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申请/专利权人：烟台职业学院

摘要：本发明公开了一种举重训练装置的矫正辅助系统及矫正调整方法。系统包括竖直设置在座椅后部的背板，所述背板上安装有三组位移传感器；还包括供训练人员穿戴的柔性背带，所述背带的后部设置有三组与所述三组位移传感器位置一一对应的金属带；还设有可转动的转动架，所述转动架承载配重块，通过电动丝杆驱动转动架旋转可以改变所举升的重量。本发明可以在不暂停训练的情况下调整负重，使训练人员能够以正确的姿势长时间训练，减少运动损伤，提高耐力训练效果。

主权项：1.一种举重训练装置的矫正辅助系统，所述举重训练装置包括架体1，所述架体1上安装有座椅2，架体1上还设置有竖直的导轨，所述举重训练装置还包括杠铃3，所述杠铃3的杆部与所述导轨相配合，所述架体1的顶部还设置有定滑轮4，所述杠铃3通过钢丝绳连接有配重块6，所述钢丝绳绕过所述定滑轮4的顶部，其特征在于：所述矫正辅助系统包括竖直设置在座椅2后部的背板7，所述背板7的前部具有内凹槽，所述内凹槽中设置有竖直的滑动槽，所述滑动槽内沿竖直方向排列安装有三组位移传感器10；所述矫正辅助系统还包括供训练人员穿戴的柔性背带11，所述背带11的后部设置有三组与所述三组位移传感器10位置一一对应的金属带12，所述金属带12为水平走向；所述位移传感器10用于检测各自与所对应金属带12之间的距离；所述架体1上还安装有转动架5，所述转动架5的前端与所述架体1通过销轴转动连接，所述转动架5上设有滑轨，所述配重块6的底部设有与所述滑轨相配合的行走轮；所述矫正辅助系统还包括电动丝杆8，所述电动丝杆8一端与所述架体1底部转动连接、另一端与所述转动架5的后端转动连接；所述矫正辅助系统还包括设置于座椅2前方的警示灯16；所述矫正辅助系统还包括控制装置，所述控制装置与各位移传感器10分别相连接以接收位置信号，所述控制装置还与所述电动丝杆8相连接以控制电动丝杆8伸缩，所述控制装置还与所述警示灯16相连接；还包括设置在架体1底部前端的踏板9，所述踏板9为左右两组，各踏板9的信号输出端分别与所述控制装置相连接；所述金属带12由若干粘贴在背带11上的金属片拼接而成，金属片之间具有1至3mm的间隙。

全文数据：举重训练装置的矫正辅助系统及矫正调整方法技术领域本发明涉及一种在举重训练过程中帮助训练人员矫正姿势的系统，还涉及一种矫正调整方法。背景技术举重训练时，姿势非常重要。尤其是背部的姿势，如不规范，将对脊柱造成不可逆的运动损伤。为矫正姿势，需要教练或陪练人员时刻配合、监督训练人员，但这样无疑会增加教练的工作量，同时肉眼监督的难度很大，效果不理想。另一方面，训练人员的姿势正确与否，不仅仅是主观意识问题，还与训练的疲劳程度有关。在常规体能训练中，训练人员长时间举升杠铃，疲劳感累积增加，同时举升的重量不能进行调整，因此训练人员会不自觉地驼背，或采用其它不当的姿势。如果要调整重量，只能暂停训练，但暂停训练后训练人员又会有体力的恢复，此时再减轻重量，已无意义。并且，不间断地训练更有助于提高训练人员的耐力。现有技术中没有提供能够在不暂停训练的情况下调整举重重量的方式。发明内容本发明提出了一种举重训练装置的矫正辅助系统及矫正调整方法，其目的在于：在不暂停训练的情况下调整负重，使训练人员能够以正确的姿势长时间训练，减少运动损伤，提高耐力训练效果。本发明技术方案如下：一种举重训练装置的矫正辅助系统，所述举重训练装置包括架体，所述架体上安装有座椅，架体上还设置有竖直的导轨，所述举重训练装置还包括杠铃，所述杠铃的杆部与所述导轨相配合，所述架体的顶部还设置有定滑轮，所述杠铃通过钢丝绳连接有配重块，所述钢丝绳绕过所述定滑轮的顶部，所述矫正辅助系统包括竖直设置在座椅后部的背板，所述背板的前部具有内凹槽，所述内凹槽中设置有竖直的滑动槽，所述滑动槽内沿竖直方向排列安装有三组位移传感器；所述矫正辅助系统还包括供训练人员穿戴的柔性背带，所述背带的后部设置有三组与所述三组位移传感器位置一一对应的金属带，所述金属带为水平走向；所述位移传感器用于检测各自与所对应金属带之间的距离；所述架体上还安装有转动架，所述转动架的前端与所述架体通过销轴转动连接，所述转动架上设有滑轨，所述配重块的底部设有与所述滑轨相配合的行走轮；所述矫正辅助系统还包括电动丝杆，所述电动丝杆一端与所述架体底部转动连接、另一端与所述转动架的后端转动连接；所述矫正辅助系统还包括设置于座椅前方的警示灯；所述矫正辅助系统还包括控制装置，所述控制装置与各位移传感器分别相连接以接收位置信号，所述控制装置还与所述电动丝杆相连接以控制电动丝杆伸缩，所述控制装置还与所述警示灯相连接。作为本系统的进一步改进：还包括设置在架体底部前端的踏板，所述踏板为左右两组，各踏板的信号输出端分别与所述控制装置相连接。作为本系统的进一步改进：所述金属带由若干粘贴在背带上的金属片拼接而成，金属片之间具有1至3mm的间隙。作为本系统的进一步改进：还包括安装在架体前部的支架，所述支架上安装有麦克风，所述麦克风位于训练人员头部的前方，麦克风与所述控制装置相连接。作为本系统的进一步改进：所述支架上还安装有平板电脑。作为本系统的进一步改进：还包括安装在架体上的接近开关，所述接近开关用于检测杠铃是否被举升，接近开关与所述控制装置相连接。基于上述举重训练装置的矫正辅助系统的矫正调整方法，每隔10秒通过如下步骤对转动架的角度进行调整：I通过麦克风拾取训练人员的呼吸声音，控制装置实时获取麦克风的音频数据，将频率为100Hz以上的频段滤除，然后取音量峰值的时刻作为训练人员的呼气时刻，得到呼气的间隔tb，求取近十次tb的平均值记为Tb，计算呼气频率为fb＝1Tb；记当前的fb与上一fb之间的差值为△fb；并且，通过设置接近开关来感应杠铃是否被举升，控制装置实时获取接近开关的信号值，计算信号发出时刻之间的时间间隔tq，求取近三次tq的平均值记为Tq，计算举升频率为fq＝1Tq；记当前的fq与上一fq之间的差值为△fq；II设电动丝杆与转动架之间的铰接点为A，电动丝杆与架体间的铰接点为B，转动架与架体之间的铰接点为C，B与C之间的距离为a，A与C之间的间距为b，A与B之间的间距即电动丝杠的长度为L，∠BCA设为α，直线BC相对于竖直方向的角度为β，则转动架的滑轨相对于竖直方向的角度θ＝α+β；设杠铃的重量为G1，配重块的重量为G2，则当前配重块对杠铃施加的向上的平衡力F＝G2cosθ，此时举升重量为M＝G1-F＝G1-G2cosθ；计算平衡力的期望变化值△F：△F＝k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；期望的平衡力F’＝G2cosθ+△F＝G2cosθ+k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；期望的举升重量为M’＝G1-G2cosθ-k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；式中，系数k2取值范围为100至200Ns，系数k3取值范围为60至80N；系数k1的取值方式为：控制装置实时获取三组位移传感器的位置数据，设由上至下三组位移传感器检测到的位置距离分别为x1、x2和x3，当x1x2≥x3且x1-x34cm且-k2△fq+k3sin△fbπ60时，k1＝1.2；否则k1＝1；此时，θ期望变为θ’，则有θ’＝arccosF'G2；电动丝杆的长度期望值L’＝a2+b2-2cosθ’-βab12；III根据L’控制电动丝杆伸缩。相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：1本发明通过位移传感器实时监测训练人员背部的姿势，当姿势不正确时，及时发出警示，并且可以通过实时调整转动架角度的方式降低重量，既避免了运动损伤，也给训练人员提供了继续举重训练的条件，有助于提高耐力；2可以通过踏板实时调节重量，操作方便快捷；3本发明还提出了一种基于呼吸频率和举重频率对重量实时调节的方法，综合考虑训练人员的呼吸情况和举重情况，在线改变重量，直至训练人员的呼吸频率和举重频率达到稳定状态，从而极大地提升了训练的舒适度和训练效果；4实时调节方法还能结合背部姿势，判断是否需要快速减小重量，避免运动损伤。附图说明图1是本发明的整体结构示意图。图2是背板部分的局部示意图。图3是架体、转动架和电动丝杆所构成的△ABC的几何示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本发明的技术方案：如图1和2，一种举重训练装置的矫正辅助系统，所述举重训练装置包括架体1，所述架体1上安装有为训练人员提供的座椅2，架体1上还设置有竖直的导轨，所述举重训练装置还包括杠铃3，所述杠铃3的杆部与所述导轨相配合，所述架体1的顶部还设置有定滑轮4，所述杠铃3通过钢丝绳连接有配重块6，所述钢丝绳绕过所述定滑轮4的顶部。训练时，训练人员坐在座椅2上，通过举升杠铃3达到训练的效果。所述矫正辅助系统包括竖直设置在座椅2后部的背板7，背板7为训练人员的背部提供支撑。所述背板7的前部具有内凹槽，所述内凹槽中设置有竖直的滑动槽，所述滑动槽内通过螺母沿竖直方向排列安装有三组位移传感器10；松开螺母后，位移传感器10的上下位置可以调整。所述矫正辅助系统还包括供训练人员穿戴的柔性背带11，所述背带11的后部设置有三组与所述三组位移传感器10位置一一对应的金属带12，所述金属带12为水平走向；所述位移传感器10用于检测各自与所对应金属带12之间的距离；本发明优选采用电感式位移传感器10，其是在电磁感应原理的基础上，利用电感元件把被测位移量的变化转化成电感的自感系数或者互感系数的变化，再由测量电路转换成电压或电流信号，具有无磨损、无重复误差、信号输入与输出电路相互隔离等许多实用性的优点,在长度计量中得到广泛应用,特别在大范围、高精度的测量方面具有极大优势。优选的，所述金属带12由若干粘贴在背带11上的金属片拼接而成，金属片之间具有1至3mm的间隙。这样在运动时，金属带12可以随身形发生弯曲，提高舒适性，并且不会影响距离的检测。所述架体1上还安装有铝合金材质的转动架5，所述转动架5的前端与所述架体1通过销轴转动连接，所述转动架5上设有滑轨，所述配重块6的底部设有与所述滑轨相配合的行走轮。举升杠铃3时，配重块6在转动架5上往复行走。所述矫正辅助系统还包括电动丝杆8，所述电动丝杆8一端与所述架体1底部转动连接、另一端与所述转动架5的后端转动连接。电动丝杆8伸缩，可以带动转动架5转动，改变配重块6对杠铃3向上的平衡力。所述矫正辅助系统还包括设置于座椅2前方的警示灯16。所述矫正辅助系统还包括控制装置，所述控制装置与各位移传感器10分别相连接以接收位置信号，所述控制装置还与所述电动丝杆8相连接以控制电动丝杆8伸缩，所述控制装置还与所述警示灯16相连接。控制装置优选为基于ARM核心CPU的控制盒，具备数字信号和模拟信号的接受、发送电路，同时带有驱动模块，可以驱动电动丝杆中步进电机的运转。依据三组距离的大小可以自动判断训练人员的背部身形是否正确。设由上至下三组位移传感器10检测到的位置距离分别为x1、x2和x3，控制装置进行判断：当x1x2≥x3且x1-x34cm时，可以认定训练人员的背部采用了类似驼背的姿势。此时一方面通过警示灯16告知训练人员改变姿势，另一方面控制装置可以自动驱动电动丝杆8缩短，增大配重平衡力，降低负重，减缓训练人员的疲劳感，避免造成运动损伤，同时可以继续训练，提高耐力。进一步的，还包括设置在架体1底部前端的踏板9，所述踏板9为左右两组，各踏板9的信号输出端分别与所述控制装置相连接。两组踏板9一组为控制电动丝杆8伸长，另一组控制其缩短。控制装置可以改成手动调整方式，即警示灯16亮起后，训练人员通过踏板9控制转动架5起落，控制装置不会自动调整电动丝杆8的长度。进一步的，还包括安装在架体1前部的支架13，所述支架13上安装有麦克风14，所述麦克风14位于训练人员头部的前方，麦克风14与所述控制装置相连接，其作用是采集训练人员的呼吸声音。进一步的，所述支架13上还安装有平板电脑15，训练时可以播放视频、音乐等。架体1上还设有接近开关17，所述接近开关17用于检测杠铃3是否被举升，接近开关17与所述控制装置相连接。优选的，本系统采用自动控制算法来矫正和辅助训练人员锻炼，具体方式为：手动按下控制装置上的启动按钮，控制装置开始记录各传感器的数据，然后开始举重训练，1分钟后确保控制装置已记录了一定量的数据，为后面的计算提供基础，每隔10秒通过如下步骤对转动架5的角度进行调整：I通过麦克风14拾取训练人员的呼吸声音，控制装置实时获取麦克风14的音频数据，将频率为100Hz以上的频段滤除，然后取音量峰值的时刻作为训练人员的呼气时刻，得到呼气的间隔tb，求取近十次tb的平均值记为Tb，计算呼气频率为fb＝1Tb；记当前的fb与上一fb之间的差值为△fb；并且，通过设置接近开关17来感应杠铃3是否被举升，控制装置实时获取接近开关17的信号值，计算信号发出时刻之间的时间间隔tq，求取近三次tq的平均值记为Tq，计算举升频率为fq＝1Tq；记当前的fq与上一fq之间的差值为△fq；II设电动丝杆8与转动架5之间的铰接点为A，电动丝杆8与架体1间的铰接点为B，转动架5与架体1之间的铰接点为C，B与C之间的距离为a，A与C之间的间距为b，A与B之间的间距即电动丝杠的长度为L，∠BCA设为α，直线BC相对于竖直方向的角度为β，则转动架5的滑轨相对于竖直方向的角度θ＝α+β；设杠铃3的重量为G1，配重块6的重量为G2，则当前配重块6对杠铃3施加的向上的平衡力F＝G2cosθ，此时举升重量为M＝G1-F＝G1-G2cosθ；计算平衡力的期望变化值△F：△F＝k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；一般来说，举重时的呼吸频率fb的范围是大于0且小于2次秒，则△fb的范围是-2至2次秒，△fbπ6的范围为-60度至60度，该范围内正弦函数曲线是一个随角度值增大而增大的曲线，且越接近两边的端点曲线越缓，由于呼吸频率的波动有时较大，因此通过正弦函数适当收缩呼吸频率大波动值对平衡力的影响，避免举重重量出现大的波动，造成意外损伤；期望的平衡力F’＝G2cosθ+△F＝G2cosθ+k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；期望的举升重量为M’＝G1-G2cosθ-k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；即，当训练人员的举重频率提高时，说明当前重量对训练人员而言比较轻松，可适当增加举重重量，当训练人员的呼吸频率提高时，说明当前重量较高，可适当降低举重重量。上式中，系数k2取值范围为100至200Ns，系数k3取值范围为60至80N；系数k1的取值方式为：控制装置实时获取三组位移传感器10的位置数据，设由上至下三组位移传感器10检测到的位置距离分别为x1、x2和x3，当x1x2≥x3且x1-x34cm且-k2△fq+k3sin△fbπ60时，k1＝1.2，否则k1＝1，即：如果当前综合举重频率和呼吸频率的判断结果表示应当降低重量，同时训练人员的姿势已出现了问题，则进一步增大重量的减小值，使重量快速降低，避免运动损伤。此时，θ期望变为θ’，则有θ’＝arccosF'G2；根据余弦公式，电动丝杆8的长度期望值L’＝a2+b2-2cosθ’-βab12；III根据L’控制电动丝杆8伸缩，增大或减小重量。

权利要求：1.一种举重训练装置的矫正辅助系统，所述举重训练装置包括架体1，所述架体1上安装有座椅2，架体1上还设置有竖直的导轨，所述举重训练装置还包括杠铃3，所述杠铃3的杆部与所述导轨相配合，所述架体1的顶部还设置有定滑轮4，所述杠铃3通过钢丝绳连接有配重块6，所述钢丝绳绕过所述定滑轮4的顶部，其特征在于：所述矫正辅助系统包括竖直设置在座椅2后部的背板7，所述背板7的前部具有内凹槽，所述内凹槽中设置有竖直的滑动槽，所述滑动槽内沿竖直方向排列安装有三组位移传感器10；所述矫正辅助系统还包括供训练人员穿戴的柔性背带11，所述背带11的后部设置有三组与所述三组位移传感器10位置一一对应的金属带12，所述金属带12为水平走向；所述位移传感器10用于检测各自与所对应金属带12之间的距离；所述架体1上还安装有转动架5，所述转动架5的前端与所述架体1通过销轴转动连接，所述转动架5上设有滑轨，所述配重块6的底部设有与所述滑轨相配合的行走轮；所述矫正辅助系统还包括电动丝杆8，所述电动丝杆8一端与所述架体1底部转动连接、另一端与所述转动架5的后端转动连接；所述矫正辅助系统还包括设置于座椅2前方的警示灯16；所述矫正辅助系统还包括控制装置，所述控制装置与各位移传感器10分别相连接以接收位置信号，所述控制装置还与所述电动丝杆8相连接以控制电动丝杆8伸缩，所述控制装置还与所述警示灯16相连接。2.如权利要求1所述的举重训练装置的矫正辅助系统，其特征在于：还包括设置在架体1底部前端的踏板9，所述踏板9为左右两组，各踏板9的信号输出端分别与所述控制装置相连接。3.如权利要求1所述的举重训练装置的矫正辅助系统，其特征在于：所述金属带12由若干粘贴在背带11上的金属片拼接而成，金属片之间具有1至3mm的间隙。4.如权利要求1所述的举重训练装置的矫正辅助系统，其特征在于：还包括安装在架体1前部的支架13，所述支架13上安装有麦克风14，所述麦克风14位于训练人员头部的前方，麦克风14与所述控制装置相连接。5.如权利要求4所述的举重训练装置的矫正辅助系统，其特征在于：所述支架13上还安装有平板电脑15。6.如权利要求1至5任一所述的举重训练装置的矫正辅助系统，其特征在于：还包括安装在架体1上的接近开关17，所述接近开关17用于检测杠铃3是否被举升，接近开关17与所述控制装置相连接。7.基于如权利要求1所述的举重训练装置的矫正辅助系统的矫正调整方法，其特征在于每隔10秒通过如下步骤对转动架5的角度进行调整：I通过麦克风14拾取训练人员的呼吸声音，控制装置实时获取麦克风14的音频数据，将频率为100Hz以上的频段滤除，然后取音量峰值的时刻作为训练人员的呼气时刻，得到呼气的间隔tb，求取近十次tb的平均值记为Tb，计算呼气频率为fb＝1Tb；记当前的fb与上一fb之间的差值为△fb；并且，通过设置接近开关17来感应杠铃3是否被举升，控制装置实时获取接近开关17的信号值，计算信号发出时刻之间的时间间隔tq，求取近三次tq的平均值记为Tq，计算举升频率为fq＝1Tq；记当前的fq与上一fq之间的差值为△fq；II设电动丝杆8与转动架5之间的铰接点为A，电动丝杆8与架体1间的铰接点为B，转动架5与架体1之间的铰接点为C，B与C之间的距离为a，A与C之间的间距为b，A与B之间的间距即电动丝杠的长度为L，∠BCA设为α，直线BC相对于竖直方向的角度为β，则转动架5的滑轨相对于竖直方向的角度θ＝α+β；设杠铃3的重量为G1，配重块6的重量为G2，则当前配重块6对杠铃3施加的向上的平衡力F＝G2cosθ，此时举升重量为M＝G1-F＝G1-G2cosθ；计算平衡力的期望变化值△F：△F＝k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；期望的平衡力F’＝G2cosθ+△F＝G2cosθ+k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；期望的举升重量为M’＝G1-G2cosθ-k1-k2△fq+k3sin△fbπ6；式中，系数k2取值范围为100至200Ns，系数k3取值范围为60至80N；系数k1的取值方式为：控制装置实时获取三组位移传感器10的位置数据，设由上至下三组位移传感器10检测到的位置距离分别为x1、x2和x3，当x1x2≥x3且x1-x34cm且-k2△fq+k3sin△fbπ60时，k1＝1.2；否则k1＝1；此时，θ期望变为θ’，则有θ’＝arccosF'G2；电动丝杆8的长度期望值L’＝a2+b2-2cosθ’-βab12；III根据L’控制电动丝杆8伸缩。

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