短跑輔助訓(xùn)練裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于運動輔助訓(xùn)練技術(shù)領(lǐng)域，涉及到短跑運動，具體涉及一種短跑輔助訓(xùn) 練裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 短距離賽跑如100m、200m和400m跑，由于比賽時間較短，對運動員來說，千分之一 秒都顯得尤為重要。因此，有效的起跑是取得比賽成功的關(guān)鍵因素之一。蹲踞式起跑是國 際上先進(jìn)主流的短距離起跑方式，它是完整短跑技術(shù)的起始技術(shù)，影響著后續(xù)技術(shù)的發(fā)揮 以及比賽時的心理狀態(tài)。蹲踞式起跑姿勢可以使身體能夠迅速擺脫靜止?fàn)顟B(tài)，獲得積極的 蹬伸動力及向前最大蹬力，從而為起跑后的加速創(chuàng)造條件。在蹲踞式起跑過程中，當(dāng)運動員 蹬離起跑器時，腳底幾乎與起跑器垂直，故蹬力最大，加速度也最大，運動員自然就可以迅 速地擺脫靜止?fàn)顟B(tài)，盡早地達(dá)到較高速度。
[0003] 根據(jù)作用力與反作用力的原理，運動員獲得的向前的推動力越大，其起跑加速度 也越大，可以把是否有利于獲得的向前的水平加速度，作為起跑方式好壞的依據(jù)，水平向前 的加速度由離開踏板瞬間的水平?jīng)_量決定，也即力的大小、時間和力的方向，力的方向取決 于踏板和地面的角度。最佳的起跑姿勢要綜合考慮向前的水平推動力、達(dá)到最大力所用的 時間和平衡力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種短跑輔助訓(xùn)練裝置，在起跑踏板的受 力斜面上布置采集足底壓力信息的傳感器，通過對壓力數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)動量守恒定律，可 以找到使受訓(xùn)練者向前的水平推動力越大，保持平衡的切向力最小，同時用于達(dá)到最大力 時間最短的起跑方式。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的短跑輔助訓(xùn)練裝置，包括三維測力起跑器、步態(tài) 識別單元、傳感系統(tǒng)信號處理器，三維測力起跑器的前踏板、后踏板上分別設(shè)有踏板間距采 集單元、起跑角度采集單元，在前踏板、后踏板的受力斜面上均布置了接受足底壓力信息的 三維力壓力傳感器，壓力傳感器將采集的信號發(fā)送給傳感系統(tǒng)信號處理器，與傳感系統(tǒng)信 號處理器無線連接的步態(tài)識別單元包括設(shè)置于鞋夾層的腳底壓力傳感器和無線通信單元。 所述腳底壓力傳感器每只腳設(shè)有五組，鞋夾層的前掌設(shè)置三組用于測量踏板對腳的反作用 力，鞋夾層的腳趾部分設(shè)置二組用于測量地面對腳的反作用力。所述傳感系統(tǒng)信號處理器 包括依次連接的信號轉(zhuǎn)換放大單元、數(shù)據(jù)處理單元和控制器，所述控制器用于接收數(shù)據(jù)處 理單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算確定短跑訓(xùn)練指標(biāo)的最優(yōu)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù) 據(jù)過濾單元、數(shù)據(jù)分類單元、數(shù)據(jù)融合處理單元和數(shù)據(jù)庫單元，所述數(shù)據(jù)過濾單元用于過濾 傳感器采集的錯誤數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分類單元對過濾后的數(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)庫用于存儲檢測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)。所述傳感系統(tǒng)信號處理器還包括信息輸入單元，所述信息輸入單元包括短跑運動員 信息，信息包括身高、體重、腿部指標(biāo)和腳步指標(biāo)。
[0006] 上述壓力傳感器包括X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合，所述 X方向差動電容單元組合和Y方向差動電容單元組合均包括兩個以上相互形成差動的電容 單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個以上的條狀電容單元組成的梳齒結(jié)構(gòu)，每個條狀 電容單元包括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應(yīng)電極，所述X方向差動電容單元組合和Y 方向差動電容單元組合的電容值求和計算電容傳感器的法向力且消除切向力影響。
[0007] 短跑輔助訓(xùn)練裝置的每個條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應(yīng)電極寬度相同，驅(qū)動電 極的長度大于感應(yīng)電極長度，驅(qū)動電極長度兩端分別預(yù)留左差位和右差位= b。感+ + 其中，為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，b。s為條狀電容單元的感應(yīng)電極 長度。所述差位S左=，且S左泛，其中d。為彈性介質(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的電容單元模塊的條狀電容單元的驅(qū) 動電極和感應(yīng)電極沿寬度方向設(shè)有初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述梳齒 狀結(jié)構(gòu)包括20個以上條狀電容單元、與條狀電容單元一一對應(yīng)連接的引線，相鄰兩條狀電 容單元之間設(shè)有電極間距a 5。所述平行板面積S = M(a(]+a5)b。，其中，M為條狀電容單元 數(shù)量，b。為條狀電容單元的長度，a。條狀電容單元的寬度。所述電容單元模塊的每個條狀 電容單元的引線通過并聯(lián)或者獨立連接到傳感系統(tǒng)信號處理器。所述條狀電容單元的寬度 其中，d。為彈性介質(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 對電容或頻率對電容的傳輸系數(shù)。
[0008] 本發(fā)明有如下積極效果：本發(fā)明的短跑輔助訓(xùn)練裝置，實時測量運動員在起跑時 起跑器的受力過程，綜合考慮向前的水平推動力、達(dá)到最大力所用的時間和平衡力，以獲得 最佳的起跑姿勢。本發(fā)明的電容壓力傳感器，有效使用平板面積，并且通過差動等方法有效 解決三維力間耦合，并利用特殊的條狀電容結(jié)構(gòu)，使法向與切向轉(zhuǎn)換都達(dá)到較高的線性、精 度與靈敏度。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標(biāo)系。
[0010] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】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【具體實施方式】的條狀電容單元左向偏移示意圖。
[0013]圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元對的初始錯位圖。
[0014]圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的條狀電容單元對受力后偏移圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器驅(qū)動電極結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖9是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 圖10是本發(fā)明的【具體實施方式】的通過相同傳遞系數(shù)K實現(xiàn)輸出響應(yīng)求和。
[0019]圖11是本發(fā)明的【具體實施方式】的單元電容對的信號差動示意圖。
[0020]圖12是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板電容器剖面結(jié)構(gòu)。
[0021] 圖13是本發(fā)明的【具體實施方式】的起跑器結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驅(qū)動電極，4、感應(yīng)電極，5、彈性介質(zhì)。
【具體實施方式】
[0023] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】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)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(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。
[0024] 本發(fā)明的主要思路是：蹲踞式起跑中，借助起跑器上的反作用力獲得瞬間的沖量， 沖量決定了起跑最大速度的大小，沖量也即起跑器上的最大受力和達(dá)到最大受力的時間， 力和時間的乘積就是沖量，達(dá)到最大時間時，足底離開起跑器，這段時間也意味著反應(yīng)時 間。
[0025] 一種短跑輔助訓(xùn)練裝置，包括三維測力起跑器、步態(tài)識別單元、傳感系統(tǒng)信號處理 器，三維測力起跑器的前踏板、后踏板上