專利名稱：數(shù)字鉛球的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳感器應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種具有標(biāo)準(zhǔn)男子鉛球的外形尺寸和重量，能夠?qū)崟r(shí)感知鉛球運(yùn)動(dòng)員投擲過(guò)程中發(fā)力狀態(tài)的電阻應(yīng)變式三維力傳感器。
背景技術(shù)：
目前，隨著體育運(yùn)動(dòng)競(jìng)技水平的不斷提高，體育科研與科學(xué)訓(xùn)練的重要性日益突出。對(duì)于田徑運(yùn)動(dòng)的鉛球投擲項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確獲得投擲過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，研究運(yùn)動(dòng)員發(fā)力狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)成績(jī)的關(guān)系，具有重要意義。各級(jí)教練員和體育科研人員借助具體的數(shù)據(jù)分析不但可以直接用于指導(dǎo)教學(xué)，及時(shí)糾正錯(cuò)誤技術(shù)動(dòng)作，而且還可以對(duì)高水平運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行技術(shù)分析診斷，盡快提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)，提高訓(xùn)練的技術(shù)含量，擺脫以往完全經(jīng)驗(yàn)主義的做法。
與現(xiàn)今國(guó)際上十分發(fā)達(dá)先進(jìn)的體育運(yùn)動(dòng)學(xué)影像采集儀器相比，相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集儀器顯得落后和不足。若要采集鉛球運(yùn)動(dòng)員投擲過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，目前還沒(méi)有理想的專用儀器設(shè)備，嚴(yán)重制約了體育科研工作的開(kāi)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決針對(duì)鉛球投擲項(xiàng)目的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集手段和設(shè)備的匱乏問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種帶有三維測(cè)力傳感器的數(shù)字鉛球，該鉛球制成和標(biāo)準(zhǔn)鉛球一樣的大小和重量，運(yùn)動(dòng)員用這種球形傳感器替代普通鉛球進(jìn)行投擲訓(xùn)練和測(cè)試，能夠方便準(zhǔn)確地采集到運(yùn)動(dòng)員投擲過(guò)程中人手對(duì)鉛球的作用力，即該數(shù)字鉛球能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員投擲過(guò)程中發(fā)力狀態(tài)。
實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的技術(shù)方案是一種數(shù)字鉛球，包括殼體，其特征是數(shù)字鉛球由上殼(1)與下殼(6)和E形膜片彈性體(9)通過(guò)螺紋和緊固螺釘連接成一體，上殼(1)與下殼(6)為全鋼外殼，之間留出1mm的空隙，并嵌入一個(gè)O形密封圈(2)來(lái)防塵和避免測(cè)試過(guò)程中上殼(1)與下殼(6)的接觸。
上殼(1)與E形膜片彈性體(9)硬中心的頭部通過(guò)螺紋旋合連接，下殼(6)有一個(gè)與E形膜片彈性體(9)底座配合的圓腔，E形膜片彈性體(9)嵌入其中定位并用6個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(5)緊固連接。
E形膜片彈性體(9)底座平膜片是一個(gè)帶硬中心的平膜片，表面裝有有三組金屬應(yīng)變片，上重力補(bǔ)償塊(11)、電路板(4)和下重力補(bǔ)償塊(10)依順序疊加，電路板(4)夾在上重力補(bǔ)償塊(11)和下重力補(bǔ)償塊(10)之間，三者都通過(guò)下殼(6)的圓腔定位并用6個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(3)緊固連接，而且三者中心都有圓孔，E形膜片彈性體(9)硬中心從圓孔穿過(guò)。
電池夾(8)位于E形膜片彈性體(9)下方下殼(6)的空腔中，通過(guò)兩個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(7)連接并緊固在下殼(6)的臺(tái)階面上。
所述的數(shù)字鉛球，具有與標(biāo)準(zhǔn)鉛球一樣的外形尺寸和重量。
彈性體是一個(gè)E形膜片，其簡(jiǎn)化的力學(xué)模型是一個(gè)帶硬中心的平膜片。傳感器的上殼(1)與下殼(6)由彈性體通過(guò)螺紋和緊固螺釘連接成一個(gè)外徑130mm的鋼球，上殼(1)與下殼(6)之間留出1mm的空隙，并嵌入一個(gè)O形密封圈(2)來(lái)防塵和避免測(cè)試過(guò)程中與下殼(6)的接觸。三組金屬應(yīng)變片按一定的方向粘貼安裝在彈性體底座平膜片的上表面，構(gòu)成三組自動(dòng)解耦的惠斯通全橋，分別檢測(cè)膜片上x(chóng)、y、z三個(gè)方向的應(yīng)變。
當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，運(yùn)動(dòng)員手握數(shù)字鉛球的下殼(6)，按正常動(dòng)作進(jìn)行預(yù)擺、滑步和推球出手，在這個(gè)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員手指對(duì)鉛球的作用力不斷增大，形成一個(gè)變加速過(guò)程。這時(shí)，通過(guò)螺紋連接在彈性體硬中心上的上殼(1)相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)量塊，它相對(duì)于下殼(6)產(chǎn)生一個(gè)加速度的變化，這個(gè)變化以外力的形式通過(guò)硬中心傳遞到彈性體的平膜片上，產(chǎn)生應(yīng)變同時(shí)引起三個(gè)橋路輸出電壓的變化，再經(jīng)測(cè)量電路的放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換等，最后由單片機(jī)系統(tǒng)處理并以一定的格式存儲(chǔ)在RAM中，隨時(shí)備上位機(jī)通過(guò)USB接口調(diào)用進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
本實(shí)用新型的有益效果是數(shù)字鉛球可以保證運(yùn)動(dòng)員在接近真實(shí)訓(xùn)練比賽環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集方便可靠。


圖1是數(shù)字鉛球的縱剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是金屬應(yīng)變片在彈性體平膜片上的安裝分布圖。
圖中1.上殼，2.O形密封圈，3.十字槽盤(pán)頭螺釘，4.電路板，5.十字槽盤(pán)頭螺釘，6.下殼，7.十字槽盤(pán)頭螺釘，8.電池夾，9.彈性體，10.下重力補(bǔ)償塊，11.上重力補(bǔ)償塊，12.金屬應(yīng)變片。
電路板(4)夾在上重力補(bǔ)償塊(11)和下重力補(bǔ)償塊(10)之間，三者都通過(guò)下殼同一個(gè)圓腔定位配合并用6個(gè)M3×10的十字槽盤(pán)頭螺釘(3)緊固，而且三者中心都有圓孔，彈性體(9)硬中心從圓孔中穿過(guò)。
電池夾(8)通過(guò)兩個(gè)M3×5的十字槽盤(pán)頭螺釘(7)緊固在下殼(6)的臺(tái)階面上。
在圖2中，三組金屬應(yīng)變片(12)按圖示的方向粘貼安裝在彈性體(9)底座平膜片上表面，檢測(cè)x方向應(yīng)變的應(yīng)變片組沿x軸粘貼安裝，檢測(cè)y方向應(yīng)變的應(yīng)變片組沿y軸粘貼安裝，檢測(cè)z方向應(yīng)變的應(yīng)變片組沿x軸和y軸的角平分線粘貼安裝。
權(quán)利要求1.一種數(shù)字鉛球，包括殼體，其特征是數(shù)字鉛球由上殼(1)與下殼(6)和E形膜片彈性體(9)通過(guò)螺紋和緊固螺釘連接成一體，上殼(1)與下殼(6)為全鋼外殼，之間留出1mm的空隙，并嵌入一個(gè)O形密封圈(2)來(lái)防塵和避免測(cè)試過(guò)程中上殼(1)與下殼(6)的接觸；上殼(1)與E形膜片彈性體(9)硬中心的頭部通過(guò)螺紋旋合連接，下殼(6)有一個(gè)與E形膜片彈性體(9)底座配合的圓腔，E形膜片彈性體(9)嵌入其中定位并用6個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(5)緊固連接；E形膜片彈性體(9)底座平膜片是一個(gè)帶硬中心的平膜片，表面裝有有三組金屬應(yīng)變片(12)，上重力補(bǔ)償塊(11)、電路板(4)和下重力補(bǔ)償塊(10)依順序疊加，電路板(4)夾在上重力補(bǔ)償塊(11)和下重力補(bǔ)償塊(10)之間，三者都通過(guò)下殼(6)的圓腔定位并用6個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(3)緊固連接，而且三者中心都有圓孔，E形膜片彈性體(9)硬中心從圓孔穿過(guò)；電池夾(8)位于E形膜片彈性體(9)下方下殼(6)的空腔中，通過(guò)兩個(gè)十字槽盤(pán)頭螺釘(7)連接并緊固在下殼(6)的臺(tái)階面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字鉛球，具有與標(biāo)準(zhǔn)鉛球一樣的外形尺寸和重量。
專利摘要一種能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員投擲過(guò)程中發(fā)力狀態(tài)的數(shù)字鉛球。它是在全鋼上下殼內(nèi)，安裝E形膜片彈性體、上重力補(bǔ)償塊、電路板、下重力補(bǔ)償塊和電池夾，組成一個(gè)具有與標(biāo)準(zhǔn)鉛球一樣外形尺寸和重量的三維測(cè)力傳感器。上殼與E形膜片彈性體硬中心的頭部通過(guò)螺紋旋合連接，下殼有一個(gè)與E形膜片彈性體底座配合的圓腔，E形膜片彈性體嵌入其中定位并用螺釘緊固連接，E形膜片彈性體底座平膜片表面裝有三組金屬應(yīng)變片。電路板夾在上重力補(bǔ)償塊和下重力補(bǔ)償塊之間，三者都通過(guò)下殼的圓腔定位并用螺釘緊固連接。數(shù)字鉛球可以保證運(yùn)動(dòng)員在接近真實(shí)訓(xùn)練比賽環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集方便可靠。
文檔編號(hào)A63B65/06GK2593845SQ0229289
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者宋光明, 戈瑜, 葛運(yùn)建, 劉建國(guó), 趙渙斌, 錢(qián)敏, 盧光松, 唐毅, 張君 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所