帆板摇帆机理探讨及摇帆训练器的研究与开发

帆板摇帆机理探讨及摇帆训练器的研究与开发

论文摘要

北京申办2008年奥运会的成功,给中国的体育事业带来前所未有的发展机遇。针对我国体育运动的关键问题,国家体育总局组织实施了奥运科技攻关研究,本课题就是专项体能训练研究类中的帆板力量训练、测试设备的研制项目。 肌肉力量是影响运动水平发挥的重要因素之一,等速肌力训练不但对提高竞技水平起到很大的作用,而且其所特有的顺应性阻力还可以大大减少训练中的意外损伤。鉴于摇帆在帆板竞赛中的重要作用,研制出基于等速技术的帆板摇帆训练器就显得非常重要。 本文介绍了帆板摇帆的基本动作和摇帆方式,通过分析帆板的受力情况,得出迎风航段风向角、帆角的最佳理论值,并对摇帆提高航速的运动机理进行了探讨;阐述了基于等速技术的摇帆训练器的研制开发。该系统实现了水上运动陆上训练,为帆板运动员提供了一个良好的训练和测试平台。 摇帆训练器的机械结构采用人性化和模块化的设计思想,操作简便,调节方便,能够实现对各种摇帆方式的模拟。控制系统采用单片机控制技术、LED显示及LCD显示技术。实现了等速和等张阻力特性以及各种运动参数和生理参数的测试。 本课题研制了风轮和伺服电机两种阻力源,前者能够实现等速阻力,后者能够实现等速和等张两种阻力特性。两种阻力源良好的通用性为等速技术在其它训练器材上的应用提供了条件。

论文目录

  • 1 前言
  • 1.1 帆板运动
  • 1.1.1 帆板运动的发展状况
  • 1.1.2 帆板运动的发展趋势
  • 1.2 课题的提出及意义
  • 1.3 研究内容及设计思想
  • 1.3.1 研究的内容
  • 1.3.2 基本设计要求
  • 1.3.3 结构设计
  • 1.3.4 外观造型设计
  • 1.4 方案的确定
  • 1.4.1 基本原理
  • 1.4.2 组成部分
  • 1.5 预期达到的目标
  • 2 摇帆推进机理探讨
  • 2.1 摇帆技术的基本概念
  • 2.2 帆剖面的摇动
  • 2.2.1 旋转摇动
  • 2.2.2 平板的平移摇动
  • 2.2.3 平移和旋转的合成运动
  • 2.3 帆板运动风向的角度划分
  • 2.4 帆板受力分析
  • 2.4.1 帆板能迎风行驶的原因——升力的产生
  • 2.4.2 帆板在迎风航行中的受力分析
  • 2.4.3 最佳风向角及帆角计算
  • 2.5 摇帆推进机理探讨
  • 2.5.1 研究摇帆机理的前提条件
  • 2.5.2 正常驶帆状态下帆面的气流情况
  • 2.5.3 摇帆增大帆气动力分析
  • 2.5.4 各航段摇帆提高航速原理
  • 3 机械结构的设计
  • 3.1 机械结构方案的确定
  • 3.1.1 机械结构要求
  • 3.1.2 机械结构方案的确定
  • 3.2 摇帆训练器的机械结构
  • 3.2.1 摇帆训练器的绳索走向
  • 3.2.2 模拟功能的实现
  • 3.2.3 模块化设计功能实现
  • 3.3 SolidWorks在设计中的应用
  • 3.3.1 SolidWorks软件简介
  • 3.3.2 动态仿真和碰撞检查在设计中应用
  • 4 等速阻力源的研制
  • 4.1 等速技术
  • 4.1.1 等速技术的基本概念
  • 4.1.2 等速技术的发展
  • 4.1.3 肌肉工作的类型
  • 4.2 阻力源方案的确定
  • 4.2.1 阻力源设计原则
  • 4.2.2 风轮式阻力源
  • 4.2.3 电机式阻力源
  • 4.3 等速阻力特性的实现
  • 4.3.1 风轮式阻力源等速阻力特性实现
  • 4.3.2 龟机式等速阻力源等速阻力特性的实现
  • 4.3.3 电机特性PID算法的数字实现
  • 5 控制系统的研制
  • 5.1 控制系统组成
  • 5.2 ATmega128单片机
  • 5.2.1 ATmega128单片机特征
  • 5.2.2 ATmega128MCU内核
  • 5.2.3 外部中断
  • 5.2.4 定时器/计数器
  • 5.2.5 模/数转换接口ADC
  • 5.2.6 同步串行接口SPI
  • 5.2.7 ATmega128开发平台与工具
  • 5.3 液晶显示器
  • 5.3.1 模块主要硬件构成说明
  • 5.3.2 模块的外部接口
  • 5.3.3 指令说明
  • 5.3.4 读写操作时序
  • 5.4 LED数码管的结构及显示原理
  • 5.4.1 LED显示概述
  • 5.4.2 LED显示器的结构及原理
  • 5.4.3 LED数码管的显示
  • 6 结论
  • 参考文献
  • 致谢
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