CN110567621A - 一种脚踏功率采集装置 - Google Patents

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Abstract

一种脚踏功率采集装置，包括脚踏芯轴和套接在脚踏芯轴上的功率采集装置，所述功率采集装置包括壳体，所述壳体内置控制主板、应变式传感器、数据采集板、电源和充电装置，所述控制主板上集成有加速度传感器；所述应变式传感器、数据采集板、控制主板依次串联，所述主板为半圆环形状，其卡接在壳体内。本发明控制主板呈现半圆环形状，在安装时，不需要嵌套在脚踏芯轴上，而是卡接在脚踏功率采集装置的壳体内，同时数据采集板垂直固定连接在控制主板上或者集成到控制主板上，可以直接将其从脚踏芯轴侧向取出，简单方便，对内部线缆以及其他各部件的影响小，能够有效的提高维修维护的成功率，减小造成二次损伤的可能性。

Description

一种脚踏功率采集装置
技术领域
本发明涉及自行车配件技术领域，具体涉及一种脚踏功率采集装置。
背景技术
自行车竞技体育中，运动员在骑行训练中，需要对自身情况，以及对自己的骑行状态进行量化，了解自身的不足，从而科学的训练，进行提升，功率检测仪器出现之前，是没有任何手段进行量化的。
功率检测仪器的出现，给自行车竞技体育运动员提供了可以对骑行状态进行量化的工具，功率检测仪器的使用检测原理，一般是在踏板芯轴或脚踏曲柄等位置设置有传感器感测组件，以侦测及分析运动员施加在自行车踏板上的施力强度，以及力量分布在自行车踏板表面上的施力状况，令运动员可获得整周旋转的连续相关资料来改善自身的踩踏效率，以达到更佳的自行车的运动和竞技效果。
目前的自行车用功率检测仪器分为几种：牙盘功率计，曲柄功率计，中轴功率计和脚踏功率计。其中，牙盘功率计只能探测到牙盘上的功率，无法区分左右脚上的踩踏功率。中轴功率计也是同样。曲柄功率计分为单边曲柄和双边曲柄，其中双边曲柄可以分别同时探测左右两侧的功率，进行分析，量化人的左右腿力量差异，从而进行针对性的提升和改善；但是，由于自行车历史的发展现状，造成了曲柄规格的多样性和个性化，针对曲柄的功率探测设备往往需要定制曲柄。脚踏功率计则不同，自行车发展至今，留给脚踏的螺纹接口始终未改变，英制9/16螺牙，所以只要购买一副功率检测脚踏，用户可以任意移植到自己的任何一辆车上。
目前脚踏功率计有检测踏板表面力的方式和检测踏板芯轴力两种方式，其中检测踏板表面力的方式需要对踏板进行特殊处理，由于塑料材质上无法进行应变片的安装，所以踏板材料受限，需要使用刚性材料制作踏板，比如6061铝材，或者不锈钢，重量普遍很重，自行车竞技对车身重量有着每克必争的追求。芯轴上的检测方式就好很多，所以选择将功率检测模块设置在踏板芯轴上。
功率检测模块一般都有检测运动员施加在自行车踏板上的施力信息的应变式传感器，以及对数据进行处理的电路板，和供电的电池等各电子元器件，因为功率检测模块内部结构复杂，其内部空间极为紧凑，同时踏板芯轴是圆形棒状结构，所以其内部的各电子元器件都是围绕芯轴环绕设置的，如围绕芯轴的电路板，围绕芯轴的电池，围绕芯轴的应变式传感器等。
由于受到空间的限制，这种围绕芯轴的电路板往往呈现圆环形，其直接套接在芯轴上，导致装配困难，拆卸困难，维护困难，甚至有的厂家生产的功率检测模块不惜以不可拆卸为代价。如何解决上述技术问题，是目前自行车配件技术领域需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种脚踏功率采集装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明提供了以下技术方案：包括脚踏芯轴和套接在脚踏芯轴上的功率采集装置，所述功率采集装置包括壳体，所述壳体内置控制主板、应变式传感器、数据采集板、电源和充电装置，所述控制主板上集成有加速度传感器；所述应变式传感器、数据采集板、控制主板依次串联，所述电源为控制主板、应变式传感器、数据采集板供电，所述充电装置为电源充电，所述充电装置通过充电器将充电装置与外部电源连接，给电源充电；所述主板为半圆环形状，其卡接在壳体内。
优选的，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体固定连接在脚踏芯轴端部，所述第二壳体套接在脚踏芯轴上，且第二壳体(2-2)与第一壳体可拆卸连接。
优选的，所述第一壳体纵切面为圆环形状，其内腔体的形状与尺寸与主板的形状与尺寸相配适；所述控制主板外环与第一壳体内腔内壁抵靠，所述控制主板内环卡在脚踏芯轴上。
优选的，所述功率采集装置壳体内置无线通讯装置，其与控制主板电性连接。
优选的，所述应变式传感器为至少一个，且贴合在脚踏芯轴上。
优选的，所述第二壳体内腔体通过隔板间隔成多个限位槽，所述限位槽内置电源和充电装置。
优选的，所述充电装置包括充电板，所述充电板上的充电针套接有充电板密封圈，所述充电板下端设有充电板支撑背板。
优选的，所述电源数量至少一个。
优选的，所述第一壳体和第二壳体之间设有密封圈。
本发明实施例提供的一种脚踏功率采集装置，具有以下有益效果：本发明脚踏功率采集装置中控制主板呈现半圆环形状，在安装时，不需要嵌套在脚踏芯轴上，而是卡接在脚踏功率采集装置的壳体内，同时数据采集板垂直固定连接在控制主板上或者集成到控制主板上，维修和替换的时候，可以直接将控制主板和数据采集板从脚踏芯轴侧向取出，不需要将其完全从脚踏芯轴上拆下取出，简单方便，快速有效，对内部线缆以及其他各部件的影响小，能够有效的提高维修维护的成功率，减小造成二次损伤的可能性。
附图说明
图1为本发明脚踏功率采集装置爆炸图；
图2为本发明脚踏功率采集装置结构示意图；
图3为本发明中第二壳体立体图；
图4为本发明中第二壳体侧视图；
图5为本发明中第一壳体装配控制主板和数据采集板结构示意图；
图6为本发明中控制主板和数据采集板拆解示意图；
图7为本发明中控制主板和数据采集板拆解侧视图；
图8为本发明中第二壳体上下壳体分开后控制主板和数据采集板拆解示意图；
图9为本发明中第二壳体上下壳体分开示意图；
1.脚踏芯轴，2-1.第一壳体，2-2.第二壳体，2-3.密封圈，2-4.充电板密封圈，2-5.充电板，2-6.充电板支撑背板，2-7.电源，2-8.应变式传感器，2-9.控制主板，2-10.数据采集板，2-12.限位槽，2-13.半圆环形条带，2-22.上壳体，2-21.下壳体,3.螺丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1为本发明脚踏功率采集装置爆炸图，一种脚踏功率采集装置，包括脚踏芯轴1和套接在脚踏芯轴1上的功率采集装置，所述功率采集装置包括壳体，所述壳体内置控制主板2-9、应变式传感器2-8、数据采集板2-10、电源2-7和充电装置，所述控制主板2-9上集成有加速度传感器；所述应变式传感器2-8、数据采集板2-10、控制主板2-9依次串联，所述电源2-7为控制主板2-9、应变式传感器2-8、数据采集板2-10供电，所述充电装置为电源2-7充电，所述充电装置通过充电器将充电装置与外部电源连接，给电源2-7充电；所述主板2-9为半圆环形状，其卡接在壳体内。
控制主板2-9上集成控制器，所述控制器可以是单片机，优选微处理器；数据采集板2-10主要是指将应变式传感器2-8采集的骑行者脚施加在其上力的信息，自动采集并送到控制主板2-9进行分析、处理。
实施例1，参阅图2、图6和图7，图2为本发明脚踏功率采集装置结构示意图，图6为本发明中控制主板和数据采集板拆解示意图；图7为本发明中控制主板和数据采集板拆解侧视图。
所述壳体包括第一壳体2-1和第二壳体2-2，所述第一壳体2-1固定连接在脚踏芯轴1端部，所述第二壳体2-2套接在脚踏芯轴1上，且第二壳体2-2与第一壳体2-1可拆卸连接。
所述第一壳体2-1与脚踏芯轴1采取粘接或者是包胶注塑的方式，固定连接在一起。第二壳体2-2可以从远离脚踏芯轴1与曲柄连接的一端，套入脚踏芯轴1上，且可以在脚踏芯轴1上滑动。
壳体的整体可以拆分成2部分第一壳体2-1和第二壳体2-2，进行分别装配，所述第一壳体2-1上设有通孔，所述第二壳体2-2设有与第一壳体2-1上的通孔同轴的螺纹孔，第一壳体2-1和第二壳体2-2通过螺丝3进行最后的组配固定；或者所述第一壳体2-1设有限位凹槽，所述第二壳体2-2设有与第一壳体2-1限位凹槽形状和尺寸相配适的限位凸起，通过限位凸起卡接到限位凹槽内，实现第二壳体2-2与第一壳体2-1可拆卸连接。
所述第一壳体2-1纵切面为圆环形状，其内腔体的形状与尺寸与主板2-9的形状与尺寸相配适；所述控制主板2-9外环与第一壳体2-1内腔内壁抵靠，所述控制主板2-9内环卡在脚踏芯轴1上。
由于控制主板2-9呈现半圆环形状，所述第一壳体2-1纵切面为圆环形状，其内腔体的形状与尺寸与主板2-9的形状与尺寸相配适，所以在安装控制主板2-9的时候，可以直接将控制主板2-9嵌套在所述第一壳体2-1内腔，所述控制主板2-9内环卡在脚踏芯轴1上即可，简单方便。
控制主板2-9及数据采集板2-10的维护和替换方法：如图6和图7，由于控制主板2-9呈现半圆环形状，所以在安装时，不需要嵌套在脚踏芯轴1上，可以直接从脚踏芯轴1侧向取出。如此：将第二壳体2-2从第一壳体2-1上打开，第二壳体2-2在脚踏芯轴1上向远离第一壳体2-1的一侧滑开一小段距离，控制主板2-9连同数据采集板2-10可以被直接拆下拿出进行维修和替换；完成维修或者更换操作后，可从侧向原路安装回去。
因为本发明脚踏功率采集装置内部空间极为紧凑，所以导致壳体内部连接电路线缆长度趋于极细极短，必然造成线路之间的连接及其脆弱，经不起人工操作时造成的拉拽和扭曲，在这种情况下，带线缆的维护和维修，要求该产品能够在半拆解甚至不拆解的情况下完成，所以，打开距离小，不需要完全脱离脚踏芯轴1进行拆解就形成了巨大优势，快速有效，对内部线缆的影响小，能够有效的提高维修维护的成功率，减小造成二次损伤的可能性。
实施例2，参阅图8和图9，图8为本发明中第二壳体上下壳体分开后控制主板和数据采集板拆解示意图；图9为本发明中第二壳体上下壳体分开示意图。所述第二壳体2-2包括上壳体2-22和下壳体2-21，所述下壳体2-21与脚踏芯轴1套接，所述上壳体2-22和下壳体2-21均通过螺丝与第一壳体2-1固定。
控制主板2-9及数据采集板2-10的维护和替换方法：所述第二壳体2-2分成上下2部分：上壳体2-22和下壳体2-21，其中上壳体2-22能够打开并从下壳体2-21上移开。上壳体2-22打开后使控制主板2-9和数据采集板2-10的组合结构完全暴露出来，在不移动壳体内其他任何零件的情况下，控制主板2-9连同数据采集板2-10可以直接被拆下拿出，从而单独维护该部分，简单方便，快速有效，对内部线缆的影响小，能够有效的提高维修维护的成功率，减小造成二次损伤的可能性。
实施例3，参阅图3、图4和图5，图3为本发明中第二壳体立体图；图4为本发明中第二壳体侧视图；图5为本发明中第一壳体装配控制主板和数据采集板结构示意图。
一般来说，数据采集板2-10与控制主板2-9垂直排布，通过焊接的方式固定在控制主板2-9上，成为一个固定整体，所以数据采集板2-10不需要额外的结构支撑；如果所述脚踏功率采集装置壳体内空间允许，数据采集板2-10可以集成到控制主板2-9上。
所述第二壳体2-2内腔体通过隔板间隔成多个限位槽2-12，所述限位槽2-12内置电源2-7和充电装置。
所述电源2-7数量至少一个，每个限位槽2-12可以放置一个电源2-7，充电装置可以给电源2-7充电。
所述充电装置包括充电板2-5，所述充电板2-5上的充电针套接有充电板密封圈2-4，所述充电板2-5下端设有充电板支撑背板2-6。
充电板2-5上有2个充电针，穿过第二壳体2-2表面暴露在外，可与外部充电设备进行连接，实现充电的功能。充电板密封圈2-4嵌套在充电针上，通过充电板支撑背板2-6的支撑和挤压，实现该处的密封作用。
所述应变式传感器2-8为至少一个，且贴合在脚踏芯轴1上，多个应变式传感器2-8，紧紧贴合在脚踏芯轴1上，对检测的骑行者脚施加在其上的力更精准。
所述第一壳体2-1和第二壳体2-2之间设有密封圈2-3，保证第一壳体2-1和第二壳体2-2之间的密封性良好。
所述控制主板2-9上固定连接半圆环形条带2-13，所述半圆环形条带2-13上设有LED灯，且所述LED灯与控制主板2-9电性连接。可以通过控制主板2-9设定LED灯启动和关闭的预设条件，比如，骑行者开始骑行，曲柄开始转动，LED灯打开，曲柄停止转动，LED灯关闭；也可以设定LED闪烁频率，比如曲柄转动越快，LED闪烁频率越高。LED的主要功能就是实现自行车与人的互动。
所述控制主板2-9上也可以设有LED灯，因为指示灯也可以直接放到主板上，这样的话，所述脚踏功率采集装置的壳体必须做成半透明的，或者是局部透光的，这样灯光才能透出来。
优选的，半圆环形条带2-13设有2个LED灯，控制主板2-9设有2个LED灯，这4个灯呈现90°角分布，这样，无论曲柄处于什么位置，人眼都能看到至少一个灯的闪烁。
功率采集装置壳体内可以内置无线通讯装置，其与控制主板2-9电性连接，所述无线通讯装置可以是蓝牙传输，也可以是无线Wi-Fi通讯模块等，通过无线通讯装置实现将运动信息上传到手机或者平板电脑等客户终端，所述客户终端优选码表。
本发明骑行者骑行时的实时功率计算原理：功率P＝扭矩×角速度ω
扭矩＝踩踏力×曲柄长度；
踩踏力由应变式传感器探测出；
曲柄长度是已知量；
所以得到扭矩；
角速度ω，根据加速度传感器的数据计算得出。
需要说明的是，加速度传感器可以检测曲柄旋转速度，加速度传感器将该数据传输至控制主板2-9，由控制主板2-9计算出踏频C(圈/分)，根据踏频C计算角速度ω，速度计算公式：ω＝C/60*2πR。
具体为：曲柄的旋转速度与向心力加速度成正比，当曲柄旋转的时候，加速度传感器沿曲柄方向的加速度(减去重力加速度分量后)与曲柄旋转速度成正比；当曲柄旋转一周后，在y轴方向有个从-9.8G到9.8G的连续有规律的变化，根据加速度从上升到下降这个趋势，为曲柄旋转一周，由此得到踏频的数据。
本发明实施例提供的一种脚踏功率采集装置，具有以下有益效果：本发明脚踏功率采集装置中控制主板呈现半圆环形状，在安装时，不需要嵌套在脚踏芯轴上，而是卡接在脚踏功率采集装置的壳体内，同时数据采集板垂直固定连接在控制主板上或者集成到控制主板上，维修和替换的时候，可以直接将控制主板和数据采集板从脚踏芯轴侧向取出，不需要将其完全从脚踏芯轴上拆下取出，简单方便，快速有效，对内部线缆以及其他各部件的影响小，能够有效的提高维修维护的成功率，减小造成二次损伤的可能性。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到至少一个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例根据，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种脚踏功率采集装置，包括脚踏芯轴(1)和套接在脚踏芯轴(1)上的功率采集装置，其特征是：所述功率采集装置包括壳体，所述壳体内置控制主板(2-9)、应变式传感器(2-8)、数据采集板(2-10)、电源(2-7)和充电装置，所述控制主板(2-9)上集成有加速度传感器；所述应变式传感器(2-8)、数据采集板(2-10)、控制主板(2-9)依次串联，所述电源(2-7)为控制主板(2-9)、应变式传感器(2-8)、数据采集板(2-10)供电，所述充电装置为电源(2-7)充电；所述主板(2-9)为半圆环形状，其卡接在壳体内。
2.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述壳体包括第一壳体(2-1)和第二壳体(2-2)，所述第一壳体(2-1)固定连接在脚踏芯轴(1)端部，所述第二壳体(2-2)套接在脚踏芯轴(1)上，且第二壳体(2-2)与第一壳体(2-1)可拆卸连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述第一壳体(2-1)纵切面为圆环形状，其内腔体的形状与尺寸与主板(2-9)的形状与尺寸相配适；所述控制主板(2-9)外环与第一壳体(2-1)内腔内壁抵靠，所述控制主板(2-9)内环卡在脚踏芯轴(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述功率采集装置壳体内置无线通讯装置，其与控制主板(2-9)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述应变式传感器(2-8)为至少一个，且贴合在脚踏芯轴(1)上。
6.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述第二壳体(2-2)内腔体通过隔板间隔成多个限位槽(2-12)，所述限位槽(2-12)内置电源(2-7)和充电装置。
7.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述充电装置包括充电板(2-5)，所述充电板(2-5)上的充电针套接有充电板密封圈(2-4)，所述充电板(2-5)下端设有充电板支撑背板(2-6)。
8.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述电源(2-7)数量为至少一个。
9.根据权利要求1所述的一种脚踏功率采集装置，其特征是：所述第一壳体(2-1)和第二壳体(2-2)之间设有密封圈(2-3)。
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