一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置

1.本发明涉及田径运动技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置。


背景技术：

2.田径运动是指由走、跑、跳跃﹑投掷等运动项目及其由部分项目组成的全能运动项目的总称，跑步的定义是指陆生动物使用足部移动。它在运动上的定义是一种步伐，双脚不会同一时间踫到地面。它亦可以是一种有氧的运动或厌氧的运动。
3.新手在跑步时，容易出现不正确的跑步姿势，从而极易导致膝盖受损，脚踝扭伤，从而影响后续的运动，所以本发明涉及了一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置来解决上述问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置，通过使第一固定套跟随腿部运动，而使第二磁石块与第一磁石块分离且拉动第二支架插接进插筒的内腔，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置，包括用于束缚腰背部的第一束缚机构，所述第一束缚机构的底部转动安装有用于束缚臀胯部的第二束缚机构，所述第二束缚机构的底部设有用于束缚大腿部的第三束缚机构，所述第三束缚机构与第一束缚机构之间装配有用于辅助进行高抬腿训练的辅助机构；
6.所述第一束缚机构包括第一绑带，所述第一绑带的内壁上滑动安装有脊椎支架，所述脊椎支架的外壁固定安装有第二绑带，所述第二束缚机构包括两个呈对称设置的第一贴合垫，且两个所述第一贴合垫的顶部固定连接有与脊椎支架相连接的衔接座，两个所述第一贴合垫之间设有多个衔接杆，且所述衔接杆的两端铰接有与第一贴合垫相连接的球形座，所述第一贴合垫的一侧铰接有第二贴合垫，所述第二贴合垫的一侧固定安装有弧形扣；
7.所述第三束缚机构包括第一固定套，所述第一固定套的底部设有第二固定套，所述第二固定套的底部设有限位盖，所述第一固定套与第二固定套之间固定安装有两个呈对称设置的撑杆，且所述撑杆的外壁套设有与限位盖相连接的移动杆，所述第一固定套的外壁铰接有与第二贴合垫相连接的牵制绳，所述牵制绳上固定安装有用于控制其倾斜角度的调控机构。
8.所述调控机构利用pi d对倾斜角度进行控制，控制模型为：
[0009][0010]
式中，k
p
为倾斜角度比例增益；ki为倾斜角度积分增益；kd为倾斜角度微分增益；λ,μ分别为倾斜角度分数阶微分和积分阶次。
[0011]
通过对调控机构进行收缩环绕和螺旋上升不断缩小包围圈并向上螺旋，倾斜角度位置更新表达式为：
[0012][0013]
d`＝|x
*
(t)-x(t)|
[0014]
其中，b为对数螺旋线形状的常数，l属于随机数，范围是[-1,1]。
[0015]
当系数向量a＜1时，意味着当前最新位置，根据随机变量p来决定牵制绳的长度，其数学模型为：
[0016][0017]
通过利用pid对倾斜角度进行控制，使得该训练装置可以依据不同人体的穿戴时，更加符合人体工程学，提高了穿戴舒适性，保证了倾斜角度的准确性，操作简单，可在运动员中进行有效推广，这样能很好的缓冲和减轻膝盖的压力，防止运动员膝盖受损。
[0018]
在一个优选地实施方式中，所述脊椎支架与衔接座之间设置为转动连接状态。
[0019]
在一个优选地实施方式中，所述第一固定套的内壁上固定安装有第三紧固带，所述第二固定套的内壁上固定安装有两个呈对称设置的夹板，且所述夹板的一侧固定安装有与第三紧固带相连接的弹簧；
[0020]
所述限位盖的外壁包覆有耐磨垫。
[0021]
在一个优选地实施方式中，所述调控机构包括多个固定安装在牵制绳竖直向中心面上的第一链扣，多个所述第一链扣的外壁均套接有第二链扣，且所述第二链扣固定安装在牵制绳的水平向中心面上，两个相邻的所述第二链扣的外壁固定安装有第一支架。
[0022]
在一个优选地实施方式中，所述第一支架的外壁固定安装有第一磁石块，所述第一支架的外壁滑动安装有第二支架，所述第二支架的一侧固定安装有与第一磁石块相吸附的第二磁石块，且所述第二支架与第一磁石块之间固定安装有复位弹簧；
[0023]
所述第一磁石块的一侧固定安装有插筒，所述第二支架插接在插筒的内腔。
[0024]
在一个优选地实施方式中，所述复位弹簧与第一支架呈一一对应设置，且所述第一支架的外壁固定连接有拉绳，所述拉绳的一端固定安装有与第一固定套相铰接的转座；
[0025]
所述拉绳的数量设置为两个，且两个所述拉绳关于第二支架的中心线呈对称设置。
[0026]
在一个优选地实施方式中，所述牵制绳远离第一固定套的一端转动连接有挂钩，所述挂钩的一侧固定安装有挡块，且所述挂钩挂设在第二贴合垫上。
[0027]
在一个优选地实施方式中，所述辅助机构包括铰接在第一固定套外壁上的弧形弹性板，所述弧形弹性板的外壁包覆有防滑垫，所述弧形弹性板的顶部设有第一安装座，所述第一安装座的一侧开设有滑槽，所述滑槽的内腔滑动安装有与弧形弹性板相连接的滑块。
[0028]
在一个优选地实施方式中，所述辅助机构还包括套设在第二绑带外壁的第二安装座，所述第二安装座的一侧固定安装有第二扣板和第三扣板，所述第一安装座的一侧固定安装有第一扣板，所述第一扣板插接在第二扣板和第三扣板之间。
[0029]
在一个优选地实施方式中，所述第一绑带的内壁上固定安装有第二紧固带，所述第一绑带的外壁上套设有两个位置传感器；
[0030]
所述第二绑带的内壁上固定安装有第一紧固带，所述脊椎支架的内壁上固定安装有防撞垫，所述防撞垫的两侧固定安装有限位条。
[0031]
本发明的技术效果和优点：
[0032]
1、本发明通过使第一固定套跟随腿部由竖直状态逐渐倾斜，使得拉绳拉动第二支架向下移动，而使第二磁石块与第一磁石块分离且拉动第二支架插接进插筒的内腔，从而使牵制绳呈绷紧状态贴合在腿部，拉动第二贴合垫跟随腿部进行偏转而带动臀部扭动，从而当大腿在进行发力时，能够实时牵制臀胯部进行扭动，避免出现身体不协调情况的发生；
[0033]
2、本发明通过使夹板夹持在大腿的两侧，当肌肉在运动时，结合弹簧的弹性能够迅速适应腿部肌肉的变化而进行弹性扩张或收缩，从而使得夹板始终夹持在大腿上，且结合限位盖对膝盖的限位，使得运动员在佩戴本装置跑步时，大腿带动小腿机械能运动，同时通过利用pid对倾斜角度进行控制，使得该训练装置可以依据不同人体的穿戴时，更加符合人体工程学，提高了穿戴舒适性，保证了倾斜角度的准确性，操作简单，可在运动员中进行有效推广，这样才能很好的缓冲和减轻膝盖的压力，防止膝盖受损。
附图说明
[0034]
图1为本发明的整体结构示意图。
[0035]
图2为本发明的背部结构示意图。
[0036]
图3为本发明图2的a部结构放大图。
[0037]
图4为本发明第三束缚机构的整体结构示意图。
[0038]
图5为本发明图4的b部结构放大图。
[0039]
图6为本发明图4的c部结构放大图。
[0040]
图7为本发明图4的d部结构放大图。
[0041]
图8为本发明的轴侧结构示意图。
[0042]
图9为本发明图8的e部结构放大图。
[0043]
图10为本发明图8的f部结构放大图。
[0044]
附图标记为：1第一束缚机构、101第一绑带、102脊椎支架、103第二绑带、104第一紧固带、105第二紧固带、106位置传感器、107防撞垫、108限位条、2第二束缚机构、21第一贴合垫、22第二贴合垫、23弧形扣、24衔接杆、25球形座、26衔接座、3第三束缚机构、31第一固定套、32第三紧固带、33第二固定套、34夹板、35弹簧、36限位盖、37撑杆、38移动杆、39耐磨垫、310牵制绳、311第一链扣、312第二链扣、313第一支架、314第一磁石块、315第二支架、316第二磁石块、317复位弹簧、318插筒、319拉绳、320转座、321挂钩、322挡块、4辅助机构、41弧形弹性板、42第一安装座、43滑槽、44滑块、45第一扣板、46第二安装座、47第二扣板、48第三扣板、49防滑垫。
具体实施方式
[0045]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
参照说明书附图1-10，本发明一实施例的一种基于大数据的田径运动跑步姿态训练辅助装置，包括用于束缚腰背部的第一束缚机构1，且通过第一束缚机构1使运动员在跑步时保持上半身处于微微倾斜状态，第一束缚机构1的底部转动安装有用于束缚臀胯部的第二束缚机构2，第二束缚机构2的底部设有用于束缚大腿部的第三束缚机构3，结合第二束缚机构2与第三束缚机构3的相互配合，使得小腿在跑步时保持轻松状态，且控制小腿的动作幅度较小，从而使得运动员保持正确姿态进行训练，第三束缚机构3与第一束缚机构1之间装配有用于辅助进行高抬腿训练的辅助机构4，通过辅助机构4使得运动员在佩戴本装置后，可以借助辅助机构4进行高抬腿训练，使得大腿肌肉形成肌肉记忆，从而在跑步时，大腿部能够迅速掌握跑步技巧。
[0047]
如图2所示，第一束缚机构1包括第一绑带101，第一绑带101的内壁上滑动安装有脊椎支架102，脊椎支架102的外壁固定安装有第二绑带103，第一绑带101束缚在运动员的胸部，脊椎支架102贴合在运动员的背部脊椎上，第二绑带103束缚在运动员的腰部，通过将第一绑带101滑动安装在脊椎支架102上，可适用于不同身高的运动员使用，如图3所示，第二束缚机构2包括两个呈对称设置的第一贴合垫21，第一贴合垫21的一侧铰接有第二贴合垫22，第一贴合垫21和第二贴合垫22贴合在运动员的臀部，第二贴合垫22的一侧固定安装有弧形扣23，弧形扣23卡在运动员的胯骨部，当运动员在跑步时，臀部和胯部会发生扭动，随着弧形扣23的束缚，能够使第二贴合垫22顺着臀部的运动而发生偏转，两个第一贴合垫21的顶部固定连接有与脊椎支架102相连接的衔接座26，两个第一贴合垫21之间设有多个衔接杆24，且衔接杆24的两端铰接有与第一贴合垫21相连接的球形座25，两个第一贴合垫21通过衔接杆24相连接且通过球形座25，使得两个第一贴合垫21可同时向不同方向偏转，随着臀部的扭动而偏转。
[0048]
参照图4所示，第三束缚机构3包括第一固定套31，第一固定套31的底部设有第二固定套33，第二固定套33的底部设有限位盖36，第一固定套31固定在大腿根部，第三紧固带32固定在大腿靠近膝盖的部位，限位盖36用于限制膝盖部位，防止膝盖动作幅度过大，使得小腿无法发力，而长期保持大腿处于发力状态进行训练，结合图7所示，第一固定套31与第二固定套33之间固定安装有两个呈对称设置的撑杆37，且撑杆37的外壁套设有与限位盖36相连接的移动杆38，移动杆38通过螺栓固定在撑杆37的外壁，根据运动员身高的不同，在调节限位盖36的高度时，通过将移动杆38与撑杆37之间的螺栓扭松，使得移动杆38滑动在撑杆37的外壁进行调节限位盖36的高度，当调节完毕后，通过将螺栓扭紧即可使移动杆38无法滑动在撑杆37的外壁，结合图5-6所示，第一固定套31的外壁铰接有与第二贴合垫22相连接的牵制绳310，牵制绳310上固定安装有用于控制其倾斜角度的调控机构，当将第一固定套31固定在大腿根部后，通过牵制绳310使得大腿与臀部保持相连状态，当大腿在发力训练时，通过牵制绳310能够牵制第二贴合垫22进行偏转，从而启示运动员要控制自己的臀部进行扭动。
[0049]
参照图5-6所示，由于牵制绳310松弛度较大，在腿部进行发力运动时，无法实时牵制第二贴合垫22带动臀部进行偏转，从而导致无法对训练起到辅助效果，调控机构包括多个固定安装在牵制绳310竖直向中心面上的第一链扣311，多个第一链扣311的外壁均套接
有第二链扣312，且第二链扣312固定安装在牵制绳310的水平向中心面上，两个相邻的第二链扣312的外壁固定安装有第一支架313，通过在两个相邻的第二链扣312之间固定安装有第一支架313，使得牵制绳310的弯曲度有限，当牵制绳310发生弯曲时，只能从每两个第一支架313之间的缝隙处进行弯曲。
[0050]
同时，第一支架313的外壁固定安装有第一磁石块314，第一支架313的外壁滑动安装有第二支架315，第二支架315的一侧固定安装有与第一磁石块314相吸附的第二磁石块316，且第二支架315与第一磁石块314之间固定安装有复位弹簧317，且第一磁石块314的一侧固定安装有插筒318，第二支架315可插接在插筒318的内腔，在常态下，牵制绳310呈竖直状设置在第二贴合垫22的底部，第二支架315也贴合吸附在第一磁石块314的底部，此时复位弹簧317也处于收缩状态，同时，第二支架315和插筒318处于分离状态，当第二支架315向下滑动在第一支架313外壁时，复位弹簧317逐渐扩张松弛，第二磁石块316与第一磁石块314分离，使得第二支架315插接进插筒318的内腔，对两个相邻的第一支架313之间进行限位，使得两个第一支架313之间的缝隙处被第二支架315和插筒318进行支撑，使得牵制绳310无法进行弯曲，其中，复位弹簧317与第一支架313呈一一对应设置，且第一支架313的外壁固定连接有拉绳319，拉绳319的数量设置为两个，且两个拉绳319关于第二支架315的中心线呈对称设置，拉绳319的一端固定安装有与第一固定套31相铰接的转座320，当第一固定套31跟随腿部由竖直状态逐渐向上抬升倾斜时，拉绳319拉动第二支架315向下移动，使得第二磁石块316与第一磁石块314分离且第二支架315插接进插筒318的内腔，从而带动牵制绳310呈绷紧状态贴合在腿部，拉动第二贴合垫22跟随腿部进行偏转而带动臀部扭动。
[0051]
其中，如图3所示，为便于牵制绳310远离第一固定套31的一端转动连接有挂钩321，且挂钩321挂设在第二贴合垫22上，通过设置挂钩321使得牵制绳310与第二贴合垫22之间的拆装更加便捷，挂钩321的一侧固定安装有挡块322，牵制绳310需要随着第一固定套31跟随大腿反复向前和向后偏转，通过设置挡块322，对牵制绳310向后偏转的角度进行限位，避免大腿后跨的角度过大而影响到大腿的快速收回动作。
[0052]
为避免在跑步时，由于臀部处于扭动状态而导致脊椎支架102无法固定在运动员的背部，对其背部进行限位，将脊椎支架102与衔接座26之间设置为转动连接状态，当脊椎支架102通过第一绑带101和第二绑带103束缚固定在身体上后，脊椎支架102贴合在脊椎处，当第一贴合垫21和第二贴合垫22发生扭转时，由于衔接座26与脊椎支架102之间为转动状态，从而使得脊椎支架102能够与身体保持相对平静的状态，使得脊椎支架102不会随着第二束缚机构2整体的扭动而发生扭动。
[0053]
进一步的，如图4所示，第一固定套31的内壁上固定安装有第三紧固带32，第三紧固带32的内壁上固定安装有与第一固定套31外壁相粘合的魔术贴，从而根据腿部粗细可将第一固定套31牢固绑在大腿处，避免在训练时掉落，同时结合图7所示，由于在进行跑步训练时，腿部肌肉时刻保持松弛和绷紧状态，为避免弹簧35绑的太紧，而影响到膝盖处关节的灵活度，从而影响腿部的发力，在第二固定套33的内壁上固定安装有两个呈对称设置的夹板34，且夹板34的一侧固定安装有与第三紧固带32相连接的弹簧35，使得夹板34能够夹持在大腿的两侧，当肌肉在运动时，结合弹簧35的弹性能够迅速适应腿部肌肉的变化而进行弹性扩张或收缩，从而使得夹板34始终夹持在大腿上，同时，为避免在跑步时，膝盖会撞击到限位盖36，在限位盖36的外壁包覆有耐磨垫39。
[0054]
参照图8和图10所示，辅助机构4包括铰接在第一固定套31外壁上的弧形弹性板41，弧形弹性板41的外壁包覆有防滑垫49，弧形弹性板41的顶部设有第一安装座42，第一安装座42的一侧开设有滑槽43，滑槽43的内腔滑动安装有与弧形弹性板41相连接的滑块44，当运动员处于休息状态将第一固定套31绑在大腿部，并抬升腿部时，弧形弹性板41受力向上移动，使得滑块44移动在滑槽43的内腔，当滑块44无法移动时，此时再向上进行抬腿训练，可对腿部肌肉进行负重训练，从而很好的锻炼腿部肌肉，使得在除去训练期外对腿部进行高抬腿训练，更有利于对腿部肌肉形成肌肉记忆，同时，辅助机构4还包括套设在第二绑带103外壁的第二安装座46，第二安装座46的一侧固定安装有第二扣板47和第三扣板48，第一安装座42的一侧固定安装有第一扣板45，通过将第一扣板45插接在第二扣板47和第三扣板48之间，可使弧形弹性板41与第二绑带103相连接固定在一起，使得弧形弹性板41的拆装较为便捷。
[0055]
参照图8-9所示，第一绑带101的内壁上固定安装有第二紧固带105，第二紧固带105的内壁上固定安装有与第一绑带101外壁相粘合的魔术贴，第一绑带101的外壁上套设有两个位置传感器106，在使用时，通过第二紧固带105可将第一绑带101收紧绑在运动员的胸部，此时根据运动员体型调节位置传感器106的位置，使得位置传感器106关于前胸正中呈对称设置在身体的两侧，使得位置传感器106在运动员训练时对其手臂摆动进行监测，使得手臂在身体两侧前后摆动，而不是左右晃动，同时，第二绑带103的内壁上固定安装有第一紧固带104，第一紧固带104的内壁上固定安装有与第二绑带103外壁相粘合的魔术贴，以用于提升第二绑带103的绑紧程度，脊椎支架102的内壁上固定安装有防撞垫107，防撞垫107的两侧固定安装有限位条108，当脊椎支架102抵在运动员后背时，防撞垫107与脊椎正中部相贴合，限位条108贴合在脊椎两侧，利用肩胛骨将限位条108进行限位住，在跑步时，只有保持正确的手臂姿势，才能避免限位条108发生歪斜，从而使得在穿戴好本装置时，身体时刻能够保持微微前倾，以及挺直腰背。
[0056]
调控机构利用pi d对倾斜角度进行控制，控制模型为：
[0057][0058]
式中，k
p
为比例增益；ki为积分增益；kd为微分增益；λ,μ分别为分数阶微分、积分阶次。
[0059]
通过收缩环绕和螺旋上升机制不断缩小包围圈并向上螺旋，位置更新表达式为：
[0060][0061]
d`＝|x
*
(t)-x(t)|
[0062]
其中，b为对数螺旋线形状的常数，l属于随机数，范围是[-1,1]。
[0063]
当系数向量a＜1时，意味着当前最新位置，根据随机变量p来决定牵制绳的长度，其数学模型为：
[0064]
[0065]
通过利用pid对倾斜角度进行控制，使得该训练装置可以依据不同人体的穿戴时，更加符合人体工程学，提高了穿戴舒适性，保证了倾斜角度的准确性，操作简单，可在运动员中进行有效推广，这样能很好的缓冲和减轻膝盖的压力，防止运动员膝盖受损。
[0066]
工作原理：在实际使用时，首先将第一固定套31固定在大腿根部，第三紧固带32固定在大腿靠近膝盖的部位，限位盖36用于限制膝盖部位，第一贴合垫21和第二贴合垫22贴合在运动员的臀部，同时第一绑带101束缚在运动员的胸部，脊椎支架102贴合在运动员的背部脊椎上，第二绑带103束缚在运动员的腰部，运动员穿戴好后即可投入训练，当第一固定套31跟随腿部由竖直状态逐渐倾斜时，拉绳319拉动第二支架315向下移动，使得第二磁石块316与第一磁石块314分离且第二支架315插接进插筒318的内腔，从而带动牵制绳310呈绷紧状态贴合在腿部，拉动第二贴合垫22跟随腿部进行偏转而带动臀部扭动，避免身体不协调的人腿部和臀部发力不当。
[0067]
最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
[0068]
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0069]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。