CN107519633B - 滑行运动模拟设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于运动器械领域，具体提供一种滑行运动模拟设备。本发明旨在解决现有的滑行运动模拟设备无法让使用者获得真实滑行体验的技术问题。为此目的，本发明的滑行运动模拟设备包括：脚部支撑装置，其用于供使用者站立，以便支撑使用者的双脚并可灵活自由地模拟滑行动作；上身稳定装置，所述上身稳定装置的上端连接到使用者的上身，下端连接到所述脚部支撑装置，所述上身稳定装置用于给使用者施加离心力和下坠力以及提供安全保护。通过上述结构，使用者无需身体滑动就能够感受到如真实的滑行运动例如滑雪一样，运动惯性给身体带来的真切感受，大幅提升模拟运动设备的用户体验水平和专业训练水平。

Description

滑行运动模拟设备

技术领域

本发明属于运动器械领域，具体提供一种滑行运动模拟设备。

背景技术

滑行运动能够带给人们飞驰的快感以及惊险刺激的感受，同时能使人身心愉悦、放松心情。越来越多的人都加入到了滑行运动的队伍中。但是，每项滑行运动都对运动爱好者有很高的要求，良好的平衡能力、身体素质以及身体的控制能力是掌握滑行运动的关键，因此，滑行运动存在着较高的技术难度，初学者会因为技术水平所限而容易摔倒受伤，给初学者的身心都带来了影响，因此，这项运动需要长时间训练才能掌握运动器材的使用方法，进而感受滑行运动带来的非凡感受。

为了使初学者更安全、更快速地掌握滑行运动的技巧以及提高技术水平，陆续出现了多种模拟设备，如滑雪训练器、滑冰训练器等，这些模拟设备不但能够保证初学者的安全，也能够解决一些滑行运动场地的局限，在室内体验滑行运动的乐趣，或进行专项训练。

以滑雪为例，运动员在滑雪过程中，以一定速度向前滑行，由于受到外力以及转向时离心力的影响，运动员不仅脚部需要克服外力，同时，腰部和腿部等其他部位也都会受到外力的影响，初学者需要学习的是如何做出反应动作调整重心和运动姿态，进而克服外力影响，因此，对于使用者来说，除了学习专业动作之外，感受以及克服环境变化带来的外力及离心力的影响变得尤为重要。但是，现有的模拟设备大多是与初学者的脚或腿部连接，由于模拟设备是固定放置在地面上的，因此初学者的其他身体部位无法感受到真正滑行时外力给予身体的影响。除此之外，现有的一些模拟设备设置了扶手，防止使用者摔倒，但这种保护方式不能识别用户的危险动作，安全保护方面存在一定的不足。另一方面，现有模拟备设上设置一个独立的扶手，容易让初学者对自我保护产生依赖，身体倾斜时会下意识伸手抓握，反复的握把，这样不利于自信心的培养，以及正确的肌肉动作记忆的形成。

相应地，本领域需要一种新的滑行运动模拟设备来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的滑行运动模拟设备无法让使用者感受到真正滑行时外力给予身体的影响以及保护措施存在缺陷和不足的问题。为此目的，本发明提供了一种滑行运动模拟设备，其包括：脚部支撑装置，其用于供使用者站立，以便支撑使用者的双脚并模拟滑行动作；上身稳定装置，所述上身稳定装置的上端连接到使用者的上身，下端连接到所述脚部支撑装置，所述上身稳定装置用于给使用者提供离心力、下坠力和安全保护。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述脚部支撑装置包括支撑架和滑行模拟组件，所述滑行模拟组件以柔性方式安装在所述支撑架上。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述滑行模拟组件包括旋转模拟构件和设置在所述旋转模拟构件上方的滑行模拟构件，所述滑行模拟构件借助所述旋转模拟构件安装在所述支撑架上。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述旋转模拟构件包括能够相对于彼此旋转的固定盘和转盘，所述固定盘连接到所述支撑架，所述转盘连接到所述滑行模拟构件。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述滑行模拟构件包括中央固定座、第一侧固定座和第一侧脚部固定器以及第二侧固定座和第二侧脚部固定器，所述上身稳定装置的下端枢转地连接到所述中央固定座；所述第一侧脚部固定器以能够向两侧枢转、前后滑动和自转的方式连接到所述第一侧固定座，用于固定使用者的一只脚；所述第二侧脚部固定器以能够向两侧枢转、前后滑动和自转的方式连接到所述第二侧固定座，用于固定使用者的另一只脚。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述滑行运动模拟设备还包括驱动装置，所述驱动装置包括设置在所述脚部支撑装置上的下列驱动器中的至少一个：驱动所述转盘相对于所述固定盘转动的转盘驱动器、驱动所述第一侧脚部固定器相对于所述第一侧固定座枢转的第一脚部驱动器以及驱动所述第二侧脚部固定器相对于所述第二侧固定座枢转的第二脚部驱动器。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述上身稳定装置包括套环和支撑杆，所述套环用于环绕使用者的上身，所述支撑杆的上端与所述套环相连，所述支撑杆的下端固定连接到所述脚部支撑装置。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述驱动装置还包括支撑杆驱动器，所述支撑杆驱动器设置在所述脚部支撑装置上，用于驱动所述支撑杆相对于所述中央固定座枢转，从而给使用者施加离心力。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述驱动装置还包括牵引器，所述牵引器设置在所述脚部支撑装置上，用于向下牵引所述套环，从而给使用者施加下坠力。

在上述的滑行运动模拟设备的优选技术方案中，所述滑行运动模拟设备是滑雪模拟设备、滑草模拟设备、轮滑模拟设备、滑沙模拟设备、冲浪模拟设备、滑冰模拟设备和划水模拟设备中的一种。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，上身稳定装置用于给使用者施加离心力和下坠力，因此，使用者在使用该模拟设备时，能够感受到真实滑行中，运动惯性给身体部位带来的真切感受，例如转向时身体受到的运动惯性力以及转向时离心力对使用者下肢带来的负荷等，为使用者呈现了一个真实的滑雪感受。

此外，上身稳定装置包括套环和支撑杆，该套环能够环绕使用者的腰部，在保护使用者安全的基础上，该套环借助支撑杆能够给使用者施加离心力，从而让使用者获得转向或者其他动作时身体的感受，让使用者从模拟设备中感受到与真实滑行运动相似的情形。

再者，由于脚部支撑装置的支撑架和滑行模拟组件彼此柔性连接，本发明的滑行运动模拟设备使人体脚部可以像真实滑雪一样自由运动，不受设备结构的限制，能够在操作过程中最大限度地模拟实际滑行场景－例如滑雪场景，从而让使用者获得更加真实的滑行感受。

附图说明

下面参照附图并结合滑雪模拟设备来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的滑雪运动模拟设备的结构示意图；

图2是图1所示滑雪运动模拟设备的脚部支撑装置的放大图；

图3是图1所示滑雪运动模拟设备的旋转模拟构件的放大图；

图4是图1所示滑雪运动模拟设备的应用示意图。

附图标记列表：

1、脚部支撑装置；2、上身稳定装置；11、支撑架；111、支撑构件；121、旋转模拟构件；122、滑行模拟构件；1211、固定盘；1212、转盘；1213、连接板；1222、第一侧固定座；1223、第二侧固定座；1224、第一侧脚部固定器；12241、第一踏板；12242、脚部的绳带；12243、连接构件；12244、腿部的绳带；1225、第二侧脚部固定器；31、第一脚部驱动器；32、第二脚部驱动器；33、转盘驱动器；21、套环；22、支撑杆；34、支撑杆驱动器；4、显示屏幕。

具体实施方式

首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然说明书和附图是以双板滑雪板作为优选实施方式进行描述的，但是很明显滑雪板也可以是单板滑雪板或者其他滑行构件(例如滑轮、滑沙板等等)来替代，以便将本发明的技术方案应用于其他滑行设备，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图1，图1是本发明的滑雪运动模拟设备的结构示意图。如图1所示，该滑雪运动模拟设备包括：脚部支撑装置1，其用于供使用者站立，在使用时，使用者可以将双脚放置到脚部支撑装置1中，以便支撑使用者的双脚并模拟滑行动作，例如转向、减速等技术动作；上身稳定装置2，该上身稳定装置2的上端连接到使用者的上身，下端连接到脚部支撑装置1，上身稳定装置2用于给使用者施加离心力和下坠力，因此，使用者能够感受到真实滑雪中，运动惯性给身体部位带来的真切感受，例如转向时身体受到的离心力、转向时做出的技术动作给使用者下肢带来的负荷等，为使用者呈现了一个真实的滑雪感受。

接着参阅图2并继续参阅图1，图2是图1所示滑雪运动模拟设备的脚部支撑装置的放大图。如图2所示，脚部支撑装置1包括支撑架11和滑行模拟组件(图中未整体标示)，该支撑架11与地面固定连接，滑行模拟组件以柔性方式设置在支撑架11上。具体地，众所周知，由于地形及雪的柔软特性，滑雪板在雪地上滑动的过程中，会有轻微的颠簸，为了更好地模拟这一情况，将滑行模拟组件以柔性的方式架设在支撑架11上。如图2所示，可以在支撑架11和滑行模拟组件之间设置四个支撑构件111，可以将该支撑构件111的两端分别通过万向节与支撑架11和滑行模拟组件连接。进一步地，还可以在万向节上设置限位部件来约束滑行模拟组件相对于支撑架11的摆动幅度。作为示例，支撑构件111可以是液压缸、气缸、弹簧等。当然，这并不是限制性的，支撑构件111可以是其他任何柔性支撑构件。

接着参阅图3，图3是图1所示滑雪运动模拟设备的旋转模拟构件的结构示意图。滑行模拟组件总体上包括旋转模拟构件121和设置在旋转模拟构件121上方的滑行模拟构件122。具体地，滑行模拟构件122借助旋转模拟构件121安装在支撑架11上。具体地，该旋转模拟构件121包括能够彼此相对旋转的固定盘1211和转盘1212，固定盘1211与支撑架11连接，转盘1212连接到滑行模拟构件122，使得滑行模拟构件122能够通过固定盘1211安装在支撑架11上，并且当转盘1212转动时，会带动滑行模拟构件122相对于支撑架11旋转。优选地，该旋转模拟构件121可以是回转支承。可以理解的是，虽然上文是以回转支承作为旋转模拟机构的优选实施方式进行描述的，但很明显也可以用其他方式替代，例如圆锥滚子轴承等。

继续参阅图2，该滑行模拟构件122包括中央固定座(图中未示出)、第一侧固定座1222和第一侧脚部固定器1224以及第二侧固定座1223和第二侧脚部固定器1225。具体地，转盘1212上可以固设一块连接板1213(如图3所示)，中央固定座固定安装到该连接板1213上，并且上身稳定装置2的下端枢转地连接到该中央固定座，当转盘1212转动时，能够带动中央固定座和上身稳定装置2一起旋转。第一侧固定座1222和第二侧固定座1223分别设置在连接板1213的上表面，并且第一侧固定座1222与第二侧固定座1223的连线经过转盘1212的圆心。在第一侧固定座1222的上端还枢转地连接有第一侧脚部固定器1224，该第一侧脚部固定器1224能够相对于第一侧固定座1222向两侧枢转、前后滑动并且能够带动第一侧固定座1222一起相对于连接板1213自转，向两侧枢转可通过任何适当的水平转轴来实现，前后滑动例如可通过图2所示的滑槽结构来实现，而自转可通过任何适当的竖向转轴来实现，但是，本发明并不局限于这种具体的枢转、自转和滑动结构；该第一侧脚部固定器1224用于固定使用者的左脚。在第二侧固定座1223的上端还枢转地连接有第二侧脚部固定器1225，该第二侧脚部固定器1225能够相对于第二侧固定座1223向两侧枢转、前后滑动并且能够带动第二侧固定座1223一起相对于连接板1213自转；与第一侧脚部固定器1224类似，向两侧枢转可通过任何适当的水平转轴来实现，前后滑动例如可通过图2所示的滑槽结构来实现，而自转可通过任何适当的竖向转轴来实现，但是，本发明并不局限于这种具体的枢转、自转和滑动结构；该第二侧脚部固定器1225用于固定使用者的右脚。在更优选的实施方式中，可以在上述向两侧枢转、前后滑动和自转的运动副上设置阻尼构件，以便为所述枢转、滑动和自转提供阻尼，从而更逼真地模拟真实的滑雪运动，提升用户的模拟体验水平。例如，向两侧枢转的阻尼构件可以是扭簧，前后滑动的阻尼构件可以是压缩弹簧，自转的阻尼构件可以是拉簧；当然，这些弹簧仅仅是示例，所述阻尼构件可以采用其他任意适当的形式，例如液压缸等其他阻尼构件。进一步地，以第一侧脚部固定器1224为例，该第一侧脚部固定器1224还可以包括第一踏板12241以及松紧可调的用于固定使用者脚部的绳带12242，该绳带设置在第一踏板12241上，从而脚部不同尺码的使用者都可以通过绳带进行固定。另一方面，还可以设置腿部的绳带12244。具体地，在第一踏板12241上固设一连接构件12243，腿部的绳带12244设置在连接构件12243的上端，当使用者把脚放置在第一踏板12241上时，腿部的绳带12244能够可调节地将连接构件12243与使用者的腿部固定。同样地，第二侧腿部固定器也可以设置成与第一侧腿部固定器一样的结构。

继续参阅图1，为了给使用者提供真实的滑雪感受，该滑行运动模拟设备还包括驱动装置(图中未整体标示)，该驱动装置可以包括驱动第一侧脚部固定器1224相对于第一侧固定座1222枢转的第一脚部驱动器31以及驱动第二侧脚部固定器1225相对于第二侧固定座1223枢转的第二脚部驱动器32。具体地，当用户进行立刃动作时，主控单元通过接收第一侧脚部固定器1224以及第二侧脚部固定器1225传导出的信息，控制第一脚部驱动器31和第二脚部驱动器32提供一个反作用力，增加使用者脚部运动肌肉负荷，真切地呈现实际滑雪中改变重心时离心力对于脚部的运动负荷。此外，由于要采集使用者在进行立刃动作时其双脚的信息，因此可以在第一侧脚部固定器1224和第二侧脚部固定器1225上安装压力传感器，通过压力传感器采集使用者脚部的压力变化，从而主控单元通过压力传感器采集的信息进而控制第一脚部驱动器31和第二脚部驱动器32施加反作用力。进一步地，在滑雪过程中，改变重心对双脚的运动负荷是不同的，例如立刃滑法是先从重心脚单脚立刃开始，逐渐过渡到双脚立刃，因此，通过分别设置第一脚部驱动器31和第二脚部驱动器32可以贴切地模拟出重心变化对使用者每只脚的负荷，从而让使用者真切地感受到实际滑雪的情形，进而大幅度地提高滑雪运动模拟设备的用户体验。除此之外，驱动装置还包括转盘驱动器33，其能够驱动转盘1212相对于固定盘1211转动。仍以使用者做出立刃动作进行说明，在实际滑雪运动中，运动员做出立刃动作之后，除了重心发生变化以外，其行进方向也会发生改变，转盘驱动器33就是为了模拟这一情形，将使用者带入真实的滑雪体验中。具体地，当主控单元接收到第一侧脚部固定器1224和第二侧脚部固定器1225上压力传感器发出的信息之后，控制转盘驱动器33带动转盘1212转动，改变使用者朝向，符合实际滑雪情形的同时，还能够提供离心力，从而使用者能够真切地感受到立刃动作给身体带来的感受，因此，该滑雪运动模拟设备能够完美地呈现真实滑雪的情况以及给使用者带来的切身感受，进而大幅度地提高了滑雪运动模拟设备的用户体验。

继续参阅图1，上身稳定装置2包括套环21和支撑杆22，该套环21用于环绕使用者的上身，支撑杆22的上端与套环21连接，支撑杆22的下端固定连接到中央固定座。具体地，该套环21具有调节功能，可以设置成类似腰带或者安全带的形式，除了保护使用者以外，套环21还具有给使用者施加外力的作用，以使得使用者体验到真实滑雪中离心力作用到身体的感受。支撑杆22可以设置成高度可调节的伸缩杆，针对不同身高的使用者，支撑杆22的长度可以进行调节，使套环21能够安装到合适的位置。此外，驱动装置还包括支撑杆驱动器34，该支撑杆驱动器34设置在脚部支撑装置1上，其能够驱动支撑杆22相对于中央固定座旋转，当使用者做出转向、立刃等动作时，主控单元通过接收第一侧脚部固定器1224和第二侧脚部固定器1225上的压力传感器传递的信息，控制支撑杆22一同旋转，由此使用者能够感受到转向时自身受到的离心力，使用者必须通过腰部调整身体平衡来克服离心力的影响，进而大幅度地提高了滑雪运动模拟设备的用户体验水平。另一方面，即使使用者受到离心力作用后失去平衡，由于设置有套环21及第一侧脚部固定器1224和第二侧脚部固定器1225，也能够保护使用者不受伤害。进一步地，驱动装置还包括牵引器(图中未示出)，该牵引器设置在脚部支撑装置1上，通过牵引器拉动套环21给使用者一个下坠力，从而使用者的腿部负荷变大，进而使用者能够体会到离心力和运动惯性对身体的影响，提高了滑雪运动模拟设备的仿真水平和用户体验。具体地，可以将支撑杆22设置成具有伸缩功能的连接杆，比如利用弹簧配合内外套管使支撑杆22能够伸缩，牵引器可以通过一根拉线拉动支撑杆22的活动部分，从而拉动套环21向下运动。

接着参阅图4，图4是本发明的滑雪模拟设备的应用示意图。该滑雪模拟设备在开始使用之前，使用者可以提供体重、身高、模拟场地、个人技术水平以及模拟转弯半径大小等信息，控制单元计算出转弯离心力变化曲线，当使用者开始体验该滑雪模拟设备时，压力传感器将采集到的信息传递给控制单元，控制单元经过计算之后，再由驱动装置提供离心力反馈给使用者，进而使用者能够切身感受到真正滑雪时给身体带来的负荷体验，此外，如图4所示，还可以在模拟设备前方通过显示屏幕4播放实时滑行的场景，使用者根据虚拟地形的变化做出技术动作。进一步地，当使用者完成一次模拟滑行之后，控制单元将信息自动储存，使用者可以调出滑雪记录并将自己的动作与规范技术动作进行比较分析，查找错误，从而提升专业训练效果。

最后，本领域技术人员容易理解的是，尽管这里是结合双板滑雪模拟设备描述的，但是，本发明的滑行运动模拟设备既可以应用于双板滑雪设备，也可以应用于单板滑雪设备，还可以应用于模拟其他滑行运动，例如模拟滑草、冲浪以及滑沙等。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种滑行运动模拟设备，其特征在于，所述滑行运动模拟设备包括：

脚部支撑装置，其用于供使用者站立，以便支撑使用者的双脚并模拟滑行动作；

上身稳定装置，所述上身稳定装置的上端连接到使用者的上身，下端连接到所述脚部支撑装置，所述上身稳定装置用于给使用者提供离心力、下坠力和安全保护；

所述脚部支撑装置包括支撑架和滑行模拟组件，所述滑行模拟组件以柔性方式安装在所述支撑架上；

所述滑行运动模拟设备还包括支撑构件，所述支撑构件的两端分别通过万向节与所述支撑架和所述滑行模拟组件连接；

所述上身稳定装置包括套环和支撑杆，所述套环用于环绕使用者的上身，所述支撑杆的上端与所述套环相连，所述支撑杆的下端固定连接到所述脚部支撑装置；

所述滑行运动模拟设备还包括驱动装置；

所述驱动装置包括支撑杆驱动器，所述支撑杆驱动器设置在所述脚部支撑装置上，用于驱动所述支撑杆相对于所述滑行模拟组件的中央固定座枢转，从而给使用者施加离心力；

所述驱动装置还包括牵引器，所述牵引器设置在所述脚部支撑装置上，用于向下牵引所述套环，从而给使用者施加下坠力。

2.根据权利要求1所述的滑行运动模拟设备，其特征在于，所述滑行模拟组件包括旋转模拟构件和设置在所述旋转模拟构件上方的滑行模拟构件，所述滑行模拟构件借助所述旋转模拟构件安装在所述支撑架上。

3.根据权利要求2所述的滑行运动模拟设备，其特征在于，所述旋转模拟构件包括能够相对于彼此旋转的固定盘和转盘，所述固定盘连接到所述支撑架，所述转盘连接到所述滑行模拟构件。

4.根据权利要求3所述的滑行运动模拟设备，其特征在于，所述滑行模拟构件包括所述中央固定座、第一侧固定座和第一侧脚部固定器以及第二侧固定座和第二侧脚部固定器，所述上身稳定装置的下端枢转地连接到所述中央固定座；所述第一侧脚部固定器以能够向两侧枢转、前后滑动和自转的方式连接到所述第一侧固定座，用于固定使用者的一只脚；所述第二侧脚部固定器以能够向两侧枢转、前后滑动和自转的方式连接到所述第二侧固定座，用于固定使用者的另一只脚。

5.根据权利要求4所述的滑行运动模拟设备，其特征在于，所述驱动装置还包括设置在所述脚部支撑装置上的下列驱动器中的至少一个：驱动所述转盘相对于所述固定盘转动的转盘驱动器、驱动所述第一侧脚部固定器相对于所述第一侧固定座枢转的第一脚部驱动器以及驱动所述第二侧脚部固定器相对于所述第二侧固定座枢转的第二脚部驱动器。

6.根据权利要求1所述的滑行运动模拟设备，其特征在于，所述滑行运动模拟设备是滑雪模拟设备、滑草模拟设备、轮滑模拟设备、滑沙模拟设备、冲浪模拟设备、滑冰模拟设备和划水模拟设备中的一种。

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