CN110292764B - 一种肩扑搂撞击力量测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肩扑搂撞击力量测试装置及测试方法，属于体育设备领域。本申请通过提供一种可穿戴的装置，并针对肩扑搂撞击动作的特点，对应的在可穿戴装置的肩部位置的外、中、内部位分别设置压力传感器，并根据肩扑搂撞击力量阈值相应调整压力传感器的量程，以便准确的测量肩扑搂撞击力量，对规范肩扑搂动作同时尽可能预防动作损伤和降低肩扑搂的致损程度起到参考作用；本申请经过实验测试筛选，选用摩擦系数较低的莱卡面料，在保护撞击力量感应装置的同时，缩小了撞击力量实际值与采集值之间的误差；在恒定22℃的实验室进行肩扑搂撞击力量测试，降低了FlexiForceTM A502压阻式压力感应器片温度漂移。

Description

一种肩扑搂撞击力量测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种肩扑搂撞击力量测试装置及测试方法，属于体育设备领域。

背景技术

英式橄榄球以身体接触性对抗为显著特征，其防守能力，主要表现为肩扑搂防守的效果。肩扑搂是英式橄榄球防守的关键技术，是利用肩部的撞击阻止进攻，争夺球权最有效的防守动作。首先，肩扑搂是使用率最高的防守动作，约占扑搂动作的61％(Burger，2016；Ross，2015)。在Rugby Union比赛中平均每场比赛出现达200人次左右/运动小时肩扑搂情况，在Rugby League比赛中多达300人次/1000运动小时肩扑搂；其次，肩扑搂是RugbyUnion、Rugby League和American Football比赛中导致损伤率最高的技术动作(Orr，2016)；更为重要的是，肩扑搂防守的有效率与比赛结果正相关。比赛获胜方有效扑搂人次多于失败方，而失败方的肩扑搂总量和无效扑搂人次均多于胜方(van Rooyen，2014)。

肩扑搂撞击力量是影响防守效果的核心因素。肩扑搂强大的撞击力量不仅可以阻止持球进攻，破坏传球和形成有利于防守的Ruck和Maul等局面，而且经常会造成持球队员不同程度上的运动损伤，是构成坚固防守的保障。通过测试撞击的力量，一方面，可以判断使用肩扑搂技术的合理性和有效性，有利于提高肩扑搂防守的效果；另一方面，有助于预防运动损伤的发生和降低肩扑搂的致损程度。

有关肩扑搂撞击力量装置已有研究尚存在部分问题与不足。Juliana Usman在扑搂撞击柱正面中间位置放置TeckscanTM感应器进行肩扑搂撞击力量的测试，由于感应器被放置在特定高度，不同程度的限制了测试者扑搂准备姿势，影响了撞击的力量，测试的结果与实际存在一定的误差，研究成果的价值有限。(Usman，2011)

FARIA使用Teckscan足底压力感应垫(F-Scan models,3000E)制作的肩扑搂撞击力量测试装置，设计的力量感应与肩扑搂实际撞击部位不完全相符，存在力量采集区域过大的现象(Faria，2017)。目前，尚未发现女子橄榄球运动员肩扑搂撞击力量的相关研究。

当前，研制撞击力量测试仪是提高中国女子橄榄球国家队肩扑搂技术的迫切需求。虽然中国女子七人制橄榄球是国家“奥运战略”的比赛项目，但是中国女子国家队队员肩扑搂的防守能力与世界强队存在较大的差距。研制肩扑搂撞击力量测试仪促进肩扑搂技术生物力学研究，服务于中国国家队队员肩扑搂技术的学习和训练，提高中国国家队肩扑搂防守质量和能力，为中国女子橄榄球2020年奥运会进入前八名做贡献。

研制力量撞击测试仪，在确保其科学性和实用性的前提下，实现操作便捷。研究将有利于提高对肩扑搂技术运动生物力学特征的认识和理解，在量化的基础上，运用运动学和动力学的方法进行技术和撞击效果的评价。

发明内容

为了准确测试女子肩扑搂撞击力量以对女子肩扑搂动作起到规范参考、技术评价的作用，同时尽可能预防动作损伤和降低肩扑搂的致损程度，本发明提供了一种肩扑搂撞击力量测试装置及测试方法。

一种肩扑搂撞击力量测试装置，所述测试装置包括可穿戴装置、数据采集装置和数据处理装置；其中，所述可穿戴装置的肩部位置的外、中、内部位分别设置压力传感器，所述压力传感器的量程根据肩扑搂撞击力量阈值进行设置，所述肩部位置的外、中、内部位为肩部位置在人体冠状面上由外而内排布；所述数据采集装置采用LabVIEW数据采集程序和USB多通道数据采集卡；测试人员穿戴所述可穿戴装置进行肩扑搂动作的力量测试，测试过程中数据采集装置通过压力传感器完成压力数据的采集，以便数据处理装置对所采集到的压力数据进行分析处理。

可选的，所述压力传感器的量程根据肩扑搂撞击力量阈值进行设置，包括：

肩扑搂撞击力量的方向为身体在人体矢状面的屈伸运动，为描述方便，定义矢状面为Z、Y轴所在平面，人体冠状面为X轴、Y轴所在平面；

运用Vicon动作捕捉系统测量测试人员撞击前后在Y轴与Z轴的矢状面内速度变化量ΔV，由动量定理公式推导撞击力量值F＝(ΔVM－cosθG_重力Δt₀)/Δt₀得到肩扑搂撞击力量阈值；其中，θ为身体在矢状面运动与Z轴的夹角；M为测试人员质量；G_重力为测试人员重量；Δt₀为时间变化量；

在得到肩扑搂撞击力量阈值后，再结合不同部位处压力传感器的反馈电阻和负荷的关系调整压力传感器的量程。

可选的，压力传感器的反馈电阻和负荷的关系的拟合公式为Y＝451.46x^-1.003，其中x为负荷重量，单位Kg。

可选的，所述调整压力传感器的量程为通过改变压力传感器的驱动电压和反馈电阻进行调整。

可选的，所述压力传感器采用FlexiForce^TM A502压阻式压力感应器片。

可选的，所述肩扑搂撞击力量测试装置针对女子橄榄球运动员形态和肩扑搂撞击力量的特征进行设计。

可选的，所述可穿戴装置采用莱卡面料制作。

可选的，测试人员穿戴所述可穿戴装置进行肩扑搂动作的力量测试的测试过程在室内22℃恒温条件下进行。

本发明的第二个目的在于提供一种肩扑搂撞击力量的测试方法，所述测试方法采用上述肩扑搂撞击力量测试装置进行肩扑搂撞击力量的测试，测试过程中结合VICON动作捕捉系统、肌电和三维测力台，测试人员双脚在三维测力台上从静止开始，采用比赛中习惯的肩扑搂准备姿势站位，分别用优势和反架在高、中、低体位进行全力有效撞击。

本发明的第三个目的在于提供上述肩扑搂撞击力量测试装置和/或上述肩扑搂撞击力量的测试方法在橄榄球运动项目中的应用。

本发明有益效果是：

通过提供一种可穿戴的装置，并针对肩扑搂撞击动作的特点，对应的在可穿戴装置的肩部位置的外、中、内部位分别设置压力传感器，并根据肩扑搂撞击力量阈值相应调整压力传感器的量程，以便准确的测量肩扑搂撞击力量，对规范肩扑搂动作同时尽可能预防动作损伤和降低肩扑搂的致损程度起到参考作用；本申请经过实验测试筛选，选用摩擦系数较低的莱卡面料，在保护撞击力量感应装置的同时，缩小了撞击力量实际值与采集值之间的误差；在恒定22℃的实验室进行肩扑搂撞击力量测试，降低了FlexiForceTM A502压阻式压力感应器片温度漂移；本申请针对女子橄榄球运动员形态和肩扑搂撞击力量的特征进行设计，测试结果将作为研究中国女子橄榄球运动肩扑搂技术的理论参考，对促进技术学习、完善技术评价和提高运动训练效率具有实践意义；另外，本申请提供的测试装置，经过实验证明，实验前后的肩扑搂撞击力量感应装置肩外、中、内部位的传感器片反馈电阻和负荷重量的拟合曲线吻合度的误差小于2‰，充分证明本申请提供的肩扑搂撞击力量测试装置功能稳定，信度高。本申请针对备战2020年奥运会的女子橄榄球运动员进行肩扑搂撞击力量的测试装置进行开发，以期能够为提高中国国家队肩扑搂防守质量和能力、为中国女子橄榄球2020年奥运会进入前八名做出贡献。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是压力传感器实验使用前后传感器电阻和负荷重量关系图。

图2是扩大传感器量程的方法电路图。

图3是撞击力量测试背心和传感器片放置的位置示意图。

图4是模拟量输入采样前端调理电路基本结构图。

图5是传感器接线和AI模拟量接线示意图。

图6是LabVIEW数据采集程序流程图。

图7是撞击力量测试系统的应用场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一：

本实施例提供一种肩扑搂撞击力量测试装置和应用该测试装置进行肩扑搂撞击力量的测试方法。

一、获取肩扑搂撞击力量的阈值：运用Vicon动作捕捉系统测量体重为55kg的中国国家队(备战2020年奥运会)女子运动员，由于撞击力量的方向是身体在矢状面(定义为Z、Y轴的运动)的屈伸运动，撞击前后在Y轴与Z轴的矢状面内速度变化量ΔV，由动量定理公式推导撞击力量值F＝(ΔVM－cosθG_重力Δt₀)/Δt₀，通过表1运动学数据得到肩扑搂撞击理论最大值约为1250N，为体重的230％，上述动量定理公式中各参数含义为：θ为身体在矢状面运动与Z轴的夹角；M为测试人员质量；G_重力为测试人员重量；Δt₀为时间变化量；

结合已有研究，优秀男子运动员在跑和跳跃的状态下肩扑搂撞击力量是体重的175％和223％，在走的状态下是体重的128％-157％，拟定本申请针对女子橄榄球运动员肩扑搂装置力量最大值1274N，作为设计肩扑搂撞击力量测试仪感应装置量程大小的参考和依据。

表1 肩扑搂撞击运动学指标

二、根据所获取到的肩扑搂撞击力量的阈值对所选用压力传感器的量程进行调节；

具体的，本申请选用美国Tekscan电子公司生产的FlexiForce^TM A502压阻式压力传感器片，产品的性能如表2所示：

表2 FlexiForceTM A502压阻式压力传感器片性能

由表2可知，本申请所选用压力传感器的量程为44,482N，为调节其量程以适应本申请所应有的肩扑搂撞击力量测试场景中，本申请对该压力传感器反馈电阻与负荷关系做了大量实验以获取其超过其本身量程外的关系：

2.1、压力传感器工作原理：

研究运用压阻式压力传感器感应撞击的力量，压阻式压力传感器是以硅片作为弹性敏感元件，膜片上用集成电路扩散工艺制成四个等值导体电阻，组成惠斯登电桥，当膜片受力后、由于半导体的压阻效应，电阻值发生变化，使电桥输出而测得压力的变化，利用这种方法制成压力感应器。

压阻式压力感应器

其中

主要利用电阻率

的变化和压阻效应的结果(参考：张倩，压阻式压力传感器测量系统的研究[D].东华大学.2018)。

本申请所采用FlexiForce^TM A502压阻式压力传感器是方形标准传感器片，带有一个2针插头。在最大量程范围内，传感器的动态测量值可以通过改变驱动电压和反馈电阻进行有效调整。本申请采用万用表测量实验前后外加负荷重量后感应器片的反馈电阻，如表3所示，测试前后传感器的反馈电阻与负荷重量的拟合曲线吻合，确定通过反馈电阻和负荷的拟合公式Y＝451.46x^-1.003(测试前肩中间位置的传感器)得到调整后的测试量程0～1274N。同时，通过电路反馈电阻转换为电压输出，如图1、2所示，由图1可知实验前后反馈电阻和负荷的拟合曲线呈重叠状态，表明二者拟合度非常高。

表3 反馈电阻与负荷关系

三、针对女子橄榄球运动员设计可穿戴装置

本申请针对女子橄榄球运动员形态(肩部的长和宽)和肩扑搂撞击力量的特征，选用FlexiForceTM A502压阻式压力感应器片制作撞击力量的感应装置，以可多向可调节大小的撞击力量测试背心为例进行说明，采用3片感应器片并联放置在护肩肩部位置感应撞击的力量，设计过程中考虑在保护撞击力量感应装置的同时，缩小撞击力量实际值与采集值之间的误差，本申请选用摩擦系数较低的莱卡面料，具体的产品结构参数如表3所示，撞击力量测试背心成品实物如图4所示，肩扑搂时调整背心撞击力量感应区在图3(c)标签的位置；

表4 撞击力量测试背心结构参数

四、USB多通道数据采集卡

在Windows操作系统LabVIEW程序通用采集平台下运行USB多通道数据采集卡，采用计算机供电；USB多通道数据采集卡主要由隔离电路、A/D转换电路、数字量输入电路、数字量输出电路、隔离通讯接口以及MCU等组成。微控制器采用16位ARM芯片，数据处理能力强，并采用了看门狗电路，可以在出现意外时将系统重新启动，使得系统更加稳定可靠，可以应用在高性能和高速度的应用环境中。输入输出单元与控制单元之间采用光电隔离，对输入信号采取滤波措施，极大降低现场干扰对采集卡运行的影响，使模块具有较高的可靠性。本申请数据采集系统采用USB2.0多通道数据采集卡有10个端子。

4.1采集卡输入采样原理

模拟量输入采样通过前端调理电路来实现，前端调理电路的基本结构，如图4所示。

传感器的电流信号模拟量单端输入线,以及采集卡8路模拟量单端输入通道AI接线方式如图5所示。

4.2 USB 2.0多通道采集卡技术指标，如表5所示。

表5 USB输入输出功能指标

4.3采集信号的处理

从传感器得到的信号经过调理进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波。根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。

信号的放大，是指微弱信号进行放大提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范围和A/D的电压范围相匹配。信号调理模块靠近信号源或传感器，使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。C8051F350片内具有可编程增益放大器(PGA)，可对ADC输入进行放大，本申请采用压力传感器电压为0.25V-1.25V，桥压为5V，满量程输出电流为2.5mA，设置PGA放大100倍。

信号的隔离，是使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。同时避免数据采集卡的数据受地电位和输入模式的影响，从而确保数据采集的安全可靠。

信号的滤波，是从所测量的信号中除去不需要的成分。信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，滤除测量信号中最高频率以上的所有频率的信号。USB数据采集卡自身带有抗混叠滤波器，截止频率为采样频率的1/2.56，阻带衰减大于-80dB/oct,应变传感器通过外界电源或电流激励信号给传感器提供激励。

4.4 ADC数据类型的A/D转换及主控制器工作原理

模拟量输入的采样值采集经过校正后，通过USB口上传至上位机中，主机读取指定通道的采样值。采样值为16位数据，配置软件对输出采样值数据类型的配置命令通过写配置代码实现，配置代码和数据类型对应，即数型代码02对应数据类型ADC采样数据。

ADC数据类型代码为2时，表示数据为ADC输出数据型，16位有效数据，0X0000为0值，0～0X7FFF表示采样值为负数，0X8001～0XFFFF表示采样值为正数。0表示﹣10V,0XFFFF表示为10V。将采样值数据转换成为对应的模拟量值需要区分正负数，假设采样数据为X,则负数的转换公式为(﹣1)(0X8000－X)/0X7FFF*FSR，正数的转换公式为(X-0X8000)*FSR/0X7FFF。其中FSR为测量范围量程值10V。将上下限值转换为对应数据类型寄存器数值计算公式为08000+X/FSR*0X7FFF，其中X为带符合的模拟量值。

A/D转换电路将模拟电压信号转换成单片机可以识别的数字信号，再将该信号输入给单片机，由单片机按固化的参数进行处理后通过液晶显示器输出。片资源为16位Σ－Δ型ADC，上信号采集装置利用C8051F350片上16位Σ－Δ型ADC来实现模拟信号的A/D转换。为了获得较高的转换精度和稳定性，当需要进行A/D转换时，切换至内部时钟，并使用SINC3滤波器，ADC0调制时钟MDCLK为2.4576MHz，抽取比为1920，转换速率为10Hz。

4.5通讯接口工作原理与作用

RS485总线采用平衡驱动器和差分接收器的方式进行数据传输，具有抗共模干扰能力强，抗噪声干扰性好的特点。信号采集装置采用RS485总线进行通信和数据传输，通过通讯接口接收命令，完成相应的数据操作，再通过通讯接口将采集数据传输至上位机或其他设备。

五、LabVIEW数据采集程序

LabVIEW软件是NI设计平台的核心，在Windows系统上测量测试是其主要功能之一。LabVIEW软件采用数据流G语言的编程方式，使用图标和连线通过编程控制界面对象，实现数据实时采集、实时显示、数据分析处理以及数据存储等功能。同时软件系统界面友好，具有良好的可操作性、易维护、可靠性和安全性。调用LabVIEW工具包中的函数设计完整的测试测量应用程序，其中有数据采集系统的信号采集、A/D转换及主控制器、通讯接口、电源的规格、数据采样频率和样本的程序设置。

基于LabVIEW软件的数据采集系统，是在上位机上发送数据采集命令，下位机接收并分析上位机发送的命令，完成压力数据采集与处理，采集的电信号通过A/D转换为数字信号。如图6所示，主程序首先会进行相关初始化操作，对各种寄存器和显示模块进行初始化，在初始化完成后会调用信号采集模块，得到压阻式压力传感器电压值，然后对采集到的输出电压信号进行放大处理，调用ADC组件将采集到的模拟信号转换成数字信号，再将该数字信号传入单片机数据处理模块对其进行数据处理，信号经过该模块的处理后会达到温度补偿和非线性校正的效果，传感器的精度将得到有效改善，最后储存数据和在显示模块显示输出。

5.1采样频率和样本设置

LabVIEW软件平台在对一个模拟信号x(t)时间采样一次。根据采集卡支持的最大频率，设置采样频率为200Hz满足采样定理，不需要的高频成分利用低通滤波器(硬件形式的低通滤波器)先把高频成分滤除掉，以保证满足采样定理，避免发生频率混叠。信号采集后做适当的处理，提供5～10个周期的数据样本，所提供的样本总数是整周期个数。但是，由于采样率不一定是信号频率的整倍数，也不能保证提供整周期数的样本，所有的仅仅是一个时间序列的离散的函数x(n)和采样频率，这是测量与分析的唯一依据。

六、数据采集系统对电源的规格要求与作用

选取恒流源供电更有助于提高压阻式压力传感器的测量精度。采用恒流源I供电时，输出电压和电阻的改变量ΔR有关且成正比线性关系。选取Agilent型号为E3646A的可控精密稳压源作为电源，以此为基础设计电路构建恒流源为压阻式压力传感器供电。选用低工作电压的芯片，降低信号采集的功耗，提高信号采集的可靠性和抗干扰能力。

七、数据采集校准

LabVIEW的函数库中提供串口通讯函数,设计下位机与PC机的串口通讯，定义通讯协议有无奇偶校验。通过读取有效校准命令(分为压力采集、温度采集和下载修正系数)输出经过修正之后的当前电压值。在Windows下运行USB2.0测量程序AD校准如下：

AD模拟量输入的校准。选模拟输入的任通道，如AI0通道，将AI0通道接正满度电压10V，选择0通道，屏幕为单通道显示(即只采集0通道)，开始采集后，调整电位器RP1，使采集到的AI0电压为9999.69mV。重复以上步骤，直到满足要求为止。

DA模拟量输出的校准。选择菜单文件操作下的D/A输出检测，根据需要校准的通道选择相应输出，首先将数字电压表的地线与连接器的模拟地相接,电压表的输入端与AO0输出连接；将DA输出值设置为4095，通过调整电位器RP2，使相应的DA输出为9995.12mV。重复以上步骤，直到满足要求为止。

八、肩扑搂撞击力量测试仪的应用

肩扑搂撞击力量测试仪通过预实验检验之后，为了进一步验证撞击力量测试仪的科学性、实用性，2018-2019年上海体育学院博士课题研究首次运用肩扑搂撞击力量测试仪，结合VICON动作捕捉系统、肌电和三维测力台进行英式橄榄球肩扑搂技术撞击效果影响因素的研究，如图7所示。

实验分别对三名备战2020年奥运会的中国国家队运动员、四名中国青年队运动员、六名前中国国家队运动员和五名一级运动员进行肩扑搂撞击力量测试。测试在室内22℃恒温条件下进行，采用比赛中习惯的肩扑搂准备姿势站位，双脚在测力台上从静止开始，分别用优势和反架在高、中、低体位进行三次全力有效撞击，每次撞击时间间隔120秒，测量结果如表6所示。

表6 不同体位正反架肩扑搂撞击力量测试结果一览表

表7 不同体位正反架肩扑搂撞击力量之间的差异性

九、结果与分析

实验前后的肩扑搂撞击力量感应装置肩外、中、内部位的传感器片反馈电阻和负荷重量的拟合曲线吻合度(误差小于2‰)，充分证明撞击力量测试仪功能稳定，信度高。同时，为了减少肩部与撞击柱之间的摩擦力，经过实验测试筛选，选用摩擦系数较低的莱卡面料，在保护撞击力量感应装置的同时，缩小了撞击力量实际值与采集值之间的误差。

LabVIEW软件和USB多通道数据采集卡在Windows操作系统中运行正常，满足测试的功能要求。LabVIEW程序可以非常便捷的控制计算机、USB和电路等硬件设备，并且十分方便地找到适用于测试测量的LabVIEW工具包中的函数，设计完整的测试测量应用程序。其中有数据采集系统的信号采集、A/D转换及主控制器、通讯接口、电源的规格、数据采样频率和样本的程序设置。

USB多通道数据采集卡性能稳定，在实现电信号与力的转换过程中，单片机读FT2232H缓存，接收D/A信号类型(正弦)、信号幅度、频率配置指令。由于D/A受中断周期最小值限制，数组大小随信号频率而变化，根据信号函数计算出每个数据点的值写入数组中。当PC机发出启动波形D/A输出指令开启定时器中断，在每次中断中从该数组读取对应时刻的值送D/A转换输出。

在恒定22℃的实验室进行肩扑搂撞击力量测试，降低了FlexiForceTM A502压阻式压力感应器片温度漂移，数据采集系统采用恒流源I供电，输出电压U0i只和电阻的改变量ΔR成正比，与输入压力值呈线性关系。同时，测量传感器放大后的输出电压，避免了因输出过小而导致读数不准确造成的误差。

应用测试仪成功测试了中国优秀女子橄榄球运动员肩扑搂撞击力量，结果如表5所示，不同体位女子优秀运动员肩扑搂撞击力量最大值为840N，平均撞击力量为体重的119％，测试结果值是在撞击力量感应装置有效量程范围内，并且在小于1000N阈值范围，电压信号随着反馈电阻的减小有明显增加，即拟合曲线Y值随着X值的减小有明显的增加，在这种变化关系的条件下，信号的采集精确、可靠和有效。测试结果将作为研究中国女子橄榄球运动肩扑搂技术的理论参考，对促进技术学习、完善技术评价和提高运动训练效率具有实践意义。测试结果表明，一方面，英式橄榄球肩扑搂撞击力量优秀男女运动员之间存在较大的差距。优秀男子运动员在跑和跳跃的状态下肩扑搂撞击力量是体重的175％和223％，在走的状态下是体重的128％-157％。另一方面，男女运动员肩扑搂撞击力量有共同的特征。在静止启动状态下，优秀女子橄榄球运动员肩扑搂撞击力量正架大于反架，存在显著性的差异，如表7所示，与之相同的是优秀男子运动员在静止启动和移动状态下正架肩扑搂撞击力量大于反架。

本发明实施例中的部分步骤，可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，如光盘或硬盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，所述测试装置包括可穿戴装置、数据采集装置和数据处理装置；其中，所述可穿戴装置的肩部位置的外、中、内部位分别设置压力传感器，所述压力传感器的量程根据肩扑搂撞击力量阈值进行设置，所述肩部位置的外、中、内部位为肩部位置在人体冠状面上由外而内排布；所述数据采集装置采用LabVIEW数据采集程序和USB多通道数据采集卡；测试人员穿戴所述可穿戴装置进行肩扑搂动作的力量测试，测试过程中数据采集装置通过压力传感器完成压力数据的采集，以便数据处理装置对所采集到的压力数据进行分析处理；所述压力传感器的量程根据肩扑搂撞击力量阈值进行设置，包括：

肩扑搂撞击力量的方向为身体在人体矢状面的屈伸运动，为描述方便，定义矢状面为Z、Y轴所在平面，人体冠状面为X轴、Y轴所在平面；

运用Vicon动作捕捉系统测量测试人员撞击前后在Y轴与Z轴的矢状面内速度变化量ΔV，由动量定理公式推导撞击力量值F＝(ΔVM－cosθG_重力Δt₀)/Δt₀得到肩扑搂撞击力量阈值；其中，θ为身体在矢状面运动与Z轴的夹角；M为测试人员质量；G_重力为测试人员重量；Δt₀为时间变化量；

在得到肩扑搂撞击力量阈值后，再结合不同部位处压力传感器的反馈电阻和负荷的关系调整压力传感器的量程。

2.根据权利要求1所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，压力传感器的反馈电阻和负荷的关系的拟合公式为Y＝451.46x^-1.003，其中x为负荷重量，单位Kg。

3.根据权利要求2所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，所述调整压力传感器的量程为通过改变压力传感器的驱动电压和反馈电阻进行调整。

4.根据权利要求1-3任一所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，所述压力传感器采用FlexiForce^TM A502压阻式压力感应器片。

5.根据权利要求4所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，所述肩扑搂撞击力量测试装置针对女子橄榄球运动员形态和肩扑搂撞击力量的特征进行设计。

6.根据权利要求5所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，所述可穿戴装置采用莱卡面料制作。

7.根据权利要求6所述的肩扑搂撞击力量测试装置，其特征在于，测试人员穿戴所述可穿戴装置进行肩扑搂动作的力量测试的测试过程在室内22℃恒温条件下进行。

8.一种肩扑搂撞击力量的测试方法，其特征在于，所述测试方法采用权利要求1-7任一所述的肩扑搂撞击力量测试装置进行肩扑搂撞击力量的测试，测试过程中结合VICON动作捕捉系统、肌电和三维测力台，测试人员双脚在三维测力台上从静止开始，采用比赛中习惯的肩扑搂准备姿势站位，分别用优势和反架在高、中、低体位进行全力有效撞击。

9.权利要求1-7任一所述的肩扑搂撞击力量测试装置和/或权利要求8所述的肩扑搂撞击力量的测试方法在橄榄球运动项目中的应用。

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