关于轮滑教学中自动摆放轮滑桩器械的设计与开发

张驰 吴涯 孙兴建 张路阳 李椿洋

摘要：通过硬件设备机械化与软件编程自动化的结合，解决轮滑教学中障碍桩使用的现实痛点。项目设计主要通过机械辅助手对障碍桩的位置和姿态进行控制，设备定速定距离地移动控制障碍桩之间的等间距，一次性装载多个障碍桩统一进行摆放。既解决了多个障碍桩堆叠的不易移动或分离问题，又解决了在单个障碍桩摆放过程中存在的精度低、费时费力、繁琐复杂的问题。并且能完成线路的设计与调整，有效应对可能出现的场地突发问题，便利了学生教师和体育参与者的轮滑运动开展。

关键词：体育器械;轮滑障碍桩

1前言

团队成员选修轮滑体育课程，在学习过程中接触到教学所需要使用的障碍桩，但是多个障碍桩堆叠在一起存在诸多问题（由于障碍桩内外表面较为光滑且缺乏固定的装置，多个数量的障碍桩堆叠组合体极易滑动，或者障碍桩组合体受到压迫，产生障碍桩之间的分离困难），给人员的移动摆放造成困难。此外，在轮滑教学中，对障碍桩应用在考试考核比赛中的摆放间距有精度要求，摆放过程中需人工摆放在直线、弧线或其他形式路径上，此时需要人员不断弯腰移动障碍桩、拾取皮尺等场地测算工具，费时费力且精度低，而在具体使用、教学或比赛过程中常会经历突发的固定场地损毁、被占用等其它情况，给运动的开展带来不便与不灵活。团队明确了这一研究方向，即一种自适应调节和摆放轮滑赛道障碍桩器材的设计与开发。

实现轮滑场地障碍桩摆放的自动化，解决摆放过程中会遇到的误差大、费时费力、损害摆放者腰部健康、场地变更不灵活等问题，能极大丰富完善障碍桩在轮滑教学中使用的方式方法，推动轮滑运动的开展和普及，实现轮滑障碍桩摆放的自动化、精细化、智能化。

2项目研究主要内容

项目主要内容围绕一种自适应调节和摆放轮滑赛道障碍桩器材的设计与开发，主要工作就在于运用cad、solidworks等软件平台设计出一款具有实用价值的自动摆放轮滑障碍桩的设备，运用机械设备模拟手臂对障碍桩的摆放，并具有人手所不具备的精度和效率，同时统一装载多个障碍桩，无需人力搬运，并且高效进行运动，能以高精度控制障碍桩之间的等间距，还可按照设定的路径进行移动以适应变化的场地，机械化自动化的技术控制做到了摆放障碍桩的科学统一和体验优化。该设备能够有效解决目前轮滑教学和日常生活中对障碍桩的使用所会遇到的诸多问题，如：移动困难，摆放费时费力、精度低、损害摆放者腰部健康和对不断变化的轮滑教学场地的适应性差，极大便利障碍桩在轮滑教学中的使用，此项改进顺应了国际体育器材发展理念的新趋势，推动轮滑运动的开展和普及。

2.1硬件部分

（1）装载：在对障碍桩几何结构的分析基础上，运用类似叉车支架的机械辅助手（图1）进行障碍桩组合体的紧固和携带。

（2）摆放：设计多层的机械辅助手结构（图1），实现障碍桩组合体的逐个分离，并通过机械机构的传动，将障碍桩摆放到目标位置，其余部分障碍桩在重力作用下自动滑落到底部，机械辅助手复位，准备后续摆放。

（3）移动：设备底部的车轮在摆放完成后开始转动，并能在接收事先编写好的程序指令后停止，整个移动过程满足轮滑项目障碍桩摆放路径间距要求。

2.2软件部分

编写一个移动指令程序，可以控制设备的前进与停止，并在移动设定距离时停止，以控制障碍桩之间的设定等间距，同时能够在设定的路径上进行直线、弧线或其他路径的移动，以适应轮滑项目开展在具体场地上符合规范的要求。

解决人工摆放障碍桩不能灵活地应对特殊线路的要求。

3自动摆放轮滑桩器械的设计方案

CAD首先它是一个可视化的绘图软件，许多命令和操作可以通过菜单选项和工具按钮等多种方式实现。而且具有丰富的绘图和绘图辅助功能，如实体绘制、关键点编辑、对象捕捉、标注、鸟瞰显示控制等，它的工具栏、菜单设计、对话框、图形打开预览、信息交换、文本编辑、图像处理和图形的输出预览为用户的绘图带来很大方便。其次它不仅在二维绘图处理更加成熟，三维功能也更加完善，可方便地进行建模和渲染。Solidworks 可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。

为实现轮滑障碍桩摆放方式的优化，对障碍桩的几何结构进行分析并研究障碍桩摆放过程中的动态姿势改变，通过对同类设备的分析创新，团队计划设计双层的机械辅助手用以隔断倒数第一个障碍桩与倒数第二个障碍桩，并附带有夹取功能，可以进行障碍桩之间的分离，再通过机械传动使障碍桩运动到预定位置，释放机械辅助手，完成一次的障碍桩摆放，之后摆桩车继续向前移动，重复上述过程进行下一次的障碍桩摆放。系統根据事先路径的规划移动，自动在直线与弧形等线路上行进，并能间隔相同的设定距离停止一段时间以完成障碍桩的摆放。

4结论

区别于传统依赖人力的摆放过程，项目通过机械自动化地实现障碍桩在场地上的便捷摆放，既能提高摆放的精度、速度，又能节省人力、优化运动体验，更能较好的应对可能出现的场地变更问题。该款设备与同类的其他设备相比，更能针对轮滑项目中使用的小型障碍桩，并且设备也更加小巧、便携、易维修，更能适应日常运动、校园教学、体育赛事中的使用场地和成本承受能力。

参考文献：

[1]李文厚，近五年高校轮滑运动发展现状探究，[J]，内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版），2018，89-90+93，89-90+93.

基金项目：2020-2021学年第一学期大学生创新创业训练计划（项目编号：202105017）。

作者简介：

张驰，2002.08.17，男，浙江省金华市，学生，本科在读，研究领域：机械设计。

张路阳，2003.04.10，女，安徽省安庆市，学生，本科在读，研究领域：机械设计。

吴涯，2001.06.30，男，贵州省锦屏县，学生，本科在读，研究领域：机械设计。

孙兴建，2001.03.19，男，河北省邢台市，学生，本科在读，研究领域：自动控制。

李椿洋，2002.09.27，男，贵州省黔东南州，学生，本科在读，研究领域：自动控制。