本发明涉及运动平衡训练领域，具体是一种反馈式平衡训练装置。
背景技术：
随着体育技术的发展，现有的体能训练分类越来越细，体育的基础技能分为三大类：运动技能、平衡技能和综合技能。运动技能指的是人从一个地方到另一个地方的能力，它包含了走、慢跑、疾跑、游泳等。综合技能是指通过手脚的综合性运动来控制身体，包括投掷、击打等。平衡技能指的是上述所有运动中利用最小的支撑从而达到身体稳定的能力。在运动过程中，平衡能力既是运动的基础，也是运动中最为重要的因素，同时也在很大程度上决定了运动安全。
由于平能能力是完成各项动作的保证和前提，故对于各个项目的运动员而言，提高运动中的平衡能力是不可缺少的训练重点之一。
基于人类的站立运动特点，在平衡训练中，下肢的平衡能力一般是平衡训练的核心和重点。在日常加强核心肌群的力量训练，以及各项有氧训练中，如果下肢，特别是踝关节的平衡能力跟不上，不但阻碍和影响其他训练的进行，还很大程度上容易引起运动扭伤。这主要是因为在运动中，身体姿势的大幅度扭转、变化、晃动，以及高强度的负重训练，需要下肢在活动中保持关节处的平衡和稳定，一旦关节处的肌肉不足以保持对关节的控制力，就会使关节部位失衡，造成膝盖、踝关节的扭伤。严重者造成习惯性的脱臼，引发较为严重的运动损害。故现有的平衡训练，一般都是以踝关节为基础稳定训练，进而加强对下肢力量的训练(小腿肌肉群为主)，最后进入核心稳定及功能性稳定的训练。综上所知，踝关节及下肢稳定平衡训练是平衡训练的基础及前提。在此项训练中，通过各项实践表明，使用简单的辅助器械，例如波速球、平衡板等，一方面，只能根据感觉试探着使用，无法控制训练的精度，更不可能有数据及指标相配合，不能满足专业训练的要求。同时也非常不安全，常见在训练中发生扭伤的情况。同时，平衡训练中也常见一些大型的平衡训练设备，通过视频、电子反馈来确定训练的情况。然而这种大型设备在使用中具有的问题包括：1)设备庞大、结构复杂、成本较高，造成购置的价格昂贵，需要较大空间放置的同时，还难以移动，只能定点使用。2)一般通过电压感应等电子手段进行模拟反馈，不直观，且难度、强度均为固定设置，难以适应不同体能情况的训练者做出针对性的调整。故现有技术尚缺一种通用性强，操作直观、安全、便捷且成本较低的平衡训练装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种反馈式平衡训练装置，它训练方便安全，反馈直观有效，且能够根据训练需求调整训练难度及强度，训练的针对性大大增强，具有广泛的适应性。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种反馈式平衡训练装置，包括固定机构、踏板机构、滚球，所述踏板机构包括顶面开口的圆柱形底壳，所述底壳的内部底面上安装有电磁吸盘，所述电磁吸盘的磁力可调，所述电磁吸盘的顶面设有区域标记，所述电磁吸盘的周侧沿其周圈安装有多个接近开关，所述接近开关的内侧设有与区域标记相对应的弧形片，所述底壳的顶面开口处固定有平衡踏板，所述平衡踏板为与底壳同轴心的圆形透明踏板，所述平衡踏板底面的中央安装有复位电磁铁块，所述滚球具有铁磁性且其表面均匀分布有球冠形的凸起，所述滚球设置于底壳内，所述固定机构包括圆形的底座，所述底座的周侧固定有机壳，所述底座的中部固定有支撑架，所述支撑架上设有球关节腔，所述底壳的底部设有与球关节腔相配合的球关节头，所述球关节头设置于球关节腔内且能在球关节腔内滚动，所述底壳的周侧与底壳之间还设有弹性支撑装置。
所述平衡踏板的边缘处对应弧形片位置设有多个LED灯珠，所述LED灯珠通过所对应弧形片连接的接近开关控制。
所述区域标记包括第一区域标记、第二区域标记、第三区域标记，所述第一区域标记为8个弧度为9°的扇形区域，所述第一区域标记的圆心与电磁吸盘的圆心重合，所述第二区域标记为设置于第一区域标记两侧相邻位置，且弧度为5～9°的扇形区域，所述第三区域标记为设置于第二区域标记远离第一区域标记的外侧，且弧度为9～13°的扇形区域，相邻的第三区域标记的相邻一侧侧边相接。
所述LED灯珠包括第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，所述第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯的颜色不同，与所述第一指示灯所连接的接近开关的弧形片与第一区域标记相对应，与所述第二指示灯所连接的接近开关的弧形片与第二区域标记相对应，与所述第三指示灯所连接的接近开关的弧形片与第三区域标记相对应。
所述弹性支撑装置包括安装座、调节杆、弹力条、齿轮环，所述安装座的底面固定在底座上，所述安装座为8～16个且环绕底座圆形阵列，所述安装座沿其长度方向设有滑轨，所述滑轨上设有与其滑动连接的滑块，所述安装座的外端固定有立架，所述立架的顶端固定有安装管，所述安装管的内端转动连接有齿圈，所述齿圈的内圈设有内螺纹，所述齿轮环与底座同轴心且转动连接，所述齿轮环的顶面设有冠齿轮，所述冠齿轮与齿圈相啮合，所述齿轮环的内圈设有内齿，所述底座上还安装有电机，所述电机的输出轴上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮设置于齿轮环内且与内齿相啮合，所述调节杆的外端转动连接有螺杆，所述螺杆贯穿齿圈及安装管，且所述螺杆与齿圈螺纹连接，所述调节杆的内端竖直的设有支撑杆，所述支撑杆的底端固定在滑块上，所述支撑架的周圈对应安装座设有拉杆，所述弹力条为定型为弧形的弹性条，所述弹力条的两端均设有连接环，所述弹力条的中部扭转为螺旋圈，且其两端的所述连接环分别套接于拉杆及调节杆上。
所述底壳的底面固定有连接块，所述连接块上设有用于使弹性条穿过的通孔。
所述滚球包括铁磁球壳及配重球芯，所述铁磁球壳为球形的铁质空心壳体，所述配重球芯为与铁磁球壳的内腔相适应的配重块，且配重块的重量为铁磁球壳重量的1～2倍。
所述球关节腔内设有与其相适应的滚珠保持套，所述滚珠保持套上设有能够滚动的滚珠，所述球关节头设置于滚珠保持套内。
所述机壳的左右两侧对称的设有脚踏板，所述脚踏板的高度与平衡踏板的高度相对应，所述脚踏板上设有防滑纹理。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
使用本装置进行脚踝及下肢的稳定性训练，具有强度可调、反馈有效的优势。训练者在使用时通过双脚站立在平衡踏板上，以微蹲的姿势进行训练。通过启动下肢肌肉及踝关节肌肉的控制力，控制平衡踏板带动整个踏板机构所在平面的角度调整。从而使滚球到达预期的位置。一次路径完成后，开启复位电磁铁块迅速将滚球吸附到初始的中心位置。
所述踏板机构与固定机构的基础连接为关节连接，方便踏板机构通过球关节头形成球形支撑，根据踩踏灵活改变角度。同时通过周侧的弹性支撑装置，在踏板机构周侧形成支撑，为肌肉的启动提供反向阻力，使踏板保持平面的平衡，并避免踩踏时的过度歪斜而避免运动损伤。
所述踏板机构在训练者的控制下形成一定倾斜，使得设置在内部的滚球顺势滚动。由于电磁吸盘的吸力，使滚球在滚动中，需要通过其自身的重力势能克服吸力，才能够进行滚动位移。结合电磁吸盘的磁力可调，也就是滚球在滚动中需要克服的吸力可调。当吸力增加，踏板机构的倾斜对滚球滚动的作用不灵敏，故对滚球的滚动路径控制相对容易；当吸力降低，滚球很容易顺从踏板的倾斜而滚动，滚球滚动对倾斜的反应灵敏，故对滚球的滚动路径控制相对困难。从而通过调节电磁吸盘的吸力，可以根据训练者的情况，灵活、准确的调整训练的难易程度，从而显著增加了平衡训练的针对性，并能够根据训练进度进行阶段性的提高。
所述平衡踏板为透明结构，训练者直接就能够观察到滚球的位置及区域标记。通过区域标记，将原形的盘面划分为8个主要的方向。根据现有研究表面，在正直的上、下、坐、右方向，是脚踝及下肢肌肉较为容易控制的方向，在斜上、斜下是较为难以控制的方向，通过目标位置的标识，让训练者直观的观察到目标位置。并在其相邻区域依次设置一定范围的标记区域，来确定偏差的范围，使训练者能够直观清楚的观察到滚球所在位置与目标位置的偏离程度。并通过在目标位置及相邻标记区域设置对应的弧形片(带接近开关)，来感应滚球最终到达的位置，可以通过指示灯直接反馈给训练者，帮助其迅速判断与预期目标的差距，提高训练精度及效率。有利于实现训练指标及计划的制定及跟踪。
附图说明
附图1是本发明的整体结构示意图。
附图2是本发明的俯视示意图。
附图3是本发明内部结构示意图。
附图4是本发明弹性支撑装置的部分结构示意图。
附图5是本发明底座极弹性支撑装置的结构示意图。
附图6是本发明附图5的A部放大图。
附图7是本发明弹力条的示意图。
附图8是本发明机壳的示意图。
附图中所示标号：
1、滚球；2、底壳；3、电磁吸盘；4、弧形片；5、平衡踏板；6、复位电磁铁块；7、底座；8、机壳；9、支撑架；10、球关节头；11、弹性支撑装置；12、安装座；13、调节杆；14、弹力条；15、齿轮环；16、滑轨；17、立架；18、安装管；19、齿圈；20、螺杆；21、支撑杆；22、拉杆；23、连接环；24、连接块；25、脚踏板。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
本发明所述是一种反馈式平衡训练装置，主体结构包括固定机构、踏板机构、滚球1，所述踏板机构包括顶面开口的圆柱形底壳2，所述底壳2的内部底面上安装有电磁吸盘3，所述电磁吸盘3的磁力可调，所述电磁吸盘3的顶面设有区域标记，通过区域标记，让训练者直观的观察到目标位置。将原形的盘面划分为8个主要的方向。根据现有研究表面，在正直的上、下、坐、右方向，是脚踝及下肢肌肉较为容易控制的方向，在斜上、斜下是较为难以控制的方向，所述区域标记包括第一区域标记、第二区域标记、第三区域标记，所述第一区域标记为8个弧度为9°的扇形区域，所述第一区域标记的圆心与电磁吸盘3的圆心重合，所述第二区域标记为设置于第一区域标记两侧相邻位置，且弧度为5～9°的扇形区域，所述第三区域标记为设置于第二区域标记远离第一区域标记的外侧，且弧度为9～13°的扇形区域，相邻的第三区域标记的相邻一侧侧边相接。从而实现在正向四方位与斜向四个位置设置目标位置，标记滚球1的最终落点。在初期训练可以只练习四个正方位，即上、下、左、右，控制滚球1完成四个位置的行程作为一个训练循环。根据需要可以增加难度至8个位置，即：上、右上、右、右下、下、左下、左、左上，控制滚球1完成八个位置的行程作为一个训练循环。再练习中，通过相邻区域的标记，来快速了解滚球1所在位置的偏离程度。为了方便判断，还在所述电磁吸盘3的周侧沿其周圈安装有多个接近开关，所述接近开关的内侧设有与区域标记相对应的弧形片4，分别对应八个目标位置，极其相邻两侧的标记区域，当滚球1到达弧形片4处时，触发相应的接近开关，接近开关的触发可以用于连接指示灯，从而将滚球1所到达的最终位置直观的反馈给训练者，方便其判断与其目标位置之间的偏差。快速掌握稳定情况。同时，基于这一触发效果的前提下，还可以安装声音提示模块，如对应第一区域标记、第二区域标记、第三区域标记分别发出“excellent”“good”“fair”等。还可以将信息反馈至智能终端，例如手机(与APP结合)、电脑、或设置单独的小型遥控器等，记录每次练习每个位置的偏离程度，从而实现长期数据的记录、比较，并方便通过后期的数据整理，分析出薄弱点(在某个方向的偏差较大/小)，从而实现针对性的训练。所述底壳2的顶面开口处固定有平衡踏板5，所述平衡踏板5为与底壳2同轴心的圆形透明踏板，训练者直接就能够观察到滚球1的位置及区域标记。所述平衡踏板5底面的中央安装有复位电磁铁块6，开启复位电磁铁块6迅速将滚球1吸附到初始的中心位置。所述滚球1具有铁磁性且其表面均匀分布有球冠形的凸起，避免滚球1被吸附，便于打破吸附平衡，使其(在克服吸力的)滚动更加流畅，所述滚球1设置于底壳2内，所述固定机构包括圆形的底座7，所述底座7的周侧固定有机壳8，所述底座7的中部固定有支撑架9，所述支撑架9上设有球关节腔，所述底壳2的底部设有与球关节腔相配合的球关节头10，所述球关节头10设置于球关节腔内且能在球关节腔内滚动，所述踏板机构与固定机构的基础连接为关节连接，方便踏板机构通过球关节头10形成球形支撑，根据踩踏灵活改变角度。所述底壳2的周侧与底壳2之间还设有弹性支撑装置11。在踏板机构周侧形成支撑，为肌肉的启动提供反向阻力，使踏板保持平面的平衡，并避免踩踏时的过度歪斜而避免运动损伤。
最为直观、方便的，所述平衡踏板5的边缘处对应弧形片4位置设有多个LED灯珠，所述LED灯珠通过所对应弧形片4连接的接近开关控制。可以通过不同颜色的灯，直观的了解偏差程度，使用非常便利，且成本较低。所述LED灯珠包括第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，所述第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯的颜色不同，与所述第一指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第一区域标记相对应，与所述第二指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第二区域标记相对应，与所述第三指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第三区域标记相对应。
显然，在下肢及脚踝稳定训练中，其核心是加强对关节处肌肉的控制力及肌群强度。故在通过滚球1提高控制力及控制精度的前提下，还需要逐步提高肌肉的强度。现有技术的平衡训练装置的弹性反馈主要都是通过弹簧，存在的问题包括：首先，强度无法调节，只能停留在固定力度的训练强度上，使对于关节力量的增强跟不上训练要求。其次，现有一般使用直线弹簧，踩踏控制时其反馈弹力具有明显的不均匀感，倾斜角度改变时弹力变换不连贯，且行程压缩明显造成踏板在踩踏时变化显著，造成较差的使用感受，以及影响对倾斜角度的控制。所述弹性支撑装置11包括安装座12、调节杆13、弹力条14、齿轮环15，所述安装座12的底面固定在底座7上，所述安装座12为8～16个且环绕底座7圆形阵列，所述安装座12沿其长度方向设有滑轨16，所述滑轨16上设有与其滑动连接的滑块，所述安装座12的外端固定有立架17，所述立架17的顶端固定有安装管18，所述安装管18的内端转动连接有齿圈19，所述齿圈19的内圈设有内螺纹，所述齿轮环15与底座7同轴心且转动连接，所述齿轮环15的顶面设有冠齿轮，所述冠齿轮与齿圈19相啮合，当齿轮环15转动时，驱动周圈环形分布的齿圈19同步转动，所述齿轮环15的内圈设有内齿，所述底座7上还安装有电机，所述电机的输出轴上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮设置于齿轮环15内且与内齿相啮合，从而通过电机驱动齿轮环15转动，进而控制齿圈19转动。所述调节杆13的外端转动连接有螺杆20，所述螺杆20贯穿齿圈19及安装管18，且所述螺杆20与齿圈19螺纹连接，齿圈19的转动控制螺杆20的缩进或拉出，所述调节杆13的内端竖直的设有支撑杆21，所述支撑杆21的底端固定在滑块上，所述支撑架9的周圈对应安装座12设有拉杆22，所述弹力条14为定型为弧形的弹性条，所述弹力条14的两端均设有连接环23，所述弹力条14的中部扭转为螺旋圈，且其两端的所述连接环23分别套接于拉杆22及调节杆13上。通过弹力条14扭转一圈，形成的一圈螺旋结构来实现弹性支撑，弹力的获得源自螺旋圈形弹力条14在其周圈上形状的改变(变扁)，相对直线弹簧，不容易造成明显的压缩变形，且弹力的释放和过度均匀。整体通过环形阵列的扭转结构的弹力条14，对踏板结构形成弹力反馈均匀、有效、形变消耗较小，方便更加流畅、准确的控制踏板倾斜度。同时，通过控制调节杆13的拉出和缩入，能够改变弹力条14的扭转圈大小，从而能够连贯的调整和改变弹力的大小，使训练者在控制平衡踏板5时所需要启动的力量随之改变，从而能够根据训练要求逐步加强对肌群的训练强度。
所述底壳2的底面固定有连接块24，所述连接块24上设有用于使弹性条穿过的通孔。
所述滚球1包括铁磁球壳及配重球芯，所述铁磁球壳为球形的铁质空心壳体，便于加工，成本较低，为滚球1提供铁磁性，配合电磁吸盘3实现对滚动难易的调整，所述配重球芯为与铁磁球壳的内腔相适应的配重块，且配重块的重量为铁磁球壳重量的1～2倍。增加球体配重，使其能够轻易克服吸力的约束实现滚动。同时，配重越重，所能够调节的磁吸力范围越大，更易于获得更广泛的适应力。
所述球关节腔内设有与其相适应的滚珠保持套，所述滚珠保持套上设有能够滚动的滚珠，所述球关节头10设置于滚珠保持套内。
为了方便操作，所述机壳8的左右两侧对称的设有脚踏板25，所述脚踏板25的高度与平衡踏板5的高度相对应，所述脚踏板25上设有防滑纹理。方便训练者上下设备，并提高训练安全。
实施例：一种反馈式平衡训练装置，主体结构包括固定机构、踏板机构、滚球1。
所述固定机构包括圆形的底座7，所述底座7的周侧固定有机壳8，所述机壳8的左右两侧对称的设有脚踏板25，所述脚踏板25的高度与平衡踏板5的高度相对应，所述脚踏板25上设有防滑纹理。所述底座7的中央设有固定的支撑架9，所述支撑架9上设有球关节腔，所述球关节腔开口向上，所述球关节腔内设有与其相适应的滚珠保持套，所述滚珠保持套上设有能够滚动的滚珠，所述踏板机构包括顶面开口的圆柱形底壳2，所述底壳2的底部中央设有与球关节腔相配合的球关节头10，所述球关节头10设置于球关节腔内且能在球关节腔内滚动，所述球关节头10设置于滚珠保持套内。所述底壳2的周侧与底壳2之间还设有弹性支撑装置11。
所述弹性支撑装置11包括安装座12、调节杆13、弹力条14、齿轮环15，所述安装座12的底面固定在底座7上，所述安装座12为12个且环绕底座7圆形阵列，所述安装座12沿其长度方向设有滑轨16，所述滑轨16上设有与其滑动连接的滑块，所述安装座12的外端固定有立架17，所述立架17的顶端固定有安装管18，所述安装管18的内端转动连接有齿圈19，所述齿圈19的内圈设有内螺纹，所述齿轮环15与底座7同轴心且转动连接，所述齿轮环15的顶面设有冠齿轮，所述冠齿轮与齿圈19相啮合，所述齿轮环15的内圈设有内齿，所述底座7上还安装有电机，所述电机的输出轴上安装有驱动齿轮，所述驱动齿轮设置于齿轮环15内且与内齿相啮合，所述调节杆13的外端转动连接有螺杆20，所述螺杆20贯穿齿圈19及安装管18，且所述螺杆20与齿圈19螺纹连接，所述调节杆13的内端竖直的设有支撑杆21，所述支撑杆21的底端固定在滑块上，所述支撑架9的周圈对应安装座12设有拉杆22，所述弹力条14为定型为弧形的弹性条，所述弹力条14的两端均设有连接环23，所述弹力条14的中部扭转为螺旋圈，且其两端的所述连接环23分别套接于拉杆22及调节杆13上。所述底壳2的底面固定有连接块24，所述连接块24上设有用于使弹性条穿过的通孔。
所述底壳2的内部底面上安装有大小与其相对应的电磁吸盘3，所述电磁吸盘3的磁力可调，所述电磁吸盘3的顶面设有区域标记，所述区域标记包括第一区域标记、第二区域标记、第三区域标记，所述第一区域标记为8个弧度为9°的扇形区域，所述第一区域标记的圆心与电磁吸盘3的圆心重合，所述第二区域标记为设置于第一区域标记两侧相邻位置，且弧度为9°的扇形区域，所述第三区域标记为设置于第二区域标记远离第一区域标记的外侧，且弧度为9°的扇形区域，相邻的第三区域标记的相邻一侧侧边相接。所述第一区域标记相对左右的脚踏板25分别处于上、右上、右、右下、下、左下、左、左上的位置，为训练时的目标位置，其两侧相邻的第二区域标记表示为较小偏离区域，再外侧的第三区域标记为较大偏离区域。在不同区域的外沿，设置连接有接近开关的弧形片4，分别对应每个不同区域，从而实现当滚球1到达边界位置的快速判定。所述底壳2的顶面开口处固定有透明的平衡踏板5，所述平衡踏板5的边缘处对应弧形片4位置设有多个LED灯珠，所述LED灯珠通过所对应弧形片4连接的接近开关控制。所述LED灯珠包括第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯，所述第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯的颜色分别依次为绿色、黄色和红色，与所述第一指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第一区域标记相对应，与所述第二指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第二区域标记相对应，与所述第三指示灯所连接的接近开关的弧形片4与第三区域标记相对应。所述平衡踏板5底面的中央安装有复位电磁铁块6，所述滚球1具有铁磁性且其表面均匀分布有球冠形的凸起，所述滚球1设置于底壳2内，所述滚球1包括铁磁球壳及配重球芯，所述铁磁球壳为球形的铁质空心壳体，所述配重球芯为与铁磁球壳的内腔相适应的配重块，且配重块的重量为铁磁球壳重量的1.5倍。