；

按键信息解码单元，用于判断获得按键信息的内容，当按键信息位采样时间信息时，将该采样时间信息作为采样时间信息；当按键信息为输出数字显示信息时，发送数字显示命令给显示单元；当按键信息位图像显示信息时，发送图形显示命令给显示单元；

显示单元，根据接收到的命令发送相应的显示信息给显示器。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置还包可以包括通信驱动电路，所述通信驱动电路的信号输入端连接控制器的通信信号输出端，所述控制模块还包括通信单元，所述通信单元用于将比较单元获得的信号差发送给通信驱动电路。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置还可以包括底座，所述底座上表面设置有与平衡底座相对应的圆形凹槽，所述平衡底座放入在该圆形凹槽内。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置还可以包括多个球面限位板，所述多个球面限位板依次叠加放置在圆形凹槽内，所述多个球面限位板的半径依次缩小，并且最小的球面限位板的内径大于平衡底座的半径，相邻两块球面限位板相接处的球面半径相等。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置还包括底座和多个限位装置，所述底座的上面带有球形凹槽，所述平衡底座嵌入在所述球形凹槽内，所述多个限位装置在以所述球形凹槽的圆心为中心、以距离L为半径的圆周上均匀分布，所述限位装置用于限制平衡底座摆动的幅度，所述限位装置固定在底座的上表面，所述距离L大于球形凹槽的半径。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置在训练过程中，能够实时显示平衡状态，进而让训练者获知其训练的状态，进而实时调整其姿态。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置还能够将训练过程中的平衡信息通过串行通信端口或无线通信电路发送给远距离的计算机等信息读取设别，进而可以用于分析训练者的训练状态，进而为教练提供制定训练计划的有效数据。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的电气部分的原理示意图。图2是本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置的另一种电气部分的原理示意图。图3是具体实施方式一所述的一种带有信息反馈的平衡训练装置的机械结构部分的结构示意图；图4是图3的仰视图；图5是图3的立体图。

图6是具体实施方式八所述的带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。

图7是具体实施方式七所述的带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。

图8是具体实施方式九所述的带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。

图9是具体实施方式十所述的带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。

图10是具体实施方式十二所述的一种带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。图11是具体实施方式十二所述的另一种带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。图12是图11的A-A剖面图，是具体实施方式十六所述的带有信息反馈的平衡训练装置的结构示意图。

图13中的限位装置10部分的局部放大图。图14是图13的C-C剖视图。图15是图14的D-D剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1、3至5说明本实施方式。本实施方式所述的带有信息反馈的平衡训练装置包括踏板1、平衡底座2、三个测距传感器、显示器6和控制电路3，踏板1为平板状，平衡底座2为半球形底座，所述半球形底座的平面与踏板1的底面固定连接，并且所述半球形底座的平面中线与踏板1的中心重合；所述踏板1底面上固定有三个测距传感器，分别为参考测距传感器40、前测距传感器41和左测距传感器42，所述三个测距传感器分别固定在踏板1底面边缘处，其中前测距传感器41和左测距传感器42的连线穿过踏板1的中心，参考测距传感器40与踏板1中心的连线垂直于前测距传感器41和左测距传感器42的连线；参考测距传感器40的信号输出端连接控制电路3的参考距离信号输入端，前测距传感器41的信号输出端连接控制电路3的前端距离信号输入端，左测距传感器42的信号输出端连接控制电路3的左端距离信号输入端；控制电路3的显示信号输出端连接显示器6的显示信号输入端；

控制电路3内嵌入有软件实现的控制模块，所述控制模块包括如下单元：

所述采样时间为0.5秒至3秒之间的任意时间参数。

本实施方式中，所述三个测距传感器的型号相同，输出的信号均为数字信号。

本实施方式所述的有信息反馈功能的平衡训练装置在实际应用时，将平衡底座2置于平整的区域中，训练者单脚或双脚站立在踏板1上，训练开始后，当踏板1发生倾斜时，三个测距传感器分别测量距离地面的距离，并输出相应的表示距离的信号给控制电路，嵌入载控制电路中的控制模块队三个距离信号进行处理，获得踏板的平衡状态，并将该平衡状态通过显示器显示输出。

当以数字形式显示时，可以采用带有正负号的数据表示前后距离差和左右距离差，正负号表示倾斜方向，数字的绝对值表示倾斜度，倾斜越大则对应的数字绝对值越大。

当以图形的形式显示时，可以显示平衡训练装置的整体立体图像，然后根据倾斜度显示所述平衡训练装置的倾斜状态。还可以通过简易的图像，例如仅仅显示踏板的平衡状态。

具体实施方式二：参见图02说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述控制电路3包括三个信号调理电路、A/D转换电路和控制器；所述控制模块嵌入在控制器内，所述三个信号调理电路的信号输入端分别是控制器的参考距离信号输入端、前端距离信号输入端和左端距离信号输入端；所述三个信号调理电路的信号输出端分别连接A/D转换电路的三个模拟信号输入端A1、A2和A3，所述A/D转换电路的数字信号输出端连接控制器的信号采集信号输入端，所述控制器的A/D转换控制信号输出端连接A/D转换电路的转换控制信号输入端，所述控制器的显示驱动信号输出端连接显示器6的信号输入端。

本实施方式中的三个测距传感器的输出信号为模拟信号，该模拟信号通过信号调理电路处理之后发送给A/D转换电路，该A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号之后发送给控制器。

本实施方式中的控制器3可以采用单片机实现。

具体实施方式三：参见图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一或二所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，它还包括键盘5，所述键盘5的信号输出端连接控制器的键盘信号输入端；所述控制模块还包括如下单元：

按键信息采集单元，用于接收键盘5输入的按键信息；

显示单元，根据接收到的命令发送相应的显示信息给显示器6。

本实施方式中增加了键盘5，能够实现对参数的设置，例如可以设置采样间隔的采样时间，或者设定显示信号的种类是数字还是图形等等。

具体实施方式四：参见图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一、二或三所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，它还包通信驱动电路7，所述通信驱动电路7的信号输入端连接控制器的通信信号输出端；

所述控制模块还包括通信单元，所述通信单元用于将比较单元获得的信号差发送给通信驱动电路。

本实施方式中增加了通信驱动电路7，能够将控制器获得的测量结果数据通过该通信驱动电路7发送出去，进而实现远程数据传输。

本实施方式所述的通信驱动电路44可以为现有各种串行通信驱动电路或无线通信驱动电路。所述串行通信驱动电路为USB串行通信驱动电路、RS485串行通信驱动电路、RS232串行通信驱动电路或者网络通信驱动电路。

本实施方式所述的带有信息反馈的平衡训练装置能够在训练过程中将测量结果实时发送给远程的设备，进而实现训练状态远程监测的功能。

具体实施方式五：参见图2说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式二所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，它包括三个调零电路，所述三个调零电路分别与三个信号调理电路相对应，每个调零电路的信号输出端连接一个信号调理电路的调零信号输入端。

本实施方式增加了调零电路45，在实际使用之前，首先将本实施方式所述的平衡训练装置放置在平整的地面上，然后保持踏板1处于平稳状态，此时，通过调零电路45调整电压驱动显示器的显示值为零。在进行前述工作之后，再开始训练，进而能够保证测量获得的踏板的倾斜度更准确。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述平衡训练装置还包括底座8，所述底座8上表面设置有与平衡底座2相对应的圆形凹槽81，所述平衡底座2放入在该圆形凹槽81内。

本实施方式增加了带有圆形凹槽81的底座8，在实际使用过程中，将平衡底座2置于并且所述圆形凹槽81内，便于固定位置，并且所述圆形凹槽81的侧壁能够起到限位的作用。可以通过调整圆形凹槽81的宽度或深度来限制平衡底座2的摆动幅度，使其更适用于初学者。

具体实施方式七：参见7说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式六所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述圆形凹槽81的底面为平面。

参见图7所示，所述圆形凹槽81的底面为平面，使其能够适用于不用半径的平衡底座2，通用性更强。可以根据需要设定的踏板1的摆动幅度，设计圆形凹槽81的深度或者高度。在圆形凹槽81的深度不变的条件下，所述圆形凹槽81的半径越大、则踏板1能够摆动的最大角度a越大；同理，当在圆形凹槽81的半径不变的条件下，所述圆形凹槽81的深度越深，则踏板1能够摆动的最大角度a越小。

具体实施方式八：参见6说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式六所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述圆形凹槽81的底面为平面与球面的组合，且所述球面与平衡底座2外弧对应的球面，且该球面的半径大于平衡底座2的半径，所述圆弧形的弦高为平衡底座2的高度的0.02至0.1之间。

本实施方式所述的圆形凹槽81底面的形状，更容易使得在将平衡底座2放置在圆形凹槽81内的时候，所述平衡底座2位于圆形凹槽81的中间的位置，使得平衡底座2距离圆形凹槽81侧壁的距离相等，进而使得平衡底座2在圆形凹槽81内摆动的限位角度相等。

具体实施方式九：参见8说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式六所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述圆形凹槽81的底面为球面，且该球面的半径大于平衡底座2的半径，所述圆弧形的弦高为平衡底座2的高度的0.2至0.6之间。

本实施方式中，所述圆形凹槽81的底面为球面，更容易保证平衡底座2位于凹槽81的中间位置，使得其向各方向的摆动幅度相同。

具体实施方式十：参见图9说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式九所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述平衡训练装置还包括多个球面限位板82，所述多个球面限位板82依次叠加放置在圆形凹槽81内，所述多个球面限位板82的半径依次缩小，并且最小的球面限位板82的内径大于平衡底座2的半径，相邻两块球面限位板82相接处的球面半径相等。

本实施方式中，增加了球面限位板82，多个球面限位板82的半径不同，参见图9所示，相当于改变了圆形凹槽81深度和宽度，进而实现调整踏板1能够摆动的最大角度a的目的。本实施方式适用于对不用需求的训练者使用。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述球面限位板82中，内径最小的球面限位板82的弦高大于平衡底座2的高度的0.2倍，内径最大的球面限位板的弦高小于平衡底座2的高度的0.6倍。

具体实施方式十二：参见图10和11说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述平衡训练装置还包括底座9和多个限位装置10，所述底座9的上面带有球形凹槽91，所述平衡底座2嵌入在所述球形凹槽91内，所述多个限位装置10在以所述球形凹槽91的圆心为中心、以距离L为半径的圆周上均匀分布，所述限位装置10用于限制平衡底座2摆动的幅度，所述限位装置10固定在底座9的上表面，所述距离L大于距离L的半径。

本实施方式中，增加了带有球形凹槽91的底座，并且在底座上设置有限位装置10，实现对踏板1摆动的最大角度a的限制的目的。参见图10所示，是有6个限位装置10。参见图11所示，是有4个限位装置。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式十一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述球形凹槽91的底部为平面。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式十一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述球形凹槽91的底面为平面与球面的组合，且所述球面与平衡底座2外形对应的球面，且该球面的半径大于平衡底座2的半径，所述球面的弦高为平衡底座2的高度的0.02至0.1之间。

本实施方式中，限制球形凹槽91底面的中间为球面，更容易使得在将平衡底座2放置在球形凹槽91内的时候，所述平衡底座2位于球形凹槽91载有中间的位置，使得平衡底座2距离所有限位装置的距离相等。

具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式十一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述球形凹槽91的底面为球面，且该球面的半径大于平衡底座2的半径，所述球形凹槽91的深度为平衡底座2的高度的0.2至0.6之间。

本实施方式中，限制球形凹槽91底面为球面，更容易使得在将平衡底座2位于球形凹槽91的中间位置，使得平衡底座2距离所有限位装置的距离相等。

具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式十一所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述限位装置10的高度可调。

本实施方式中，所述限位装置10采用高度可调的结构，进而实现调整踏板1能够摆动的最大角度a的限制的目的。

具体实施方式十七：参见图12至15说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式十六所述的带有信息反馈的平衡训练装置的区别在于，所述限位装置10由固定套101、可调支撑柱102和插销103组成，所述固定套101为圆筒形结构，所述固定套101嵌入并固定在底座9的表面，所述固定套101上设置有定位孔，可调支撑柱102沿其长度方向设置有多个限位通孔104，所述可调支撑柱102从固定套101的上端插入，且所述可调支撑柱102的任意一个限位通孔104与固定套101上的定位孔相对应，插销103同时插入该限位通孔104和固定套101上的定位孔。

本实施方式限定了一中具体的高度可调的结构，该种结构采用插销的方式实现定位，操作方便快捷。

本发明所述的带有信息反馈的平衡训练装置的具体结构不局限于上述各种实施方式所描述的具体结构，还可以使上述各个实施方式所记载的技术特征的合理组合。

Claims

1.带有信息反馈的平衡训练装置，它包括踏板（1）和平衡底座（2），其特征在于，它还包括三个测距传感器、显示器（6）和控制电路（3），踏板（1）为平板状，平衡底座（2）为半球形底座，所述半球形底座的平面与踏板（1）的底面固定连接，并且所述半球形底座的平面中线与踏板（1）的中心重合；所述踏板（1）底面上固定有三个测距传感器，分别为参考测距传感器（40）、前测距传感器（41）和左测距传感器（42），所述三个测距传感器分别固定在踏板（1）底面边缘处，其中前测距传感器（41）和左测距传感器（42）的连线穿过踏板（1）的中心，参考测距传感器（40）与踏板（1）中心的连线垂直于前测距传感器（41）和左测距传感器（42）的连线；参考测距传感器（40）的信号输出端连接控制电路（3）的参考距离信号输入端，前测距传感器（41）的信号输出端连接控制电路（3）的前端距离信号输入端，左测距传感器（42）的信号输出端连接控制电路（3）的左端距离信号输入端；控制电路（3）的显示信号输出端连接显示器（6）的显示信号输入端；

控制电路（3）内嵌入有软件实现的控制模块，所述控制模块包括如下单元：

2.根据权利要求1所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述采样时间为0.5秒至3秒之间的任意时间参数。

3.根据权利要求1所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述控制电路（3）包括三个信号调理电路、A/D转换电路和控制器；所述控制模块嵌入在控制器内，所述三个信号调理电路的信号输入端分别是控制器的参考距离信号输入端、前端距离信号输入端和左端距离信号输入端；所述三个信号调理电路的信号输出端分别连接A/D转换电路的三个模拟信号输入端A1、A2和A3，所述A/D转换电路的数字信号输出端连接控制器的信号采集信号输入端，所述控制器的A/D转换控制信号输出端连接A/D转换电路的转换控制信号输入端，所述控制器的显示驱动信号输出端连接显示器（6）的信号输入端。

4.根据权利要求3所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，它包括三个调零电路，所述三个调零电路分别与三个信号调理电路相对应，每个调零电路的信号输出端连接一个信号调理电路的调零信号输入端。

5.根据权利要求1所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，它还包括键盘（5），所述键盘（5）的信号输出端连接控制器的键盘信号输入端；所述控制模块还包括如下单元：

按键信息采集单元，用于接收键盘（5）输入的按键信息；

显示单元，根据接收到的命令发送相应的显示信息给显示器（6）。

6.根据权利要求1至5任意一项权利要求所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述平衡训练装置还包括底座（8），所述底座（8）上表面设置有与平衡底座（2）相对应的圆形凹槽（81），所述平衡底座（2）放入在该圆形凹槽（81）内。

7.根据权利要求6所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述圆形凹槽（81）的底面为平面、平面与球面的组合或者球面。

8.根据权利要求6所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述平衡训练装置还包括多个球面限位板（82），所述多个球面限位板（82）依次叠加放置在圆形凹槽（81）内，所述多个球面限位板（82）的半径依次缩小，并且最小的球面限位板（82）的内径大于平衡底座（2）的半径，相邻两块球面限位板（82）相接处的球面半径相等。

9.根据权利要求1至5任意一项权利要求所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述平衡训练装置还包括底座（9）和多个限位装置（10），所述底座（9）的上面带有球形凹槽（91），所述平衡底座（2）嵌入在所述球形凹槽（91）内，所述多个限位装置（10）在以所述球形凹槽（91）的圆心为中心、以距离L为半径的圆周上均匀分布，所述限位装置（10）用于限制平衡底座（2）摆动的幅度，所述限位装置（10）固定在底座（9）的上表面，所述距离L大于球形凹槽（91）的半径。

10.根据权利要求9任意一项权利要求所述的带有信息反馈的平衡训练装置，其特征在于，所述限位装置（10）的高度可调；所述限位装置（10）由固定套（101）、可调支撑柱（102）和插销（103）组成，所述固定套（101）为圆筒形结构，所述固定套（101）嵌入并固定在底座（9）的表面，所述固定套（101）上设置有定位孔，可调支撑柱（102）沿其长度方向设置有多个限位通孔（104），所述可调支撑柱（102）从固定套（101）的上端插入，且所述可调支撑柱（102）的任意一个限位通孔（104）与固定套（101）上的定位孔相对应，插销（103）同时插入该限位通孔（104）和固定套（101）上的定位孔。