滑冰训练装置姿态控制技术专利综述

第一作者简介：陶娟（1988-），女，硕士，助理研究员。研究方向为机械电子领域专利审查。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.029

摘" 要：滑冰运动越来越受到人们的欢迎，该文对专门针对滑冰运动的滑冰训练装置姿态控制技术的专利申请进行分析，阐述其领域专利申请的申请人分布和申请量的发展趋势，追踪滑冰训练装置姿态控制技术的重点发展项目。

关键词：模拟；滑冰；姿态；运动机；踏板

中图分类号：G862" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）21-0123-05

Abstract： Skating sports are becoming more and more popular. This paper analyzes the patent applications for attitude control technology of skating training devices specifically for skating sports， expounds the distribution of applicants and the development trend of patent applications in its field， and tracks the key development projects of attitude control technology of skating training devices.

Keywords： simulation; skating; posture; treadmill; pedal

滑冰是速度、力量、技术为一体的竞技运动项目。对于滑冰的训练，滑冰训练装置核心技术涉及技术训练和力量训练，而力量训练是任何其他训练装置都会训练到的，因此，专门针对滑冰训练的装置则重点在于训练滑冰的动作技术，而滑冰动作技术核心主要在于滑冰的动作姿态的控制训练。

1" 滑冰训练装置技术总体分析

在滑冰训练装置方面，国外研究的较早。并且，早期的滑冰训练装置的结构和功能都比较简单，后来逐渐发展为具有不同智能化程度产品。国内申请人主要集中在北方地区，如哈尔滨体育学院、哈尔滨工程大学、吉林体育学院、黑龙江省体育科学研究所、首都体育学院、北京航空航天大学和黑龙江农业工程职业学院等高校，以及哈尔滨第一机械集团等企业。但是也有非北方地区的单位在研究，如东华大学、塔里木大学、黔南民族师范学院和成都镜像未来科技有限公司等。另外还有部分个人申请，如李昌周、杨春怀、刘贵宝、吴志刚和阎东等。绝大多数分布在各大高校和科研院所，少量分布在企业。而且各高校、研究所以及公司研究方向并不相同。

从申请时间角度去看，1952年开始，人们就开始了研究滑冰训练装置，并提交了专利申请。直至2000年，申请量还处于平稳阶段，从2010年之后，申请数量开始上升。对于中国滑冰训练装置的申请，1986年黑龙江省体育科学研究所提出了一种用于滑冰的器械（CN86210079），随后国内的专利申请也开始持续提升， 2017年开始爆发式增长。

2" 滑冰训练装置姿态控制技术专利进展概况

滑冰包括速度滑冰、花样滑冰等多种项目。经过长期发展，现代滑冰训练装置涉及机械、电子、控制、仿生学和生物力学等诸多领域，滑冰训练装置的技术已经日渐成熟，部分研究成果已经产品化。健身房滑冰机、室内模拟滑冰机、大型滑冰机、滑冰练步机、履带式滑冰训练装置、室内滑冰模拟器和针对儿童的滑冰体验机等各种滑冰训练装置等层出不穷。

2.1" 踩踏板式滑冰训练装置的姿态控制结构

早期的滑冰训练装置是脚踩踏在板上进行训练的。苏联于1952年申请了一种滑冰机（申请号：SU449256），如图1所示，包括梯形框架、2个可移动平台、中间固定平台和托架。在训练过程中，运动员一只脚缩回可移动平台，而另一只脚站在固定平台上继续滑动，用于模拟滑冰。苏联还于1972年申请了一种训练滑冰者的装置（申请号：SU1782730），如图2所示，包括框架、支撑平台和阻力元件，配备有2个安装在框架上的环形链条，链条连接至阻力元件，适应转弯时的跑步条件。

2.2" 轨道板式滑冰训练装置的姿态控制结构

上述踩踏板式滑冰训练装置，滑冰训练者的脚主要还是踩踏在板上进行训练，由于脚与板的每一次接触不可控，其训练轨迹精确度控制不够，滑冰的姿态控制不到位，训练效果也会大打折扣。

美国1987年申请了滑冰训练装置，如图3所示，一对可旋转定位的滑冰腿部锻炼装置（申请号：US07038871），每个轨道上均具有可在其上前后移动的脚箍，使用者的双腿位于该脚箍中，每个轨道可在角度上进行调节，并具有可调节的重量阻力，以抵抗每个腿的向后运动箍筋和身体支撑。还有一种具有环形导轨的滑冰练习机，如图4所示的一种动力滑冰运动机（申请号：US07262909），使用者可以在其上蹲伏在座位上，脚蹬在马鞍两边的2个三角形轨道上骑行，目的是近似于滑冰运动。每个轨道的一部分被指定为动力部分，包括一对环形导轨，每个环形导轨具有动力部分和返回部分以及用于每个导轨的踏板。

2005年，加拿大的斯坎特施特里德公司、泰克诺奇姆国际私人有限公司、阿姆斯特丹·曼诺分公司提出了用于模拟滑冰运动的练习装置（申请号：CA2466543A），如图5所示，包括一对具有踏板的梭，踏板适于支撑站在其上的使用者的脚。梭可沿各引导组件移动，引导组件由一个或多个钢轨组成，钢轨从最接近的最前端延伸出来向外向后彼此弯曲离开。该联系装置用于引导使用者的脚作滑冰或运动，以更好地控制滑冰的姿态。

国内，较早研究滑冰训练装置是1986年，黑龙江省体育科学研究所提出了一种用于滑冰的器械（CN86210079），如图6所示，这种用于滑冰的器械，设前后2排滑道，每排滑道又分平滑轨和斜滑轨2种，每排滑道各有左右2块脚踏滑板。运动员脚踏前排或后排的任意2块脚踏滑板，可以同时或者先后向身体的同侧或者两侧滑动来模拟滑冰。滑动的过程中，逐渐增大倾斜角度，以适应脚面的倾斜，防止压迫内侧趾骨关节。每一个脚踏滑板都有一个拉力皮筋和约束力皮筋，拉力皮筋在脚踏滑板的内侧，约束力皮筋在脚踏滑板的外侧，可针对步态的姿态进行训练，可连续进行滑冰直道滑行、弯道滑行以及分解动作和体会动作模拟训练等综合性强化训练。

2.3" 角度可控式滑冰训练装置的姿态控制结构

轨道板式滑冰训练装置在使用时滑冰训练者的脚主要还在平的轨道上进行训练，更侧重于纯粹的运动轨迹。而实际冰上滑冰时，身体是会发生倾斜的，其脚的角度也是需要进行控制的，因此，不仅训练装置要考虑身体的姿态，也要控制脚部的姿态。

1993年，美国Town Sports International Holdings公司，申请了一种用于滑冰训练锻炼的设备（申请号：US08010925），如图7所示，其包括一个框架，第一和第二臂分别具有可枢转地安装在框架上的第一端和第二端，第二端能够沿着由每个臂限定的弧线在第一位置和第二位置之间移动，臂彼此相邻设置，当臂平行于限定模拟向前行进的方向的线时，它们沿着大致垂直于2个臂的共同线枢转，并超过通过的线使其各自的枢轴并平行于前进线，用于将使用者的脚固定到第二端附近的手臂上的装置。其中，装置的构造和尺寸设计成将使用者定位，并且枢轴设置在使用者的后面，用于阻止臂从第一位置运动到第二位置的装置。

美国申请人SCHUETZER BJOERN E申请了一种用于速滑运动员训练设备（申请号：US06159201）。如图8所示，包括一个固定的训练台，训练台带有2个可沿相反方向横向移动的滑架，其移动受到控制。每个滑架具有一个平台，用于连接滑冰者的一只脚，平台在相关滑架从初始位置移开时以与滑冰时相同的方式改变其倾斜角度，从而控制运动员身体和脚的姿态。

2.4" 针对专项训练的滑冰训练装置的姿态控制结构

此外，还有一些专门针对某项技能的专门的姿势控制的训练装置，如针对花样滑冰，美国于1968年申请了一种用于芭蕾舞和花样滑冰表演者的锻炼和训练装置（申请号：US3608896A），如图9所示，包括基座构件，其具有向下延伸的用于支撑其的刀片；以及纵向槽，用于容纳滑冰刀片；以及后表面部件，其与基座部件保持刚性关系，并具有向后方延伸的刚性支架，在其下端设有支撑刀片。保持与基座构件和后表面构件枢转的关系的前表面构件；以及螺钉装置，用于以彼此隔开的关系调节前表面构件和后表面构件。

针对弯道的姿态训练，韩国2012年申请了一种滑冰模拟器（申请号：KR1020120021771），如图10所示，其包括了旋转板，旋转轴模块安装在旋转板的旋转中心。旋转轴电动机选择性地使旋转轴旋转。旋转轴动力传递机构，用于将旋转轴电动机的旋转力传递至旋转轴。旋转轴模块安装在旋转板的旋转中心。当训练者想要练习弯曲的路线时，固定旋转板并通过旋转轴模块旋转旋转轴，以使训练者绕旋转轴模块旋转从而模拟滑冰训练。

国内也有专门针对弯道训练的滑冰训练装置，2016年，曹梦宇提出了一种旋转式滑冰轮滑陆地模拟训练器（CN206081542U），如图11所示，包括支撑板，支撑板的两端设置有滑轮，支撑板的上方设置有脚固定装置，支撑板沿其长度方向设置有滑槽，滑槽内设置有滑块，滑块与旋转装置配合连接。通过设置脚固定装置，实现脚的固定，同时设置的滑槽及水平旋转装置，便于调整合适的支撑点，该结构设置的训练器，运动者训练时就能够在此训练器上完成弯道滑行技术的训练，有利于使用者掌握弯道的滑冰姿态。

2019年，哈尔滨第一机械集团有限公司提出了一种辅助速度滑冰运动员弯道技术训练装置（CN 109603127A），如图12所示，辅助速度滑冰运动员弯道技术训练装置包括训练者支撑装置、动力装置和负载装置，底座上设置有训练者支撑装置、动力装置和负载装置，动力装置与负载装置相连，训练者支撑装置包括三棱锥支架和束缚带，三棱锥支架下端与底座上端面相连，三棱锥支架上设置有束缚带，适用于各种力量、各种身形的业余和专业运动员。

2.5" 综合性滑冰训练装置的姿态控制结构

随着科技的进步，尤其随着互联网、云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术的快速应用及普及，深度学习及强化学习等算法不断优化，滑冰训练装置也是越来越智能化。

2015年，SHARIFI、CHRISTIAN提出了一种滑冰训练装置（US20170252623A1），如图13所示，滑冰训练组件包括跑步机组件和背带组件。滑冰训练组件包括计算机，其可以计算用户燃烧的卡路里、用户行进的距离，用户还可以查看在特定运动事件期间行进的距离和燃烧的卡路里。计算机可以进一步实时并且在持续时间内跟踪和计算与该锻炼有关的全部信息，以便跟踪进度。

2017年布拉格查尔斯大学等提出了一种滑冰测量装置（US10500463B2），如图14所示，在冰刀上设置传感器，传感器构造成测量作用在刀片上的力等运动的数据。

2018年，成都镜像未来科技有限公司研究了一种VR滑冰训练系统（公开号：CN108371800A），如图15所示，包括冰鞋、滑冰平台和VR系统，VR系统包括高度感应器、角度感应器、VR眼镜和单片机，高度感应器和角度感应器设在固定框内，VR眼镜包括眼镜机体、高度感应器、角度感应器，VR眼镜和伺服电机与单片机相连。将现代VR技术融合于滑冰训练装置中，使得训练更加逼真。

3" 滑冰训练装置的姿态控制结构目前存在的问题

随着人们对滑冰越来越热爱，对滑冰训练装置的个性化要求更高。因此，需要研究适应于不同使用者的个性化滑冰训练装置的姿态控制结构。

4" 结束语

本文通过对滑冰训练装置的姿态控制技术相关专利申请情况进行梳理，并对专利申请整体情况和各技术分支进行分析，构建了该技术领域的技术轮廓。滑冰训练装置研究已经渐有规模，但是随着新材料应用越来越广泛、人机交互的迅速发展，滑冰训练装置将朝着人性化和智能化发展。

参考文献：

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