一種核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器設(shè)計(jì)與研制

夏國濱， 黎振華， 姚 健， 高 俊

(哈爾濱師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150080)

一種核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器設(shè)計(jì)與研制

夏國濱， 黎振華， 姚 健， 高 俊

(哈爾濱師范大學(xué) 體育科學(xué)學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150080)

為提高運(yùn)動(dòng)員的體能訓(xùn)練水平,研制一種核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器。該儀器由訓(xùn)練手持重物組件、晃動(dòng)支架、電機(jī)組件、配合件、固定板、電源電路等組成。儀器研發(fā)突出實(shí)用新型,目的在于解決常規(guī)核心力量訓(xùn)練存在動(dòng)作不規(guī)范和量化不準(zhǔn)確等問題。通過將技術(shù)動(dòng)作與肌肉力量練習(xí)相結(jié)合,以運(yùn)動(dòng)員核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練的科學(xué)監(jiān)控為目的,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練的最優(yōu)化。

運(yùn)動(dòng)員體能； 核心力量訓(xùn)練； 儀器研發(fā)； 量化控制

自競技運(yùn)動(dòng)步入科技化和現(xiàn)代化發(fā)展以來,體能訓(xùn)練器械就成為運(yùn)動(dòng)員取得優(yōu)異運(yùn)動(dòng)成績的重要保障,并成為現(xiàn)代訓(xùn)練中不可缺少的重要組成部分[1]。而當(dāng)前以核心穩(wěn)定性力量訓(xùn)練為代表的體能練習(xí),作為當(dāng)代體育科技的最新成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于競技訓(xùn)練之中。它以人體的核心部位為基礎(chǔ),通過專門化的訓(xùn)練來加強(qiáng)以腰部為基礎(chǔ)的人體中間部位肌肉的力量,使運(yùn)動(dòng)員提高身體軀干支柱肌肉力量；并將其訓(xùn)練貫穿于所有動(dòng)作和器械練習(xí)之中,為運(yùn)動(dòng)員重心的移動(dòng)、控制和穩(wěn)定提供有力的保障,以此激活機(jī)體的本體感受的肌肉組織、激活運(yùn)動(dòng)員神經(jīng)系統(tǒng)、激活運(yùn)動(dòng)員關(guān)鍵的穩(wěn)定部位和激活拉長肌肉,有效地提高運(yùn)動(dòng)員的體能水平[2]。這種新的理論,闡釋了人體運(yùn)動(dòng)的核心區(qū)域和體能訓(xùn)練的關(guān)鍵所在,并有效地促進(jìn)了體能訓(xùn)練的發(fā)展；但目前與之相適應(yīng)的新型體能訓(xùn)練器械卻相對(duì)較少,而傳統(tǒng)的體能訓(xùn)練器械不僅難以實(shí)現(xiàn)肌肉練習(xí)穩(wěn)定性的要求,而且還缺乏對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力鏈的調(diào)整和糾正[3]。基于此,本研究研制一種能有效提高運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練的核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器。通過將技術(shù)練習(xí)與體能練習(xí)融為一體,在科學(xué)地提高運(yùn)動(dòng)員體能的同時(shí),幫助運(yùn)動(dòng)員建立正確的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力鏈,促進(jìn)運(yùn)動(dòng)技能的發(fā)展與提高。

1 核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器的設(shè)計(jì)思路

核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器,是以核心穩(wěn)定性力量訓(xùn)練理論為基礎(chǔ),對(duì)運(yùn)動(dòng)員機(jī)體核心區(qū)域的肌肉進(jìn)行系統(tǒng)化力量練習(xí)的輔助性訓(xùn)練設(shè)備。這種新型體能訓(xùn)練設(shè)備可使運(yùn)動(dòng)員在力量練習(xí)過程中,克服傳統(tǒng)體能訓(xùn)練中不穩(wěn)定的練習(xí)過程,在保持正確用力姿勢(shì)的基礎(chǔ)上,使更多的小肌肉群和關(guān)節(jié)周圍的輔助肌群參與活動(dòng),在培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中穩(wěn)定關(guān)節(jié)和控制重心的能力,提高運(yùn)動(dòng)員對(duì)神經(jīng)--肌肉系統(tǒng)的調(diào)控能力的同時(shí),將比賽的技術(shù)動(dòng)作融入到訓(xùn)練之中,提高運(yùn)動(dòng)員技術(shù)應(yīng)用能力和技能水平。此外,還利用力量訓(xùn)練過程運(yùn)動(dòng)員負(fù)荷所反饋的運(yùn)動(dòng)信息,對(duì)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作技術(shù)和肌肉練習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)控。以此,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練、技術(shù)動(dòng)作動(dòng)力定型、肌肉核心穩(wěn)定力量練習(xí)于一體,最大限度地利用該體能訓(xùn)練器械提高運(yùn)動(dòng)員的體能水平。

新型核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控裝置,設(shè)計(jì)思路突出力量訓(xùn)練系統(tǒng)化、訓(xùn)練過程監(jiān)控化、技術(shù)練習(xí)和力量訓(xùn)練融合化的特點(diǎn)。第一,處理器要選擇應(yīng)用廣泛、運(yùn)算速度快、處理能力強(qiáng)、價(jià)格低廉的芯片。如,采用具有高性能RISC結(jié)構(gòu),具有實(shí)用、低價(jià)、省電、高速和體積小等特點(diǎn)的AVR系列、PIC系列或430系列芯片[4-5]。第二,選擇一種具有良好人機(jī)控制界面的信息輸出系統(tǒng),可以使教練員和運(yùn)動(dòng)員隨時(shí)對(duì)機(jī)體核心力量訓(xùn)練的負(fù)荷的峰值變化進(jìn)行觀察與評(píng)估,比如,采用一種亮度高、省電、壽命長的,以LED為光源的信息輸出屏幕[6-7]。第三,設(shè)計(jì)一種以萬向電機(jī)、平衡臺(tái)、可調(diào)節(jié)負(fù)荷重物、加速度傳感器等為主要部件構(gòu)成的主體支架,能有效保證肌肉力量訓(xùn)練與技術(shù)動(dòng)作練習(xí)的高效融合。第四,以EDA平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)字集成電路,以確保新型核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控裝置數(shù)字電路系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)[8-9]。

2 核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器的技術(shù)方案與工作原理

2.1 技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員機(jī)體核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練的要求,研制的新型體能訓(xùn)練器械主要由肌肉力量練習(xí)架、重物組件、電子電路、控制顯示屏、平衡訓(xùn)練臺(tái)等部分構(gòu)成。其中,練習(xí)支架主要為運(yùn)動(dòng)員肌肉力量與技術(shù)動(dòng)作的融合練習(xí)提供不同形式的訓(xùn)練方式與方法；可調(diào)節(jié)的重物組件主要為運(yùn)動(dòng)員練習(xí)提供不同等級(jí)的訓(xùn)練負(fù)荷；而電子電路一方面用于控制訓(xùn)練器械的電動(dòng)馬達(dá),使訓(xùn)練器材產(chǎn)生的搖擺幅度滿足于不同運(yùn)動(dòng)員對(duì)平衡訓(xùn)練的需求,而另一方面可以為監(jiān)控屏幕提供電源,以利于運(yùn)動(dòng)員和教練員隨時(shí)對(duì)訓(xùn)練的程度和負(fù)荷量做出準(zhǔn)確的認(rèn)知；平衡訓(xùn)練臺(tái)主要為運(yùn)動(dòng)員的平衡控制練習(xí)提供相應(yīng)的訓(xùn)練方式與方法。因此,技術(shù)方案提出新型核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控裝置應(yīng)為體能練習(xí)、技術(shù)練習(xí)、平衡練習(xí)與訓(xùn)練監(jiān)控合一的,具有多功能的,整體式、模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

2.2 工作原理

運(yùn)動(dòng)員在利用此器械進(jìn)行核心穩(wěn)定力量練習(xí)時(shí),訓(xùn)練者站在處于不穩(wěn)定狀態(tài)下的帶有信息反饋的平衡訓(xùn)練平臺(tái)機(jī)構(gòu)上面,用手握住力量訓(xùn)練手柄,并用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的接近運(yùn)動(dòng)技術(shù)特征的訓(xùn)練器械進(jìn)行相應(yīng)的力量練習(xí)。此時(shí),帶有反饋的平衡訓(xùn)練平臺(tái)機(jī)構(gòu)開始工作,測量平衡機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的幅度,進(jìn)行信息的量化處理,并據(jù)此轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳遞至中央處理芯片,中央處理芯片會(huì)將輸入的信號(hào)處理后再輸出至電機(jī)組件,啟動(dòng)電機(jī)使晃動(dòng)支架產(chǎn)生擺動(dòng)。一方面增加練習(xí)難度,訓(xùn)練者為克服不穩(wěn)定狀態(tài)并保持正確的用力姿勢(shì),需要通過機(jī)體核心區(qū)域部位調(diào)動(dòng)、募集和激活更多的肌肉參與穩(wěn)定身體的平衡及動(dòng)力的發(fā)力；另一方面,可促使平衡機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)員整個(gè)技術(shù)動(dòng)作過程的平衡狀態(tài)實(shí)施有效的量化監(jiān)控,以此實(shí)現(xiàn)肌肉力量練習(xí)與技術(shù)動(dòng)作訓(xùn)練相結(jié)合。

3 核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀器的研制

3.1 器械的整體研制

新型核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控裝置[10]見圖1。晃動(dòng)支架包括環(huán)形板、多個(gè)長度不同的支腿和多個(gè)第一彈簧；電機(jī)組件包括電機(jī)和凸輪；配合件為圓柱體,每個(gè)支腿的底部均固定安裝有一個(gè)第一彈簧,多個(gè)支腿均布設(shè)置在環(huán)形板底部,每個(gè)支腿的頂端固定安裝在環(huán)形板的下端面上,環(huán)形板傾斜設(shè)置,環(huán)形板的下端面與水平面所呈的角度為R,R為銳角,多個(gè)第一彈簧的地段固定安裝在固定板上表面上,帶有信息反饋的平衡訓(xùn)練平臺(tái)機(jī)構(gòu)安裝在環(huán)形板下方的固定板上表面上,靠近晃動(dòng)支架固定安裝有電機(jī)組件,電機(jī)組件安裝在固定板的上表面上,電機(jī)的輸出軸上固定安裝有一個(gè)凸輪,電機(jī)的輸出軸豎直設(shè)置,且電機(jī)和一個(gè)相鄰的支腿之間水平設(shè)有一個(gè)配合件,配合件的一段固定安裝在一個(gè)支腿的外表面上,配合件靠近凸輪設(shè)置,且凸輪的凸起端至支腿的最小距離為h,配合件的長度為H,h小于H,訓(xùn)練手持重物設(shè)置在環(huán)形板上,兩個(gè)行程開關(guān)分別相對(duì)設(shè)置在環(huán)形板的內(nèi)側(cè)壁和外側(cè)壁上,且兩個(gè)行程開關(guān)分別固定安裝在環(huán)形板外側(cè)壁的最高點(diǎn)處和內(nèi)側(cè)壁的最高點(diǎn)處,訓(xùn)練手持重物組件設(shè)置在環(huán)形板上。

3.2 控制系統(tǒng)的電路研制

新型核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控的控制電路框圖見圖2。調(diào)零電路在實(shí)際應(yīng)用中,在平衡訓(xùn)練臺(tái)使用之前首先確保平臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài),然后通過調(diào)零電

圖1 核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀設(shè)計(jì)方案

路調(diào)節(jié)電壓驅(qū)動(dòng)顯示器的初始顯示值。然后再將平臺(tái)投入使用,進(jìn)而保證電壓驅(qū)動(dòng)顯示器的平衡狀態(tài)的準(zhǔn)確度。信號(hào)調(diào)理電路主要對(duì)加速度傳感器傳入的信號(hào)和中央處理器處理后輸出的信號(hào)進(jìn)行放大和穩(wěn)定性處理,以確報(bào)信息得到有效的傳輸[11]。電壓驅(qū)動(dòng)顯示器是一種電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)的顯示裝置,根據(jù)輸入的電壓信號(hào)的大小顯示相應(yīng)的數(shù)值,其顯示的數(shù)值與輸入的電壓信號(hào)成正比。通信驅(qū)動(dòng)電路,首先采用A/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)調(diào)理電路輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后通過通信驅(qū)動(dòng)電路將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送出去,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)平衡狀態(tài)的遠(yuǎn)距離控制與狀態(tài)信息傳輸[12]。此外,通信驅(qū)動(dòng)電路,還可以根據(jù)訓(xùn)練的需要設(shè)置成有線或無線通信電路。以此,擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練的多元化監(jiān)控需求。

圖2 核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化監(jiān)控儀工作原理

4 結(jié)束語

該新型體能訓(xùn)練裝置解決了核心穩(wěn)定肌肉力量訓(xùn)練與技術(shù)動(dòng)作鞏固練習(xí)的融合問題,克服了傳統(tǒng)訓(xùn)練器械練習(xí)中的不穩(wěn)定狀態(tài),使運(yùn)動(dòng)員在保持正確動(dòng)作姿勢(shì)的基礎(chǔ)上機(jī)體核心區(qū)域肌肉和關(guān)節(jié)得到了增強(qiáng)。目前,該儀器的研發(fā)已經(jīng)帶動(dòng)了一批新型設(shè)備的研制,并以超等長鏈球核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化裝置、激光式超等長鏈球核心穩(wěn)定力量訓(xùn)練及量化裝置等為代表,經(jīng)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局審批獲得國家專利[13]。該新型體能訓(xùn)練設(shè)備不僅能有效提高運(yùn)動(dòng)員的核心穩(wěn)定力量、增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員的力量穩(wěn)定性和體能水平；而且具有價(jià)格低廉、使用方便、堅(jiān)固可靠的特點(diǎn)。因此,能夠滿足水球教練員和運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練所需,并具有廣泛推廣的價(jià)值與意義。

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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

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C201436)

夏國濱(1958—)男，黑龍江哈爾濱，副教授，研究方向?yàn)轶w育教育訓(xùn)練學(xué)

E-mail：qingping19660622@126.com

高俊(1976—)，男，黑龍江哈爾濱，博士，副教授，研究方向?yàn)轶w育教育訓(xùn)練學(xué).

E-mail：gh003421@163.com

G808.1

B

1002-4956(2015)7- 0080- 03