CN113648638A - 用于空中姿态训练的牵引装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空中姿态训练的牵引装置，包含连接台，与运动员连接的绳索绕过定滑轮后与所述连接台连接；悬臂，若干所述悬臂围绕所述连接台水平中心对称布置，所述悬臂上安装水平导轨；连杆，其第一铰接端与所述连接台铰接，第二铰接端在水平导轨上滑动；水平弹簧，其随动端与所述连杆的第二铰接端连接，其固定端与所述固定支座连接；竖直弹簧，其第一连接端与所述连接台连接，所述竖直弹簧的第二端与所述固定支座连接；在上述牵引装置中水平弹簧的自然长度与连杆的长度相等，竖直弹簧的刚度是水平弹簧的刚度额2倍的条件下，通过所述调节部件改变所述竖直弹簧的工作程度以适应不同重量的运动员，实现对不同重量的运动员的牵引。

Description

用于空中姿态训练的牵引装置

技术领域

本发明涉及运动员训练器械技术领域，特别是涉及一种用于空中姿态训练的牵引装置。

背景技术

跳水、滑雪等在空中有多种姿态变化的运动在日常训练中需要一种可以模拟空中无约束状态的训练装置。这种训练装置既要能抵消运动员的重力，也要能跟随运动员运动，从而模拟运动员在空中的自由状态。

为了模拟运动员在空中的无约束状态，训练时用绳索的一端固定在运动员身上，绳索另一端穿过固定在高处的定滑轮后由他人牵引，这种方法原理简单、易于实现，但下落高度行程有限，且需要人力实时调整绳索的拉力，费力且无安全保障。

申请号为201611230708.1的中国发明专利公开了一类具有零频隔振特征的零(微)重力悬浮方法及装置，该系列悬浮装置本质上均可视为由一个提供重力支撑的竖直弹簧和水平弹簧通过连杆与被悬浮物连接而成。其基本原理为通过弹簧连杆机构的几何非线性配置提供与重力大小相等、方向相反的支撑力，以实现在装置设计范围(连杆长度两倍)内作用在被悬浮物的合力为零，进而使被悬浮物体处于悬浮状态。该装置能够使被悬浮物的合力为零，适合用作运动员空中姿态训练的牵引装置。据上述专利公开的内容，需要调整装置中竖直弹簧和水平弹簧的刚度以适应不同体重的运动员，调节过程需要拆卸更换装置中的零部件，操作复杂。

发明内容

本发明提供了一种用于空中姿态训练的牵引装置。

本发明提供了如下方案：

用于空中姿态训练的牵引装置，包含：

连接台，所述连接台在竖直导轨上滑动，与运动员连接的绳索绕过定滑轮后与所述连接台连接；

悬臂，若干所述悬臂围绕所述连接台水平中心对称布置，各所述悬臂的自由端互相接近，所述悬臂上设有狭缝，所述狭缝由所述悬臂的自由端向其固定支座延伸；所述悬臂上安装水平导轨，所述水平导轨的导向为所述自由端与固定支座之间的连线；

连杆，包含第一铰接端和第二铰接端，所述第一铰接端与所述连接台铰接，所述第二铰接端在水平导轨上滑动；

水平弹簧，包含随动端和固定端，所述随动端与所述连杆的第二铰接端连接，所述固定端与所述固定支座连接；

竖直弹簧，包含第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述连接台连接，所述第二连接端与所述固定支座连接；

还包含调节部件，所述调节部件包含筒体和盖体，所述盖体上设有限于所述竖直弹簧的弹簧丝通过的限位孔，所述竖直弹簧穿过所述限位孔后进入所述筒体，所述筒体上设有螺纹，所述螺纹用于与所述连接台和\或所述固定支座连接。

在一种优选的实施方式中，在所述悬臂的自由端处设有豁口，所述豁口较所述狭缝镂空面积更大。

在一种优选的实施方式中，其特征在于，所述水平导轨设在所述狭缝两侧。

在一种优选的实施方式中，其特征在于，确定所述竖直弹簧的工作长度的条件包括：

初始状态，所述绳索对所述连接台无拉力时，所述水平弹簧无变形；

对质量为m的运动员进行牵引，所述绳索的拉力为mg时，所述连杆呈水平状。

在一种优选的实施方式中，所述初始状态时，所述连杆的第二铰接端高于其第一铰接端。

在一种优选的实施方式中，所述初始状态时，所述竖直弹簧无变形。

在一种优选的实施方式中，所述筒体与所述机架连接，通过改变所述筒体与所述机架的螺纹连接的连接长度为改变所述竖直弹簧的工作长度。

在一种优选的实施方式中，所述连接台上设有通孔，所述竖直导轨与所述通孔构成移动副。

在一种优选的实施方式中，还包含导向轮，所述导向轮与所述定滑轮的水平位置不重合，所述绳索绕过所述定滑轮和所述导向轮。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种用于空中姿态训练的牵引装置，包含连接台，所述连接台在竖直导轨上滑动，与运动员连接的绳索绕过定滑轮后与所述连接台连接；悬臂，若干所述悬臂围绕所述连接台水平中心对称布置，所述悬臂上安装水平导轨，所述水平导轨的导向为所述自由端与固定支座之间的连线；连杆，其第一铰接端与所述连接台铰接，第二铰接端在水平导轨上滑动；水平弹簧，其随动端与所述连杆的第二铰接端连接，其固定端与所述固定支座连接；竖直弹簧，其第一连接端与所述连接台连接，所述竖直弹簧的第二端与所述固定支座连接；在上述牵引装置中水平弹簧的自然长度与连杆的长度相等，竖直弹簧的刚度是水平弹簧的刚度的2倍的条件下，通过所述调节部件改变所述竖直弹簧的工作程度以适应不同重量的运动员，实现对不同重量的运动员的牵引。无论运动员所处高度如何，在所述牵引装置均可为其提供与其重力大小相等的牵引力。高度行程长至所述连杆的长度的两倍，解决跳水运动员、滑雪运动员等日常空中姿态训练中高度行程有限，人力需求大且无安全保障的问题。

进一步地，本申请提供的牵引装置中包含的调节部件包含筒体和盖体，所述盖体上设有限于所述竖直弹簧的弹簧丝通过的通孔，所述竖直弹簧穿过所述通孔后进入所述筒体，所述筒体上设有螺纹，所述螺纹用于与所述连接台和\或所述固定支座连接；通过改变所述筒体与所述连接台和\或所述机架的连接长度，改变所述竖直弹簧的工作长度，以适应不同体重的运动员，调节方式简单快捷。

当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于空中姿态训练的牵引装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于空中姿态训练的牵引装置的另一视角的结构示意图。

图中：悬臂1、豁口101、连接台2、连杆3、竖直弹簧4、定滑轮5、竖直导轨6、水平弹簧7、滑块8、水平导轨9、绳索11、动力绳索1201、底座滑轮1202、电机1203。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1至图2，为本发明实施例提供的一种用于空中姿态训练的牵引装置，适于摆放在训练场馆室内或室外训练场地，通过本牵引装置为在空中的运动员提供一个与重力相平衡的力，运动员受所述牵引装置的牵引在空中训练翻转等动作。

本实施例提供的用于空中姿态训练的牵引装置，包含：

连接台2，连接台2在竖直导轨6上滑动，与运动员连接的绳索11绕过定滑轮5后与连接台2连接；

本实施例中，竖直导轨6与水平面垂直，在室内场馆竖直导轨6可以根部与地面固定、顶端与楼顶或房顶固定，在室外竖直导轨6的根部与地面固定，以保证竖直导轨6的垂直状态为准。连接台2上设有通孔，竖直导轨6从所述通孔中穿过，为连接台2的竖直移动提供导向。连接台2上的通孔内安装直线轴承，尽量减小连接台2与竖直导轨6之间的摩擦力。

悬臂1，若干悬臂1围绕连接台2水平中心对称布置，各悬臂1的自由端互相接近，悬臂1上设有狭缝，狭缝由悬臂1的自由端向其固定支座的方向延伸；悬臂1上安装水平导轨9，水平导轨9的导向为所述自由端与固定支座之间的连线；

本实施例中，悬臂1的固定支座与立柱连接，与立柱连接的一端为悬臂1的固定支座。两个悬臂1的在水平方向的夹角为180度，两个悬臂1的自由端互相接近，连接台2可以在两个悬臂1中间上下穿梭。

其它实施例中，悬臂1可以设置3个，相邻悬臂1之间的夹角为120度。设置3个悬臂1时，三组立柱构成稳固的三角形。

连杆3，包含第一铰接端和第二铰接端，所述第一铰接端与连接台2铰接，所述第二铰接端在水平导轨9上滑动；

水平弹簧7，包含随动端和固定端，所述随动端与连杆3的第二铰接端连接，水平弹簧7的固定端与所述固定支座连接；

本实施例中，水平导轨9包含两根导轨，两个导轨分别架设在狭缝101两侧，连杆3可以在狭缝101中穿过，因此连杆3可以在悬臂1上下方往返摆动。连杆3的第二铰接端与滑块8铰接，每个悬臂1上的滑块8与该悬臂上的水平导轨9的两根导轨均构成移动副。水平弹簧7的固定端固定在悬臂1靠近所述立柱的一端，水平弹簧7的随动端与滑块8连接。

竖直弹簧4，包含第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述连接台2连接，所述第二连接端与所述固定支座连接；

本实施例中，竖直弹簧4的第二连接端连接与立柱下端连接，竖直弹簧4套在竖直导轨6上，保证竖直弹簧4弹性变形的方向限于竖直方向。

在上述结构构成的牵引装置中，仅考虑连杆和水平弹簧组成的系统时：

所述连杆的长度为l，水平弹簧的自然长度为s，水平弹簧的刚度k_h，需要牵引的运动员的质量记为m。以连连杆处于水平状态时的位置作为工作位置，在所述工作位置时水平弹簧的长度为a。

当连接台受力向下位移为Δ_v时，所述连杆的第二铰接端水平方向移动距离Δ_h。则此时水平弹簧的长度为a+Δ_h，水平弹簧的压缩量为s-a-Δ_h。记此时水平弹簧的弹力为f₁，连接臂的内力为f₂，θ为连杆与水平方向的夹角。则有：

f₁＝k_h(s-a-Δ_h)----(1)

根据几何关系可以得到连杆受力

f₂＝f₁/cosθ----(2)

由几何关系可知

l²＝Δ_v ²+(l-Δ_h)²----(4)

所述连杆给连接台的力

F＝2f₂sinθ----(5.1)

将式1，2代入式5.1可得

对式(4)两侧对Δ_v进行三次求导，得：

对式(5)两侧对Δ_v求导，得：

考虑到工作位置处为平衡位置，Δ_v＝0,Δ_h＝0因此可得

因此，可以得到不加垂直弹簧时系统的力在平衡位置处的泰勒表达式

只要令s-a＝l即可满足三次非线性为0，即水平方向压缩量为杆长。此时所述连接台受力方向与运动位移方向一致，整个系统的刚度k_n为负,大小为k_n＝-2k_h。

因此，只要并联上一个刚度为2k_h的竖直正刚度弹簧，即可实现系统的准零刚度。

即，本申请提供的牵引装置只要满足几何关系s-a＝l及水平弹簧、竖直弹簧刚度关系k_v＝2k_h，即可实现大行程准零刚度恒力系统，满足在空中的运动员始终受到与其重力平衡的牵引力，处于平衡状态。

因此，本实施例提供的牵引装置各结构的参数设置满足：初始状态，所述绳索对所述连接台无拉力时，所述水平弹簧无变形；

对质量为m的运动员进行牵引，所述绳索的拉力为mg时，所述连杆呈水平状。即，在工作位置时实现质量为m的物体的重力平衡，且m＝k_vl/g。

具体地，所述初始状态时，所述连杆的第二铰接端高于其第一铰接端，所述竖直弹簧无变形。

本实施例提供的牵引装置还包含调节部件，所述调节部件包含筒体和盖体，所述盖体上设有限于竖直弹簧4的弹簧丝通过的限位孔，所述竖直弹簧穿过所述限位孔后进入所述筒体，所述筒体上设有螺纹，所述螺纹用于与所述连接台和\或所述固定支座连接。位于所述筒体内的竖直弹簧4越多，竖直弹簧4的工作长度越短，通过调节竖直弹簧4的工作长度，满足上述在工作位置时实现质量为m的物体的重力平衡，且m＝k_vl/g的要求，才能满足本牵引装置为在空中的运动员提供一个与重力相平衡的力的条件。

本实施例优选的，所述筒体与所述机架连接，通过改变所述筒体与所述机架的螺纹连接的连接长度为改变所述竖直弹簧的工作长度。

本实施例中可以设置传感器，用于在绳索11与运动员连接后检测连杆3是否处于水平状态。根据连杆3的水平夹角，利用所述调节部件调节竖直弹簧4的工作长度。所述传感器可以选择距离测量装置，所述距离测量装置安装在连接台2下方底面上，测量连接台2的高度，当连接台2的高度与连杆2的第二铰接端的高度一样时，说明连杆3处于水平状态。

本实施例提供的额牵引装置，运动员的在高度空间上的行程为连接杆2长度的2倍，本实施例中优选的，在悬臂1的自由端处设有豁口101，豁口101较所述狭缝的镂空面积更大。悬臂1上的豁口101所留空间允许连接台2通过，设置豁口101使得在保证竖直方向的行程足够大的条件下，即悬臂1的长度被充分利用，使得牵引装置整体的体积更小。

优选地，在本实施例中，还包含导向轮，所述导向轮与所述定滑轮的水平位置不重合，所述绳索绕过所述定滑轮和所述导向轮，使得运动员上下运动的空间与牵引装置本身无干涉，防止绳索摇摆时造成运动员与牵引装置碰撞而受伤。

本实施例中还包括动力装置，所述动力装置用于拉动绳索，主动提升运动员的高度，运动员模拟空中状态时，所述动力装置不工作。具体地所述动力装置与本实施例提供的牵引装置的连接关系为：动力装置的电机1203固定在底座上，电机1203的输出轴上链接动力绳索1201，动力绳索1201绕过固定在底座上的底座滑轮1202与连接台2相连。当运动员模拟空中状态时，动力绳索2处于松弛状态；工作时动力绳索2通过电机1203收紧并牵引连接台2向下移动从而提升运动员的高度。

本实施例提供的用于空中姿态训练的牵引装置，协助运动员进行空中姿态训练时，将绳索的自由端(与连接台2连接的一端为非自由端)从高处拉下并与运动员连接，此时连接台2由于运动员的重力牵引而所处高度有爬升，通过所述传感器确定连杆3是否处于水平状态，若否，则通过调节部件改变竖直弹簧4的工作长度，直至所述传感器确定连杆3处于水平状态，至此完成准备工作。之后所述动力装置拉动绳索，主动提升运动员的高度。当运动员训练时，动力装置无输出，动力绳索2处于松弛状态；此时运动员做出空中动作，运动员动作时，在高度方向上会有变动，此时本牵引装置仍然能为运动员提供牵引与其重力相平衡。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.用于空中姿态训练的牵引装置，其特征在于，包含：

连接台，所述连接台在竖直导轨上滑动，与运动员连接的绳索绕过定滑轮后与所述连接台连接；

悬臂，若干所述悬臂围绕所述连接台水平中心对称布置，各所述悬臂的自由端互相接近，所述悬臂上设有狭缝，所述狭缝由所述悬臂的自由端向其固定支座延伸；所述悬臂上安装水平导轨，所述水平导轨的导向为所述自由端与固定支座之间的连线；

连杆，包含第一铰接端和第二铰接端，所述第一铰接端与所述连接台铰接，所述第二铰接端在水平导轨上滑动；

水平弹簧，包含随动端和固定端，所述随动端与所述连杆的第二铰接端连接，所述固定端与所述固定支座连接；

竖直弹簧，包含第一连接端和第二连接端，所述第一连接端与所述连接台连接，所述第二连接端与所述固定支座连接；

还包含调节部件，所述调节部件包含筒体和盖体，所述盖体上设有限于所述竖直弹簧的弹簧丝通过的限位孔，所述竖直弹簧穿过所述限位孔后进入所述筒体，所述筒体上设有螺纹，所述螺纹用于与所述连接台和\或所述固定支座连接。

2.根据权利要求1所述的牵引装置，其特征在于，在所述悬臂的自由端处设有豁口，所述豁口较所述狭缝镂空面积更大。

3.根据权利要求1所述的牵引装置，其特征在于，所述水平导轨设在所述狭缝两侧。

4.根据权利要求1至3任一项所述的牵引装置，其特征在于，确定所述竖直弹簧的工作长度的条件包括：

初始状态，所述绳索对所述连接台无拉力时，所述水平弹簧无变形；

对质量为m的运动员进行牵引，所述绳索的拉力为mg时，所述连杆呈水平状。

5.根据权利要求4所述的牵引装置，其特征在于，所述初始状态时，所述连杆的第二铰接端高于其第一铰接端。

6.根据权利要求5所述的牵引装置，其特征在于，所述初始状态时，所述竖直弹簧无变形。

7.根据权利要求6所述的牵引装置，其特征在于，所述筒体与所述机架连接，通过改变所述筒体与所述机架的螺纹连接的连接长度为改变所述竖直弹簧的工作长度。

8.根据权利要求1至3任一项所述的牵引装置，其特征在于，所述连接台上设有通孔，所述竖直导轨与所述通孔构成移动副。

9.根据权利要求1至3任一项所述的牵引装置，其特征在于，还包含导向轮，所述导向轮与所述定滑轮的水平位置不重合，所述绳索绕过所述定滑轮和所述导向轮。

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