專利名稱：一種跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，屬于訓(xùn)練輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。首先作為一種評價(jià)儀器，能夠客觀地評價(jià)跳水運(yùn)動員走板好壞；其次，作為一種記錄儀器，能夠記錄運(yùn)動員訓(xùn)練的全過程的技術(shù)參數(shù)；最后，作為一種輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，能夠利用生物反饋的原理輔助跳板運(yùn)動員訓(xùn)練。
背景技術(shù)：
跳水項(xiàng)目是以技術(shù)為核心的競技運(yùn)動，運(yùn)動員取勝的主要因素是技術(shù)動作的協(xié)調(diào)程度和難度，訓(xùn)練過程主要是在力量、速度、柔韌性以及協(xié)調(diào)性的訓(xùn)練的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)造高、新難度動作。所以跳水運(yùn)動員的各種配合(包括肢體動作的配合、肌肉間的配合和協(xié)調(diào)、器械的利用與配合、環(huán)境的利用等)是訓(xùn)練高難度動作的根本，而運(yùn)動員訓(xùn)練的過程也是感覺、體會、強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)這些配合的過程。由于跳水運(yùn)動是一個(gè)典型的“年輕化”項(xiàng)目，小齡運(yùn)動員由于年齡和理解力等客觀因素所限，在訓(xùn)練中對教練員的意圖、技術(shù)動作要領(lǐng)以及對實(shí)現(xiàn)上述各種配合的掌握和理解需要一個(gè)過程，訓(xùn)練效果只能靠“量”的積累來實(shí)現(xiàn)。
對于少年選手，雖然抽象思維和理解力稍差一些，但是其形象思維和感覺力有優(yōu)勢，所以我們發(fā)明設(shè)計(jì)了跳板輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，借助于這個(gè)輔助訓(xùn)練系統(tǒng)在具體的訓(xùn)練過程中能夠充分發(fā)揮少年運(yùn)動員這方面的特點(diǎn)，訓(xùn)練效果以及訓(xùn)練周期有可能實(shí)現(xiàn)從“量變產(chǎn)生質(zhì)變”到“少量而高質(zhì)”的飛躍。
從對跳板的研究情況來看，國內(nèi)外的研究主要包括以下幾個(gè)方面對跳板的結(jié)構(gòu)的研究。在理論方面，構(gòu)造了多種簡化模型，如彈簧振子模型、單邊約束模型。在實(shí)踐應(yīng)用中，從上世紀(jì)二十年代到九十年代，先后發(fā)明了十幾種跳板。另外還有一些針對跳板性能的研究，在合理利用跳板的彈性勢能、起跳時(shí)機(jī)等方面給出理論性的指導(dǎo)。
在輔助訓(xùn)練方面，目前所采用的主要是攝像手段，拍攝優(yōu)秀運(yùn)動員的動作，讓其他人觀摩學(xué)習(xí)，或者拍攝訓(xùn)練動作，在回放過程中指出其中的缺點(diǎn)和不足，從而達(dá)到輔助訓(xùn)練的目的。
但是上述輔助訓(xùn)練方法的缺點(diǎn)在于單攝像機(jī)拍攝不能全面的反映運(yùn)動員的走板情況，而且采用攝像的手段不能給出精確的評價(jià)結(jié)果，采集得到的數(shù)據(jù)不利于存儲。另外如果利用多攝像機(jī)拍攝，雖然能夠全面反映運(yùn)動員的走板情況，但是需要復(fù)雜的處理過程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同樣也存在采集數(shù)據(jù)存儲難的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決跳水信息采集方式單一、精度較低，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)處理信息的問題，本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)輔助系統(tǒng)，用以輔助跳板跳水運(yùn)動員的訓(xùn)練，所說的系統(tǒng)包括作為信息處理核心并顯示分析處理結(jié)果的計(jì)算機(jī)，用于系統(tǒng)開啟觸發(fā)的開關(guān)按鈕，用于拍攝運(yùn)動員走板過程的攝像頭，用于測量跳板板頭振動信號的跳板信號采集裝置，以及用于檢測跳板平衡位置和跳板在平衡位置時(shí)的速度的光電傳感器；所述計(jì)算機(jī)的主板擴(kuò)展槽裝有一個(gè)圖像采集卡和六個(gè)交流放大器；所述開關(guān)按鈕與計(jì)算機(jī)上的第一個(gè)交流放大器相連接；所述攝像頭通過視頻線與所述計(jì)算機(jī)上的圖像采集卡連接；所述跳板信號采集裝置包括一個(gè)安裝于跳板板頭底面的三向加速度傳感器，和兩個(gè)用于檢測跳板的扭轉(zhuǎn)情況的安裝于跳板板頭底面兩側(cè)靠邊緣處的單向加速度傳感器，所述的三個(gè)加速度傳感器分別與計(jì)算機(jī)上的第二個(gè)、第三個(gè)和第四個(gè)交流放大器相連接；所述光電傳感器包括安放于跳板兩側(cè)的兩個(gè)支架，安裝在其中一個(gè)支架上的光電發(fā)射管，以及安裝在另一個(gè)支架上的兩個(gè)光電接收管，所述的兩個(gè)光電接收管分別與計(jì)算機(jī)上的第五個(gè)和第六個(gè)交流放大器相連接。
本發(fā)明所述支架為T字型結(jié)構(gòu)，T字型結(jié)構(gòu)中部彎成45°角，所述支架中上部設(shè)有一個(gè)用于調(diào)節(jié)支架角度的螺紋孔，底部設(shè)有兩個(gè)用于安裝光電傳感器的相距5cm的小孔。
本發(fā)明所述開關(guān)按鈕安裝于距離跳板固定端1m～1.5m處。
本發(fā)明所述光電傳感器中的兩個(gè)光電接收管位于同一直線上，用于接受所述光電發(fā)射管發(fā)射的紅外光信號。
本發(fā)明利用生物反饋的原理，在運(yùn)動員跳板訓(xùn)練時(shí)，通過測量分析系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋運(yùn)動員所完成動作質(zhì)量的評估結(jié)果，用來刺激運(yùn)動員運(yùn)動中樞的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，有選擇地鼓勵和加強(qiáng)某些合理的運(yùn)動模式和神經(jīng)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)提高訓(xùn)練效果的目的。
本發(fā)明所述的實(shí)時(shí)輔助訓(xùn)練系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集跳板振動加速度信息和跳板位置信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到起跳高度，壓板深度信息，為跳水訓(xùn)練提供客觀評價(jià)指標(biāo)。
本發(fā)明所述跳板輔助訓(xùn)練系統(tǒng)將運(yùn)動員訓(xùn)練中的數(shù)據(jù)分組存儲于數(shù)據(jù)庫中，可以在需要的時(shí)候提取出來供教練員對運(yùn)動員近一段時(shí)間的訓(xùn)練效果進(jìn)行評估，或在不同運(yùn)動員之間做出比較。教練員也可以利用數(shù)據(jù)庫中積累的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練方法的研究和評價(jià)。


圖1是一個(gè)跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)框圖。
圖2是加速度傳感器安裝位置及反射點(diǎn)位置(跳板的底面)。
圖3是光電傳感器光路圖。
圖4是光電傳感器校正跳板零位置原理圖。
圖5A是光電傳感器安裝支架俯視圖。
圖5B是光電傳感器安裝支架前視圖。
圖6是跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
下文將結(jié)合附圖，對本輔助系統(tǒng)的實(shí)施過程作詳盡的說明。
圖1是一個(gè)完整的跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)框圖，當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測到開關(guān)按鈕被觸發(fā)后，立即發(fā)出命令給跳板信號采集裝置、光電傳感器和攝像頭，三個(gè)裝置同時(shí)開始工作，采集的信號存儲到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，當(dāng)運(yùn)動員動作完成后，計(jì)算機(jī)在把內(nèi)存中的圖像存儲到數(shù)據(jù)庫中的同時(shí)，對光電信號和跳板振動信號進(jìn)行處理，得出起跳高度和壓板深度等技術(shù)參數(shù)，把處理結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)屏幕。
本發(fā)明實(shí)施例使用的計(jì)算機(jī)是Kistler公司生產(chǎn)的帶有多個(gè)交流放大器的計(jì)算機(jī)，型號為DEWE3010。圖像采集卡選用的是大恒公司生產(chǎn)的CG400，圖像采集卡插于計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽，本發(fā)明所述的開關(guān)按鈕采用6伏電壓供電，開關(guān)按鈕通過BNC接口與計(jì)算機(jī)上的交流放大器相連。開關(guān)按鈕可以選擇任意一款，只要能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)功能即可，本實(shí)施例選用的是彈簧式按鈕開關(guān)R18-29A。開關(guān)按鈕安裝于距離跳板固定端1m～1.5m處。
所述的攝像頭可用通用支架來支撐，以便于圖像的采集。攝像頭為帶有模擬視頻輸入的普通攝像頭，并通過視頻接口與圖像采集卡相連。在圖像采集過程中，把部分內(nèi)存分配到圖像采集卡，用于存儲每一走板過程采集的圖像。
本發(fā)明所述的跳板信號采集裝置選用Kistler公司8792A100型的三向加速度傳感器，8704B100M1型的單向加速度傳感器，質(zhì)量較小，只有18g，不會對跳板的動態(tài)特性產(chǎn)生影響，即使在比賽中也能夠使用，而且能確保采集到的信號真實(shí)可靠，其量程為±100g(約為980N/s2)，完全能夠滿足跳板振動情況下的測量范圍，不會出現(xiàn)信號溢出的情況。加速度傳感器的安裝位置如圖2所示，三向加速度傳感器1位于跳板地面中軸線上距離板頭5cm處，用于測量跳板的振動情況，因?yàn)榇宋恢檬谴蠖鄶?shù)跳水運(yùn)動員離板時(shí)所踏的位置；兩個(gè)單向加速度傳感器4，位于距離跳板板頭30cm、距離跳板兩側(cè)5cm處，用于測量跳板在振動過程中的扭轉(zhuǎn)情況。三個(gè)加速度傳感器分別通過BNC接口與計(jì)算機(jī)上的三個(gè)交流放大器相連。
所述光電傳感器中的一個(gè)光電發(fā)射管和兩個(gè)光電接收管，選用的是日本OPTEX公司的CTD-1500P型號光電傳感器，延時(shí)最大有1.5ms，檢測形式為對射，檢測距離為15m，監(jiān)測光源為紅外光LED。三只光電管的安裝電路圖如圖3所示，光電發(fā)射管的茶色導(dǎo)線和藍(lán)色導(dǎo)線分別與交流/直流模塊電源的正負(fù)極相連，光電接收管的茶色導(dǎo)線和藍(lán)色導(dǎo)線分別與交流/直流模塊電源的正負(fù)極相連，黑色導(dǎo)線通過BNC接口與計(jì)算機(jī)上的交流放大器相連。交流/直流模塊電源的交流接口通過插座與普通電源相連。安裝光電傳感器的支架如圖5所示，支架的展開結(jié)構(gòu)是一個(gè)T字型結(jié)構(gòu)(如圖5A所示)，T字型支架被彎成45°角(如圖5B所示)，底部有兩個(gè)相距5cm的直徑為20mm的小孔，上部有一個(gè)螺紋孔，其上的螺栓用于調(diào)節(jié)支架的角度。所述的支架安裝于距離跳板板頭10cm處。使用光電傳感器校驗(yàn)跳板的平衡位置和平衡位置時(shí)速度的原理圖如圖4所示，第一支架5和第二支架6安裝于跳板凹槽的兩側(cè)，光電發(fā)射管安裝于其中一側(cè)的第二支架6上，兩個(gè)光電接收管安裝于位于另一側(cè)的第一支架5上，當(dāng)跳板向下運(yùn)動到位置7時(shí)，第一個(gè)光電接收管接收到由跳板反射的紅外線，光電接收管中的電壓發(fā)生突變，由0V變?yōu)?15V。跳板上反射平面如圖2所示，能吸收幾乎全部紅外線的黑色粗糙布料3的中央有一塊1.5cm寬10cm長的能反射紅外光的光面白紙2。跳板繼續(xù)向下運(yùn)動4.5cm的距離到位置2時(shí)，紅外線觸發(fā)另一個(gè)光電接收管。用位置7和位置8之間的距離和通過兩位置所需的時(shí)間就能夠近似的估算出位置7和位置8中點(diǎn)處的速度。
當(dāng)跳水運(yùn)動員開始訓(xùn)練時(shí)，第一次要在計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)界面上輸入姓名，計(jì)算機(jī)就會自動調(diào)用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)運(yùn)動員的運(yùn)動等級參數(shù)。運(yùn)動員觸發(fā)開關(guān)按鈕，計(jì)算機(jī)接收到開啟信號后，同時(shí)發(fā)送命令給跳板信號采集裝置、光電傳感器和攝像頭，三個(gè)采集裝置同時(shí)開始，分別采集跳板振動信號、光電傳感器信號和圖像信號，此時(shí)運(yùn)動員在跳板上走板起跳，計(jì)算機(jī)在把三組信號存儲到本地磁盤數(shù)據(jù)庫的同時(shí)，對振動信號和光電傳感器信號進(jìn)行處理得到運(yùn)動員的起跳高度和壓板深度等技術(shù)參數(shù)，把運(yùn)動員本次的起跳高度與運(yùn)動等級參數(shù)相比較，計(jì)算機(jī)輸出比較結(jié)果和其他各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。
跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足設(shè)計(jì)完成的。它通過采集運(yùn)動員在走板過程中跳板的振動信號和光電信號，對采集信號進(jìn)行合理的分析、加工和處理，得出運(yùn)動員走板過程中對跳板的作用力，從而評價(jià)運(yùn)動員走板情況的好壞，最終輸出評價(jià)和分析結(jié)果，同時(shí)把運(yùn)動員走板過程的信號存儲于跳板訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫中，用于之后對訓(xùn)練成績、訓(xùn)練效果和訓(xùn)練方法的研究和評價(jià)。
本發(fā)明研究并建立了一套能夠直接在訓(xùn)練和比賽現(xiàn)場運(yùn)用、用于科學(xué)輔助、指導(dǎo)實(shí)際訓(xùn)練和實(shí)施技術(shù)動作在線監(jiān)測的輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，它對對改善教練員的訓(xùn)練指導(dǎo)環(huán)境和條件，對于改進(jìn)運(yùn)動員的訓(xùn)練方法，提高訓(xùn)練效率真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)訓(xùn)練，以及完善跳板技術(shù)的訓(xùn)練手段、促進(jìn)我國跳水界整體訓(xùn)練水平的提高具有巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求
1.一種跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括作為信息處理核心并顯示分析處理結(jié)果的計(jì)算機(jī)，用于系統(tǒng)開啟觸發(fā)的開關(guān)按鈕，用于拍攝運(yùn)動員走板過程的攝像頭，用于測量跳板板頭振動信號的跳板信號采集裝置，以及用于檢測跳板平衡位置和跳板在平衡位置時(shí)的速度的光電傳感器；所述計(jì)算機(jī)的主板擴(kuò)展槽裝有一個(gè)圖像采集卡和六個(gè)交流放大器；所述開關(guān)按鈕與計(jì)算機(jī)上的第一個(gè)交流放大器相連接；所述攝像頭通過視頻線與所述計(jì)算機(jī)上的圖像采集卡連接；所述跳板信號采集裝置包括一個(gè)安裝于跳板板頭底面的三向加速度傳感器，和兩個(gè)用于檢測跳板的扭轉(zhuǎn)情況的安裝于跳板板頭底面兩側(cè)靠邊緣處的單向加速度傳感器，所述的三個(gè)加速度傳感器分別與計(jì)算機(jī)上的第二個(gè)、第三個(gè)和第四個(gè)交流放大器相連接；所述光電傳感器包括安放于跳板兩側(cè)的兩個(gè)支架，安裝在其中一個(gè)支架上的光電發(fā)射管，以及安裝在另一個(gè)支架上的兩個(gè)光電接收管，所述的兩個(gè)光電接收管分別與計(jì)算機(jī)上的第五個(gè)和第六個(gè)交流放大器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述支架為T字型結(jié)構(gòu)，T字型結(jié)構(gòu)中部彎成45°角，所述支架中上部設(shè)有一個(gè)用于調(diào)節(jié)支架角度的螺紋孔，底部設(shè)有兩個(gè)用于安裝光電傳感器的相距5cm的小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述開關(guān)按鈕安裝于距離跳板固定端1m～1.5m處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，其特征在于所述光電傳感器中的兩個(gè)光電接收管位于同一直線上，用于接受所述光電發(fā)射管發(fā)射的紅外光信號。
全文摘要
一種跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，屬于訓(xùn)練輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。為了解決跳水信息采集方式單一、精度較低，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)處理信息的問題，本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)跳板跳水輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括作為信息處理核心并顯示分析處理結(jié)果的計(jì)算機(jī)，用于系統(tǒng)開啟觸發(fā)的開關(guān)按鈕，用于拍攝運(yùn)動員走板過程的攝像頭，用于測量跳板板頭振動信號的跳板信號采集裝置，以及用于檢測跳板平衡位置和跳板在平衡位置時(shí)的速度的光電傳感器。本發(fā)明所述的實(shí)時(shí)輔助訓(xùn)練系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集跳板振動加速度信息和跳板位置信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到起跳高度，壓板深度信息，為跳水訓(xùn)練提供客觀評價(jià)指標(biāo)。
文檔編號A63B69/00GK1562425SQ20041003079
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者季林紅, 曹春梅 申請人:清華大學(xué)