茍小平 ,張萬(wàn)軍 ,張 峰 ,張景軒 ,張景怡 ,張景妍

（1.隴東學(xué)院，甘肅慶陽(yáng) 745000；2.甘肅澤德電子技術(shù)有限公司，甘肅天水 741003；3.蘭州工業(yè)化設(shè)備有限公司，甘肅 蘭州 730050；4.蘭州大學(xué)，甘肅 蘭州 730050）

1 問(wèn)題的提出

目前，體育運(yùn)動(dòng)跑步一般需要體育愛(ài)好者和運(yùn)動(dòng)員自身跑步[1-2]，這樣浪費(fèi)大多數(shù)體育愛(ài)好者和運(yùn)動(dòng)員的體力、消耗了人力能量，達(dá)不到體育鍛煉的目的，沒(méi)有借鑒輔助體育跑步器進(jìn)行體育跑步[3-8]，因此，本文設(shè)計(jì)了一種體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器，對(duì)體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用無(wú)刷電機(jī)的PID 控制[9-10]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群蟻算法、交叉耦合控制[11-12]、自適應(yīng)控制[13]等。甘肅澤德電子技術(shù)有限公司的教授級(jí)高工、高級(jí)經(jīng)濟(jì)師、博士張萬(wàn)軍等人研究了一些模型辨識(shí)控制系統(tǒng)及交叉耦合控制[14-22]體育鍛煉輔助機(jī)器人，但本文僅對(duì)體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器結(jié)構(gòu)及使用性能進(jìn)行分析，希望在體育產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行大力的技術(shù)推廣，更好的服務(wù)廣大人民群眾。

本文設(shè)計(jì)了一種體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器，進(jìn)行了常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡、實(shí)際控制步態(tài)軌跡性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器方面使用明顯優(yōu)于其他的人體跑步。實(shí)驗(yàn)在隴東學(xué)院體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)取得良好的效果；同時(shí)，在其他的地方體育的教學(xué)和訓(xùn)練具有較強(qiáng)的借鑒意義。

2 體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一種體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，如圖1 所示。從圖1 中可以看出，一種體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器包括：（1）雙足跑步器腳踏板；（2）放置腿腳器；（3）鏈傳動(dòng)器；（4）彈簧連接驅(qū)動(dòng)器；（5）驅(qū)動(dòng)器；（6）雙足跑步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。雙足跑步器腳踏板1 和放置腿腳器2 使用可拆卸式連接方式，雙足跑步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)6 通過(guò)螺栓固定連接在雙足跑步器腳踏板1 上部。

圖1 體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

圖2 體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器動(dòng)作分解圖

體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器完成跑步過(guò)程：腳放置腿腳器2 踏地，此時(shí)雙足跑步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)6 驅(qū)動(dòng)器5 縮短，產(chǎn)生拉動(dòng)體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的力，該拉力大于下彈簧連接驅(qū)動(dòng)器4 產(chǎn)生的力，從而圍繞鏈傳動(dòng)器3 對(duì)雙足跑步器腳踏板1 形成緩沖力矩，降低落地的顫抖；在拉升過(guò)程，雙足跑步器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)6 不驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器5，體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不產(chǎn)生力，拉下彈簧連接驅(qū)動(dòng)器4 產(chǎn)生拉力，提供彈跳驅(qū)動(dòng)力矩，有利于體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器速度的提升。

3 仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析

3.1 步態(tài)軌跡性能測(cè)試分析

常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡、實(shí)際控制步態(tài)軌跡進(jìn)行步態(tài)軌跡性能測(cè)試分析，如圖3～4 所示。

圖3 步態(tài)軌跡性能測(cè)試分析1

圖4 步態(tài)軌跡性能測(cè)試分析2

常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡、實(shí)際控制步態(tài)軌跡進(jìn)行分析，常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡相一致達(dá)到測(cè)試目的，滿足體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，實(shí)際控制步態(tài)軌跡明顯優(yōu)越于常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡：從而表明體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器的穩(wěn)定性較好和舒適性強(qiáng)。

3.2 實(shí)際測(cè)試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)在隴東學(xué)院體育由甘肅省創(chuàng)業(yè)大賽名師茍小平副教授進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析由甘肅省澤德電子技術(shù)有限公司的教授級(jí)高級(jí)工程師、高級(jí)經(jīng)濟(jì)師、博士張萬(wàn)軍進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明對(duì)照組實(shí)驗(yàn)有非常顯著性差異。實(shí)驗(yàn)在隴東學(xué)院體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)取得良好的效果；同時(shí)，在其他的地方體育的教學(xué)和訓(xùn)練具有較強(qiáng)的借鑒意義。

4 結(jié)論

1）本文設(shè)計(jì)了一種體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器，進(jìn)行了常規(guī)步態(tài)軌跡、測(cè)量步態(tài)軌跡、實(shí)際控制步態(tài)軌跡性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明：體育輔助運(yùn)動(dòng)雙足跑步器方面使用明顯優(yōu)于其他的人體跑步。

2）實(shí)驗(yàn)在隴東學(xué)院體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)取得良好的效果；同時(shí)，在其他的地方體育的教學(xué)和訓(xùn)練具有較強(qiáng)的借鑒意義。