CN109999471A - 一种大量程搏击运动打击力测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大量程搏击运动打击力测量装置，包括装置主板，设在装置主板上的微控制器和加速度传感器；该加速度传感器包括第一加速度计和第二加速度计，该第一加速度计和第二加速度计分别与微控制器电连接，以该第一加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力的数据；以该第二加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动击打时刻的打击力度的数据；第二加速度计以其中两个轴的敏感方向与主板加速参考向均呈大于0度且小于90度夹角的倾斜设置。本发明通过灵活巧妙设计，克服现有测量装置中存在量程小造成打击力数据测量不佳的问题，同时实现高分辨率和大量程的测量性能，满足实际中搏击运动打击力测量的需求。

Description

一种大量程搏击运动打击力测量装置
技术领域
本发明涉及运动测量技术，具体是指一种大量程搏击运动打击力测量装置。
背景技术
如今拳击运动越来越受大众青睐，传统拳击训练设备无法准确统计出训练成效，特别是出拳姿态、力度等关键数据都是靠训练员自我感觉，缺乏科学的搏击效能测量及运动量定量评估依据。
由此，本案申请人提出一种搏击运动的数据采集与分析系统(参见申请号CN201710270169.2)，当进行数据采集时，数据采集装置以磁力计获取肢体指向数据，以陀螺仪获取肢体旋转速度数据，以加速度计获取肢体加速度数据，以心率传感器获取采集对象的心跳频率；数据采集装置按采集点处肢体重量的预设值，以肢体加速度数据来计算打击力；数据采集装置向数据接收装置上传数据和计算，实现能以非击打接触方式对搏击运动进行运动数据的测量采集。
所述数据采集与分析系统，其中涉及的传感器包括磁力计、陀螺仪、加速度计、时钟模块、心率传感器；所述加速度计为三轴加速度计。三轴加速度计是一种测量加速力的电子设备，在预先不知道搏击运动方向的场合下，要准确了解搏击的运动状态，必须测得其三个坐标轴上的分量，只有应用三轴加速度计来检测加速度信号,实现全面准确反映搏击的运动性质。然而，在所述搏击运动测量中应用的所述三轴加速度计，为了保证对搏击整体运动状态测量数据的准确性，对所采用的三轴加速度计的精度要求较高，但存在量程不大，甚至不足的问题，由此大大影响了实践中打击力数据的测量，大大影响了整个搏击运动测量装置的综合实用性能，以及影响搏击运动所想要达到的精确数据评估及训练成效问题。
鉴于此，本案申请人对所述问题进行深入研究，由此提出一直大量程搏击运动打击力测量装置，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大量程搏击运动打击力测量装置，通过灵活巧妙设计，克服现有测量装置中存在量程小造成打击力数据测量不佳的问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种大量程搏击运动打击力测量装置，包括装置主板，设在装置主板上的微控制器和加速度传感器；该加速度传感器包括第一加速度计和第二加速度计，该第一加速度计和第二加速度计分别与微控制器电连接，第一加速度计为三轴加速度计，以该第一加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力的数据；第二加速度计为两轴或者三轴加速度计，以该第二加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动击打时刻的打击力度的数据；装置主板具有设定的主板加速参考向，第二加速度计以其中两个轴的敏感方向与主板加速参考向均呈大于0度且小于90度夹角的倾斜设置。
所述倾斜设置为45度夹角，则所述其中两个轴的敏感方向与主板加速参考向均为45度夹角。
所述装置还包括三轴磁力计和三轴陀螺仪，该三轴磁力计、三轴陀螺仪及第一加速度计为三者一体集成设在装置主板上。
所述装置还包括通讯模块，该通讯模块与微控制器相电连接。
所述装置还包括为整个装置主板供电的电源。
所述装置还配置有装置盒。
采用上述方案后，本发明大量程搏击运动打击力测量装置，相对于现有技术的有益效果在于：装置的打击力测量通过加速度传感器来采集计算实现，该加速度传感器创新地设计第一加速度计和第二加速度计两部分，其中第一加速度计(三轴加速度计)其采集的加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力的数据，具体来说是配合装置其他传感器(三轴磁力计和三轴陀螺仪)来准确了解搏击运动过程的整个运动状态，而关于搏击运动击打时刻的打击力测量，则独立于第一加速度计之外，由第二加速度计(两轴或者三轴加速度计)来采集计算，第二加速度计专门为打击力测量而设定，要求其量程大，在不影响搏击运动状态准确测量前提下，满足实际中搏击运动打击力测量的需求。
本案的大量程测量还主要体现在创新巧妙地设计第二加速度计其中两个轴的敏感方向(OX/OY)与装置主板加速参考向(OZ)的关系，从传统同向设置变为倾斜设置(大于0度且小于90度夹角θ)，于此，z(实际测量量程)＝a(加速度计量程)/cosθ，于此巧妙地实现第二加速度计量程扩展并使其具备大量程实际测量的效果。于此，在搏击运动的高精度惯性运动系统中，所设计的加速度传感器能够同时实现高分辨率和大量程的测量性能，很好地满足测量要求。
附图说明
图1是本新型测量装置的示意图；
图2是本新型测量装置的电路原理框图；
图3是本新型测量装置的原理示意图。
标号说明
微控制器1，加速度传感器2，第一加速度计21，第二加速度计22，
三轴磁力计3，三轴陀螺仪4，通讯模块5，供电模块6，装置主板7。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
本案涉及一种大量程搏击运动打击力测量装置，如图1-3所示，主要包括装置主板7，设在装置主板7上的微控制器1和加速度传感器2。
加速度传感器2包括第一加速度计21和第二加速度计22，该第一加速度计21和第二加速度计22分别与微控制器1电连接，第一加速度计21和第二加速度计22相互独立设置并工作。其中，第一加速度计为三轴加速度计，以第一加速度计21采集的相应加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力(牛顿第二定律F＝ma)的数据；第二加速度计22为两轴或者三轴加速度计，以第二加速度计22采集的加速度数据作为计算搏击运动击打时刻的打击力度的数据。第一加速度计21、第二加速度计22及微控制器1的各自工作原理及相互协作为现有公知技术，本案的技术点在于对该各公知元器件的创新应用。
装置主板7具有设定的主板加速参考向(OZ)，如图1中的竖直朝上方向。第二加速度计22以其中两个轴的敏感方向(OX/OY)与主板加速参考向(OZ)均呈大于0度且小于90度夹角的倾斜设置。则对应主板加速参考向(OZ)的实际测量量程z，与第二加速度计22对应其敏感方向(OX/OY)的加速度计量程a，二者的函数关系z＝a/cosθ，加速度计量程a为实际测量量程z的一个分量，于此实际测量量程z大于加速度计量程a，实现大量程测量效果。比如列举一具体实施例，所述倾斜设置为θ＝45°，则实际测量量程z＝a/cos45°，第二加速度计22其中两个轴的量程均为a，比如a为100G，则实际测量量程z扩展增加至约141.4G。实践应用中，根据所测量对象的量程要求，通过适当调整倾斜夹角θ，即可适当扩展量程，达到一定大量程要求的目的。
本发明大量程测量装置的打击力测量通过加速度传感器来采集计算实现，传统技术中已公开有采用加速度计的方式(参见背景技术提及对比文献)，具有非挤压测量、减少伤害、延长寿命等优点。然而现有的设计思路均是采用单组加速度计(不管单轴、二轴或者三轴)，对搏击运动整个过程的加速运动状态进行采集并计算，其中为了首要确保运动状态测量精准性，就牺牲部分量程。也就是说，现有搏击运动测量装置其加速度计量程受限，量程值不是很大，实践中就有可能出现打击力无法测出的情况。针对该问题，现有技术中没有给出很好地解决方案。
由此本案测量装置进行创新设计，将加速度传感器巧妙地设计有第一加速度计21和第二加速度计22两部分，该两部分加速度计相互独立工作测量，并且有针对性地分工测量，其中第一加速度计21其采集的加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力的数据，主要用来配合装置其他传感器(三轴磁力计3和三轴陀螺仪4)来准确了解搏击运动过程的整个运动状态，而关于搏击运动击打时刻的打击力测量，则独立于第一加速度计21之外，由第二加速度计22来采集计算，也就是说，第二加速度计21专门为所述特定打击力度测量而设定，可以要求选择量程大，在不影响搏击运动状态准确测量前提下，满足实际中搏击运动打击力测量的需求。
当然，为了确保打击力测量的精准可靠性，所述第二加速度计22亦要求有一定高分辨率的精度。于此本发明在上述分工测量加速度思路的基础上，对量程作进一步扩展设计，即巧妙地设计加速度计敏感方向(OX/OY)与结构主板加速参考向(OZ)的关系，二者从传统同向设置变为相互夹角的倾斜设置，巧妙地实现较小量程加速度计具备大量程实际测量的效果。第二加速度计22能够同时实现高分辨率和大量程的测量性能，很好地满足测量要求。
本案设计方案简单、简洁，然而其所采取的思路与现有传统技术存在实质差别，针对打击力测量现有传统技术采用的是单测显而易见思路，而本案提出的是分测(分工测量)新颖思路，再巧妙结合第二加速度计22量程扩展设计，最终达到高精度、大量程、高稳的搏击运动打击力测量效果，对实践训练效果的真实评估带来里程碑的意义，这是体现本案创新性的内在实质体现。
优选的，所述装置还包括三轴磁力计3和三轴陀螺仪4，该三轴磁力计3、三轴陀螺仪4及第一加速度计2三者相互配合工作(为本领域公知技术)，第一加速度计计算出搏击运动过程任一时刻加速度相对于装置设备的方向和大小，三轴陀螺仪4记录装置设备的方向变化，再结合三轴磁力计3，准确确定搏击运动过程任一时刻加速度的实际方向，最终全面准确反映搏击的运动性质。优选的，设计中将三轴磁力计3、三轴陀螺仪4及第一加速度计2一体集成为一集成芯片J，该集成芯片J与微控制器1电连接，利于安装连接，并带来体积小、重量轻特点。另外，本案装置传感器还可包括心率计(采集对象的心跳频率)等传感器，与微控制器1电连接。
优选的，所述装置还包括通讯模块5，该通讯模块5与微控制器1相电连接，用于上传测量装置的各项数据(比如打击力度数据，肢体加速度、旋转速度、指向数据，心跳频率，等等)。该通讯模块5可以采用现有常见的蓝牙通讯单元，当然亦可采用现有公知的其他通讯方式均可，只要能够实现测量装置与外部设备相互通讯即可。优选的，所述装置还包括供电模块6，用于为整个装置各器件供电作用。该供电模块6可以采用电池或者电源均可。优选的，所述装置还配置有装置盒，装置盒体内容装上述各部件，于此利于大量程测量装置的安装应用作用。
本案大量程搏击运动打击力测量装置可直接简易应用在各种搏击运动(拳击、格斗、散打等)训练设备上，可佩戴在腕部、膝部、裸部等肢体数据采集点处，可以为在训练设备上内嵌一体式结构，或者设为分体可穿戴式表带结构均可。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (6)

1.一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：包括装置主板，设在装置主板上的微控制器和加速度传感器；该加速度传感器包括第一加速度计和第二加速度计，该第一加速度计和第二加速度计分别与微控制器电连接，第一加速度计为三轴加速度计，以该第一加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动过程任一时刻打击力的数据；第二加速度计为两轴或者三轴加速度计，以该第二加速度计采集的加速度数据作为计算搏击运动击打时刻的打击力度的数据；装置主板具有设定的主板加速参考向，第二加速度计以其中两个轴的敏感方向与主板加速参考向均呈大于0度且小于90度夹角的倾斜设置。
2.如权利要求1所述的一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：所述倾斜设置为45度夹角，则所述其中两个轴的敏感方向与主板加速参考向均为45度夹角。
3.如权利要求1所述的一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：所述装置还包括三轴磁力计和三轴陀螺仪，该三轴磁力计、三轴陀螺仪及第一加速度计为三者一体集成设在装置主板上。
4.如权利要求1所述的一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：所述装置还包括通讯模块，该通讯模块与微控制器相电连接。
5.如权利要求1所述的一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：所述装置还包括为整个装置主板供电的电源。
6.如权利要求1所述的一种大量程搏击运动打击力测量装置，其特征在于：所述装置还配置有装置盒。
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