一种跳板跳水辅助训练系统技术领域
本发明涉及一种跳板跳水辅助训练系统，属于训练辅助设备技术领域。首先作为一
种评价仪器，能够客观地评价跳水运动员走板好坏；其次，作为一种记录仪器，能够记
录运动员训练的全过程的技术参数；最后，作为一种辅助训练系统，能够利用生物反馈
的原理辅助跳板运动员训练。
背景技术
跳水项目是以技术为核心的竞技运动，运动员取胜的主要因素是技术动作的协调程
度和难度，训练过程主要是在力量、速度、柔韧性以及协调性的训练的基础上不断创造
高、新难度动作。所以跳水运动员的各种配合(包括肢体动作的配合、肌肉间的配合和
协调、器械的利用与配合、环境的利用等)是训练高难度动作的根本，而运动员训练的
过程也是感觉、体会、强化实现这些配合的过程。由于跳水运动是一个典型的“年轻化”
项目，小龄运动员由于年龄和理解力等客观因素所限，在训练中对教练员的意图、技术
动作要领以及对实现上述各种配合的掌握和理解需要一个过程，训练效果只能靠“量”
的积累来实现。
对于少年选手，虽然抽象思维和理解力稍差一些，但是其形象思维和感觉力有优势，
所以我们发明设计了跳板辅助训练系统，借助于这个辅助训练系统在具体的训练过程中
能够充分发挥少年运动员这方面的特点，训练效果以及训练周期有可能实现从“量变产
生质变”到“少量而高质”的飞跃。
从对跳板的研究情况来看，国内外的研究主要包括以下几个方面：
对跳板的结构的研究。在理论方面，构造了多种简化模型，如弹簧振子模型、单边
约束模型。在实践应用中，从上世纪二十年代到九十年代，先后发明了十几种跳板。另
外还有一些针对跳板性能的研究，在合理利用跳板的弹性势能、起跳时机等方面给出理
论性的指导。
在辅助训练方面，目前所采用的主要是摄像手段，拍摄优秀运动员的动作，让其他
人观摩学习，或者拍摄训练动作，在回放过程中指出其中的缺点和不足，从而达到辅助
训练的目的。
但是上述辅助训练方法的缺点在于：单摄像机拍摄不能全面的反映运动员的走板情
况，而且采用摄像的手段不能给出精确的评价结果，采集得到的数据不利于存储。另外
如果利用多摄像机拍摄，虽然能够全面反映运动员的走板情况，但是需要复杂的处理过
程，费时费力，同样也存在采集数据存储难的情况。
发明内容
本发明的目的在于解决跳水信息采集方式单一、精度较低，数据处理复杂，不能实
时处理信息的问题，本发明提出一种实时辅助系统，用以辅助跳板跳水运动员的训练，
所说的系统包括：作为信息处理核心并显示分析处理结果的计算机，用于系统开启触发
的开关按钮，用于拍摄运动员走板过程的摄像头，用于测量跳板板头振动信号的跳板信
号采集装置，以及用于检测跳板平衡位置和跳板在平衡位置时的速度的光电传感器；
所述计算机的主板扩展槽装有一个图像采集卡和六个交流放大器；
所述开关按钮与计算机上的第一个交流放大器相连接；
所述摄像头通过视频线与所述计算机上的图像采集卡连接；
所述跳板信号采集装置包括一个安装于跳板板头底面的三向加速度传感器，和两个
用于检测跳板的扭转情况的安装于跳板板头底面两侧靠边缘处的单向加速度传感器，所
述的三个加速度传感器分别与计算机上的第二个、第三个和第四个交流放大器相连接；
所述光电传感器包括安放于跳板两侧的两个支架，安装在其中一个支架上的光电发
射管，以及安装在另一个支架上的两个光电接收管，所述的两个光电接收管分别与计算
机上的第五个和第六个交流放大器相连接。
本发明所述支架为T字型结构，T字型结构中部弯成45°角，所述支架中上部设有
一个用于调节支架角度的螺纹孔，底部设有两个用于安装光电传感器的相距5cm的小
孔。
本发明所述开关按钮安装于距离跳板固定端1m～1.5m处。
本发明所述光电传感器中的两个光电接收管位于同一直线上，用于接受所述光电发
射管发射的红外光信号。
本发明利用生物反馈的原理，在运动员跳板训练时，通过测量分析系统实时反馈运动
员所完成动作质量的评估结果，用来刺激运动员运动中枢的学习系统，有选择地鼓励和加
强某些合理的运动模式和神经联系，实现提高训练效果的目的。
本发明所述的实时辅助训练系统能够实时采集跳板振动加速度信息和跳板位置信
息，经计算机处理得到起跳高度，压板深度信息，为跳水训练提供客观评价指标。
本发明所述跳板辅助训练系统将运动员训练中的数据分组存储于数据库中，可以在
需要的时候提取出来供教练员对运动员近一段时间的训练效果进行评估，或在不同运动
员之间做出比较。教练员也可以利用数据库中积累的数据进行训练方法的研究和评价。
附图说明
图1是一个跳板跳水辅助训练系统框图。
图2是加速度传感器安装位置及反射点位置(跳板的底面)。
图3是光电传感器光路图。
图4是光电传感器校正跳板零位置原理图。
图5A是光电传感器安装支架俯视图。
图5B是光电传感器安装支架前视图。
图6是跳板跳水辅助训练系统的工作流程图。
具体实施方式
下文将结合附图，对本辅助系统的实施过程作详尽的说明。
图1是一个完整的跳板跳水辅助训练系统框图，当计算机检测到开关按钮被触发后，
立即发出命令给跳板信号采集装置、光电传感器和摄像头，三个装置同时开始工作，采
集的信号存储到计算机的内存中，当运动员动作完成后，计算机在把内存中的图像存储
到数据库中的同时，对光电信号和跳板振动信号进行处理，得出起跳高度和压板深度等
技术参数，把处理结果输出到计算机屏幕。
本发明实施例使用的计算机是Kistler公司生产的带有多个交流放大器的计算机，型
号为DEWE3010。图像采集卡选用的是大恒公司生产的CG400，图像采集卡插于计算机
的扩展槽，
本发明所述的开关按钮采用6伏电压供电，开关按钮通过BNC接口与计算机上的
交流放大器相连。开关按钮可以选择任意一款，只要能够实现开关功能即可，本实施例
选用的是弹簧式按钮开关R18-29A。开关按钮安装于距离跳板固定端1m～1.5m处。
所述的摄像头可用通用支架来支撑，以便于图像的采集。摄像头为带有模拟视频输
入的普通摄像头，并通过视频接口与图像采集卡相连。在图像采集过程中，把部分内存
分配到图像采集卡，用于存储每一走板过程采集的图像。
本发明所述的跳板信号采集装置选用Kistler公司8792A100型的三向加速度传感
器，8704B100M1型的单向加速度传感器，质量较小，只有18g，不会对跳板的动态特
性产生影响，即使在比赛中也能够使用，而且能确保采集到的信号真实可靠，其量程为
±100g(约为980N/s2)，完全能够满足跳板振动情况下的测量范围，不会出现信号溢
出的情况。加速度传感器的安装位置如图2所示，三向加速度传感器1位于跳板地面中
轴线上距离板头5cm处，用于测量跳板的振动情况，因为此位置是大多数跳水运动员离
板时所踏的位置；两个单向加速度传感器4，位于距离跳板板头30cm、距离跳板两侧
5cm处，用于测量跳板在振动过程中的扭转情况。三个加速度传感器分别通过BNC接
口与计算机上的三个交流放大器相连。
所述光电传感器中的一个光电发射管和两个光电接收管，选用的是日本OPTEX公
司的CTD-1500P型号光电传感器，延时最大有1.5ms，检测形式为对射，检测距离为
15m，监测光源为红外光LED。三只光电管的安装电路图如图3所示，光电发射管的茶
色导线和蓝色导线分别与交流/直流模块电源的正负极相连，光电接收管的茶色导线和蓝
色导线分别与交流/直流模块电源的正负极相连，黑色导线通过BNC接口与计算机上的
交流放大器相连。交流/直流模块电源的交流接口通过插座与普通电源相连。安装光电传
感器的支架如图5所示，支架的展开结构是一个T字型结构(如图5A所示)，T字型支
架被弯成45°角(如图5B所示)，底部有两个相距5cm的直径为20mm的小孔，上部
有一个螺纹孔，其上的螺栓用于调节支架的角度。所述的支架安装于距离跳板板头10cm
处。使用光电传感器校验跳板的平衡位置和平衡位置时速度的原理图如图4所示，第一
支架5和第二支架6安装于跳板凹槽的两侧，光电发射管安装于其中一侧的第二支架6
上，两个光电接收管安装于位于另一侧的第一支架5上，当跳板向下运动到位置7时，
第一个光电接收管接收到由跳板反射的红外线，光电接收管中的电压发生突变，由0V
变为-15V。跳板上反射平面如图2所示，能吸收几乎全部红外线的黑色粗糙布料3的中
央有一块1.5cm宽10cm长的能反射红外光的光面白纸2。跳板继续向下运动4.5cm的
距离到位置2时，红外线触发另一个光电接收管。用位置7和位置8之间的距离和通过
两位置所需的时间就能够近似的估算出位置7和位置8中点处的速度。
当跳水运动员开始训练时，第一次要在计算机软件系统界面上输入姓名，计算机就
会自动调用计算机数据库中对应运动员的运动等级参数。运动员触发开关按钮，计算机
接收到开启信号后，同时发送命令给跳板信号采集装置、光电传感器和摄像头，三个采
集装置同时开始，分别采集跳板振动信号、光电传感器信号和图像信号，此时运动员在
跳板上走板起跳，计算机在把三组信号存储到本地磁盘数据库的同时，对振动信号和光
电传感器信号进行处理得到运动员的起跳高度和压板深度等技术参数，把运动员本次的
起跳高度与运动等级参数相比较，计算机输出比较结果和其他各项技术参数。
跳板跳水辅助训练系统是针对现有技术的不足设计完成的。它通过采集运动员在走
板过程中跳板的振动信号和光电信号，对采集信号进行合理的分析、加工和处理，得出
运动员走板过程中对跳板的作用力，从而评价运动员走板情况的好坏，最终输出评价和
分析结果，同时把运动员走板过程的信号存储于跳板训练数据库中，用于之后对训练成
绩、训练效果和训练方法的研究和评价。
本发明研究并建立了一套能够直接在训练和比赛现场运用、用于科学辅助、指导实
际训练和实施技术动作在线监测的辅助训练系统，它对对改善教练员的训练指导环境和
条件，对于改进运动员的训练方法，提高训练效率真正实现科学训练，以及完善跳板技
术的训练手段、促进我国跳水界整体训练水平的提高具有巨大的实际应用价值。