關于輪滑教學中自動擺放輪滑樁器械的設計與開發

張馳 吳涯 孫興建 張路陽 李椿洋

摘要：通過硬件設備機械化與軟件編程自動化的結合，解決輪滑教學中障礙樁使用的現實痛點。項目設計主要通過機械輔助手對障礙樁的位置和姿態進行控制，設備定速定距離地移動控制障礙樁之間的等間距，一次性裝載多個障礙樁統一進行擺放。既解決了多個障礙樁堆疊的不易移動或分離問題，又解決了在單個障礙樁擺放過程中存在的精度低、費時費力、繁瑣復雜的問題。并且能完成線路的設計與調整，有效應對可能出現的場地突發問題，便利了學生教師和體育參與者的輪滑運動開展。

關鍵詞：體育器械;輪滑障礙樁

1前言

團隊成員選修輪滑體育課程，在學習過程中接觸到教學所需要使用的障礙樁，但是多個障礙樁堆疊在一起存在諸多問題（由于障礙樁內外表面較為光滑且缺乏固定的裝置，多個數量的障礙樁堆疊組合體極易滑動，或者障礙樁組合體受到壓迫，產生障礙樁之間的分離困難），給人員的移動擺放造成困難。此外，在輪滑教學中，對障礙樁應用在考試考核比賽中的擺放間距有精度要求，擺放過程中需人工擺放在直線、弧線或其他形式路徑上，此時需要人員不斷彎腰移動障礙樁、拾取皮尺等場地測算工具，費時費力且精度低，而在具體使用、教學或比賽過程中常會經歷突發的固定場地損毀、被占用等其它情況，給運動的開展帶來不便與不靈活。團隊明確了這一研究方向，即一種自適應調節和擺放輪滑賽道障礙樁器材的設計與開發。

實現輪滑場地障礙樁擺放的自動化，解決擺放過程中會遇到的誤差大、費時費力、損害擺放者腰部健康、場地變更不靈活等問題，能極大豐富完善障礙樁在輪滑教學中使用的方式方法，推動輪滑運動的開展和普及，實現輪滑障礙樁擺放的自動化、精細化、智能化。

2項目研究主要內容

項目主要內容圍繞一種自適應調節和擺放輪滑賽道障礙樁器材的設計與開發，主要工作就在于運用cad、solidworks等軟件平臺設計出一款具有實用價值的自動擺放輪滑障礙樁的設備，運用機械設備模擬手臂對障礙樁的擺放，并具有人手所不具備的精度和效率，同時統一裝載多個障礙樁，無需人力搬運，并且高效進行運動，能以高精度控制障礙樁之間的等間距，還可按照設定的路徑進行移動以適應變化的場地，機械化自動化的技術控制做到了擺放障礙樁的科學統一和體驗優化。該設備能夠有效解決目前輪滑教學和日常生活中對障礙樁的使用所會遇到的諸多問題，如：移動困難，擺放費時費力、精度低、損害擺放者腰部健康和對不斷變化的輪滑教學場地的適應性差，極大便利障礙樁在輪滑教學中的使用，此項改進順應了國際體育器材發展理念的新趨勢，推動輪滑運動的開展和普及。

2.1硬件部分

（1）裝載：在對障礙樁幾何結構的分析基礎上，運用類似叉車支架的機械輔助手（圖1）進行障礙樁組合體的緊固和攜帶。

（2）擺放：設計多層的機械輔助手結構（圖1），實現障礙樁組合體的逐個分離，并通過機械機構的傳動，將障礙樁擺放到目標位置，其余部分障礙樁在重力作用下自動滑落到底部，機械輔助手復位，準備后續擺放。

（3）移動：設備底部的車輪在擺放完成后開始轉動，并能在接收事先編寫好的程序指令后停止，整個移動過程滿足輪滑項目障礙樁擺放路徑間距要求。

2.2軟件部分

編寫一個移動指令程序，可以控制設備的前進與停止，并在移動設定距離時停止，以控制障礙樁之間的設定等間距，同時能夠在設定的路徑上進行直線、弧線或其他路徑的移動，以適應輪滑項目開展在具體場地上符合規范的要求。

解決人工擺放障礙樁不能靈活地應對特殊線路的要求。

3自動擺放輪滑樁器械的設計方案

CAD首先它是一個可視化的繪圖軟件，許多命令和操作可以通過菜單選項和工具按鈕等多種方式實現。而且具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，如實體繪制、關鍵點編輯、對象捕捉、標注、鳥瞰顯示控制等，它的工具欄、菜單設計、對話框、圖形打開預覽、信息交換、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預覽為用戶的繪圖帶來很大方便。其次它不僅在二維繪圖處理更加成熟，三維功能也更加完善，可方便地進行建模和渲染。Solidworks 可以動態地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態的干涉檢查和間隙檢測。用交替位置顯示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。

為實現輪滑障礙樁擺放方式的優化，對障礙樁的幾何結構進行分析并研究障礙樁擺放過程中的動態姿勢改變，通過對同類設備的分析創新，團隊計劃設計雙層的機械輔助手用以隔斷倒數第一個障礙樁與倒數第二個障礙樁，并附帶有夾取功能，可以進行障礙樁之間的分離，再通過機械傳動使障礙樁運動到預定位置，釋放機械輔助手，完成一次的障礙樁擺放，之后擺樁車繼續向前移動，重復上述過程進行下一次的障礙樁擺放。系統根據事先路徑的規劃移動，自動在直線與弧形等線路上行進，并能間隔相同的設定距離停止一段時間以完成障礙樁的擺放。

4結論

區別于傳統依賴人力的擺放過程，項目通過機械自動化地實現障礙樁在場地上的便捷擺放，既能提高擺放的精度、速度，又能節省人力、優化運動體驗，更能較好的應對可能出現的場地變更問題。該款設備與同類的其他設備相比，更能針對輪滑項目中使用的小型障礙樁，并且設備也更加小巧、便攜、易維修，更能適應日常運動、校園教學、體育賽事中的使用場地和成本承受能力。

參考文獻：

[1]李文厚，近五年高校輪滑運動發展現狀探究，[J]，內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2018，89-90+93，89-90+93.

基金項目：2020-2021學年第一學期大學生創新創業訓練計劃（項目編號：202105017）。

作者簡介：

張馳，2002.08.17，男，浙江省金華市，學生，本科在讀，研究領域：機械設計。

張路陽，2003.04.10，女，安徽省安慶市，學生，本科在讀，研究領域：機械設計。

吳涯，2001.06.30，男，貴州省錦屏縣，學生，本科在讀，研究領域：機械設計。

孫興建，2001.03.19，男，河北省邢臺市，學生，本科在讀，研究領域：自動控制。

李椿洋，2002.09.27，男，貴州省黔東南州，學生，本科在讀，研究領域：自動控制。