CN105056503A - 一种训练用的标枪测绘、标定系统及测绘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种训练用的标枪测绘、标定系统及测绘方法，它包括有测绘仪和测绘标定机构，所述的测绘仪包括有CPU处理器、电池、六轴运动传感器和标定按钮等，其中，电池与CPU处理器相连接供电，CPU处理器与六轴运动传感器相连接，标枪本体上设有与测绘仪相配合的标定按键；所述的测绘标定机构包括有倾角传感器、标定装置支架，其中，标枪本体置于标定装置支架上，标定装置支架底部设有水平调节螺栓，标定装置支架顶部设有平行板，倾角传感器安装在平行板上。本发明可以实时、精确、可靠的获得标枪的运动轨迹和影响投掷距离的参数，提高训练效果，具有很好实际使用和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及标枪运动轨迹的测绘及其测绘仪标定领域，尤其是教学与训练中的标枪测绘、标定系统及测绘方法。
背景技术
标枪运动是一个比较复杂的多轴性旋转项目，它的完整技术过程是由肩上持枪经过一段预先助跑连接投掷步获得动量，然后通过爆发式的最后用力作用于标枪的纵轴上，将标枪经肩上投出去。而标枪的投掷距离取决于多方面的因素，例如出手角度、速度、加速度、初始俯仰角速度等许多因素，然而目前市面上并没有类似的标枪运动测绘工具。现阶段对于该运动项目的训练，大多数是基于人工示范、模仿阶段；即教练在一旁口头指导，对于参训人员进行必要的技术动作纠正。但这种简单的教学方式只能帮助到训练人员进行标准的投掷动作。根本无法获得对投掷过程中标枪的运动轨迹、投掷角度、初速度、等关键影响投掷距离的参数。因而无法对参训人员的训练效果做出快速科学的判断。
使用高速摄影机将标枪的投掷过程进行拍摄，然后再对所拍摄的视频进行慢放或者图像处理，分析标枪投掷的整个过程，可获得标枪的轨迹，出手角度等一些参数。这些参数都是基于视频图像进行估计或者图像处理，为了计算得到更精确的参数，还需要进行标定和校正等步骤。这样的方案对标枪的训练有一定的指导意义，但是由于设备成本高、拍摄现场的诸多不可测因素、需要标定和校正、对使用人员技术水平要求较高等原因，目前在日常训练、比赛和比赛节目转播中很少使用这种方案。倾角传感器可以精确的测量物体的倾斜角度，但是标枪运动是一个比较复杂的多轴性旋转项目，由于标枪运动过程中产生旋转导致参考坐标系变化，倾角传感器测量的角度不再是标枪的倾角。
发明内容
本发明的目的就是对整个标枪轨迹进行跟踪并描绘轨迹，并对一些影响标枪投掷距离的参数进行测量与显示的标枪测绘、标定系统及测绘方法。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种训练用的标枪测绘、标定系统，它包括有安装在标枪上的测绘仪和测绘标定机构，所述的测绘仪安装在标枪本体内部或固定在标枪外壳上，所述的测绘仪包括有CPU处理器、六轴运动传感器、无线传输模块、电池，其中，电池与CPU处理器相连接供电，CPU处理器与六轴运动传感器相连接，标枪本体上设有与测绘仪相配合的标定按键；所述的测绘标定机构包括有倾角传感器、标定指示、标定装置支架，其中，标枪本体置于标定装置支架上，标定装置支架底部设有水平调节螺栓，标定装置支架顶部设有平行板，标定指示和倾角传感器安装在平行板上。
上述标枪测绘系统的测绘方法为：六轴运动传感器用来测量标枪在运动过程中三个轴方向上的加速度与角加速度变化；CPU处理器设置于测绘仪内部且与六轴运动传感器相连接，CPU处理器读取六轴运动传感器测得的加速度与角加速度参数并进行相关处理和运算，转换为标枪运动中的各种姿态角；
无线传输模块设置于测绘仪内部与CPU处理器相连接，用以将CPU处理器计算的标枪姿态角等数据通过无线通信方式发送数据至处理终端；处理终端接收到无线模块发送过来的数据，通过显示终端显示标枪运动轨迹与相关参数；
倾角传感器确定测绘仪标定装置支架的水平，标定装置支架的水平通过标定装置调节机构进行水平调节；
标枪上的标定线与测绘仪标定装置支架上的标线保持一致，标定时保证标枪的投掷前进方向与标枪标定方向保持一致，当标枪标线与标定装置支架上的标线保持一致并且标定装置支架保持水平时，通过测绘仪上按键确定标定过程。
所述的测绘仪包括有CPU处理器、六轴运动传感器、无线传输模块和电池等，其集成为一个整体，可安装与标枪上或放置于标枪内部，其中描绘运动轨迹仪器的显示部分可以为电脑终端或者手机等显示终端。测绘标定机构主要包括倾角传感器和水平调节装置等，主要目的是标定标枪绘仪测量部分是否保持水平和确定运动飞行方向等。在利用测绘标定机构标定完标枪及其标枪绘仪测量部分后，在标枪运动与飞行过程中标枪测绘测量部分利用六轴运动传感器测量标枪的运动轨迹及其相关参数。测量的轨迹及其相关参数通过无线传输模块将测量数据传递到电脑或者手机等，并通过电脑或者手机显示标枪的运动轨迹及其相关参数。本发明可以实时、精确、可靠的获得标枪的运动轨迹和影响投掷距离的参数，提高训练效果，可以应用在比赛分析、平时训练等领域，具有很好实际使用和推广价值。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的测绘仪原理图。
图3为标枪运动轨迹和参数测绘仪标定调节流程图。
图4为本发明的测绘过程示意图。
具体实施方式
下面结合所有附图对本发明作进一步说明，本发明的较佳实施例为：参见附图1至附图4，本实施例所述的标枪标定测绘系统包括有安装在标枪上的测绘仪，所述的测绘仪安装在标枪本体5内部或固定在标枪外壳上，所述的测绘仪包括有CPU处理器1、六轴运动传感器2、无线传输模块3、电池4，其中，电池4与CPU处理器1相连接供电，CPU处理器1与六轴运动传感器2相连接，标枪本体5上设有与测绘仪相配合的标定按键6；所述的测绘标定机构包括有倾角传感器7、标定装置支架10，其中，标枪本体5置于标定装置支架10上，标定装置支架10底部设有水平调节螺栓12，标定装置支架10顶部设有平行板11，倾角传感器7安装在平行板上。标定装置支架10用于放置标枪进行标定，标定装置支架10底部的水平调节螺栓12可以调节高度，从而保证标定装置支架10放置处于水平位置。倾角传感器7放置在标定装置支架10上，测量标定装置支架10相对于水平面的倾角变化量，标定装置支架10上的平行板11必须保证与标枪投掷方向保持平行，避免测量标枪偏移角测度误差。处理器读取倾角传感器所测量的水平倾角数据，并且通过标定指示9显示标定装置支架10水平倾角情况。使用时，保证六轴运动传感器水平轴方向与标枪中心线同轴或者平行，六轴运动传感器垂直轴方向与标枪中心线垂直。标枪中心线与标枪中心线垂直在标枪外壳上标注，在标枪测绘仪标定时需要与测绘仪标定设备的水平与垂直标线对齐。
上述方案的测绘方法为：六轴运动传感器2用来测量标枪在运动过程中三个轴方向上的加速度与角加速度变化；CPU处理器1设置于测绘仪内部且与六轴运动传感器2相连接，读取六轴运动传感器在运动过程中测得的加速度、角加速度数据并且进行相关运算和处理，得出标枪在运动过程中的姿态和轨迹，如标枪的俯仰角、翻滚角和偏航角度。由于上述角度的计算与六轴运动传感器初始标定坐标有关，即六轴运动传感器初始标定的3维坐标为起始零坐标。所以六轴运动传感器在使用前要与标枪一起进行标定，保证标枪使用前俯仰角、翻滚角和偏航角度为零，即标枪保持水平、标枪无旋转角度和枪保投掷偏移角度与标定偏移角度一致。CPU处理器1读取六轴运动传感器2参数后并进行相关处理和运算；运算结果转换为标枪运动中的各种姿态角；
作为优选的技术方案，在所述的终端还可对投掷阶段的加速度变化进行积分运算得倒标枪出手速度。
作为优选的技术方案，在所述的终端还可对的到的出手速度、出手加速度等进行处理，计算标枪投掷距离。
无线传输模块3设置于测绘仪内部与CPU处理器1相连接，用以将处理器处理后的数据发送到装有无线接收装置的终端。终端包括电脑、手机等设备，用以接受无线模块发送的数据，并且进一步处理，最终可制得标枪的轨迹图、标枪俯仰角变化图、标枪偏航角变化图、投掷阶段加速度变化图，显示标枪运动过程中自转角度等。
处理终端接收到无线模块发送过来的数据，通过显示终端显示标枪运动轨迹与相关参数；倾角传感器7确定测绘仪标定装置支架的水平，标定装置支架的标定装置调节机构10进行水平调节；标枪上的标定线与测绘仪标定装置支架上的标线保持一致，标定时保证标枪的投掷前进方向与标枪标定方向保持一致，当标枪标线与标定装置支架上的标线保持一致时，通过测绘仪上按键确定标定过程。
标枪运动轨迹和参数测绘仪标定调节流程为：
一、标定支架前后轴线与投掷方向对其，保证偏移线坐标与投掷方向一致；
二、标定支架中的处理器读取倾角传感器数据，通过LED显示屏显示倾角情况；
三、根据LED显示屏显示的倾角情况，通过标定装置支架调节支架水平；
四、将标枪按前后方向放着在对应支架上，标枪标线与支架上标线对齐；
五、按下测绘仪标定按键，测绘仪内部CPU处理器完成测绘仪内的六轴运动传感器的坐标标定。
本发明可以实时、精确、可靠的获得标枪的运动轨迹和影响投掷距离的参数，提高训练效果，可以应用在比赛分析、平时训练等领域，具有很好实际使用和推广价值。
Claims (2)
1.一种训练用的标枪测绘、标定方法，其特征在于：先通过六轴运动传感器（2）来测量标枪在运动过程中三个轴方向上的加速度与角加速度变化；CPU处理器（1）设置于测绘仪内部且与六轴运动传感器（2）相连接，CPU处理器（1）读取六轴运动传感器（2）测得的3轴加速度与角加速度参数并进行相关处理和运算，转换为标枪运动中的各种姿态角；
无线传输模块（3）设置于测绘仪内部与CPU处理器（1）相连接，用以将CPU处理器（1）计算的标枪姿态角等数据通过无线通信方式发送数据至终端设备；终端设备接收到无线模块发送过来的数据，通过显示终端显示标枪运动轨迹与相关参数；
倾角传感器（7）确定测绘仪标定装置支架（10）的水平，标定装置支架的水平通过标定装置调节机构进行水平调节；
标枪上的标定线与测绘仪标定装置支架上的标线保持一致，标定时保证标枪的投掷前进方向与标枪标定方向保持一致，当标枪标线与标定装置支架上的标线保持一致时并且标定装置支架（10）保持水平，通过测绘仪上按键确定标枪初始轨迹标定过程。
2.一种训练用的标枪测绘、标定系统，其特征在于:它包括有测绘仪和测绘标定机构，所述的测绘仪安装在标枪本体（5）内部或固定在标枪外壳上，所述的测绘仪包括有CPU处理器（1）、六轴运动传感器（2）、无线传输模块（3）、电池（4），其中，电池（4）与CPU处理器（1）相连接供电，CPU处理器（1）与六轴运动传感器（2）相连接，标枪本体（5）上设有与测绘仪相配合的标定按键（6）；所述的测绘标定机构包括有倾角传感器（7）、标定指示（9）、标定装置支架（10），其中，标枪本体（5）置于标定装置支架（10）上，标定装置支架（10）底部设有水平调节螺栓（12），标定装置支架（10）顶部设有平行板（11），倾角传感器（7）和标定指示（9）安装在平行板（11）上。
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