一种核心稳定力量训练及量化监控仪器设计与研制

夏国滨， 黎振华， 姚 健， 高 俊

(哈尔滨师范大学 体育科学学院, 黑龙江 哈尔滨 150080)

一种核心稳定力量训练及量化监控仪器设计与研制

夏国滨， 黎振华， 姚 健， 高 俊

(哈尔滨师范大学 体育科学学院, 黑龙江 哈尔滨 150080)

为提高运动员的体能训练水平,研制一种核心稳定力量训练及量化监控仪器。该仪器由训练手持重物组件、晃动支架、电机组件、配合件、固定板、电源电路等组成。仪器研发突出实用新型,目的在于解决常规核心力量训练存在动作不规范和量化不准确等问题。通过将技术动作与肌肉力量练习相结合,以运动员核心稳定力量训练的科学监控为目的,实现运动员体能训练的最优化。

运动员体能； 核心力量训练； 仪器研发； 量化控制

自竞技运动步入科技化和现代化发展以来,体能训练器械就成为运动员取得优异运动成绩的重要保障,并成为现代训练中不可缺少的重要组成部分[1]。而当前以核心稳定性力量训练为代表的体能练习,作为当代体育科技的最新成果已经广泛应用于竞技训练之中。它以人体的核心部位为基础,通过专门化的训练来加强以腰部为基础的人体中间部位肌肉的力量,使运动员提高身体躯干支柱肌肉力量；并将其训练贯穿于所有动作和器械练习之中,为运动员重心的移动、控制和稳定提供有力的保障,以此激活机体的本体感受的肌肉组织、激活运动员神经系统、激活运动员关键的稳定部位和激活拉长肌肉,有效地提高运动员的体能水平[2]。这种新的理论,阐释了人体运动的核心区域和体能训练的关键所在,并有效地促进了体能训练的发展；但目前与之相适应的新型体能训练器械却相对较少,而传统的体能训练器械不仅难以实现肌肉练习稳定性的要求,而且还缺乏对运动动力链的调整和纠正[3]。基于此,本研究研制一种能有效提高运动员体能训练的核心稳定力量训练及量化监控仪器。通过将技术练习与体能练习融为一体,在科学地提高运动员体能的同时,帮助运动员建立正确的运动动力链,促进运动技能的发展与提高。

1 核心稳定力量训练及量化监控仪器的设计思路

核心稳定力量训练及量化监控仪器,是以核心稳定性力量训练理论为基础,对运动员机体核心区域的肌肉进行系统化力量练习的辅助性训练设备。这种新型体能训练设备可使运动员在力量练习过程中,克服传统体能训练中不稳定的练习过程,在保持正确用力姿势的基础上,使更多的小肌肉群和关节周围的辅助肌群参与活动,在培养运动员在运动中稳定关节和控制重心的能力,提高运动员对神经--肌肉系统的调控能力的同时,将比赛的技术动作融入到训练之中,提高运动员技术应用能力和技能水平。此外,还利用力量训练过程运动员负荷所反馈的运动信息,对运动员动作技术和肌肉练习过程进行监控。以此,实现运动员体能训练、技术动作动力定型、肌肉核心稳定力量练习于一体,最大限度地利用该体能训练器械提高运动员的体能水平。

新型核心稳定力量训练及量化监控装置,设计思路突出力量训练系统化、训练过程监控化、技术练习和力量训练融合化的特点。第一,处理器要选择应用广泛、运算速度快、处理能力强、价格低廉的芯片。如,采用具有高性能RISC结构,具有实用、低价、省电、高速和体积小等特点的AVR系列、PIC系列或430系列芯片[4-5]。第二,选择一种具有良好人机控制界面的信息输出系统,可以使教练员和运动员随时对机体核心力量训练的负荷的峰值变化进行观察与评估,比如,采用一种亮度高、省电、寿命长的,以LED为光源的信息输出屏幕[6-7]。第三,设计一种以万向电机、平衡台、可调节负荷重物、加速度传感器等为主要部件构成的主体支架,能有效保证肌肉力量训练与技术动作练习的高效融合。第四,以EDA平台设计数字集成电路,以确保新型核心稳定力量训练及量化监控装置数字电路系统的最优化设计[8-9]。

2 核心稳定力量训练及量化监控仪器的技术方案与工作原理

2.1 技术方案

为实现运动员机体核心稳定力量训练的要求,研制的新型体能训练器械主要由肌肉力量练习架、重物组件、电子电路、控制显示屏、平衡训练台等部分构成。其中,练习支架主要为运动员肌肉力量与技术动作的融合练习提供不同形式的训练方式与方法；可调节的重物组件主要为运动员练习提供不同等级的训练负荷；而电子电路一方面用于控制训练器械的电动马达,使训练器材产生的摇摆幅度满足于不同运动员对平衡训练的需求,而另一方面可以为监控屏幕提供电源,以利于运动员和教练员随时对训练的程度和负荷量做出准确的认知；平衡训练台主要为运动员的平衡控制练习提供相应的训练方式与方法。因此,技术方案提出新型核心稳定力量训练及量化监控装置应为体能练习、技术练习、平衡练习与训练监控合一的,具有多功能的,整体式、模块化的设计结构。

2.2 工作原理

运动员在利用此器械进行核心稳定力量练习时,训练者站在处于不稳定状态下的带有信息反馈的平衡训练平台机构上面,用手握住力量训练手柄,并用经过优化设计的接近运动技术特征的训练器械进行相应的力量练习。此时,带有反馈的平衡训练平台机构开始工作,测量平衡机构摆动的幅度,进行信息的量化处理,并据此转化成电信号传递至中央处理芯片,中央处理芯片会将输入的信号处理后再输出至电机组件,启动电机使晃动支架产生摆动。一方面增加练习难度,训练者为克服不稳定状态并保持正确的用力姿势,需要通过机体核心区域部位调动、募集和激活更多的肌肉参与稳定身体的平衡及动力的发力；另一方面,可促使平衡机构对运动员整个技术动作过程的平衡状态实施有效的量化监控,以此实现肌肉力量练习与技术动作训练相结合。

3 核心稳定力量训练及量化监控仪器的研制

3.1 器械的整体研制

新型核心稳定力量训练及量化监控装置[10]见图1。晃动支架包括环形板、多个长度不同的支腿和多个第一弹簧；电机组件包括电机和凸轮；配合件为圆柱体,每个支腿的底部均固定安装有一个第一弹簧,多个支腿均布设置在环形板底部,每个支腿的顶端固定安装在环形板的下端面上,环形板倾斜设置,环形板的下端面与水平面所呈的角度为R,R为锐角,多个第一弹簧的地段固定安装在固定板上表面上,带有信息反馈的平衡训练平台机构安装在环形板下方的固定板上表面上,靠近晃动支架固定安装有电机组件,电机组件安装在固定板的上表面上,电机的输出轴上固定安装有一个凸轮,电机的输出轴竖直设置,且电机和一个相邻的支腿之间水平设有一个配合件,配合件的一段固定安装在一个支腿的外表面上,配合件靠近凸轮设置,且凸轮的凸起端至支腿的最小距离为h,配合件的长度为H,h小于H,训练手持重物设置在环形板上,两个行程开关分别相对设置在环形板的内侧壁和外侧壁上,且两个行程开关分别固定安装在环形板外侧壁的最高点处和内侧壁的最高点处,训练手持重物组件设置在环形板上。

3.2 控制系统的电路研制

新型核心稳定力量训练及量化监控的控制电路框图见图2。调零电路在实际应用中,在平衡训练台使用之前首先确保平台处于静止状态,然后通过调零电

图1 核心稳定力量训练及量化监控仪设计方案

路调节电压驱动显示器的初始显示值。然后再将平台投入使用,进而保证电压驱动显示器的平衡状态的准确度。信号调理电路主要对加速度传感器传入的信号和中央处理器处理后输出的信号进行放大和稳定性处理,以确报信息得到有效的传输[11]。电压驱动显示器是一种电压信号驱动的显示装置,根据输入的电压信号的大小显示相应的数值,其显示的数值与输入的电压信号成正比。通信驱动电路,首先采用A/D转换器将信号调理电路输出的模拟信号转换成数字信号,然后通过通信驱动电路将该数字信号发送出去,实现平台平衡状态的远距离控制与状态信息传输[12]。此外,通信驱动电路,还可以根据训练的需要设置成有线或无线通信电路。以此,扩展运动员训练的多元化监控需求。

图2 核心稳定力量训练及量化监控仪工作原理

4 结束语

该新型体能训练装置解决了核心稳定肌肉力量训练与技术动作巩固练习的融合问题,克服了传统训练器械练习中的不稳定状态,使运动员在保持正确动作姿势的基础上机体核心区域肌肉和关节得到了增强。目前,该仪器的研发已经带动了一批新型设备的研制,并以超等长链球核心稳定力量训练及量化装置、激光式超等长链球核心稳定力量训练及量化装置等为代表,经国家知识产权局审批获得国家专利[13]。该新型体能训练设备不仅能有效提高运动员的核心稳定力量、增强运动员的力量稳定性和体能水平；而且具有价格低廉、使用方便、坚固可靠的特点。因此,能够满足水球教练员和运动员训练所需,并具有广泛推广的价值与意义。

References)

[1] 明宇,司虎克.中美体育器械专利国际申请竞争情报的实证研究[J].北京体育大学学报,2013,36(4):18-23.

[2] 王卫星,李海肖.竞技运动员的核心力量训练研究[J].北京体育大学学报,2007,30(8):1119-1121,1131.

[3] 刘宇,李海鹏,刘翠鲜,等.基于神经肌肉功能训练理论与方法的新型训练器械的研发与应用[J].体育科学,2014,34(2):87-94.

[4] 陈宫,等.基于STM32F103VCT6的微位移控制系统设计[J].现代电子技术,2012,35(3):144-146,150.

[5] 刘春梅,曹文,胥磊.基于MSP430F436单片机的晶体管图示仪设计与实现[J].实验技术与管理,2012,29(12):61-64,67.

[6] 让世美,王道宪.LED屏幕实验平台研制与建立[J].实验技术与管理,2012,29(8):67-69.

[7] 林明祥.LED屏幕显示系统的设计与研究[J].电子世界,2013(6):28-29.

[8] 陈玉洁,张基.于EAD平台的数字集成电路快速成型系统的设计[J].实验技术与管理,2012,29(9):101-102,107.

[9] 艾红.微控制器技术综合设计和提高设计质量探讨[J].实验技术与管理,2013,30(10):121-124.

[10] 高俊,郭鸿鹏,夏国滨.超等长链球核心稳定力量训练及量化装置:中国,ZL201320877622.3[P].2014-06-11.

[11] 王晓燕,秦海鹏,丁启胜.传感信号检测与智能仪表一体化实验装置研制[J].实验技术与管理,2014,31(3):66-69，78.

[12] 姜乃卓,陈孝桢.微弱周期信号频率检测的一种改进方法[J].实验技术与管理,2009,26(8):32-35.

[13] 高俊,郭鸿鹏,夏国滨.激光式超等长链球核心稳定力量训练及量化装置:中国,ZL201320877523.5[P].2014-07-30.

Design and development of a stable core strength training and quantitative control instrument

Xia Guobin, Li Zhenhua, Yao Jian, Gao Jun

(P.E.Scientific College, Harbin Normal University, Harbin 150080,China)

In order to improve the athlete’s physical ability level of training, a stable core strength training and quantitative monitoring instrument is developed. The instrument consists of a training hold weight, shaking bracket component,a motor assembly,fitting,a fixed plate,a power circuit, etc. The instrument development highlights the utility model,the purpose is to solve the problem of conventional core strength training existing action which is not standardized, quantified and inaccurate.Through the technical movement and muscle strength exercises together,with the scientific monitoring athletes core stability and strength training, the optimization of the athletes’ physical training is realized.

physical fitness of athletes; core strength training; instrument development; quantitative control

2015- 03- 09 修改日期：2015- 04- 20

黑龙江省自然科学基金项目(C201436)

夏国滨(1958—)男，黑龙江哈尔滨，副教授，研究方向为体育教育训练学

E-mail：qingping19660622@126.com

高俊(1976—)，男，黑龙江哈尔滨，博士，副教授，研究方向为体育教育训练学.

E-mail：gh003421@163.com

G808.1

B

1002-4956(2015)7- 0080- 03