CN106512374A - 击打速度和击打力度的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种击打速度和击打力度的测量装置，包括应变传感器、传感器接口、处理装置和通信模块，应变传感器设置于训练器械，并通过传感器接口连接处理装置，处理装置通过通信模块通信连接外部设备；应变传感器在训练器械被击打时感应得到形变信号；处理装置采集形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度，根据击打速度和击打力度生成结果信号，并通过通信模块将结果信号发送至外部设备，便于外部设备解析结果信号得到击打速度和击打力度并显示。如此，可自动根据训练者的训练情况测量得到击打速度和击打力度，直观准确的掌握每一次训练的结果，无需人工测量，训练结果测量准确度高。

Description

击打速度和击打力度的测量装置

技术领域

本发明涉及训练器械技术领域，特别是涉及一种击打速度和击打力度的测量装置。

背景技术

拳击、散打、跆拳道等武术训练中，需要测量出训练过程中击打的相关数据，比如击打速度，以便掌握训练结果，更好地调整下一次训练。

传统的用于武术训练的训练器械仅仅用于击打训练，训练的相关数据需要人工辅助测量，例如由教练或陪练采用秒表计时来体现击打速度，人工测量准确度低，不够方便。因此，使用传统的训练器械进行训练时数据测量不便，测量结果准确度低。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种测量简便且测量结果准确度高的击打速度和击打力度的测量装置。

一种击打速度和击打力度的测量装置，包括应变传感器、传感器接口、处理装置和通信模块，所述应变传感器设置于训练器械，并通过所述传感器接口连接所述处理装置，所述处理装置通过所述通信模块通信连接外部设备；

所述应变传感器在所述训练器械被击打时感应得到形变信号；

所述处理装置采集所述形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度，根据所述击打速度和所述击打力度生成结果信号，并通过所述通信模块将所述结果信号发送至所述外部设备，用于所述外部设备解析所述结果信号得到所述击打速度和所述击打力度并显示。

上述击打速度和击打力度的测量装置，通过采用传感器接口将应变传感器连接至处理装置，应变传感器设置于训练器械用于感应得到形变信号，处理装置采集形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度并生成结果信号，通过通信模块发送结果信号至外部设备，以便外部设备解析结果信号得到击打速度和击打力度并显示。如此，在训练者训练过程中，可自动采集形变信号测量得到击打速度和击打力度，直观准确的掌握每一次训练的结果，无需人工测量，测量方式简单，且可避免人工测量产生的误差，测量结果准确度高。

附图说明

图1为一实施例中击打速度和击打力度的测量装置的结构图；

图2为另一实施例中击打速度和击打力度的测量装置的结构图；

图3为一实施例中形变数据对应的曲线图；

图4为一实施例中织物应变传感器的拉伸长度变化图；

图5为击打速度和击打力度的测量装置的应用环境图。

具体实施方式

参考图1，一实施例中的击打速度和击打力度的测量装置，包括应变传感器110、传感器接口120、处理装置130和通信模块140，应变传感器110设置于训练器械(图未示)，并通过传感器接口120连接处理装置130，处理装置130通过通信模块140通信连接外部设备(图未示)。

应变传感器110在训练器械被击打时感应得到形变信号。处理装置130采集形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度，根据击打速度和击打力度生成结果信号，并通过通信模块140将结果信号发送至外部设备，用于外部设备解析结果信号得到击打速度和击打力度并显示。

训练器械指用于进行武术训练的器材，例如拳击沙袋。应变传感器110设置于训练器械被击打的位置，可以设置于训练器械内对应经常被击打的位置，也可以固定安装在训练器械外表面经常被击打的位置，具体可根据实际需要和适用性情况设置。应变传感器110可通过导线连接传感器接口120，传感器接口120为应变传感器110连接处理装置130的连接接口。处理装置130可以是按照预设频率采集形变信号。

使用击打速度和击打力度的测量装置时，将应变传感器110设置于训练器械，传感器接口120可与处理装置130集成为一体；当训练者击打训练器械的时候，应变传感器110可以感应每一次击打得到形变信号，处理装置130采集形变信号后，可通过数据处理得到击打对应的击打速度和击打力度。

在一实施例中，应变传感器110为织物应变传感器。由于应变传感器110需要感知训练者对训练器械的击打强度，设置于训练器械的被击打位置。织物应变传感器为一种质地柔软的传感器，且灵敏度高，其柔软性让训练者在训练中不会有任何的硬物感，其高灵敏度可以感知更大范围的击打力度。因此，通过采用织物应变传感器，可提高使用的舒适性和测量的准确性。

在一实施例中，处理装置130采集形变信号的采样频率为1000Hz。采用1000Hz的采样频率采集形变信号，可保证采集数据的完整性，同时又避免采集过于频繁，数据采集效果好。可以理解，在其他实施例中，处理装置130也可以采用其他采样频率。

在一实施例中，参考图2，处理装置130包括A/D(Analog/Digital模拟/数字)转换器131和微处理器132，A/D转换器131连接微处理器132，且通过传感器接口120连接应变传感器110，微处理器132连接通信模块140。

A/D转换器131采集形变信号并进行模数转换得到形变数据，微处理器132根据形变数据获取击打速度和击打力度。

形变数据为对模拟信号形式的形变信号进行转化得到数字信号形式的数值化数据，形变数据的大小可体现训练者击打训练器械的强度。通过采用A/D转换器131和微处理器132结构的处理装置130，A/D转换器131和微处理器132分工合作实现根据形变信号获取击打速度和击打力度，可提高数据处理准确度和效率。

本实施例中，A/D转换器131可以采用CS1237的ADC芯片，精度高、功耗低，可提高模数转换的效率。

在一实施例中，微处理器132根据形变数据获取击打速度和击打力度，包括步骤(a1)至步骤(a5)。

步骤(a1)：获取采集形变信号的采集起始时刻和采集结束时刻。

采集起始时刻和采集结束时刻可以根据微处理器132接收的信号得到。例如，微处理器132接收训练开始信号和训练时长信息，以接收到训练开始信号的当前时刻为采集起始时刻，以采集起始时刻为起始点、间隔训练时长之后的时刻为采集结束时刻；其中，训练开始信号和训练时长信息可以是训练者通过外部设备发送至微处理器132。在其他实施例中，还可以微处理器132直接接收采集起始时刻和采集结束时刻。

步骤(a2)：根据形变数据获取训练器械的被击打次数。

训练者训练过程中，通常是反复多次的击打操作，比如拳击。每一次击打操作对应的形变信号对应一个包含形变数据的数据序列。

在一实施例中，步骤(a2)包括步骤(a21)至步骤(a22)。

步骤(a21)：依次计算当前获取的形变数据与前一位获取的形变数据的差值，并将大于零的差值标记为正号，小于零的差值标记为负号，得到由差值构成的差分数据序列。

形变数据为按照时间先后顺序获取，将当前获取的形变数据与前一位获取的形变数据进行计算得到差值，可以是计算当前获取的形变数据减去前一位获取的形变数据的值；此时，若差值为正号，则表示前一位获取的形变数据与当前获取的形变数据对应的变化形式为上升沿；若差值为负号，则表示前一位获取的形变数据与当前获取的形变数据对应的变化形式为下降沿。可以理解，计算当前获取的形变数据与前一位获取的形变数据的差值，也可以是计算前一位获取的形变数据减去当前获取的形变数据的值；此时，若差值为正号，则表示前一位获取的形变数据与当前获取的形变数据对应的变化形式为下降沿；若差值为负号，则表示前一位获取的形变数据与当前获取的形变数据对应的变化形式为上升沿。

多次获取形变数据并计算差值后可得到多个差值，多个差值构成一个差分数据序列。例如，获取的形变数据的原始序列为(A1，A2，A3，A4)，A2与A1之差为B1，A3与A2之差为B2，A4与A3之差为B3，则差分数据序列为(B1，B2，B3)。本实施例中，差分数据序列中的第一位数据设置为零，从而使得差分数据序列的数据位数与原始序列的数据位数相等，为(0，B1，B2，B3)。

步骤(a22)：统计差分数据序列中前后数据的正负号交替的次数，得到被击打次数。

训练过程中的每一次的击打操作，都会使应变传感器110产生一个上升沿-下降沿的周期，连续的一对上升沿和下降沿，对应着一次击打操作。由于差分数据序列中的数据的正负符号可以表示原始序列中前后两形变数据之间的大小关系，从而可以反应相邻形变数据的一个上升沿/下降沿的变化形式，若前后差值的正负符号不同，则表示发生上升沿-下降沿的变化/下降沿-上升沿的变化。因此，通过统计差分数据序列中前后差值的正负符号交替的次数，可以得到被击打次数。

通过利用每一次击打操作对应变传感器110产生影响的规律，对形变信号对应的形变数据进行分析得到被击打次数，准确度高。参考图3，为一实施例中形变数据对应的曲线图。

步骤(a3)：获取训练器械每一次被击打对应的形变数据序列，以及形变数据序列中的形变峰值数据。

应变传感器110设置于训练器械被击打的位置，训练者每一次对训练器械进行击打时，应变传感器110会因被击打而发生形变得到形变信号，形变信号进行模数转换之后得到形变数据，一个击打对应的多个形变数据构成形变数据序列。其中形变峰值数据指多个形变数据构成的形变数据序列中数值最大的形变数据。

例如，应变传感器110为织物应变传感器，每一次击打操作时会导致织物应变传感器拉伸，形变峰值数据则为一次击打对应的织物传感器拉伸的最大长度。参考图4，为一实施例中织物应变传感器的拉伸长度变化图，L1为形变峰值数据对应的拉伸长度。

步骤(a4)：根据形变峰值数据、预设标定力度系数和预设常数因子获取击打力度。

在一实施例中，步骤(a4)包括：

F₁＝(ξ×L1+C)÷4.4492；

其中，F₁为击打力度，ξ为预设标定力度系数，C为预设常数因子，L1为形变峰值数据。

步骤(a5)：根据被击打次数、采集起始时刻和采集结束时刻获取击打速度。

在一实施例中，步骤(a5)包括：

HSpeed＝N÷(t₂-t₁)；

其中，HSpeed为击打速度，t₂为采集结束时刻，t₁为采集起始时刻，N为击打次数。

微处理器132通过采用步骤(a1)至步骤(a5)的数据处理方式根据形变数据得到击打速度和击打力度，准确度高。

在一实施例中，继续参考图2，上述击打速度和击打力度的测量装置还包括终端150，终端150与通信模块140通信连接。

通信模块140将结果信号发送至终端150；终端150解析结果信号得到击打速度和击打力度并显示。

通过采用通信模块140通信连接处理装置130和终端150，将处理装置130生成的结果信号发送至终端150，以使终端150获取并显示击打速度和击打力度，便于训练者查看知晓，以更好地安排下一次训练，可提高击打速度和击打力度的测量装置的使用便利性。

其中，终端150可以是移动终端，也可以是固定终端。在一实施例中，终端150为智能手机，智能平板电脑，智能手表及PC电脑中的任意一种。可以理解，在其他实施例中，终端150还可以为其他类型的智能设备。

在一实施例中，终端150包括终端处理器(图未示)、显示器(图未示)和扬声器(图未示)，终端处理器解析结果信号得到击打速度和击打力度，并控制显示器显示击打速度和击打力度，以及控制扬声器播报击打速度和击打力度。如此，可便于训练者直接听取结果，使用方便。

在一实施例中，通信模块140为WiFi模块。WiFi模块可实现处理装置130和终端150的无线通信连接，可进一步提高击打速度和击打力度的测量装置的使用便利性。可以理解，在其他实施例中，通信模块140还可以为其他类型，比如蓝牙模块。

在一实施例中，上述击打速度和击打力度的测量装置还包括连接处理装置130的指示灯160。

处理装置130接收操作指示信号，根据操作指示信号获取训练开始时刻和训练结束时刻，并在训练开始时刻控制指示灯160亮灯，在训练结束时刻控制指示灯160熄灭。

操作指示信号可以是通过通信模块140接收，也可以是处理装置130直接接收。操作指示信号可以包括训练开始信号和训练时长信息，此时，处理装置130以接收到训练开始信号的当前时刻为训练开始时刻，以训练开始时刻为起始点、间隔训练时长之后的时刻为训练结束时刻。操作指示信号还可以包括训练开始指令和训练结束指令，处理装置130以接收到训练开始指令的当前时刻为训练开始时刻，以接收到训练结束指令的当前时刻为训练结束时刻。

具体地，指示灯160连接微处理器132，微处理器132控制指示灯160亮灯或熄灭；训练开始时刻与采集起始时刻相等，训练结束时刻与采集结束时刻相等。本实施例中，指示灯160为LED指示灯。

上述击打速度和击打力度的测量装置，通过采用传感器接口120将应变传感器110连接至处理装置130，应变传感器110设置于训练器械用于感应得到形变信号，处理装置130采集形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度并生成结果信号，通过通信模块140发送结果信号至外部设备，以便外部设备解析结果信号得到击打速度和击打力度并显示。如此，在训练者训练过程中，可自动采集形变信号测量得到击打速度和击打力度，直观准确的掌握每一次训练的结果，无需人工测量，测量方式简单，且可避免人工测量产生的误差，测量结果测量准确度高。

参考图5，一应用例中，将上述击打速度和击打力度的测量装置应用于拳击沙袋200。传感器接口120、处理装置130、通信模块140和指示灯160可设置于同一个盒体(图未示)，具体地，可将传感器接口120设置于盒体边缘、将处理装置130和通信模块140放置于盒体内、将指示灯160设置于盒体的可见部位。盒体可放置于拳击沙袋200顶部或周围，将织物应变传感器放置于拳击沙袋200的被击打位置，并通过导线连接织物应变传感器和传感器接口120。当训练者需要进行拳击训练时，操作终端150发送训练开始信号和训练时长信息，处理装置130通过通信模块140接收训练开始信号和训练时长信息，并控制指示灯160亮，此时训练者可开始拳击训练，处理装置130采集形变信号；当处理装置130检测到当前时刻达到训练结束时刻时，停止采集形变信号并控制指示灯160灭，此时训练者可结束拳击训练。处理装置130根据每一次拳击操作对应的形变信号得到击打速度和击打力度生成结果信号，并通过通信模块140发送至终端150，终端150解析结果信号得到击打速度和击打力度，显示并语音播报，以便训练者知晓。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，包括应变传感器、传感器接口、处理装置和通信模块，所述应变传感器设置于训练器械，并通过所述传感器接口连接所述处理装置，所述处理装置通过所述通信模块通信连接外部设备；

所述应变传感器在所述训练器械被击打时感应得到形变信号；

所述处理装置采集所述形变信号，根据采集的形变信号获取击打速度和击打力度，根据所述击打速度和所述击打力度生成结果信号，并通过所述通信模块将所述结果信号发送至所述外部设备，用于所述外部设备解析所述结果信号得到所述击打速度和所述击打力度并显示。

2.根据权利要求1所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述处理装置包括A/D转换器和微处理器，所述A/D转换器连接所述微处理器，且通过所述传感器接口连接所述应变传感器，所述微处理器连接所述通信模块；

所述A/D转换器采集所述形变信号并进行模数转换得到形变数据，所述微处理器根据所述形变数据获取所述击打速度和所述击打力度。

3.根据权利要求2所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述微处理器根据所述形变数据获取所述击打速度和所述击打力度，包括：

获取采集所述形变信号的采集起始时刻和采集结束时刻；

根据所述形变数据获取所述训练器械的被击打次数；

获取所述训练器械每一次被击打对应的形变数据序列，以及所述形变数据序列中的形变峰值数据；

根据所述形变峰值数据、预设标定力度系数和预设常数因子获取所述击打力度；

根据所述被击打次数、所述采集起始时刻和所述采集结束时刻获取所述击打速度。

4.根据权利要求3所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述根据所述形变数据获取所述训练器械的被击打次数，包括：

依次计算当前获取的形变数据与前一位获取的形变数据的差值，并将大于零的差值标记为正号，小于零的差值标记为负号，得到由差值构成的差分数据序列；

统计所述差分数据序列中前后数据的正负号交替的次数，得到所述被击打次数。

5.根据权利要求3所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述根据所述形变峰值数据、预设标定力度系数和预设常数因子获取所述击打力度，包括：

F₁＝(ξ×L1+C)÷4.4492；

其中，F₁为所述击打力度，ξ为所述预设标定力度系数，C为所述预设常数因子，L1为所述形变峰值数据。

6.根据权利要求3所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述根据所述被击打次数、所述采集起始时刻和所述采集结束时刻获取所述击打速度，包括：

HSpeed＝N÷(t₂-t₁)；

其中，HSpeed为所述击打速度，t₂为所述采集结束时刻，t₁为所述采集起始时刻，N为所述击打次数。

7.根据权利要求1所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述应变传感器为织物应变传感器。

8.根据权利要求1所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，还包括终端，所述终端与所述通信模块通信连接；

所述通信模块将所述结果信号发送至所述终端，所述终端解析所述结果信号得到所述击打速度和所述击打力度并显示。

9.根据权利要求1所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，所述通信模块为WiFi模块。

10.根据权利要求1所述的击打速度和击打力度的测量装置，其特征在于，还包括连接所述处理装置的指示灯；

所述处理装置接收操作指示信号，根据所述操作指示信号获取训练开始时刻和训练结束时刻，并在所述训练开始时刻控制所述指示灯亮灯，在所述训练结束时刻控制所述指示灯熄灭。