拳擊運(yùn)動(dòng)靶體上作用力測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)輔助訓(xùn)練領(lǐng)域，涉及到拳擊運(yùn)動(dòng)，具體涉及到一種拳擊運(yùn)動(dòng)靶體 上作用力測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在跆拳道、拳擊的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中，運(yùn)動(dòng)員擊打動(dòng)作可分為按規(guī)定動(dòng)作擊打靶體和隨 意擊打靶體兩種情況。運(yùn)動(dòng)員擊打目標(biāo)時(shí)力的大小和方向、擊打動(dòng)作間的時(shí)間間隔、擊打部 位是否準(zhǔn)確等，都能夠定量地刻畫出運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作完成質(zhì)量的狀況。讓教練員能夠根據(jù)數(shù)據(jù) 來(lái)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練。提高訓(xùn)練質(zhì)量和增強(qiáng)實(shí)戰(zhàn)能力，因此有著重要現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 為了提高跆拳道、拳擊運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練的科學(xué)性，根據(jù)這類競(jìng)技體育的一些特點(diǎn) 和它對(duì)傳感器特性的一些特殊要求，設(shè)計(jì)出一種新型的三維力傳感器。它能準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)反 映出動(dòng)員擊打目標(biāo)時(shí)力的大小和方向、擊打動(dòng)作間的時(shí)間間隔、擊打部位的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種拳擊運(yùn)動(dòng)靶體上作用力測(cè)量裝置，采 用電容式壓力傳感器采集足底壓力，通過(guò)對(duì)電容式壓力傳感器的驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極位置 的合理布置，并引進(jìn)差動(dòng)電容方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)員作用在靶體上的三維力測(cè)量。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種拳擊運(yùn)動(dòng)靶體上作用力測(cè)量裝置，該作用力測(cè)量裝置 包括祀體三維壓力測(cè)量單元、拳擊手套壓力測(cè)量單元、位姿識(shí)別單元、速度識(shí)別單元和傳感 系統(tǒng)信號(hào)處理器，所述靶體三維壓力測(cè)量單元、拳擊手套壓力測(cè)量單元、位姿識(shí)別單元、速 度識(shí)別單元分別與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器連接，所述速度識(shí)別單元用于采集出拳速度，所述 位姿識(shí)別單元包括腰部壓力傳感器、肩關(guān)節(jié)壓力傳感器、肘關(guān)節(jié)壓力傳感器、小腿肌肉壓力 觸感器和大腿肌肉壓力觸感器，所述靶體三維壓力測(cè)量單元、拳擊手套壓力測(cè)量單元、腰部 壓力傳感器、肩關(guān)節(jié)壓力傳感器、肘關(guān)節(jié)壓力傳感器、小腿肌肉壓力觸感器和大腿肌肉壓力 觸感器均采用凹槽式電容壓力傳感器。所述設(shè)置在每個(gè)拳擊手套內(nèi)的拳擊手套壓力測(cè)量單 元均包括十組凹槽式電容壓力傳感器和無(wú)線通信單元，所述十組凹槽式電容壓力傳感器分 別對(duì)應(yīng)于收的十個(gè)指關(guān)節(jié)，所述拳擊手套壓力測(cè)量單元通過(guò)無(wú)線通信單元和傳感系統(tǒng)信號(hào) 處理器進(jìn)行信號(hào)傳遞。所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)過(guò)濾單元、數(shù)據(jù)分類單元、數(shù)據(jù)融合處理 單元和數(shù)據(jù)庫(kù)單元，所述數(shù)據(jù)過(guò)濾單元用于過(guò)濾傳感器采集的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分類單 元對(duì)過(guò)濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，數(shù)據(jù)融合處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)分類單元分類的各個(gè)傳感器采集 的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理輸出二維數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)庫(kù)單元用于存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，所述標(biāo) 準(zhǔn)數(shù)據(jù)為拳擊打靶指標(biāo)的最優(yōu)數(shù)據(jù)。
[0006] 所述凹槽式電容壓力傳感器包括X方向差動(dòng)電容單元組合和Y方向差動(dòng)電容單元 組合，所述X方向差動(dòng)電容單元組合和Y方向差動(dòng)電容單元組合均包括兩個(gè)以上相互形成 差動(dòng)的電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個(gè)以上的條狀電容單元組成的三角形梳 齒結(jié)構(gòu)，所述X方向差動(dòng)電容單元組合和Y方向差動(dòng)電容單元組合的電容求和計(jì)算電容傳 感器的法向力且消除切向力影響。
[0007] 拳擊運(yùn)動(dòng)靶體上作用力測(cè)量裝置，所述凹槽式電容壓力傳感器還包括上下PCB基 板，所述PCB基板為正四邊形，沿PCB基板對(duì)角線將電極分為四個(gè)區(qū)域，相對(duì)區(qū)域組成一對(duì) 差動(dòng)的電容單元模塊，電極為多個(gè)齒條型電極組成的梳齒狀電極，各個(gè)區(qū)域的電極按階梯 狀擺成三角形外形。所述每個(gè)條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極寬度相同，驅(qū)動(dòng)電極的 長(zhǎng)度大于感應(yīng)電極長(zhǎng)度，驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度兩端分別預(yù)留左差位和右差位，b_=b。感 +S$ +St，其中，b_為條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度，為條狀電容單元的感應(yīng)電極長(zhǎng) 度。所述差位S左=?其中d。為條狀電容單元介質(zhì)厚度，G為彈性介 質(zhì)的抗剪模量，為最大應(yīng)力值。所述兩組相互形成差動(dòng)的電容單元模塊的條狀電容單 元的驅(qū)動(dòng)電極和感應(yīng)電極沿寬度方向設(shè)有初始錯(cuò)位偏移，錯(cuò)位偏移大小相同、方向相反。所 述三角形結(jié)構(gòu)包括20個(gè)以上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對(duì)應(yīng)連接的引線，相鄰兩 條狀電容單元之間設(shè)有電極間距a5。所述平行板面積S=M(叫+a5)樸。/99 %，其中，M為條 狀電容單元數(shù)量，b。為條狀電容單元的長(zhǎng)度，a。條狀電容單元的寬度，a5為條狀電容單元的 電極間距。所述條狀電容單元的寬度=_$_，其中，d。為介質(zhì)厚度，E為彈性介質(zhì)的楊氏 模量，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量。所述傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器和電容單元模塊之間設(shè)有中間 變換器，中間變換器用于設(shè)置電壓對(duì)電容或頻率對(duì)電容的傳輸系數(shù)。所述傳感器系統(tǒng)信號(hào) 處理器包括多路信號(hào)高速切換電路、A/D變換電路和控制電路，所述高速切換電路包括三級(jí) 切換電路，前一級(jí)切換電路的輸出為下一級(jí)切換電路的輸入信號(hào)，最后一級(jí)切換電路經(jīng)A/D 變換電路送入控制電路。
[0008] 本發(fā)明有如下積極效果：利用三維力壓力傳感器，可以檢測(cè)出作用在拳擊靶體上x、y、z三個(gè)方向的力，將作用在靶體上的三維壓力數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練指導(dǎo)，提高成績(jī)，測(cè)定方法 方便簡(jiǎn)單。本發(fā)明在電容傳感器測(cè)量三維力的基礎(chǔ)上，有效使用平板有效面積，并且通過(guò)差 動(dòng)等方法有效解決三維力間耦合，從而使法向與切向轉(zhuǎn)換都達(dá)到較高的線性、精度與靈敏 度。采用凹槽結(jié)構(gòu)，調(diào)高傳感器擾度。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】條狀電容單元及其坐標(biāo)系；
[0010] 圖2是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的條狀電容單元示意圖；
[0011] 圖3是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的條狀電容單元右向偏移示意圖；
[0012] 圖4是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖；
[0013]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】差動(dòng)電容對(duì)初始的錯(cuò)位圖；
[0014] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】差動(dòng)電容對(duì)在tx激勵(lì)下的錯(cuò)位圖；
[0015] 圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】法向激勵(lì)求和的信號(hào)流程圖；
[0016] 圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】切向激勵(lì)差動(dòng)的信號(hào)流程圖；
[0017] 圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】梳齒狀平行板電容器剖面結(jié)構(gòu)；
[0018] 圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】壓力傳感器的電極位置圖；
[0019] 圖11為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】壓力傳感器的電極布置圖；
[0020] 圖12為圖3中A處放大圖；
[0021] 圖13為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】壓力傳感器的上極板平面設(shè)計(jì)圖；
[0022] 圖14為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】壓力傳感器的下極板平面設(shè)計(jì)圖；
[0023] 其中，1上PCB基板，2下PCB基板，3絕緣介質(zhì)，4驅(qū)動(dòng)電極，5感應(yīng)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面對(duì)照附圖，通過(guò)對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件 的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù) 方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0025] 本發(fā)明的主要思路是：在拳擊靶體內(nèi)分