CN200984436Y - 跆拳道综合模拟训练系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种跆拳道综合模拟训练系统，该系统由运行训练指导系统软件的后台计算机、模拟训练的击打对象靶人、控制靶人运动的运动机构、控制系统功能实现的中心控制器，以及液晶触摸控制台组成；中心控制器是系统的核心处理单元，也是系统的中央枢纽，分别连接两个受控部分(靶人与运动机构)与两个控制部分(液晶控制台和运行系统软件的后台计算机)，系统所有的功能都通过它的控制来实现；该系统的训练模式有套路训练模式、实控训练模式、单项训练模式三种；该系统可实现提高运动员的生理反应速度、迅速增强实战能力，既锻练力量，也训练反应速度，从而实现专项素质训练和技战术训练的有机结合，提升科学训练水平，提高运动员训练成绩。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术、计算机技术、自动控制技术和电子技术领域，特别是涉及体育科研方面的跆拳道综合模拟训练系统。
背景技术
近年来，世界各国更为注重将提高成绩的科技含量作为新世纪竞技体育发展中新的增长点，依靠科学方法和手段对运动员进行训练，提高运动员的技术水平，已经成为世界竞技体育运动训练的一种趋势。
跆拳道项目是我国的优势项目之一，在雅典奥运会上，更是取得了两枚金牌的好成绩，该项目仍将是北京奥运的重要夺金点。但面对国外众多优秀运动员的激烈竞争，要在北京奥运会上继续取得好的成绩，仍然依赖传统的训练模式是不够充分的，如何从科学训练入手，为该项目提供先进的科技服务手段，进一步提高训练水平、加强夺冠竞争力，是亟待解决的关键问题。
韩国有研制训练仪的厂家，研制的产品具有以下缺陷：仅能做现场基本数据的测量，不具备信息记录、以及全面深入的分析功能，无法为训练工作提供有实际价值的帮助；该产品为固定装置，不能运动，训练效果受到很大的制约；该产品不能提供实现教练员训练要求的手段等。所有这些缺陷使得该产品不符合专业队的使用要求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种跆拳道综合模拟训练系统，该系统用于运动员的日常训练与技能评测，可实现提高运动员的生理反应速度、迅速增强实战能力，既锻练力量，也训练反应速度，从而实现专项素质(力量、反应和速度等)训练和技战术训练的有机结合，提升科学训练水平，提高运动员训练成绩。
本发明的技术方案是：
跆拳道综合模拟训练系统，包括运行训练指导系统软件的后台计算机(8)，其特征在于：该系统还包括模拟训练的击打对象靶人(1)、控制靶人(1)运动的运动机构(9)、控制系统功能实现的中心控制器(14)，以及液晶触摸控制台(12)；所述的中心控制器(14)置于运动机构(9)中，所述的靶人(1)安装于运动机构(9)的前端，与运动机构(9)的控制器电连接，所述的靶人(1)与运动机构(9)的控制器都与中心控制器(14)电连接，所述的后台计算机(8)、液晶触摸控制台(12)均通过数据线(7)与中心控制器(14)电连接，用于在液晶触摸控制台(12)、后台计算机(8)与靶人(1)、运动机构(9)的控制器之间形成控制网络；
所述的靶人(1)由头部(4)和躯干两部分组成，分为头部(4)、胸部(3)、左肋(6)及右肋(2)四个有效击打部位，所述靶人(1)的左肋(6)、胸部(3)、右肋(6)内部各安装了一个力传感器，靶人(1)的头部(4)安装一个力传感器，靶人(1)与运动机构(9)之间安装一个力传感器，在所述靶人(1)的头部(4)和颈部安装有四个击打指示灯(5)，分别和安装在四个有效击打部位的力传感器电连接；
所述的中心控制器(14)由相互电连接的控制单元(16)、测距单元(17)和通讯转发单元(18)组成，控制单元(16)、测距单元(17)和通讯转发单元(18)的CPU单元采用一个通用的CPU通用板，另外，控制单元(16)还包含有相互电连接的伺服电机驱动模块、步进电机驱动模块、传感器信号采集模块和位置监测模块，测距单元(17)还包含有相互电连接的行扫描模块和列状态读取模块，通讯转发单元(18)还包含有相互电连接的接口转换模块和报警提示模块；
所述的运动机构(9)分为直线运动机构(13)与转体运动机构(15)两部分，分别完成相应的前进/后退或转体的动作；所述的液晶触摸控制台(12)包含一台液晶显示器(11)、一台主计算机、一个触摸屏(10)以及键盘和鼠标组成；
所述靶人(1)的左肋(6)、胸部(3)、右肋(6)内部安装的力传感器为单维力传感器，靶人(1)的头部(4)安装的力传感器为三维力传感器，靶人(1)与运动机构(9)之间安装的力传感器为六维力传感器。
所述的在后台计算机上运行的训练指导系统软件的功能有：靶人的实时控制、套路运动的随机生成运动和引导击打的实时控制、对测试数据的综合分析并建立专家训练指导系统；
跆拳道综合模拟训练系统的训练模式有：套路训练模式、实控训练模式、单项训练模式，套路训练模式中的套路有存档套路、随机生成套路以及自建套路三种，单项训练模式有测试指定时间内完成的击打次数、测试完成指定击打次数的时间两种。
所说的通讯转发模块的报警提示模块包括报警指示灯提示和蜂鸣器声音提示。
所说的CUP单元的微处理器采用C8051F040单片机。
所说的靶人或装置于运动机构上，或设定为静态的训练靶人。
所说的跆拳道综合模拟系统训练仪或与肌电、影像分析设备集成起来，组成一套全方位的综合训练分析系统。
作为一种适用于跆拳道强化技战术训练的综合模拟训练系统，所说的中心控制器的三个组成部分(控制单元、测距单元、通讯转发单元)都采用C8051F040单片机，考虑到CPU模块的通用性，采用了一个CPU模块通用板，该通用板具有各个模块共同需求的功能；所说的运动机构采用光机电一体化的设计，是多轴运动的机械结构，分为直线运动机构和转体运动机构，能够进行前后运动和左右转体运动；所说的靶人可以单独使用，也可以装备在运动机构上面，进行前后移动和左右转体运动。
作为一种综合性的训练指导系统，本发明系统实现的功能主要有：
(1)可以根据不同的训练要求，提供不同的训练模式(本发明的训练模式有三种)；
(2)针对不同级别的运动员，系统可以设定不同的速度级别、不同的力量限制、不同的反应时间限制；
(3)对于运动员每一次训练都能够存档，以便于参照比较；
(4)能够生成运动员训练结果的数据报表，供教练员备档；
(5)基于数据的积累，逐步建立跆拳道专家系统。
有益效果：经检索，目前还没有类似产品的专利，只两个名字相近的专利：“组合式多功能技击训练器”与“跆拳道武术训练健身器”，本质与沙袋相同，只是一种普通的训练靶具，不包含任何的机电结构。韩国有研制训练仪的厂家，研制的产品具有种种缺陷，不符合专业队的使用要求。
相当于现有技术有益效果是：
其一，本发明的系统由运行训练指导系统软件的后台计算机，模拟训练的击打对象靶人、控制靶人运动的运动机构、控制系统功能实现的中心控制器，以及液晶触摸控制台组成；跆拳道综合模拟训练系统的训练模式有：套路训练模式、实控训练模式、单项训练模式，套路训练模式中的套路有存档套路、随机生成套路以及自建套路三种，单项训练模式有测试指定时间内完成的击打次数、测试完成指定击打次数的时间两种。这样在运动员的日常训练中，通过操作液晶触摸控制台就可以随意选择各种训练模式，进行各种专项训练，提高专项素质(力量、反应和速度等)，且系统的操作界面设计得非常生动、活泼，可以缓解运动员训练过程中的紧张气氛，减轻运动员的心理压力，使之能发挥最好水平，提高运动员训练成绩。
其二，本发明的靶人由头部和躯干两部分组成，分为头部、胸部、左肋及右肋四个有效击打部位，在所述靶人的头部和颈部安装有四个击打指示灯，对应四个有效击打部位，这样教练员可以通过计算机编程，由中心控制器控制这些指示灯的亮和灭，从而引导运动员击打指定部位，而后台计算机那边又能够通过运动员的击打情况，对运动员的反映速度、击打力量和有效性等给出综合评价，从而真正达到科学训练的目的。
其三，本发明靶人的左肋、胸部、右肋内部各安装了一个单维力传感器，靶人的头部安装了一个三维力传感器，靶人与运动机构之间安装了一个六维力传感器，靶人或装置于运动机构上，或设定为静态的训练靶人。这就使得本发明系统能够监测运动员训练时的击打时间、击打位置、击打力度、击打方向，是否击打在有效部位等基本数据，对这些相关技术参数进行综合分析后，能给出量化评价结果；同时，靶人的或装置于运动机构上，或设定为静态的训练靶人这种特性，使得本发明系统能够根据实际情况的需要，适用于各种不同的训练场合，提高了本发明系统的实用性。
其四，中心控制器由相互电连接的控制单元、测距单元和通讯转发单元组成，控制单元、测距单元和通讯转发单元的CPU单元采用一个通用的CPU通用板，另外，通讯转发单元还包含有相互电连接的接口转换模块和报警提示模块；报警提示模块监测系统的运行情况并能在发生异常状况时给出报警提示，可以防止在训练过程中出现异常情况，保证了本发明系统的安全可靠性。
其五，首次提出了一种适用于跆拳道强化技战术训练的综合模拟训练系统，本发明系统将传感器技术、计算机技术、电子技术、自动控制技术、智能决策与专家系统等软件技术在同一平台上实现了高度集成。本发明系统不仅能进行专项技术和技能训练，更能自动引导运动员贯彻教练员的技战术思想进行综合训练，同时还能定量评测运动员的速度、力量和反应能力以及客观评估训练效果、找出存在的技术缺陷等，填补了该项目科学训练的空白。
附图说明 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是跆拳道综合模拟训练系统的结构示意图；
图2是中心控制器的电路方框图；
图3是跆拳道综合模拟训练系统的工作流程图。
具体实施方式 参见图1、图2。图1、图2中，1：靶人；2：靶人的右肋；3：靶人的胸部；4：靶人的头部；5：击打指示灯；6：靶人的左肋；7：数据线；8：后退计算机；9：运动机构；10：触摸屏；11：液晶显示器；12：液晶触摸控制台；13：直线运动机构；14：中心控制器；15：转体运动机构；16：控制单元；17：测距单元；18：通讯转发单元。
一种跆拳道综合模拟训练系统，包括运行训练指导系统软件的后台计算机8，模拟训练的击打对象靶人1、控制靶人1运动的运动机构9、控制系统功能实现的中心控制器14，以及液晶触摸控制台12；中心控制器14置于运动机构9中，靶人1装置于运动机构9的前端，与运动机构9电连接，靶人1与运动机构9都与中心控制器14电连接，后台计算机8、液晶触摸控制台12均通过数据线7与中心控制器14电连接，用于在液晶触摸控制台12、后台计算机8与靶人1、运动机构9之间形成控制网络。
靶人1由头部4和躯干两部分组成，分为头部4、胸部3、左肋6及右肋2四个有效击打部位，在所述靶人1的头部4和颈部安装有四个击打指示灯5，对应四个有效击打部位，教练员可以通过计算机编程，由中心控制器控制这些指示等的亮和灭，从而引导运动员击打指定部位；靶人1的左肋6、胸部3、右肋6内部各安装了一个单维力传感器，靶人1的头部4安装了一个三维力传感器，靶人1与运动机构9之间安装了一个六维力传感器，用来监测运动员训练时的击打时间、击打位置、击打力度、击打方向，是否击打在有效部位等基本数据。
中心控制器14由相互电连接的控制单元16、测距单元17和通讯转发单元18组成，控制单元16具有接收指令、驱动运动机构9(前进、后退、转身)并确定实时位置、引导击打、采集传感器信号等功能；测距单元17具有确定运动员的实时位置，并将位置信息传送给液晶触摸控制台12，液晶触摸控制台12结合靶人1的位置进而确定运动员与靶人1之间的距离；通讯转发单元18具有实现接口协议的转换、监视控制单元16的运行状况并实时提示用户、紧急制动开关等功能。由于控制单元16、测距单元17和通讯转发单元18都采用C8051F040单片机，考虑到CPU模块的通用性，采用了一个CPU模块通用板，该通用板具有各个模块共同需求的功能，另外，控制单元16还包含有相互电连接的伺服电机驱动模块、步进电机驱动模块、传感器信号采集模块和位置监测模块，测距单元17还包含有相互电连接的行扫描模块和列状态读取模块，通讯转发单元18还包含有相互电连接的接口转换模块和报警提示模块。
运动机构9采用光机电一体化的设计，是多轴运动的机械结构，分为直线运动机构13和转体运动机构15，能够进行前后运动和左右转体运动；所述的液晶触摸控制台12包含一台液晶显示器11、一台主机、一个触摸屏10以及必要时使用的键盘和鼠标组成。
直线运动机构13，目的是实现靶人前后运动，如图1所示是一个四连杆机构，其中二个连杆是固定在支架上，另二个连杆和靶人连接，二个连杆之间通过齿轮啮合，其中一侧连杆上的齿轮为主动齿轮，另一侧连杆上的齿轮为被动齿轮，主动齿轮由安装在其同侧的伺服电机驱动，由齿轮咬合转动可以控制直线运动机构13的连杆伸缩长度，从而实现伺服电机控制靶人前后运动。伺服电机运动控制信号由运动机构9发出。
转体运动机构15，目的是实现靶人左右运动。根据受力特征选用一台步进电机来控制，步进电机安装在直线运动机构13端部，步进电机的转轴和靶人固定连接，运动控制信号由运动机构9发出。步进电机转运带动靶人左右运动。
在后台计算机8上运行的训练指导系统软件的功能有：靶人1的实时控制、套路运动的随机生成、运动和引导击打的实时控制、对测试数据的综合分析并建立专家训练指导系统。
跆拳道综合模拟训练系统提供三种训练模式：套路训练模式、实控训练模式、单项训练模式。套路训练模式中的套路有三种：存档套路、随机生成套路、自建套路，存档套路就是根据教练员的训练意图设定的固定的训练套路；随机生成套路是由训练指导系统随机生成的，优点在于每一个动作的不可知性，能够提高运动员的反应能力；自建套路是由教练员自己设计每一步动作，通过对各部位击打次数、训练仪运动速度级别、力量限制、反应时间限制的设定，建立新套路，可以对新建套路存档，可以针对不同的运动员进行强化训练。在实控训练模式下，训练系统的动作是按照训练人员实时控制一步一步完成的。单项训练模式有两种训练方式：测试指定时间内完成的击打次数，需设定预设训练时间；测试完成指定击打次数的时间，需设定击打次数，两种模式都应设定击打部位、力量限制、反应时间限制。
图3是跆拳道综合模拟训练系统的工作流程图，其工作流程如下：对系统的各个组成部分通电后，中心控制器14即对各个功能部件预置初始值，即设定初始状态(步骤100)。然后在步骤110中，就可以利用液晶触摸控制台12选择训练模式。接着，于步骤120中，在运动员按照选好的训练模式进行训练，击打靶人时，靶人1体内力传感器即判断是否感应到有力的作用？如果力传感器感应到力，力传感器就开始采集信息(步骤130)，力传感器可以采集的信息有击打时间、击打位置、击打力度、击打方向，是否击打在有效部位等。之后，中心控制器14就对力传感器采集的信息进行处理(步骤140)。
而后，在步骤150中，后台计算机8对中心控制器14传来的信息进行综合分析。根据运动员击打情况，后台计算机8对信息进行综合分析后，即可以对运动员的反应速度、击打力量和有效性等给出量化结果(步骤160)。然后，对于处理分析后的信息进行存储(步骤170)。紧接着，于步骤180中，系统根据对照已选定的训练模式判断训练是否结束？如果训练还没有结束，则转回步骤120，继续进行信息的采集和分析，如果训练已经结束，系统就停止工作(步骤190)。
运动员每一次训练都能够存档，以便于参照比较，且能够生成运动员训练结果的数据报表，供教练员备档，这样基于数据的积累，就可以逐步建立跆拳道专家系统，为跆拳道项目提供更好的科学训练以及技能评测手段。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的跆拳道综合模拟训练系统进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (2)
1、跆拳道综合模拟训练系统，包括运行训练指导系统软件的后台计算机(8)，其特征在于：该系统还包括模拟训练的击打对象靶人(1)、控制靶人(1)运动的运动机构(9)、控制系统功能实现的中心控制器(14)，以及液晶触摸控制台(12)；所述的中心控制器(14)置于运动机构(9)中，所述的靶人(1)安装于运动机构(9)的前端，与运动机构(9)的控制器电连接，所述的靶人(1)与运动机构(9)的控制器都与中心控制器(14)电连接，所述的后台计算机(8)、液晶触摸控制台(12)均通过数据线(7)与中心控制器(14)电连接，用于在液晶触摸控制台(12)、后台计算机(8)与靶人(1)、运动机构(9)的控制器之间形成控制网络；
所述的靶人(1)由头部(4)和躯干两部分组成，分为头部(4)、胸部(3)、左肋(6)及右肋(2)四个有效击打部位，所述靶人(1)的左肋(6)、胸部(3)、右肋(6)内部各安装了一个力传感器，靶人(1)的头部(4)安装一个力传感器，靶人(1)与运动机构(9)之间安装一个力传感器，在所述靶人(1)的头部(4)和颈部安装有四个击打指示灯(5)，分别和安装在四个有效击打部位的力传感器电连接；
所述的中心控制器(14)由相互电连接的控制单元(16)、测距单元(17)和通讯转发单元(18)组成，控制单元(16)、测距单元(17)和通讯转发单元(18)的CPU单元采用一个通用的CPU通用板，另外，控制单元(16)还包含有相互电连接的伺服电机驱动模块、步进电机驱动模块、传感器信号采集模块和位置监测模块，测距单元(17)还包含有相互电连接的行扫描模块和列状态读取模块，通讯转发单元(18)还包含有相互电连接的接口转换模块和报警提示模块；
所述的运动机构(9)分为直线运动机构(13)与转体运动机构(15)两部分，分别完成相应的前进/后退或转体的动作；所述的液晶触摸控制台(12)包含一台液晶显示器(11)、一台主计算机、一个触摸屏(10)以及键盘和鼠标组成；
2、根据权利要求1所述的跆拳道综合模拟训练系统，其特征是所述靶人(1)的左肋(6)、胸部(3)、右肋(6)内部安装的力传感器为单维力传感器，靶人(1)的头部(4)安装的力传感器为三维力传感器，靶人(1)与运动机构(9)之间安装的力传感器为六维力传感器。
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