短跑中足底與起跑器間作用力測(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)練技術(shù)領(lǐng)域，涉及到短跑運(yùn)動(dòng)，具體涉及一種短跑中足底 與起跑器間作用力測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 短距離賽跑如100m、200m和400m跑，由于比賽時(shí)間較短，對(duì)運(yùn)動(dòng)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(guó) 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(shí)的心理狀態(tài)。蹲踞式起跑姿勢(shì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)員 蹬離起跑器時(shí)，腳底幾乎與起跑器垂直，故蹬力最大，加速度也最大，運(yùn)動(dòng)員自然就可以迅 速地?cái)[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(yùn)動(dòng)員獲得的向前的推動(dòng)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(shí)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(shì)要綜合考慮向前的水平推動(dòng)力、達(dá)到最大力所用的 時(shí)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)明提供一種短跑中足底與起跑器間作用力測(cè)量裝 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(duì)壓力數(shù)據(jù)的分析，根 據(jù)動(dòng)量守恒定律，可以找到使受訓(xùn)練者向前的水平推動(dòng)力越大，保持平衡的切向力最小，同 時(shí)用于達(dá)到最大力時(shí)間最短的起跑方式。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的短跑中足底與起跑器間作用力測(cè)量裝置，包括三 維測(cè)力起跑器、步態(tài)識(shí)別單元、傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，三維測(cè)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(hào)發(fā)送給傳感系統(tǒng)信號(hào)處 理器，與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器無線連接的步態(tài)識(shí)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(cè) 量踏板對(duì)腳的反作用力，鞋夾層的腳趾部分設(shè)置二組用于測(cè)量地面對(duì)腳的反作用力。所述 傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器包括依次連接的信號(hào)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(jì)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(kù)單元，所述數(shù) 據(jù)過濾單元用于過濾傳感器采集的錯(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(kù)用 于存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。所述傳感系統(tǒng)信號(hào)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(yùn)動(dòng)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圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組，所述條狀電容單元組設(shè) 置在圓環(huán)電容單元組外基板的四角，圓環(huán)電容單元組包括兩對(duì)以上圓環(huán)電容單元對(duì)，所述 圓環(huán)電容單元對(duì)包括兩個(gè)圓環(huán)電容單元，所述條狀電容單元組包括X方向差動(dòng)電容單元組 和Y方向差動(dòng)電容單元組，X方向差動(dòng)電容單元組和Y方向差動(dòng)電容單元組均包括兩個(gè)以 上相互形成差動(dòng)的電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩個(gè)以上的條狀電容單元組成的 梳齒狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)圓環(huán)電容單元和條狀電容單元均包括上極板的驅(qū)動(dòng)電極和下極板的感應(yīng) 電極。
[0007] 本發(fā)明短跑中足底與起跑器間作用力測(cè)量裝置，所述每個(gè)圓環(huán)電容單元的感應(yīng)電 極和驅(qū)動(dòng)電極正對(duì)且形狀相同，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， 條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度大于感應(yīng)電極長(zhǎng)度，條狀電容單元的驅(qū)動(dòng)電極長(zhǎng)度兩端分別 預(yù)留左差位S左和右差位5右，b0驅(qū)=b0感+5右+ 5左，其中b0驅(qū)為條狀電容單兀的驅(qū)動(dòng)電極 長(zhǎng)度，為條狀電容單元的感應(yīng)電極長(zhǎng)度。所述條狀電容單元的左差位右差位S $，且％之其中d。為彈性介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量，t_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。所述圓環(huán)電容單元組包括n個(gè) 同心圓環(huán)電容單元，其中
其中，aT為平行板的長(zhǎng)度，^為圓環(huán)電容單元圓環(huán)的 寬度，a50相鄰兩圓環(huán)電容單元之間的電極間距。X方向差動(dòng)電容單元組和Y方向差動(dòng)電 容單元組均包括m個(gè)條狀電容單元，m ? (力-1) 3平/(卻+4條)，其中，aT為平行板的長(zhǎng) 度，a5 #為相鄰兩條狀電容單元之間的電極間距，a。條狀電容單元的寬度。所述同心圓環(huán)電 容單元的寬度^和條狀電容單元的寬度a。相等；條狀電容單元電極間距a 5 #和圓環(huán)電容 單元電極間距a5 0相等，所述條狀電容單元的寬度a0 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。所述圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組 的驅(qū)動(dòng)電極通過一個(gè)引出線與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器連接，所述圓環(huán)電容單元組的每個(gè)圓環(huán) 電容單元的感應(yīng)電極單獨(dú)引線與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器連接，所述X方向差動(dòng)電容單元組和 Y方向差動(dòng)電容單元組的電容單元模塊感應(yīng)電極分別通過一根引出線與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理 器連接。所述圓環(huán)電容單元、電容單元模塊與傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器之間分別設(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)。
[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(shí)時(shí)測(cè)量運(yùn)動(dòng)員在起跑時(shí) 起跑器的受力過程，綜合考慮向前的水平推動(dòng)力、達(dá)到最大力所用的時(shí)間和平衡力，以獲得 最佳的起跑姿勢(shì)。另外，本發(fā)明的傳感器能夠同時(shí)測(cè)量法向力和切向力，靈敏度高，極板利 用效率高，整個(gè)圓環(huán)電容單元組都對(duì)法向力作出貢獻(xiàn)，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的同心圓環(huán)偏移錯(cuò)位面積分析圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的為外同心圓環(huán)錯(cuò)位對(duì)外徑圓分析圖。
[0011] 圖3是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的平行板電容的平面設(shè)計(jì)圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的驅(qū)動(dòng)電極的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖5是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的平板電容板的直角坐標(biāo)系。
[0014] 圖6是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的兩組圓環(huán)電容組結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的差動(dòng)條狀電容單元的初始錯(cuò)位圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的差動(dòng)條狀電容單元受力后偏移圖。
[0017] 圖9是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的單元電容對(duì)的信號(hào)差動(dòng)示意圖。
[0018] 圖10是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的平行板電容器剖面結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖11是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】的起跑器結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驅(qū)動(dòng)電極，4、感應(yīng)電極，5、彈性介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面對(duì)照附圖，通過對(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。
[0022] 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(shí)間， 力和時(shí)間的乘積就是沖量，達(dá)到最大時(shí)間時(shí)，足底離開起跑器，這段時(shí)間也意味著反應(yīng)時(shí) 間。
[0023] 一種短跑中足底與起跑器間作用力測(cè)量裝置，包括三維測(cè)力起跑器、步態(tài)識(shí)別單 元、傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，三維測(cè)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(hào)發(fā)送給傳感系統(tǒng)信號(hào)處理器，與傳感系統(tǒng)信號(hào)處 理器無線連接的步態(tài)識(shí)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