一種拳擊運動輔助訓(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)練領(lǐng)域，涉及到拳擊運動，具體涉及到一種拳擊運動輔助 訓(xùn)練裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在跆拳道、拳擊的運動項目中，運動員擊打動作可分為按規(guī)定動作擊打靶體和隨 意擊打靶體兩種情況。運動員擊打目標時力的大小和方向、擊打動作間的時間間隔、擊打部 位是否準確等，都能夠定量地刻畫出運動員動作完成質(zhì)量的狀況。讓教練員能夠根據(jù)數(shù)據(jù) 來指導(dǎo)運動員進行科學(xué)訓(xùn)練。提高訓(xùn)練質(zhì)量和增強實戰(zhàn)能力，因此有著重要現(xiàn)實意義。
[0003] 為了提高跆拳道、拳擊運動員日常訓(xùn)練的科學(xué)性，根據(jù)這類競技體育的一些特點 和它對傳感器特性的一些特殊要求，設(shè)計出一種新型的三維力傳感器。它能準確、實時反 映出動員擊打目標時力的大小和方向、擊打動作間的時間間隔、擊打部位的準確性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種拳擊運動輔助訓(xùn)練裝置，采用電容式 壓力傳感器采集足底壓力，通過對電容式壓力傳感器的驅(qū)動電極和感應(yīng)電極位置的合理布 置，并引進差動電容方法，實現(xiàn)對運動員作用在靶體上的三維力測量。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種拳擊運動輔助訓(xùn)練裝置，包括靶體三維壓力測量裝置 本體和傳感系統(tǒng)信號處理器，靶體三維壓力測量裝置本體中布置了接受拳擊壓力信息的多 個凹槽式電容壓力傳感器，所述壓力傳感器包括X方向電容單元組和Y方向電容單元組，所 述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩 個以上的條狀電容單元組成的梳齒狀結(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，所述電容單元模塊包括由兩個以上寬度％長度h的條狀電容單元組成的 第一條狀電容單元組和兩個以上寬度k a(l長度h的條狀電容單元組成的第二條狀電容單元 組。
[0006] 拳擊運動輔助訓(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3&和右差位 驅(qū)=bo S + δ + δ左，其中，b0驅(qū)為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，b0感為條狀電容單元的感應(yīng) 電極長度。所述差位s s = δ ，
其中Cltl為條狀電容單元介質(zhì)厚度，G為 彈性介質(zhì)的抗剪模量，Tmax為最大應(yīng)力值。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as。所述平 行板面積S = M (a^a s +1??) k/2，其中，M為條狀電容單元數(shù)量，Idci為條狀電容單元的長度， %條狀電容單元的寬度。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元 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，Cltl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。所述第一條狀 電容單元組和第二條狀電容單元組與傳感系統(tǒng)信號處理器之間分別設(shè)有中間變換器，中間 變換器用于設(shè)置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數(shù)。所述傳感器系統(tǒng)信號處理器包括多 路信號高速切換電路、A/D變換電路和控制電路，所述高速切換電路包括三級切換電路，前 一級切換電路的輸出為下一級切換電路的輸入信號，最后一級切換電路經(jīng)A/D變換電路送 入控制電路。
[0007] 本發(fā)明有如下積極效果：利用三維力壓力傳感器，可以檢測出作用在拳擊靶體上 X、y、z三個方向的力，將作用在靶體上的三維壓力數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練指導(dǎo)，測定方法方便簡單。 本發(fā)明的電容傳感器在測量三維力的基礎(chǔ)上，有效使用平板有效面積，并且通過驅(qū)動極板 兩端預(yù)留長度等方法有效解決三維力間耦合，從而使法向與切向轉(zhuǎn)換都達到較高的線性、 精度與靈敏度。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的條狀電容單元及其坐標系。
[0009] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的條狀電容單元示意圖。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的寬度為aQ和kaQ的電容對受力偏移圖。
[0013] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的平行板三維力壓力傳感器極板分布圖。
[0014] 圖7為本發(fā)明【具體實施方式】切向激勵的信號流程圖。
[0015] 圖8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)。
[0016] 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】
[0017] 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，作進一步詳細的說明，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、準確和深入的理解。
[0018] 本發(fā)明的主要思路是：在拳擊靶體內(nèi)分布設(shè)置有多個壓力傳感器，壓力傳感器用 來檢測拳擊時的三維力，通過計算機讀取到的電容值間隔來判定拳擊的頻率，對每個傳感 器進行編號，將傳感器編號與拳擊靶體的位置一一對應(yīng)，來進行擊打部位準確性分析。
[0019] 如圖4-6為本發(fā)明壓力傳感器的極板結(jié)構(gòu)圖，一種接觸式平行板三維力壓力傳感 器，所述傳感器包括傳感系統(tǒng)信號處理器、與傳感系統(tǒng)信號處理器分別連接的X方向電容 單元組和Y方向電容單元組，所述X方向電容單元組和Y方向電容單元組均包括電容單元 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狀結(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。所述電容單元模塊包括由兩個以上寬 度％長度b ^條狀電容單元組成的第一條狀電容單元組和兩個以上寬度ka ^長度b ^條狀電 容單元組成的第二條狀電容單元組。所述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S&和右差位 δ右，b0驅(qū)=b0感+ δ右+ δ左，其中，b0驅(qū)為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，bos為條狀電容單元 的感應(yīng)電極長度。所述差位S s = δ ，且δν 2 d() · 其中Cltl為介質(zhì)厚度，G為彈性介 質(zhì)的抗剪模量，τ_為最大應(yīng)力值。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as。所述平行板面 積S = Mbc^ZaJkaci) k/2,其中，M為條狀電容單元數(shù)量，k為條狀電容單元的長度，a(l條 狀電容單元的寬度。所述第一條狀電容單元組和第二條狀電容單元組的條狀電容單元引線 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aQ =$，其中， Cltl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。第一條狀電容單元組 和第二條狀電容單元組與傳感系統(tǒng)信號處理器之間設(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)。
[0020] 1、條狀電容單元的轉(zhuǎn)換特性
[0021] (1)激勵信號和坐標系
[0022] 將條狀電容單元置于圖1所示的直角坐標系中，極板平面長度k、寬度、介質(zhì)厚 度Cltl。三維激勵施加于電容極板的外表面，產(chǎn)生的接觸式作用力具