關(guān)于輪滑教學(xué)中自動擺放輪滑樁器械的設(shè)計與開發(fā)

張馳 吳涯 孫興建 張路陽 李椿洋

摘要：通過硬件設(shè)備機械化與軟件編程自動化的結(jié)合，解決輪滑教學(xué)中障礙樁使用的現(xiàn)實痛點。項目設(shè)計主要通過機械輔助手對障礙樁的位置和姿態(tài)進(jìn)行控制，設(shè)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(tǒng)一進(jìn)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(fù)雜的問題。并且能完成線路的設(shè)計與調(diào)整，有效應(yīng)對可能出現(xiàn)的場地突發(fā)問題，便利了學(xué)生教師和體育參與者的輪滑運動開展。

關(guān)鍵詞：體育器械;輪滑障礙樁

1前言

團(tuán)隊成員選修輪滑體育課程，在學(xué)習(xí)過程中接觸到教學(xué)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(nèi)外表面較為光滑且缺乏固定的裝置，多個數(shù)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(chǎn)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(xué)中，對障礙樁應(yīng)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(xué)或比賽過程中常會經(jīng)歷突發(fā)的固定場地?fù)p毀、被占用等其它情況，給運動的開展帶來不便與不靈活。團(tuán)隊明確了這一研究方向，即一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)和擺放輪滑賽道障礙樁器材的設(shè)計與開發(fā)。

實現(xiàn)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(xué)中使用的方式方法，推動輪滑運動的開展和普及，實現(xiàn)輪滑障礙樁擺放的自動化、精細(xì)化、智能化。

2項目研究主要內(nèi)容

項目主要內(nèi)容圍繞一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)和擺放輪滑賽道障礙樁器材的設(shè)計與開發(fā)，主要工作就在于運用cad、solidworks等軟件平臺設(shè)計出一款具有實用價值的自動擺放輪滑障礙樁的設(shè)備，運用機械設(shè)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(tǒng)一裝載多個障礙樁，無需人力搬運，并且高效進(jìn)行運動，能以高精度控制障礙樁之間的等間距，還可按照設(shè)定的路徑進(jìn)行移動以適應(yīng)變化的場地，機械化自動化的技術(shù)控制做到了擺放障礙樁的科學(xué)統(tǒng)一和體驗優(yōu)化。該設(shè)備能夠有效解決目前輪滑教學(xué)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(xué)場地的適應(yīng)性差，極大便利障礙樁在輪滑教學(xué)中的使用，此項改進(jìn)順應(yīng)了國際體育器材發(fā)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(jié)構(gòu)的分析基礎(chǔ)上，運用類似叉車支架的機械輔助手（圖1）進(jìn)行障礙樁組合體的緊固和攜帶。

（2）擺放：設(shè)計多層的機械輔助手結(jié)構(gòu)（圖1），實現(xiàn)障礙樁組合體的逐個分離，并通過機械機構(gòu)的傳動，將障礙樁擺放到目標(biāo)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(fù)位，準(zhǔn)備后續(xù)擺放。

（3）移動：設(shè)備底部的車輪在擺放完成后開始轉(zhuǎn)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(shè)備的前進(jìn)與停止，并在移動設(shè)定距離時停止，以控制障礙樁之間的設(shè)定等間距，同時能夠在設(shè)定的路徑上進(jìn)行直線、弧線或其他路徑的移動，以適應(yīng)輪滑項目開展在具體場地上符合規(guī)范的要求。

解決人工擺放障礙樁不能靈活地應(yīng)對特殊線路的要求。

3自動擺放輪滑樁器械的設(shè)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(xiàn)。而且具有豐富的繪圖和繪圖輔助功能，如實體繪制、關(guān)鍵點編輯、對象捕捉、標(biāo)注、鳥瞰顯示控制等，它的工具欄、菜單設(shè)計、對話框、圖形打開預(yù)覽、信息交換、文本編輯、圖像處理和圖形的輸出預(yù)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(jìn)行建模和渲染。Solidworks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進(jìn)行動態(tài)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(xiàn)輪滑障礙樁擺放方式的優(yōu)化，對障礙樁的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并研究障礙樁擺放過程中的動態(tài)姿勢改變，通過對同類設(shè)備的分析創(chuàng)新，團(tuán)隊計劃設(shè)計雙層的機械輔助手用以隔斷倒數(shù)第一個障礙樁與倒數(shù)第二個障礙樁，并附帶有夾取功能，可以進(jìn)行障礙樁之間的分離，再通過機械傳動使障礙樁運動到預(yù)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?yán)^續(xù)向前移動，重復(fù)上述過程進(jìn)行下一次的障礙樁擺放。系統(tǒng)根據(jù)事先路徑的規(guī)劃移動，自動在直線與弧形等線路上行進(jìn)，并能間隔相同的設(shè)定距離停止一段時間以完成障礙樁的擺放。

4結(jié)論

區(qū)別于傳統(tǒng)依賴人力的擺放過程，項目通過機械自動化地實現(xiàn)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(jié)省人力、優(yōu)化運動體驗，更能較好的應(yīng)對可能出現(xiàn)的場地變更問題。該款設(shè)備與同類的其他設(shè)備相比，更能針對輪滑項目中使用的小型障礙樁，并且設(shè)備也更加小巧、便攜、易維修，更能適應(yīng)日常運動、校園教學(xué)、體育賽事中的使用場地和成本承受能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]李文厚，近五年高校輪滑運動發(fā)展現(xiàn)狀探究，[J]，內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)漢文版），2018，89-90+93，89-90+93.

基金項目：2020-2021學(xué)年第一學(xué)期大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)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(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：機械設(shè)計。

張路陽，2003.04.10，女，安徽省安慶市，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：機械設(shè)計。

吳涯，2001.06.30，男，貴州省錦屏縣，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：機械設(shè)計。

孫興建，2001.03.19，男，河北省邢臺市，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：自動控制。

李椿洋，2002.09.27，男，貴州省黔東南州，學(xué)生，本科在讀，研究領(lǐng)域：自動控制。