摆臂技术

摆臂技术（精选10篇）

摆臂技术 篇1

速度滑冰 (s p e e d s k a t i n g) 其简称为“速滑”, 是一项以冰上滑行速度为竞技对象的冰上体育运动项目。在古代社会, 生活在寒冷环境下的人们, 在寒冷的冬天, 在冰封江河湖泊的情况下, 常以滑冰来作为交通工作甚至成为一种运输手段。长此以往, 随着社会的不断发展与进步, 人们开始将滑冰作为一项休闲娱乐活动项目, 开始组织滑冰游戏和滑冰竞赛, 速度滑冰这项运动也就在此背景下应运而生。速滑运动也逐渐成为了滑冰运动中历史最为悠久, 开展最为广泛的冰上体育运动。

随着速滑运动的不断发展, 其技术水平也随着不断发展提高。最开始, 人们只在冬季寒冷的冰面上进行速滑练习组织速滑竞赛, 随着时间的推移, 人们为了进一步提高速滑的水平, 开始了无冰期的速滑身体训练内容。直到20世纪50年代, 许多世界知名的速滑运动选手已经开始制定了较为完善的全年训练计划。并且努力研究出一些更为先进的技术以提高速滑水平。

1 速度滑冰的合理技术

为了使速度滑冰的技术更加合理;使全身动作都更加协调而且省力;使运动员能够以更快的速度滑完规定路程。现如今, 随着经济社会的不断发展, 速滑运动已不单单是一项比赛项目, 现也成为人们健身锻炼的运动项目。合理地进行速滑运动可有效地改善人体新陈代谢的功能, 也可培养运动员吃苦耐劳、顽强拼搏的意志品质, 可有效的改善运动员的身心健康。鉴定速滑技术是否合理有两项重要标准:滑行速度与保持速度能力。在速度滑冰的过程当中, 其前提是需做好技术控制, 需要运动员在滑行的时候做到上体往前倾, 两腿深屈, 使身体呈流线型。两脚交替进行以下三个阶段的循环练习, 即单脚支撑惯性滑行、单脚支撑蹬冰和双脚支撑蹬冰, 各个动作结构都要能够做到一丝不苟、协调自如, 整个过程让人感觉自然流畅。在速度滑冰的过程中, 运动员还必须拥有较高的身体平衡能力以及强劲的腿部力度, 只有具有以上诸多条件, 才可真正使技术动作更为合理。摆臂技术是速度滑冰中的一项重要技术, 两臂之间前后协调自如快速摆动是优秀滑行技术的基础条件。在摆臂的过程中, 要努力做到使其力量、摆幅、腿部动作以及滑行速度相协调。

2 速度滑冰摆臂技术的发展之路

在速度滑冰的整个过程中, 摆臂技术的主要作用就是使身体更加协调平稳, 可加大蹬冰力度同时加快滑行速度。从20世纪50年代开始, 摆臂技术就经历了一个漫长的发展过程。最初, 速度滑冰运动员通常在长距离中不摆臂, 只在500米全程中进行摆臂;直到20世纪60年代, 部分运动员在中距离的速滑项目中弯道上进行单摆;摆臂技术发展至今, 也越来越多的人们开始在长距离跑道中采用单手摆臂。从这发展过程中可见, 速滑运动中的摆臂技术一直在实践过程中得到完善:从短距离项目摆臂发展到长距离项目单摆;从仅是弯道单摆发展到弯道直道共同单摆。在如今滑行的速度越来越快的背景之下, 摆臂也开始越来越被人们所关注, 也越来越凸显其作用。

3 摆臂对提高滑行速度的影响

在速度滑冰的过程中, 摆臂是提高滑跑速度的一项重要技术, 也是必不可少的一个过程。摆臂的加速指的是在速滑过程中, 其摆臂是加速进行的, 随着摆臂的速度与幅度越来越大, 其滑行速度也越来越大, 当摆到前后幅度最大的时候, 其滑行速度也达到最大值。摆臂的制动指的是在摆臂持续加速的过程中, 手臂摆动的前后点达到最高位时, 使摆动的手臂突然制动。

3.1 加强摆臂的力度是制动的前提条件

从前后高位点速度为零的状态下开始摆臂, 手臂从高处往下落的过程是一个自由落体动作过程, 因此, 不难看出, 这是一个逐渐加速的过程。当手臂由下垂点逐渐往上摆动的时候, 假如不加大肌肉的力度, 手臂仅靠惯性往上运动, 在上摆的时候则是一个逐渐减速的过程, 手臂运动速度会越来越慢, 直到高位点时, 速度会为零。在此条件下是不需要制动的, 因为速度为零时已经停止了运动, 因此可以说加强摆臂的力度是制动的前提条件。只有加强摆臂的力度, 才能使摆动的手臂有一定的加速度, 只有摆动的手臂有了一定的加速度, 才能对摆动的手臂速度不至于为零, 才能对摆动的手臂进行制动。

3.2 加快摆臂速度在蹬冰阶段的作用

在速度滑冰的过程中, 当从下垂点向高位点加速摆臂的时候, 此时的蹬冰腿处于蹬冰阶段, 滑行速度逐渐加快, 因为虽然摆臂的加速度方向是向上的, 但是加速时所产生的惯性作用力方向是往下并指向支点的。因此, 蹬地腿除了要承担身体重要之外, 还要负担惯性力所产生的影响。

此项摆臂动作有两大作用:一方面, 它加大了人体对冰面的压力, 所以在增加了蹬冰力度的同时还加快了滑行速度;另一方面, 向下的惯性作用力会增加蹬冰腿的肌肉负荷, 加大了一部分肌肉的张力, 所以也就提高了蹬冰的力度。

3.3 加快摆臂速度对自由滑行阶段的作用

当速滑运动员的手臂从高位点由下加速摆动的时候, 其中一腿处于自由滑行阶段, 另外一腿则处于收腿动作阶段。这个时候, 因为手臂下落加快了摆臂的速度, 此时的加速度方向向下, 而加速而产生的惯性力方向刚相反, 与支点相背离。

4 速滑摆臂技术的技术要点

前面我们已经提到过, 滑冰运动最早是用于交通运输而存在的, 发展到今日已经成为了人们所热爱的一项竞技健身运动项目。现如今速滑运动主要分为直道滑行与弯道滑行两种形式。在速滑的技术的提高过程中, 起跑与摆臂这两大技术也一直是人们研究的热点。

4.1 摆臂技术在速滑运动中的主要作用

在速滑运动中, 摆臂技术的使用可以帮助身体保持平衡, 提高滑行的稳定性;还可加快移动重心, 有效加强滑跑的频率;除此之外, 还能增强蹬冰的力度, 以产生更大的向前推动力, 以提高滑行的速度。

4.2 摆臂技术的分类

摆臂技术大致可分为三种:单手摆臂、双手摆臂与背手滑行。通常情况下, 运动员一般多在中长距离的速度滑冰过程中采用单手摆臂, 这样能够较好地保持滑行的速度与节奏, 同时也能更好地保持身体的平衡, 也能均衡的分配体力;双手摆臂其缺点是消耗过多体力, 但优点是较好地提高速度, 因此, 运动员多在起跑、短距离或者终点冲刺的时候采用双手摆臂;背手滑行多用在长距离项目的弯道与直道的中间路段, 所使用的时间较短, 其目的主要是为了使手臂得到短暂的放松, 为提高速度做好准备。

4.3 摆臂技术的动作要点

在两臂摆动的过程中, 会出现三个位向点, 分别是:两臂的前高点、两臂的下垂点与两臂的后高点。在摆臂的时候必须注意以下几项动作要点。

(1) 腿部动作应在摆臂动作之后, 只有当腿部动作处于高速运动的状态时, 才可与臂同时运动; (2) 左右两臂是以肩膀为轴加速做相互独立的摆动; (3) 当前摆到最高点的时候, 手臂不可高于肩, 并且肘部与手腿之间的夹角在短距离滑行中可低于45度, 在长距离的滑行中大约在150~170度之间; (4) 当后摆到后高点的时候, 在短距离滑行中, 要求肘始终保持弯曲的状态, 肘与肩大致是平行的状态, 手低于肘部, 因为如果此时后摆过高使得摆臂的路线加长会影响摆臂速度, 而在长距离滑行中则与之相反, 其肘部不可弯曲而且臂在后高点可大约超过头部; (5) 为了更好地保持身体重心的平衡, 两臂要尽可能贴近大腿摆动, 使手臂与躯干, 手臂与支撑腿都成平行摆动的方向; (6) 腕部尽量放松, 手掌微屈或呈半握拳状态, 这样可有效保持动作的连贯性。

4.4 摆臂技术动作练习方法

以下介绍几种摆臂技术动作的练习方法: (1) 脚不动原地摆臂练习或者原地踏步摆臂练习, 感受由三个位向点的摆臂路线与方法。 (2) 行进间或者滑行中摆臂练习, 依次体会上下肢的协调配合能力以及摆臂的路线与方法。 (3) 正常滑行中或者快速滑行中的摆臂练习, 为比赛积累出积极有效的实践经验。

5 摆臂技术相关问题研究

(1) 摆臂的加速与制动是辩证统一的, 两者之间相互依存、相互联系、缺一不可。加快摆臂速度是制动的前提条件, 同时, 加速摆臂的结束也正是为了摆臂的制动。

(2) 摆臂的力度会根据项目、滑行速度的变化而变化。在蹬冰力度加大的情况下, 摆臂的力度也会相应增强, 制动的力量也随之增强。在滑行速度较慢的情况下, 摆臂的力度也自然较小, 制动的力量也会随之减弱, 甚至无需制动。一言以蔽之:“快速度大制动, 不回速不制动”。

6 结语

摆臂技术作为速度滑冰中一项重要的基本技术, 近年来越来越受到人们的关注。而且在大量的实战练习中也已证实, 摆臂对于提高滑行速度有着不可磨灭的作用。因此, 在今后的速滑道路上, 无论是学生、运动员还是教师、教练员在速滑的教学与训练中都必须加大对摆臂技术教学的重视力度。

参考文献

[1]邓雪峰.速度滑冰运动员起跑的稳定性研究[J].哈尔滨示范大学, 2010.

[2]王丽娜.浅谈速度滑冰的技术训练[J].科技信息, 2011.

[3]崔彤.浅谈大跑道速滑摆臂技术[J].科教文化, 2012.

[4]陈金宗.如何看待高校健康意识及体育发展[J].长春师范学院学报, 2010.

[5]袁为民.学生终身体育锻炼意识与能力的培养[J].河北体育学院学报, 2009.

摆臂技术 篇2

教学目标

1、学生了解跑的基本知识，掌握跑的基本方法

2、提高学生的跑步动作质量和速度水平

3、通过练习，培养学生的协调能力及坚强意志，体验跑的快乐学习内容

1、摆臂练习

2、快速跑练习3放松操场地器材田径跑道录音机教学顺序堂常规→热身运动→快速跑→放松操→小结顺序达成目标教学内容教师活动学生活动次数时间第一阶段

1、激发学生热情

2、保持良好的组织纪律性

1、快速集合2、堂基本常规

3、讲解要求

1、向学生问好

2、检查服装，安排好见习生跟班学习

3、宣布本节的任务与内容

一、体育委员集合整队，报告人数

二、师生问好！要求：

1、注意力集中，精神饱满！

2、明确内容与与目标。

3、见习生跟班学习。××××××××××××××××××××

3第二阶段1准备运动充分热身

2、学生基本掌握正确的摆臂姿势，逐步吸引学生的学习兴趣

一、徒手操

、头部运动

2、扩胸运动

3、体转运动

4、弓步压腿高抬腿

6、整理运动

二、摆臂练习

一、带领学生做准备运动二讲解正确摆臂动作姿势、并提出要求

三、讲解示范：手握空心拳，两臂弯曲前后摆。

四、带领学生练习摆臂。原地摆臂练习要求：以肩为轴，屈臂前后摆动。

五、小组面对面摆臂练习

1、组织学生相互纠错

2、小组比赛

一、进行热身运动

二、认真听讲、遵守规则

三、观看教师示范跟随教师共同参与

四、同学之间动作间的互动，共同提高。

五、小组比赛××××××××××××××××××××

××××××××××××××××××××

137第三阶段使大部分学生学好快速跑的技术,发展学生的快速跑能力，提高学生奔跑的速度，同时提高学生的柔韧、灵敏、协调能力快速跑：

1、教师讲解动作要领及要求，2、快速原地小跑

3、小组快速跑

4、游戏：追逐跑

1、用正确动作快速跑，听从教师指导

2、模仿教师示范

3、学生按内容练习

××××××××××××××××××××

’20第四阶段愉悦身心，全身得到放松

放松操：BdBalane带领学生进行放松操

2、提示学生动作放松、心理放松

3、提高学生欣赏音乐节奏的意境跟着音乐的韵律，认真观摩老师的动作并积极参与

××××××

××

××××××

17第五阶段1培养学生自信心和成就心

2、进一步熟悉 师生评价小结

1、用激励性言语来总结本节，并要求各小组组长做好堂评价记录。

2、指导学生收回器材，与学生再见！

1、自我小结，交流学习体会,各小组组长做好堂评价记录。

摆臂技术 篇3

步骤一：前后肩绕环

练习方法：两手臂伸直，同时向前或向后进行肩绕环练习。练习中为增加乐趣也可以一只手臂向前，另一只手臂向后，同时进行绕环，练习的过程中不断提问学生是哪个关节在运动。

练习目的：通过伸直的手臂同时向前（后）或一前一后的肩绕环练习，使学生知道，哪个关节是肩关节、怎样找到是以肩关节为轴的活动。

练习效果：通过练习，学生可以顺利地找到肩关节，知道了怎样的运动是以肩关节为轴进行运动。比用语言讲解来得更直接，这样为形成正确的摆臂姿势奠定了基础。

步骤二：直臂摆动的原地踏步

练习方法：手臂伸直，以肩关节为轴，手臂前后摆动的原地踏步。练习的过程中不断提醒学生，手臂是在保证肩不晃动的情况下以肩关节为轴前后摆动。

练习目的：让学生知道什么叫以肩关节为轴前后摆动，并体会肩关节为轴前后摆动的动作，同时提高原地踏步的质量。

练习效果：通过练习可以产生三种效果。（1）学生手臂的摆动逐步形成了以肩关节为轴的前后摆动，这是解决好快速跑摆臂技术的一个重要环节。（2）不需要单独进行原地踏步练习（很多学校，为了使做操好看，要求学生踏步一致）。（3）让学生充分体验如何在肩不晃动的情况下，手臂的摆动是以肩关节为轴的前后摆动。

步骤三：屈肘摆臂踏步

练习方法：先在站立的情况下固定大小臂（夹角略小于90度），然后进行原地踏步，在踏步的过程中教师用语言提示学生逐步屈肘，直至刚才固定的角度。同时在练习过程中不断强调手臂的摆动是以肩关节为轴前后摆动。

练习目的：固定大小臂夹角，能在屈肘情况下完成以肩关节为轴前后摆动，同时提高学生屈肘摆动手臂的协调性。

练习效果：由于学生是依据要求，逐渐缩小大小臂夹角来实现屈肘摆臂踏步，久而久之形成固定的大小臂夹角，同时在练习的过程中老师不断强调手臂是前后摆动，肩不得晃动，进一步完善肩部动作，这时候，学生能协调做出原地的以肩关节为轴，屈肘摆臂踏步动作。

步骤四：完整的快速跑原地摆臂练习

练习方法：学生一只脚在前，另前一只脚在后，形成原地站立。前面的腿稍屈膝，后腿蹬直，身体稍前倾随教师的口令或节拍声进行有节奏的原地摆臂练习。

练习目的：让学生形成正确的快速跑摆臂概念。

练习效果：学生明白了什么是快速跑的摆臂，并迅速掌握原地摆臂的动作与方法。

步骤五：慢跑中的摆臂练习

练习方法：组织学生进行原地或行进的慢跑练习。练习的过程中，教师要求学生将注意力集中在手臂上，不断地提醒学生，手臂的摆动是以肩关节为轴前后摆动、大小手臂的夹角、肩部不得晃动等。

练习目的：让学生在运动中体会摆臂的具体动作，为快速跑摆臂建立跑动中的初步定型。

练习效果：学生在慢跑中体会摆臂动作，将摆臂由有意注意变为无意注意，初步形成了跑步中摆臂动作定型。

步骤六：快速跑中的摆臂练习

练习方法：练习方法同30米快速跑，只是要求将注意力集中在摆臂上，淡化速度，同时教师不断地以语言进行刺激。随着练习次数的增加，注意力集中的点逐步向速度转移。

练习目的：提高学生摆臂与快速跑其它动作相结合的能力。

练习效果：让学生在快速跑中体验摆臂动作，在开始的时候注意力在手臂上，随着练习次数的增加，注意力逐步转移到速度上，这样摆臂就会在快速跑的过程中显得十分协调，就形成了快速跑中正确的摆臂动作定型，形成了快速跑摆臂自动化。形成了快速跑摆臂自动化以后，教师有意强调学生加快摆臂的速度，来带动跑的速度。这样久而久之，就会形成快速摆臂与脚下快频率的有机结合，继而提高跑的速度。

低年级学生经过上述快速跑摆臂步骤的学习后，绝大多数学生能够掌握摆臂动作。对于少部分没有掌握的同学，教师可以依据快速跑在小学教材中呈螺旋状的特点，在以后的教学中不断强调与指导，使得每一位同学在低年级都能正确地掌握快速跑中摆臂动作。

摆臂技术 篇4

1 短跑摆臂的技术原理

1 . 1 短跑摆臂的生物力学分析

手臂摆动是前臂和上臂在肩关节轴上的周期性循环运动。它遵循了角动量守恒定律。当人体的某部分运动使身体的重心产生位移变化时, 为了维持身体的平衡状态, 机体就会自动地利用身体其他部分的运动来进行补偿, 达到一种新的平衡状态。弯道是半圆形的, 弯道跑遵循圆周运动力学, 人体绕圆周运动需要一个始终指向圆心的向心力来维持, 而向心力的产生必须由自身来提供, 身体的向心倾斜, 地面对腿的反作用力和上下肢摆动对身体的转动力是向心力的来源。因此, 运动员从弯道向直道跑时, 需要使身体的摆动恢复到在直道跑的状态, 用来克服向心力。

1 . 2 短跑摆臂的生理因素分析

在短跑过程中, 手臂摆动的频率快、幅度大, 运动员在没有氧的情况下进行大强度、高频率运动时会产生大量乳酸, 乳酸堆积使身体肌肉产生疲劳。由于肌肉处在紧张的收缩状态时间过长, 导致肌肉的张驰力降低, 影响肌肉收缩的快慢。肌肉过度收缩, 使肌肉中的血管和神经受到压迫, 导致血流量减少, 抑制血流方向, 从而使生产的乳酸和血糖在血液中不能及时送到肌肉中进行利用, 肌肉会出现疲劳, 从而导致短跑摆臂动作的变形。

2 短跑摆臂技术的常见错误研究

2.1 摆臂动作模式

手臂以肩关节为轴心, 双手成半握拳状, 前后摆, 前摆臂角度为90°, 向后摆臂角度为135°, 摆臂动作自然有力, 肩关节要放松, 不要耸肩, 向前摆臂时, 手不能超过下颌, 向后摆臂时, 肘部要向外, 摆臂时大臂带动小臂, 两臂贴近身体的两侧。在实践中, 有一些典型的错误动作:在跑的过程中, 运动员为了获得更大的速度, 左右摆臂幅度过大, 身体出现幌动, 导致阻力增加, 步长降低, 降低了跑的速度, 出现小步幅和直腿跑;如果手臂的摆动幅度变小, 会出现蹬腿无力, 抬不高, 坐着跑;上下摆臂, 摆臂力量过多的在垂直方向上, 抬得过高, 但腿前送不够;耸肩, 上体与肩部的肌肉过于紧张。因此, 在训练过程中, 不仅要使学生掌握正确的腿部动作, 还要掌握正确的摆臂技术。

2 . 2 摆臂技术存在问题

手臂的左右摇摆, 有的学生来回摆动, 没有沿轨道方向摆动, 难免造成上半身过度收紧, 检测学生占30%;过分紧张、端肩、梗脖、咬牙、瞪眼, 肩关节僵硬, 摆臂不自如, 比例占20%;大小臂夹角过大或夹角太小, 拳头举的很高, 比例占20%;上臂没有同时摆动, 在跑道一侧摆动, 另一侧手臂不摆动, 比例为20%;在比赛开始时手臂摆动很小, 小臂摆动方向向下, 比例为10%。以上问题的主要原因是摆臂动作不够熟练, 对手臂摆动重视程度低, 摆臂动作不规范或者不正确, 会影响摆腿的高度、频率、后蹬力量, 导致跑步的速度降低。所以, 正确的摆臂技术对成绩有很大影响, 只有学好摆臂技术, 才能看出摆臂的重要性。

3 短跑摆臂的对策分析

3 . 1 短跑不同阶段的摆臂技术

3.1.1 起跑阶段的摆臂技术

短跑主要以蹲踞式起跑为主, 听枪起跑, 在发令员喊出“预备”口令时, 运动员会增加他们的兴奋性, 提高肌肉张力, 让肌肉进入紧张状态, 增大了起跑的速度和爆发力。因此, 在起跑开始时, 双臂应加速摆动, 并配合腿部动作完成起跑, 通过快速地上肢摆动, 带动腿的蹬力和频率。手臂和腿的快速摆动还可以增加起跑器对后蹬腿的反作用力, 增加腿部的力量。

3.1.2 加速跑的摆臂技术

加速跑是在最短的距离内尽快发挥速度, 不断加大步长和步频以顺利转入途中跑。加速跑开始时保持身体向前倾斜, 身体的重心大都落在支撑脚的前面, 身体姿势大约与地面形成45°角, 当获得一定的初速度后, 逐步抬起上体, 为了使身体维持在加速状态, 手臂应加速向后摆动, 保持身体重心的平衡, 腿的快速后蹬与摆臂配合。随着步幅一步一步地增加, 双腿频率的加速, 逐步抬起上半身, 腿技术动作由后蹬加速跑逐渐过渡途中跑的前扒动作。因此, 在加速跑动阶段的摆臂技术是用力加速向后摆臂向用力加速向前摆臂过渡。

3.1.3 途中跑的摆臂技术

途中跑是人体处于动态平衡状态的高速匀速运动阶段, 是短跑运动中最长的一段距离, 主要是保持最大速度地运行。途中跑每步的跑动包括支撑过程中的着地缓冲、后蹬和腾空过程中的折叠前摆、下放摆落等动作。途中跑手臂的摆动是为了协调腿部的动作和保持身体的平衡, 对提高腿的运动频率和幅度起着重要的作用。双臂摆动要协调, 大臂带动小臂, 加速向前摆臂, 带动整个身体向前运行, 动作自然、有力, 并使身体在跑的过程中协调放松, 降低紧张感。

3.1.4 冲刺跑的摆臂技术

冲刺跑阶段由于体力的大量消耗, 双腿摆动的频率和幅度有所降低, 上体后倾。应当充分利用摆臂的灵活性, 增加两臂摆动的速度和力量, 充分调动腿的积极性和蹬摆动作, 尽力保持身体前倾角度, 为了减少身体的过度后倾, 应采取加速向前摆臂动作。快到终点时, 身体向前倾, 并增大摆臂幅度, 向终点线做冲刺动作。

3.1.5 弯道跑的摆臂技术

在弯道跑的过程中, 尤其是200 m和400 m的项目中, 摆臂技术对比赛的成绩起着至关重要的作用, 主要是用力加速向前摆技术。弯道跑摆臂时, 身体要向内侧倾斜, 右侧手臂的摆幅和强度稍大, 而前摆稍向左前方摆动, 后摆时后肘稍向外摆动。左侧手臂摆动的幅度和强度要小于外侧手臂的摆动, 靠近身体前后摆动。在弯道跑即将结束进入直道跑动阶段, 应当增大左侧手臂向前摆的幅度和强度, 使身体重心恢复到直道跑时的程度, 并加速向前跑。

3 . 2 摆臂的训练方法

3.2.1 分解训练法

分解训练法是指通过对完整技术动作分成若干个部分技术动作, 然后对各个部分的技术分别进行训练的方法。可将摆臂分解为向前摆臂和向后摆臂进行练习。

3.2.2 加难训练法

加难训练法是指先从简单的动作开始, 逐步增加难度的训练方法。在摆臂训练中, 可以先进行原地摆臂训练, 逐步增加难度。

3.2.3 重复训练法

重复训练法是指多次重复同一练习, 两组练习之间安排相对充分休息的练习方法。在摆臂训练中, 可在跑动摆臂与原地摆臂之间进行重复, 达到加深动作定型的效果。

4 结语

掌握正确的摆臂技术, 大幅度前后摆臂对于增大后蹬腿的力量、步幅、跑速和跑的技术都起着非常重要的作用。在训练过程中, 我们不仅要重视下肢的训练, 还要重视上肢技术的训练, 必须加强对手臂的训练, 只有上肢摆臂技术与下肢腿部动作结合训练, 才能有效地提高运动员的运动水平。

在教学与训练中应严格规范摆臂技术, 采用高效的训练手段提高摆臂技术, 进而提高短跑运动员的运动成绩。摆臂方式要适合其本身特点进行针对性练习, 必须与下肢动作协调配合, 否则会影响整个技术水平的发挥。要求改进在短跑中的步长或步频的同时, 应提高摆臂的力量、幅度和速度, 这样才能使其技术更趋完善。

参考文献

[1]杨东锋.短跑运动员百米起跑及起跑后进入途中跑的衔接技术分析[D].山西大学, 2005.

[2]蔡东山.摆臂技术与短跑成绩的关系[J].哈尔滨体育学院学报, 2002 (4) :76-78.

[3]阮程.短跑放松技术对速度影响的分析[D].武汉体育学院, 2014.

浅谈短跑中摆臂的作用及训练方法 篇5

关键词：短跑；摆臂；作用；训练

一、短跑摆臂的作用

1.摆臂增加腿部蹬地、摆动、扒地的力量

理论上来说，人体是一个有机的整体，通过摆臂动作可以为下肢的运动更好的用力条件。例如，当上肢手臂向后摆动时，有利于异侧下肢的后蹬发力，当手臂向前摆臂时，有利于异侧的下肢向前摆动腿，增加了摆动腿的速度和幅度。上肢摆动总是伴随关节角度的变化，向后摆动时，大小臂角度增加，离心力加大，为异侧腿的后蹬创造条件，便于发力，为异侧腿的前摆、下压、扒地创造条件。

2.摆臂可以保证高速条件下的人体平衡

人体是左右对称平衡的有机体，人体自然会始终保持一种平衡的状态，称之为“异侧交叉平衡”。通过实验表明：跑步腿部摆动和手臂摆动产生的动量矩为零。也就是说腿部摆动的频率和幅度增加，上肢的摆动也会随之增加，以维持身体在跑动中的平衡，这种平衡为保持向前水平的高速创造条件。因为，当跑步运动时，平衡就破坏了，因为向前迈步时，一侧腿以骨盆的支点做钟摆运动，同时也带动以盆骨为横轴围绕脊柱做转动，产生动量矩。作为多关节结构的人体，此时作为异侧的上肢必然会通过摆臂进行补偿，

以抵消下肢运动产生动量矩，身体的平衡一旦无法维持，就不可能维持向前的高速奔跑。

3.摆臂可以提高奔跑的速度

我们知道决定跑速的主要因素是步频和步长。步频受遗传影响，神经类型对动作频率起决定性作用，后天训练对动作频率影响比较小；步长主要决定于力量、协调性、肢体长度。肢体长度一定，人体力量增长也受到生理因素的限制。通过摆臂可以增加下肢的力量，增加异侧摆动腿前摆的幅度和送髋充分，增加了步幅，提高了跑速。

4.摆臂可以减少高速奔跑时的能量消耗

人体在运动时不断的消耗能量。短跑是以无氧代谢为主，神经冲动和肌肉收缩消耗大量的能量，短跑的无氧代谢一般只能维持几秒钟。通过上肢高效的摆臂动作，促使上下肢协调配合，降低了能量的损耗，有利于短跑时维持高速奔跑的能量。

二、摆臂易犯错误及训练方法

1.侧摆、左右摆臂、架着摆

直接影响是造成身体摇晃，无法跑直线，步幅小，很容易破坏身体的平衡，造成上体扭紧，严重影响向前的速度。这种摆臂往往存在运动员训练初期，还没有形成动作定型。训练方法：第一，作为基层教练员应让运动员建立正确的摆臂动作概念，强调摆臂的向前性，摆臂的方向应和摆腿的方向一致。第二，多做各种姿势的原地摆臂练习，例如，原地摆臂练习、跪姿做摆臂练习、蹲姿做摆臂练习、原地高抬腿摆臂练习、弓箭步摆臂练习等等，帮助运动员建立正确的摆臂概念。第三，多做摆臂的力量练习，负重的情况下建立正确的摆臂动作，提高上肢力量。

2.摆臂动作僵硬、紧张

表现为耸肩、咬牙、梗脖、瞪眼、握拳、全身使劲，肩关节僵硬。直接表现为大腿抬不高、步幅小、后蹬不充分、坐着跑。影响摆腿、摆臂动作的频率和幅度，消耗能量。训练方法：第一，强调正确技术动作。例如，通过现场录像回放、模仿等途径让运动员了解自己的动作，播放正确摆臂案例帮助运动员建立正确的动作模型。第二，强调放松、增加身体协调性练习。动作僵硬证明运动员紧张，身体协调性不好，不能正确进行神经募集和对肌肉控制，教练员可以通过各种身体协调性练习来改善身体的协调性，同时强调肌肉放松。第三，降低摆臂速度，让运动员体会正确摆臂动作，建立正确的摆臂模型，逐步提高要求，提高摆臂速度。

3.肩部僵硬，大臂摆动幅度小，小臂摆动做敲鼓动作

直接表现为动作幅度小，只是小臂沿肘关节做摆的运动，而大臂沿肩关节摆动幅度很小。训练方法：第一，讲解正确的摆臂动作概念，利用优秀运动员动作模型、动画、图片等帮助运动员形成正确的动作定型。第二，固定小臂和大臂的角度，突出肩关节的

摆动。

4.上下肢摆动不协调，摆动时间脱节

训练方法：第一，多做原地高抬腿各种快慢的摆臂练习，多做行进间的上下肢配合摆动练习，提高上下肢摆动配合的协调性。第二，增加各种上下肢协调性练习，例如，在拉伸，热身的时候，增加上下肢配合的协调性练习，提高上下肢的配合能力。第三，增加上肢的力量训练。力量训练主要力量训练的全面性。第四，各种速度、形式的跳绳练习

摆臂是短跑中的一个重要环节，摆臂技术的优劣影响短跑的速度，尤其是高水平运动员的瓶颈。正确合理的摆臂技术应该是上体与地面保持垂直，形成以脊柱为中心肩的绕动，手臂前后以肩为轴的摆动，手指自然舒张或自然半握拳以延长手臂长度增大摆臂幅度。

参考文献：

[1]孙艳萍.短距离跑中的摆臂技术[J].体育科技，1998（3）：4-5.

[2]吴相东.浅谈短跑运动员摆臂错误及纠正方法.体育研究，1996（1）.

先蹬地再摆臂 篇6

1.起跳只是靠惯性悠过去,脚踝关节蹬地的效果不明显;

2.起跳缺乏弹性,作用力与反作用力效果不明显;

3.没有形成展体、收腿技术。

根据以上错误动作,建议采用一下方法纠正:

第一,起跳只是靠惯性悠过去,脚踝关节蹬地的效果不明显是大多数学生的通病,这主要是蹬地与摆臂相脱节造成的,学生对要领不明白,产生了误解。笔者通过强调先蹬地再摆臂,蹬摆结合,以提高作用力与反作用力的效果,同时结合立卧撑、轻跳、台阶交换跳等方法进行引导的方式,很轻松地解决了这个难题。

第二,笔者采用理论联系实际,让学生根据所学的作用力与反作用力原理,对自己练习立定跳远的实际情况进行自我检查、改进。利用势能转化动能的原理,预摆时稍提踵,上肢伸展,双臂高举,由上向下向后摆的同时曲腿,完成势能转化动能。

轿车底盘悬挂摆臂结构对比 篇7

1 摆臂的结构设计以及功能

1.1 关于传递的载荷

当下, 轿车的设计一般都是采用独立式的悬挂系统, 我们能够按照其结构的不同, 将其细化为横臂式和纵臂式以及多连杆式和麦弗逊式等。我们说的多连杆就是横臂和纵臂的二力杆式结构, 其同时有两个相互连接的结构点。这两个二力杆在一定的角度上就能够配装调节, 形成三角形的结构。而麦弗逊式就是典型的前悬挂式的三点式摆臂, 同时拥有三个连接点, 这就可以形成稳定的三角形结构, 能够在多个方向上承受外力。

二力杆的摆臂结构是相当简单的, 是根据每个公司不同的专业以及加工方式的特长来确定的, 例如, 冲压钣金的结构, 其设计的结构就是无焊接单片形的钢板, 横向多为是工字型, 钣金型的焊接结构, 一般是焊接钢板, 其结构多是口字型的, 或者是可以采用局部的钣金加强焊接工艺。钢锻切削的加工结构则是将结构性作为实心, 要求外形是要同钢锻相类似的。钢管结构是一种结构相对简单且其结构是圆环型的结构。

根据平常的整个车间的要求结构, 三点式的摆臂结构是相对复杂的, 这就要看到, 模拟的分析中摆臂是不能同其他的任何零件发生干涉的, 而且要有一定的距离。如, 冲压钣金的结构一般是同钣金的焊接一起产生的, 而且传感器的线束孔以及稳定杆是会影响到摆臂的设计的。在结构上仍然采取口字型的工艺, 使其能够承受的载荷优于不封闭的结构。关于锻件的金属切削, 其结构一般是工字型的, 这就有着抗压以及抗弯的特性, 铸件的切削加工, 使得外形同结构型腔要依据铸造的特点, 加强减重口。在钣金焊接以及锻件的组合中, 就要依据整个车的底盘空间以及布置的要求, 将球接头集成在锻件之重, 使得锻件能够同钣金重新连接, 并且铸锻的切削工艺, 是能够提供优于锻件的利用率以及生产率的, 这就能够同时加强铸件的材料的强度, 是现实新工艺的需求和应用。

1.2 关于减弱震动的问题

因为现在的汽车的行驶过程一般是路面不会绝对的平坦, 这就使得路面对于车轮的垂直力是有一定的冲击性的, 特别是在颠簸的路面上行驶。这样的冲击就会影响驾驶员的身体, 我们为了能够舒缓这样的冲击力, 就在悬挂的系统中增加了有弹性的元件, 就能够使得刚性的连接转换成为弹性, 这样在受到冲击时, 就能够产生振动, 使得减少振幅。

1.3 关于摆臂的连接点元件的结构

在行驶过程中的, 路面不平坦引起的车身的上下颠簸, 以及当时的车轮转向是要求车轮的运动符合一定的轨迹要求, 摆臂以及转向多是通过球铰链来完成的, 摆臂的球铰链是能够提供±18°的角度摆动的, 并且有360°的旋转的角度, 能够全方位的满足车轮的跳动以及转向的要求, 同时球铰链要满足整车的两年或者是六万公里或者是三年以及八万公里的质量保证的。

我们能够根据现在的摆臂同球铰链之间的连接的不同, 分为螺栓以及铆钉连接方式, 球铰链加法兰;压入过盈式连接, 球铰链无法兰;以及集成一体的, 摆臂同球铰链合为一体。摆臂通常是为单片的钣金结构以及多片的钣金相联合的, 一般是前两种的应用较多, 摆臂是钢锻以及铝锻和铸铁的是应用后一种。

球铰链能够达到载荷条件下应用的磨损耐力, 这就需要衬套有着能加大幅度的工作角度以及更高的寿命, 同时要求球铰链的设计的组成结构, 摆动的润滑以及对于润滑要足够得防尘防水。来自于德国的采埃孚伦福德这样的公司就有着完善的能力, 良好的实现了球铰链在设计以及润滑防护的要求。

2 摆臂的设计对于重量和价格的涉及

2.1 关于重量要达到最轻

悬架的刚度以及悬架的支撑的质量, 是能够决定车身的固有的频率的, 这也就是指影响汽车在平稳的行驶过程中要测试的悬挂系统的重要的性能之一。我们人体的习惯的垂直振动的频率是步行时身体上下的频率, 一般是一到一点六赫兹, 而车身的固有的频率应当尽可能的接近这样的范围。悬挂的系统刚度一定, 质量越小, 悬架的垂直结构的变形越小, 固有的频率越高。当我们的垂直载荷是一定的时候, 悬挂的刚度趋向小, 汽车的固有频率就会越低, 这样在行驶的过程中上下的车轮跳动的空间就要越大。同时, 在道路条件以及车速条件相同的时候, 质量越小, 就会有着越小的冲击力。

在一般的情况下, 是铝摆臂的质量最轻, 同时铸铁的摆臂最重。因为一个车套的摆臂一般都是在十公斤之下的, 这样对于整车一吨的车重, 摆臂的质量对于整体的耗油是不明显的。

2.2 设计决定价格

2.2.1 成本同要求呈正相关

摆臂的结构强度以及刚度能够满足要求这一前提之下, 制造时候的要求公差高低以及制造工艺的难易, 还有材料的种类以及稀缺的程度, 都会直接的影响到最后的价格因素。例如, 我们能够看到的是, 防腐蚀电镀层, 经过表面的一定的钝化的处理, 就会做到整体的144H的耐腐蚀程度。而表面上有着阴极的电泳漆镀层就会经过手段的处理而达到240H。随着要求的防腐蚀的程度的高低, 其成本也在不同程度的增加。

2.2.2 成本同摆臂结构之间的关系

我们都知道的是, 硬点的不同布置是提供了不一样的行驶性能的, 尤其是要看到的是, 一样的硬点成本, 如果辅以不一样的连接点的设计, 还是会产生不一样的成本。球接头与构件的连接是有三种的, 一种是通过标准件来连接形成配合连接式, 过盈的配合连接是同标准件的连接减少零件的种类, 例如螺钉螺母等, 还有就是, 集成一体式相比于过盈的配合连接, 是减少了零件的球铰链头。结构件同弹性的原件在连接的方式上是有着两种形式的, 分别是, 前后弹性原件的轴向型平行以及垂直。不一样的方式, 也就决定了不一样的配装的工艺, 例如, 衬套压装的方式是同向垂直于摆臂体的, 是可以采用单工位的双头压机, 并且在压装时, 前后的两个衬套能够省人省力, 衬套如果压装的方向不一样的话, 就要采用单工位的双头压机, 这就能分别压装, 省人力以及省设备, 衬套的设计如若是从内侧压入的话, 就要两个工位来完成先后的压装。

摘要：本文首先从轿车底盘悬挂摆臂研究的相关背景入手, 然后阐述了摆臂的功能与结构, 最后详细的分析了摆臂设计对重量及价格的影响。

关键词：轿车,底盘,悬挂摆臂

参考文献

[1]秦贵和.汽车网络技术.汽车工程, 2003.

后挖掘机具摆臂机构的设计 篇8

我公司于2010年开发生产的一款后挖掘机具是应欧洲市场的需求, 专门为20马力以下小型轮拖配套设计的一款小型后挖掘机具。其绝大部分性能参数的设定在参照公司已成熟的配套20马力以上的后挖掘机具下没有太大的难度, 唯一被反复调整的一个参数指标是该款机具的整机重量。因为是配套小型轮拖, 整机重量被限制在250kg以下, 在保证各部件设计强度的条件下还是有一定难度。为此, 我们在其余部位很难再减重的情况下, 对该款后挖掘机具的摆臂机构上作了创新设计。传统的摆臂机构多利用双油缸驱动转向节的方式, 来实现挖臂左右180°的回转。也有简化为单油缸驱动的方式, 但那种方式受回转死点的限制, 不能实现左右180°的回转。

这款新设计的后挖掘机具摆臂机构利用了机械机构原理, 实现了单油缸驱动转向节, 在左右180°的范围内回转, 同时减少了该机构部件所占用空间和重量。

我们先来了解一下该机构的部件组成。

如图1所示, 机构主要由油缸、摆臂、滑槽组成, 其中滑槽为了便于装配, 设计为装配组合形式, 由槽体和槽盖用螺栓联接组成。

我们再来对该机构作一下简单的受力运动定性分析。

图2画出了转向节从右往左摆动过程中的三个具有代表性的极限瞬时位置的受力和运动状态:

a初起状态;b中间状态;c最终状态。

当机构处于a状态时, 油缸作用力F0的分力F1驱动摆臂逆时针摆动, 由杠杆原理在D点产生对转向节的驱动力F3, 驱动转向节向左摆动;分力F2驱动摆臂沿滑槽向前滑动。摆臂直接传递分力F2在D点驱动转向节向左摆动。由图上可以看出, 转向节限制在左右180°的回转范围内时, 力F2和力F3的合力F4相对A点总存在着一定的转臂而产生有效的转矩驱动转向节。

当机构处于b状态时, 油缸作用力F0直接通过杠杆原理对转向节产生驱动力F4, 驱动转向节向左摆动。

当机构处于c状态时, 油缸作用力F0的分力F1驱动摆臂逆时针摆动, 由杠杆原理在D点产生对转向节的驱动力F3, 驱动转向节向左摆动;分力F2驱动摆臂沿滑槽向后滑动。摆臂直接传递分力F2在D点驱动转向节向左摆动。由图上可以看出, 力F2和力F3的合力F4相对A点也是存在着一定的转臂而产生有效的转矩驱动转向节。

摆臂加重训练法的实际应用研究 篇9

“力量素质是运动员的基本素质之一, 它与运动员的其它素质有着密不可分的、极为密切的关系, 它往往影响到运动员的其它素质的发展。”[1]力量速度的提高关系着运动成绩的好坏, 为此, 我们把力量素质作为衡量运动员身体素质的一个重要的特征之一。那么力量速度又与什么存在着密切的联系呢?主要表现在两个方面, 一是力量素质, 二是对应的肢体的速度。为此, “金季春最先提出田径跑跳训练的新方法揪摆臂加重训练法。此训练法是把负荷固定在摆动臂上, 以增加摆动臂的负重。”[2]我们将其使用到某大学体育运动员的身上进行训练分析。我们必须要明确的是在进行加重训练时必须遵循一定的原则。即加重训练在运动员的进行过程中绝对不能够超过限度而影响了运动员的身体技能和身体素质, 以免造成不必要的后果。为此, 我们主要是选取某大学的体育运动员以实际的训练过程来解释和证明摆臂加重训练的模式和过程。

二、研究方法

首先制定一定质量的沙袋, 但是沙袋的重量必须呈现不同, 其次使用这些沙袋, 将其作用于手腕上或者是前臂, 以此来进行摆臂加重实验。最后, 经过一定的运动项目来进行摆臂加重训练法的测试。

(一) 实验对象

以某体育大学田径运动员为主。

(二) 试验方法

以立定跳远和原地起跳为主要的两种方式, 按照负重分为前后两个部分, 将负重前的读数和负重后的读数进行分析对比, 所有的接受测试的运动员共计27名, 负重值如下:00 g、400g×2、650 g×2、950 g×2、1450 g×2、1950 g×2、2400g×2、2950 g×2, 试验次数, 也就是运动员的试跳次数共有三次。

三、实验结果分析

(一) 负重结果与立定跳远

负重前, 运动员的立定跳远的结果基本与平时训练时的成绩持平, 而负重后, 成绩出现了明显的差异和变化, 即与负重前的成绩相比较, 成绩总体而言, 按照负重重量的逐步增加, 呈现出了下滑的趋势。但是经过多次训练之后, 运动员的不负重成绩与之前的不负重成绩相比, 有了明显的提高, 这也就是摆臂加重带来的优势。

(二) 负重结果与原地起跳

负重前, 运动员的原地起跳的结果基本与平时训练时的成绩持平, 而负重后, 成绩出现了明显的差异和变化, 即与负重前的成绩相比较, 成绩总体而言, 按照负重重量的逐步增加, 原地起跳结果呈现出了下滑的趋势。

(三) 原因分析

首先, 由于接受测试的运动员本身存在着一定的身体素质差异, 因此训练过程中针对摆臂加重的训练结果而言, 呈现出一定的差异性, 本身基础身体素质好的运动员在经过摆臂加重训练之后, 成绩略高于其他运动员;其次, 就运动员的摆臂肌肉而言也存在着一定的差异, “摆动臂的摆动速度、摆动加速度的大小直接影响到总重心的上升速度、上升加速度”[3]运动员的肌肉力量与增加负重之后的克阻力是成正比的, 肌肉力量越高, 经过负重训练之后的的摆臂加重越高, 否则相反。

四、结论

(一) 相对于定点起跳而言, 立定跳远的负重成绩相对来说较为乐观, 事实上负重重量与原本的成绩是成反比例的, 负重前与负重后的成绩也存在着显著的差异。

(二) 由于原地跳高的运动员在运动机理上具有明显的差异性, 本身较为拔尖的运动员在不负重的情况下就已经表现出了较高的起跳水平, 再加上负重训练之后, 原本比较发达的上肢肌肉也因此而激发了伸缩活力, 速度也显著提高。但是我们必须要注意的问题是, 由于运动员自身的肌肉伸缩和肌肉运动张力是具有一定限度的, 因此我们在进行负重训练时必须保持和限定在一个合适的范围当中。[4]

综上所述, 我们不难发现, 原地起跳的运动员在接受了负重训练之后, 成绩相对于负重前有所下降, 这也就充分说明这些运动员的摆臂加重较为薄弱, 因此我们必须制定相应的模式和训练方式进行调节, 不断增加肌肉力量的训练, 对于训练过程中较为突出的就必须进行进一步的加重训练。

(三) 从立定跳远来说通过摆臂加重训练之后, 他们的成绩提高均非常的明显, 而且根据加重要求的不断增加, 均呈现出逐渐上升的趋势。

(四) 通过两种运动形式即立定跳远和原地起跳的训练过程的对比分析, 我们发现, 本身两组运动形式就存在着要求和运动原理的不同, 因此对于摆臂所需要的力度和肌肉力度明显不同, 这也就造成了负重训练之后所出现的各种差异性, 为此, 我们在进行摆臂加重训练时, 对于负重的重量的要求也是有所不同的, 事实上, 立定跳远相对于原地起跳而言, 对于负重重量的要求明显有所提高。[5]

摘要：摆臂加重训练法是把负荷固定在摆动臂上, 以增加摆动臂的负重。而力量速度的提高关系着运动成绩的好坏, 为此, 我们把力量素质作为衡量运动员身体素质的一个重要的特征之一。本文从研究方法、实验研究结果分析以及结论三大方面进行了系统的分析。

关键词：摆臂加重训练法,力量速度,立定跳远,原地起跳,负重

参考文献

[1][2][3]曲峰, 金季春, 李春雷.摆臂加重训练法的实际应用研究[J].北京体育大学学报, 2000年3月第23卷第1期.

[4]曲峰.摆臂负重训练方法之浅探[C].第九届全国运动生物力学学术研讨会论文集, 1998, 11.

摆臂技术 篇10

多机器人协同进行搜索和营救是机器人学中的一个重要研究课题, 吸引了国内外学者的广泛关注与研究。近年来, 对这一问题的研究主要集中在两个方面:一是多机器人路径规划问题[1];二是多机器人协同方法的研究[2,3]。但是两者都只是基于理论的研究, 所使用的试验平台也基本以平坦的地面为主。灾难现场环境复杂, 对单个机器人的自主越障能力提出了更高的要求。

为了实现多机器人在复杂环境中的协同, 这就要求单个搜救机器人具有很好的越障能力。许多文献针对不同形式的机器人, 分析了影响其越障能力的因素。研究人员分别分析了两节履带机器人[4]、关节式轮式机器人[5]、三节履带机器人[6]和多单元机器人[7]对跨越垂直障碍和壕沟的影响, 但是没有建立完整的数学模型, 没有对机器人越障的整个过程进行完整描述与定量分析。

针对城市灾难现场搜救问题, 本研究对机器人越障机理进行分析, 并设计相应的可分离式机器人组合结构。为增加其越障能力, 在机器人前部添加可360°回转的摆臂, 后部添加优化机器人主体长度与摆臂长度比例的辅助推力装置, 可以快速与主体脱离 (也可再次结合) , 以增强主体在平坦路面上的机动性。通过使用Matlab对越障过程进行了建模和仿真, 并采用自主研发的单关节轮式式移动机器人进行实验验证。

1 机器人越障机理

1.1 单关节轮式机器人结构

本研究以机器人后轮轴心为坐标原点, 建立坐标系x O1y, 设机器人主体部分前后轮O1O2的间距为S1, 主体部分的质量为m1, 质心G1的坐标为 (l1, h1) ;设两摆臂长度O2O3为S2, 摆臂质量为m2, 质心G2处于摆臂中心线O2O3上, 距离主驱动轮轴心O2的长度为l2, 摆臂的摆角为θ, 且θ∈[0, 2π];设主体轮半径为R, 摆臂轮半径为r, 机器人宽度为b。

单关节轮式机器人结构如图1所示。

轮式与履带式机器人最大的不同之处在于, 轮式机器人与地面间是点接触, 履带则是面接触, 这样轮式机器人的每一个姿态必须有两个点与地面接触才能保持稳定。该机器人采用单关节轮式结构, 可以正向攀越台阶[8]。

1.2 机器人主体的结构设计

通过分析机器人的越障机理及其结构尺寸的关系可知, 机器人重心的偏移与机器人主体长度的伸长是一个矛盾的问题, 主体尺寸过长还会导致机器人在平面上机动性能的减弱, 为解决这两个矛盾, 本研究设计了为机器人翻越台阶的辅助越障机构, 设计图如图2所示。图2中, 1号部件为辅助越障机构, 它质量轻, 主要起到支撑及增长主体尺寸的目的, 并且能够快速与主体部分分离, 增强机器人平面的机动性。

机器人翻越障碍物能力主要受两方面因素决定:

(1) 机器人摆臂的可达高度。这是机器人越障极限的决定因素。设机器人摆臂宽度为d, 则机器人摆臂的最大可达高度为:Hmax=S2+R-r。

(2) 机器人翻越障碍物的最大高度又要受机器人重心位置l1及机器人主体长度S1决定。通过分析机器人翻越时各部分尺寸的力学关系, 可以得出机器人主体尺寸必须大于S1 min= (Hmax+r+S2-R) /sinα, α为机器人最大倾斜角度, 为保证机器人的稳定, α=75°。且S1 min-l1

2 搜索机器人越障过程建模与仿真

机器人翻越台阶的过程可以简化为3个阶段:第一阶段, 机器人重心抬升过台阶边缘线;第二阶段, 机器人整体平移;第三阶段, 机器人在摆臂和质心的共同作用下翻上台阶。

2.1 机器人模型简化

通过分析机器人的翻越过程, 本研究可将机器人翻越的第一阶段简化为曲柄滑块机构, 简化方式如图3 (b) 所示, 机器人主体简化为机构中的连杆S1;摆臂简化为机构中的曲柄S2;摆臂轮与台阶的接触点简化为固定铰链A;机器人主体与摆臂的连接点简化为活动铰链B;机器人后轮部分简化为滑块C。

2.2 机器人运动学分析

本研究模型划分为两个杆组, 一个是由S2构成的曲柄, 一个是连杆S1和滑块C组成的杆组。如图4 (b) 所示, 本研究设曲柄S2为常数, 幅角θ1为变量;连杆S1长度为常量, 连杆S1的幅角θ2为变量, 滑块C相对于原点O的位移S为变量, 则可得曲柄、连杆、滑块的关系方程为:

式中: 的Im轴初矢量。

式 (1) 两边对时间求二阶导, 得铰链B的加速度方程为:

对式 (2) 求一阶导, 得滑块C的速度关系方程:

对式 (2) 求二阶导, 得加速度关系方程:

2.3 机器人静力学分析

机器人各个部分受力情况如图4 (c) 、 (d) 所示, 本研究设连杆S1的质量为m1, 转动惯量为J1;曲柄S2的质量为m2, 转动惯量为J2, 曲柄受到的外力矩为M;滑块的质量为m3。则可得A、B、C点的受力关系方程为:

第二阶段为第一阶段的最终状态平移, 具体分析略。第三阶段模型可简化为另一组曲柄滑块机构, 如图4 (b) 所示, 原固定铰链A简化为滑块, 原滑块C简化为固定铰链。

可推导出运动学方程为:

动力学方程为:

2.4 机器人Matlab仿真

根据建立的运动学和静力学的数学模型, 本研究在Matlab/Simulink中建立仿真模型, 并进行分析, 通过仿真得出机器人在翻越障碍物的3个阶段的角位移、速度、加速度的变化情况, 如图5所示。

3 机器人越障能力的理论与实测值验证

为了验证计算机仿真结果的正确性, 本团队自主开发了一个小型搜救轮式机器人, 其实际结构如图6 (a) 所示。机器人越障过程在计算机上的三维动画仿真过程如图6 (b) 所示。

实际物理环境选择在实验室进行, 地面为平坦的地板, 在2000×2000mm的范围内布置了楼梯类斜坡 (高度为100mm) 、狭窄小洞穴、无法翻越的障碍物等物体。机器人的基本结构参数为:高度80mm, 子机器人到母机器人的最大轮距为253mm, 摆臂长度93mm。母机器人大轮半径46mm。

为了进行实验验证, 本研究首先将机器人基本参数代入数学模型, 通过计算可以求得机器人越障最大高度的理论值为105mm, 机器人受到的最大转矩理论值为1.5 N·m。

在本研究构建的灾难现场模拟环境中, 笔者使用小型搜救轮式机器人在楼梯类斜坡处进行越障实验, 经过多次实验, 可以获得机器人可以攀爬的台阶最大高度为109 mm, 针对每次固定的台阶高度, 可以获得最大转矩和越障时间值。机器人样机越障能力的理论值与实测值如表1所示。

本研究分析实验结果, 发现由于轮式机器人轮子的运动速度很快, 在翻越障碍物的过程中能够产生一定的惯性冲击力, 使得翻越台阶的最大高度高于理论值。但是轮式机器人轮部受到的正压力随着机器人姿势的变化而变化, 有时会导致轮子出现打滑现象, 会使得机器人的驱动力矩大于理论值, 所以最大转矩和越障时间都大于理论值。

4 结束语

本研究从运动学的角度, 在典型单关节轮式越障机理的基础上, 分析了摆臂轮式机器人的越障能力受到哪些因素的影响, 推导出了机器人长度、摆臂长度与重心位置间的关系, 优化设计了机器人结构, 重点分析了轮式机器人越障的整个过程中各个变量的变化情况。最后对机器人的运动性能进行了验证。本研究为轮式机器人越障策略、结构设计、驱动模块选型及控制设计提供了理论依据。

本研究所搭建的进行物理实验的环境比较简单, 实际的灾难现场比本研究的实验环境要更复杂, 对机器人的越障能力和越障策略将提出更高的要求, 这是下一步将要继续研究的方向。

摘要：为解决在城市灾难现场, 很多狭窄空间搜救人员无法进入的难题, 充分利用搜救过程中轮式机器人的越障能力, 首先对小型可分离式机器人进行了结构设计, 并进行了越障过程的理论分析, 然后使用Matlab对机器人的越障过程进行了运动学和静力学仿真。仿真和实验结果验证了电机驱动力矩、机器人主体与摆臂长度的比例及障碍物高度等之间的关系, 为研究小型机器人在复杂环境中的越障能力提供理论依据。

关键词：轮式机器人,越障过程,Matlab

参考文献

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[2]FAN J, FEI M R, SHAO L K, et al.A Novel Multi-robot co Ordination Method based on Reinforcement Learning[C]//Proceedings of Lecture Notes in Computer Science (includ ing subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics) , v5226LNCS.Portugal:[s.n.], 2008:1198-1205.

[3]吴艮霞, 李国阳, 韦巍.基于WLAN的多机器人分布式合作系统研究, 机电工程, 2006, 22 (5) :32-36.

[4]信建国, 李小凡, 王忠, 等.履带腿式非结构环境移动机器人特性分析[J].机器人, 2004, 26 (1) :35-39.

[5]徐正飞, 杨汝清, 王韬.关节式移动机器人的越障运动[J].中国机械工程, 2003, 14 (12) :1052-1055.

[6]MASAYUKIA, TAKAYAMA T, HIROSE S.Development of Souryu-3Connected Crawler Vehicle for Inspection of Nar row and Winding Space[C]//Proceedings of International Conference on Intelligent Robots and Systems.[S.L.]:IEEE, 2004:52-58.

[7]LIU Jing-guo.Transformation Technique Rresearch of the Improved Link-type Shape Shifting Modular Robot[C]//Proceedings of International Conference on Mechatronics and Automation.[S.L.]:IEEE, 2006:295-300.