CN103908763A - 一种自平衡倒立学习器 - Google Patents

Abstract

一种自平衡倒立学习器，属体育运动器材，尤其是用于体操教学的体育运动器材。它具有两条垂直且相互平行的支撑臂，其关键技术是每条支撑臂上端安装吊臂，吊臂下端通过倒立板轴安装倒立撑板，在吊臂与倒立板轴的连接处安装电机和微处理器，在倒立撑板的背面安装陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪和加速度传感器与微处理器连接，微处理器控制电机，电机控制吊臂。本发明具有的有益效果是：本发明装置在运动员成倒立位置后，能自动帮助运动员维持倒立平衡，调节重心位置，让运动员在不借助他人帮助的情况下长时间地体验倒立时的肌肉感觉，加快倒立的学习过程，让运动员在较短的时间内撑握倒立的控制技术，使教练员大量地减轻体力劳动。

Description

一种自平衡倒立学习器

技术领域：

一种自平衡倒立学习器，属体育运动器材，尤其是用于体操教学的体育运动器材。

背景技术：

目前，运动员在学习倒立的过程中，会借助倒立架来练习，这种倒立架就是两根相互平行的木（铁质）棒，相当于一个只有三十公分高的双杠。运动员在初学倒立时，往往因不能快速掌握倒立的肌肉感觉而掌握不好重心，要撑握好重心的控制，需要大量的倒立状态来体会肌肉的感觉。初学者本就不能控制倒立，这形成了一个很大的矛盾，而传统的教学方法是靠倒立，因靠倒立是身体的一部分靠在了支撑物上，这时控制倒立的因素变得较多，常常要花费大量的时间来练习，才能达到自己控制倒立的能力。同时，学习过程中需教练帮助掌握平衡，因此要费很长时间、体力和教练员的精力来学习倒立。

发明内容：

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种帮助运动员快速掌握倒立的肌肉感觉、建立正确的倒立控制能力的倒立学习器。其技术方案如下：

它具有两条垂直且相互平行的支撑臂，其关键技术是每条支撑臂上端安装吊臂，吊臂下端通过倒立板轴安装倒立撑板，在吊臂与倒立板轴的连接处安装电机和微处理器，在倒立撑板的背面安装陀螺仪和加速度传感器，陀螺仪和加速度传感器与微处理器连接，微处理器控制电机，电机控制吊臂。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明装置在运动员成倒立位置后，能自动帮助运动员维持倒立平衡，调节重心位置，让运动员在不借助他人帮助的情况下长时间地体验倒立时的肌肉感觉，加快倒立的学习过程，让运动员在较短的时间内撑握倒立的控制技术，使教练员大量地减轻体力劳动。

2、可通过处理器程序的参数控制，提高和降低平衡的灵敏性，对不同水平阶段的运动员更有针对性，并且可使运动员的技术提高成为可以随时知道的数据，增加运动员学习的动力，加快运动员学习过程。

附图说明：

图1，是本发明结构示意图；

图2，是图1侧视图；

图3，是本发明微处理器控制原理框图；

图4，是本发明微处理器控制原理电路图；

图5，是图4中加速度传感器电路放大图；

图6，是图4中陀螺仪电路放大图；

图7，是图4中MPU单片机电路放大图；

图8，是图4中稳压电路放大图；

图9，是图4中加速度信号放大电路放大图；

图10，是图4中陀螺信号放大电路放大图；

图11，是图4中电平转换电路放大图；

图12，是图4中电机电压检测电路放大图；

图13，是图4中扩展电路放大图；

图14，是图4中电机测速电路放大图；

图15，是图4中电机驱动电路放大图；

图16，是运用本发明装置练习时后倒状态图；

图17，是本发明装置纠正后倒状态图；

图18，是运用本发明装置练习时前倒状态图；

图19，是本发明装置纠正前倒状态图。

具体实施方式：

实施例一：

参见图1～图3，本发明具有两条垂直且相互平行的支撑臂2，其关键技术是每条支撑臂2上端安装吊臂4，吊臂4下端通过倒立板轴8安装倒立撑板7，在吊臂4与倒立板轴8的连接处安装电机1和微处理器9，在倒立撑板7的背面安装陀螺仪6和加速度传感器10，陀螺仪6和加速度传感器10与微处理器9连接，微处理器9控制电机1，电机1控制吊臂4。

实施例二：

参见图1～图3，本发明具有两条垂直且相互平行的支撑臂2，其关键技术是每条支撑臂2上端安装吊臂4，吊臂4下端通过倒立板轴8安装倒立撑板7，在吊臂4与倒立板轴8的连接处安装电机1和微处理器9，在倒立撑板7的背面安装陀螺仪6和加速度传感器10，陀螺仪6和加速度传感器10与微处理器9连接，微处理器9控制电机1，电机1控制吊臂4。与实施例一不同的是，本实施例没有底座板5。

本发明装置的微处理器控制电路如图4～图15所示，包括MPU单片机电路，MPU单片机电路连接陀螺仪电路、陀螺信号放大电路、加速度传感器电路、加速度信号放大电路，MPU单片机电路还连接电机测速电路、电机驱动电路和电机电压检测电路；辅助电路有稳压电路、电平转换电路和扩展电路等。

本发明装置的控制过程是：当人支撑于倒立撑板时，若重心正好位于倒立撑板中央，重心投影与倒立板轴重合，倒立撑板不会围绕倒立板轴发生转动，这时倒立撑板是稳定的，位于倒立撑板背部的陀螺仪的角速度传感器没有角度输出，经过MPU单片机处理后，控制电机驱动电路，电机不动作，吊臂不摆动，保持平衡。如图16～图19所示，当倒立重心投影不与倒立板轴重合时，这时倒立撑板会发生前或后的倾斜，位于倒立撑板背部的陀螺仪的角速度传感器会有相应的前或后的角度输出，通过MPU单片机处理后得到倒立撑板倾斜的角度，这一数据经MPU单片机处理后，测量出角度与角加速速度，经过MPU单片机的处理输出控制信号，经过电平转换、总线驱动、光电隔离驱动电机驱动电路，控制电机转动，电机带动吊臂做相应的向前或后的摆动，使身体的重心投影始终与倒立板轴重合。电机的转动速度与转动角度由码盘进行检测，测量出吊臂的实际运动情况，并将数据反馈到MPU单片机，经过MPU单片机的处理后再次控制电机的运行，形成一个完整控制闭环。由于吊臂的摆动，使重心投影重新回到倒立撑板上，在每秒钟上百次的调整中形成动态的稳定的平衡，使倒立者长时间保持倒立。

Claims (3)

1.一种自平衡倒立学习器，具有两条垂直且相互平行的支撑臂（2），其特征是每条支撑臂（2）上端安装吊臂（4），吊臂（4）下端通过倒立板轴（8）安装倒立撑板（7），在吊臂（4）与倒立板轴（8）的连接处安装电机（1）和微处理器（9），在倒立撑板（7）的背面安装陀螺仪（6）和加速度传感器（10），陀螺仪（6）和加速度传感器（10）与微处理器（9）连接，微处理器（9）控制电机（1），电机（1）控制吊臂（4）。

2.根据权利要求1所述自平衡倒立学习器，其特征是吊臂（4）通过支撑轴（3）安装在支撑臂（2）上端。

3.根据权利要求1所述自平衡倒立学习器，其特征是支撑臂（2）下端安装在底座板（5）上。