一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅制造技術

本發明專利技術公開了一種可以感知受力信息的鐵餅。上殼體、下殼體通過金屬圈連接成一體并構成餅體，餅體內有空腔，下殼體內側中心有一凹槽，在凹槽上方固定有電路板，電路板中心位置下側的凹槽中裝有與電路板相連接的Ｅ型膜片，在Ｅ型膜片下方固定有質量塊。在電路板的外側，位于下殼體的內側臺面上固定有電池夾，電池夾的對側，下殼體的內側臺面上緊固有配重塊。本發明專利技術可以將鐵餅出手前和空中飛行時的受力狀況進行數據采集并完全量化表示，可以有效反映運動員動作的有效性，及時糾正不合理動作、提高訓練效率，實現了從動力學角度分析和改進運動員的投擲技術，提高運動成績的效果。本發明專利技術對認識體育運動的內在規律，優化訓練方法，提高運動成績具有積極意義。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種體育器材，特別是一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，能夠實時獲取擲鐵餅運動員在投擲過程中的六維力信息，用于訓練指導。
技術介紹
隨著體育運動競技水平的不斷提高，對體育輔助訓練器材的設備性能和種類的需求也日益增長?？茖W的輔助訓練器材能夠為體育訓練、科研和教學提供技術保障，幫助教練員、研究人員和運動員認識體育運動的內在規律，優化訓練方法，提高運動成績。目前，國內外測量投擲類運動的運動學參數一般采用的是運動捕捉系統，這種方法在需測量的部位粘貼跟蹤器，然后通過測量跟蹤器的位置變化間接得到人體運動學參數?；谖恢玫臏y量通常不能很好地反映力的變化，而對投擲類運動而言，如果能夠獲取直接作用于器械上的力則能科學的判斷運動員動作的合理性。對于擲鐵餅運動，鐵餅運動員的成績與鐵餅出手初速度、出手角度和出手高度緊密相關。擲鐵餅的遠度理論公式為S=V02sin2αg+2hgV0cosα]]>(S為投擲遠度，V0為鐵餅出手初速度，α為出手角度，h為出手的高度)；由于鐵餅飛行中受到空氣的作用力，實際遠度還與空中的風速大小和風向有關。而這些決定鐵餅遠度的參數，都與鐵餅投擲過程中的運動學參數相關，而運動過程中的運動學參數，都是投擲力作用的結果。如果能將鐵餅在各個時期(出手前和空中飛行時)的受力狀況完全量化表示，特別是將投擲過程中的受力與運動員的動作相關聯，則可以有效反映運動員動作的有效性，及時糾正不合理動作、提高訓練效率，同時也可以采集優秀運動員的發力特征，形成具有研究和參考價值的優秀擲餅動作數據庫。經檢索，現有技術中沒有發現用于運動員動力學信息測試的鐵餅等相關文獻報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，實現了對鐵餅的三維線加速度和三維角加速度信息的獲取。本專利技術的技術方案是一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，其結構中包括上殼體、下殼體，上殼體、下殼體通過金屬圈用連接件連接成一體并構成餅體，上殼體與下殼體之間有一個空腔，下殼體內側中心有一凹槽，在凹槽上方固定有電路板，電路板上具有數據采集和處理電路，電路板中心位置下側的凹槽中裝有與電路板相連接的E型膜片，E型膜片上特定的方向和位置貼裝電阻應變片，E型膜片與電路板固定在一起，E形膜片可以獲得X、Y、Z三個方向的線加速度和三個方向上的角加速度。在E型膜片下方固定有質量塊。在電路板的外側，位于下殼體的內側臺面上固定安裝有用于固定電池的電池夾，為保證重心與標準鐵餅一致，在電池夾的對側，位于下殼體的內側臺面上緊固有配重塊。在餅體的外側面有輸出接口和按鈕，輸出接口和按鈕外部有保護膠片，覆蓋后與鐵餅表面形成一體。所述的用于運動員動力學信息測試的鐵餅，電路板為圓形，其圓心與下殼體圓心重合。所述的用于運動員動力學信息測試的鐵餅，上殼體、下殼體通過金屬圈用六角螺母、十字槽盤頭螺釘連接成一體。所述的用于運動員動力學信息測試的鐵餅，其特點在于具有與國際田聯(IAAF)規定標準一致的外形尺寸和重量，上、下殼體均采用工程塑料制作而成。該用于運動員動力學信息測試的鐵餅工作原理是這樣的當進行測試時，運動員手握鐵餅，按正常動作進行預擺、旋轉和擲出鐵餅，當鐵餅的速度發生變化時，質量塊由于受到慣性作用相對于鐵餅發生位移，從而引起E形膜片變形，貼裝在E形膜片上的電阻應變片電阻值隨之發生變化，從而引起電壓的變化，再經測量電路放大、濾波、和A/D模數轉換器轉換等，最后由單片機系統處理并以一定格式存儲在非易失性存儲器Flash中，并通過USB傳輸線發送到上位機，獲得鐵餅的線加速度與角加速度，進而獲得運動員對鐵餅的作用力，進行動力學分析。在本專利技術中，質量塊和E型膜片完全浸沒在油中，可以減小震蕩，增加系統阻尼；E型膜片由電路板密封在下殼體內側中心的凹槽中，在增大阻尼的同時，也使E型膜片橋路輸出盡可能靠近信號處理電路，降低信號的衰減。本專利技術的用于運動員動力學信息測試的鐵餅其測試方法包括以下步驟(1)系統自行檢查是否正常工作，給出狀態指示信號；(2)接受投擲者指令，開始采集；(3)完成采集后，通過輸出接口與計算機相連，把采集到的數據傳送到計算機。本專利技術取得的有益效果是該鐵餅加工方便、便于裝配和維護；使用內置加速度傳感器，通過傳感器的內部慣性質量塊引起力敏電阻形變，產生電信號輸出，與力傳感器的區別是不需要外部產生形變即可有效測量，避免了外部形變過大時的影響；數據存儲部分采用斷電非易失性存儲器，現場測量后可關閉電源，以降低系統能耗，延長使用時間；電池端子也引出至外部接口，可以不拆卸電池即可對電源充電；慣性質量塊和彈性體完全浸沒在油中，并將電路板密封在傳感器外殼中，減小了系統震蕩，增加了系統阻尼，即使在鐵餅系統頻繁震動和受沖擊的情況下也能夠保持測量精度。附圖說明圖1是本專利技術的縱剖面結構圖。圖2是本專利技術的仰視圖。圖3是處理電路硬件原理圖。圖中各標號代表的含義如下1、金屬圈2、上殼體3、電池夾4、電路板5、十字槽盤頭螺釘6、配重塊7、六角螺母8、十字槽盤頭螺釘9、下殼體10、質量塊11、E形膜片12、十字槽盤頭螺釘13、觸發鈕14、電源開關15、電源指示燈16、USB接口。具體實施例方式以下實施例用于說明本專利技術。如圖1給出的具體實施例，一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，結構中包括上殼體2、下殼體9，上殼體2、下殼體9用工程塑料作成，三個十字槽盤頭螺釘8與三個六角螺母7以120°的角度分布在上殼體2的邊緣，將上殼體2、下殼體9緊固在金屬圈1的兩側，并略低于上殼體2、下殼體9外表的平面。上殼體2、下殼體9以及金屬圈1構成數字化鐵餅的餅體。在上殼體2和下殼體9之間形成一個空腔，下殼體9內側中心有一凹槽，在凹槽上方固定有圓形電路板4，其圓心與下殼體9圓心重合，通過四個十字槽盤頭螺釘5與下殼體9臺面緊固連接。電路板4中心位置下側的凹槽中裝有與電路板4相連接的E型膜片11，在E型膜片11下方固定有質量塊10。在電路板4的外側，位于下殼體9的內側臺面上通過四個十字槽盤頭螺釘12緊固安裝有用于安裝電池的電池夾3。電池夾3的對側，位于下殼體9的內側臺面上通過十字槽盤頭螺釘緊固有配重塊6。配重塊6與電池夾3相對于下殼體9圓心相對稱。見圖2，觸發鈕13、電源開關14、電源指示燈15、USB接口16分布在下殼體9外表面，并低于下殼體9外表平面。USB接口16和觸發鈕13外部有保護膠片，覆蓋后與鐵餅表面形成一體。該鐵餅與國際田聯(IAAF)規定的外形尺寸和重量一致。系統工作流程參見圖3，具體如下系統電源開關打開后，單片機首先初始化外圍設備，如果系統工作正常則開始等待觸發采集開關或接收計算機發送的數據傳輸命令.一旦接收到數據采集或者傳輸命令，處理器則控制摸數轉換器采集傳感器橋路輸出的加速度信號，然后將采集的數據通過通用輸入輸出引腳保存到存儲器.當需要讀取數據時，通過USB連接線直接將鐵餅連接到計算機上，計算機控制單片機將保存在存儲器中的數據通過USB接口傳輸到計算機中.權利要求1.一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，包括上殼體、下殼體，其特征在于上殼體(2)、下殼體(9)通過金屬圈(1)用連接件連接成一體，在上殼體(2)與下殼體(9)之間有一個空腔，下殼體(9)內側中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于運動員動力學信息測試的鐵餅，包括上殼體、下殼體，其特征在于上殼體（２）、下殼體（９）通過金屬圈（１）用連接件連接成一體，在上殼體（２）與下殼體（９）之間有一個空腔，下殼體（９）內側中心有一凹槽，在凹槽上方固定有電路板（４），電路板（４）上具有數據采集和處理電路，電路板（４）中心位置下側的凹槽中裝有與電路板（４）相連接的Ｅ型模片（１１），Ｅ型膜片（１１）上貼裝有電阻應變片，在Ｅ型模片（１１）下方固定有質量塊（１０），在電路板（４）的外側，下殼體（９）的內側臺面上固定有電池夾（３），電池夾（３）的對側，下殼體（９）的內側臺面上緊固有配重塊（６），在下殼體（９）外表面有低于下殼體（９）外表平面的按鈕（１４）和輸出接口（１６），按鈕（１４）和輸出接口（１６）外部有保護膠片，覆蓋后與鐵餅表面形成一體。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉建國，趙毅博，范秦海，宋全軍，崔冬雪，謝雙偉，聶余滿，高振，王以俊，孫玉蘋，葛運建，戈瑜，何濤，趙煥彬，杜景濤，
申請(專利權)人：河北師范大學，
類型：發明
國別省市：13[中國|河北]