RU2322279C1 - Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power - Google Patents
Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2322279C1 RU2322279C1 RU2006130906/12A RU2006130906A RU2322279C1 RU 2322279 C1 RU2322279 C1 RU 2322279C1 RU 2006130906/12 A RU2006130906/12 A RU 2006130906/12A RU 2006130906 A RU2006130906 A RU 2006130906A RU 2322279 C1 RU2322279 C1 RU 2322279C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impact
- target
- strike
- acceleration
- during
- Prior art date
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области спорта и может быть использовано для определения степени подготовки спортсменов и совершенствования тренировочного процесса.The invention relates to the field of sports and can be used to determine the degree of preparation of athletes and improve the training process.
Известны способы определения параметров удара, включающие измерение ускорения руки или других звеньев тела спортсмена во время удара (см. патент РФ №2212920, МПК А63В 24/00).Known methods for determining the parameters of the impact, including measuring the acceleration of the hand or other parts of the athlete’s body during the impact (see RF patent No. 2212920, IPC A63B 24/00).
Известен способ определения параметров удара при помощи измерения скорости сближения ударяющего элемента и приемника ударов (см. патент РФ №2155623, МПК А63В 69/00), скорости движения конечности (см. патент РФ №2038836, МПК А63В 69/00, А63В 71/06).There is a method of determining impact parameters by measuring the approximation speed of the striking element and the shock receiver (see RF patent No. 2155623, IPC A63B 69/00), limb speed (see RF patent No. 2038836, IPC A63B 69/00, A63B 71 / 06).
В настоящее время в мире существует множество различных устройств, от дешевых и простых до дорогих и технически сложных, позволяющих измерить силу удара в боевых единоборствах. Самые распространенные датчики, используемые для измерения силы удара, - это тензодатчики, пьезорезистивные и пьезоэлектрические датчики силы. Все они обладают высокой точностью и активно используются для измерения силы ударов.Currently, there are many different devices in the world, from cheap and simple to expensive and technically sophisticated, allowing you to measure the strength of the blow in martial arts. The most common sensors used to measure impact force are strain gauges, piezoresistive, and piezoelectric force sensors. All of them are highly accurate and are actively used to measure impact strength.
Измеряя силу удара этим способом, фактически измеряем силу, возникающую при ударе, а она по законам физики определяется упругими свойствами мишени и ударной конечности, а также их размерами, формой и относительной скоростью движения. Калибровка подобных измерителей возможна только в технике или на производстве для тел, имеющих одинаковые свойства, размеры и форму. В спорте же калиброванных по силе ударов не существует. Поэтому, имея только форму ударного импульса и не имея полноценной калибровки, невозможно получить корректные результаты при измерении силы и энергии удара с помощью тензодатчиков, пьезорезистивных и пьезоэлектрических датчиков силы и давления.By measuring the impact force in this way, we actually measure the force that arises upon impact, and according to the laws of physics, it is determined by the elastic properties of the target and impact limb, as well as their size, shape and relative speed of movement. Calibration of such meters is possible only in engineering or in production for bodies having the same properties, dimensions and shape. In sports, strikes calibrated by force do not exist. Therefore, having only the shape of the shock pulse and not having a full calibration, it is impossible to obtain correct results when measuring the force and energy of the impact using strain gauges, piezoresistive and piezoelectric force and pressure sensors.
Таким образом, недостатком известных решений является недостоверность получаемых данных, т.к. вместо силы удара, в конечном счете, измеряются силы, возникающие при ударе, а они по всем законам физики определяются не только биомеханикой удара (как нам бы хотелось), но и упругими свойствами мишени и ударной конечности, а также их размерами и формами.Thus, the disadvantage of the known solutions is the inaccuracy of the data obtained, because instead of the impact force, ultimately, the forces arising upon impact are measured, and by all laws of physics they are determined not only by the biomechanics of the impact (as we would like), but also by the elastic properties of the target and impact limb, as well as their size and shape.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения параметров удара, заключающийся в измерении давления в момент удара на мишень, в качестве которой используют боксерскую грушу (см. патент РФ №2265470, МПК A63B 69/32, 2005).Closest to the proposed method is a method for determining the parameters of the impact, which consists in measuring the pressure at the time of impact on the target, which is used as a punching bag (see RF patent No. 2265470, IPC A63B 69/32, 2005).
Недостатком является недостоверность результатов измерений в силу описанных выше причин.The disadvantage is the inaccuracy of the measurement results for the reasons described above.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов измерений при определении динамических параметров удара путем исключения калибровки или сделав ее однозначной, а также определение физической формы спортсмена.The technical result of the invention is to increase the reliability of the measurement results when determining the dynamic parameters of the impact by excluding calibration or making it unambiguous, as well as determining the physical form of the athlete.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения динамических параметров удара, включающем ударное воздействие на мишень, имеющую возможность свободного перемещения в направлении нанесения ударов, согласно изобретению, регистрируют мгновенные значения ускорения мишени перед ударом, в процессе соударения и после окончания удара, на основе этих параметров вычисляют значения ускорений мишени под действием удара за время удара, определяют скорость мишени в момент завершения удара интегрированием ускорения мишени под действием удара за время удара и, с учетом массы мишени, вычисляют ее кинетическую энергию, характеризующую силу удара.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for determining the dynamic parameters of the impact, including the impact on the target, with the possibility of free movement in the direction of impact, according to the invention, register the instantaneous acceleration of the target before the impact, in the process of impact and after the end of the impact, Based on these parameters, the target acceleration values under the influence of the impact during the impact are calculated, the target velocity is determined at the moment of the impact completion by integration of the acceleration. The target is subjected to impact during the impact and, taking into account the mass of the target, its kinetic energy characterizing the strength of the impact is calculated.
Мишень может представляет собой стандартную грушу для бокса или приемник ударов, не нарушающий биомеханику конкретного вида удара.A target can be a standard punching bag for a box or a shock receiver that does not violate the biomechanics of a particular type of shock.
Дополнительно определяют максимальное значение силы, зарегистрированное за время удара, и время удара, характеризующие резкость и мощность удара.Additionally determine the maximum value of the force recorded during the impact, and the impact time, characterizing the sharpness and power of the impact.
Для оценки физической формы спортсмена суммируют энергию ударов за определенный интервал времени.To assess the physical form of the athlete summarize the energy of the blows for a certain period of time.
В предлагаемом способе в качестве основного параметра, характеризующего силу удара, выбрана энергия удара «Е». В боевых единоборствах главная задача состоит в том, чтобы при ударе передать мишени максимум энергии, как раз это и определяет эффективность удара. В качестве двух дополнительных параметров предложено выбрать максимальное значение силы «Fмах», зарегистрированное во время удара (соударения), и само время «Т» удара (соударения).In the proposed method, the impact energy “E” is selected as the main parameter characterizing the impact force. In martial arts, the main task is to transfer maximum energy to the target upon impact, which determines the effectiveness of the strike. As two additional parameters, it is proposed to choose the maximum value of the “F max ” force recorded during the impact (collision), and the time “T” of the impact (collision) itself.
Выбрав в качестве основного параметра энергию удара, мы практически исключаем зависимость результата измерений от свойств, размеров и формы ударной конечности.By choosing the impact energy as the main parameter, we practically exclude the dependence of the measurement result on the properties, sizes, and shape of the shock limb.
Возьмем для примера крайний случай - удар по металлическому шару весом один килограмм рукой в резиновой перчатке или с помощью металлического кастета. Замеренная сила удара в этом случае будет различаться в 10-20 раз. Время удара (соударения) также изменится в те же 10-20 раз, только в другую сторону. Разницу же в скорости мишени после удара в том и другом случае заметить трудно. При абсолютно упругом ударе кинетическая энергия мишени останется той же. Это можно объяснить следующим образом. Средняя сила удара, действующая на мишень, может быть найдена из второго закона динамикиTake, for example, an extreme case - a hit on a metal ball weighing one kilogram with a hand in a rubber glove or with a metal brass knuckles. The measured impact force in this case will vary by 10-20 times. The time of impact (collision) will also change the same 10-20 times, only in the other direction. It is difficult to notice the difference in target speed after impact in either case. With an absolutely elastic impact, the kinetic energy of the target will remain the same. This can be explained as follows. The average impact force acting on the target can be found from the second law of dynamics
Fcp=ΔР/Т,F cp =? P / T,
где ΔР - изменение импульса мишени за время удара (соударения). Отсюда, если первоначальная скорость мишени равна нулю, импульс мишени после удара определяется произведением средней силы удара на время соударения mV=FcpТ. При различных свойствах мишени и ударной конечности средняя сила удара и время соударения оказываются обратно пропорциональны друг другу и, таким образом, их произведение становится мало зависимым от этих свойств, что означает слабую зависимость от них и импульса мишени и, соответственно, энергии мишени после удара. Эта слабая зависимость в физическом плане определяется тем, что часть энергии удара идет на деформацию мишени, а потери кинетической энергии при упругом ударе двух тел определяются коэффициентом восстановления, который, в свою очередь, тоже зависит от упругих свойств соударяющихся тел, от их формы и массы. Но в отличие от упругих столкновений удар после деформации мишени только начинается, то есть имеет большую продолжительность, поэтому энергия деформации относительно мала. Погрешность измерения слабых ударов так же, как и неточных (направление которых не проходит через центр тяжести мишени), будет велика, но они никого не интересуют, так как считаются неудачными. Как видим, точность измерений легко повысить, выбрав в качестве мишени резиновый приемник удара, имеющий коэффициент восстановления близкий к единице, но в этом случае нарушается биомеханика удара, что недопустимо. Дополнительные параметры, которые хоть и сильно зависят от физических свойств, размеров и формы мишени и ударной конечности, при идентичных условиях измерений, то есть при одинаковой весовой категории спортсменов, при том же виде удара и той же мишени смогут характеризовать такие качественные характеристики удара, как резкость и мощность. Например, при одинаковой энергии удара более резким и мощным, естественно, будет удар, имеющий большую максимальную силу и меньшее время соударения. В качестве мишени предлагается взять боксерские груши именитых производителей, что позволит, во-первых, исключить проблему с биомеханикой, во-вторых, любой изготовитель будет абсолютно уверен в показаниях своего прибора, тем более, что при правильно выбранной схеме калибровка вообще не требуется.where ΔР is the change in the target momentum during the impact (collision). Hence, if the initial target velocity is zero, the target momentum after the impact is determined by the product of the average impact force and the collision time mV = F cp T. For different properties of the target and the impact limb, the average impact force and the impact time are inversely proportional to each other and, therefore, their product becomes little dependent on these properties, which means a weak dependence on them and the momentum of the target and, accordingly, the energy of the target after the impact. This weak dependence in the physical plane is determined by the fact that part of the impact energy goes to the deformation of the target, and the kinetic energy loss during the elastic impact of two bodies is determined by the recovery coefficient, which, in turn, also depends on the elastic properties of the colliding bodies, on their shape and mass . But unlike elastic collisions, the impact after deformation of the target is just beginning, that is, it has a longer duration, so the energy of deformation is relatively small. The error in measuring weak impacts as well as inaccurate ones (whose direction does not pass through the center of gravity of the target) will be large, but they do not interest anyone, since they are considered unsuccessful. As you can see, the measurement accuracy can be easily improved by choosing a rubber impact detector with a recovery coefficient close to unity as the target, but in this case the biomechanics of the impact is violated, which is unacceptable. Additional parameters, which although strongly depend on the physical properties, size and shape of the target and impact limb, under identical measurement conditions, that is, with the same weight category of athletes, with the same type of impact and the same target, can characterize such qualitative characteristics of the impact as sharpness and power. For example, with the same impact energy, a sharper and more powerful one will naturally be a strike that has a greater maximum force and shorter collision time. It is proposed to take punching bags of famous manufacturers as a target, which will, firstly, eliminate the problem with biomechanics, and secondly, any manufacturer will be absolutely sure of the readings of their device, especially since with a correctly selected scheme calibration is not required at all.
Способ реализуется следующим образом. На свободно подвешенную мишень осуществляют ударное воздействие. Регистрируют мгновенное значение ускорения мишени перед ударом. Начало и окончание удара определяется путем анализа регистрируемых ускорений согласно неравенствуThe method is implemented as follows. A freely suspended target is impacted. Record the instant value of the acceleration of the target before impact. The start and end of the impact is determined by analyzing the recorded accelerations according to the inequality
где ax, ay, az - регистрируемые значения ускорений;where ax, ay, az are the recorded values of accelerations;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
k - коэффициент, определяющий чувствительность измерительной системы.k is a coefficient that determines the sensitivity of the measuring system.
При k=0,1 и массе мишени m=10 кг удары силой меньшей, чем mkg=9,8 н (1 кгс), будут игнорироваться.For k = 0.1 and a target mass of m = 10 kg, impacts less than mkg = 9.8 n (1 kgf) will be ignored.
В случае неподвижности мишени ах=0, ау=0, az=g выражениеIn the case of immobility of the target ax = 0, ay = 0, az = g expression
так же, как и в случае, когда мишень движется под действием только силы тяжести.just as in the case when the target moves under the action of gravity only.
Нарушение неравенства говорит о начале удара и тогда ускорения, регистрируемые в предыдущем цикле измерений, определяются как ускорения мишени перед ударом - ax1, ay1, az1.Violation of the inequality indicates the beginning of the impact, and then the accelerations recorded in the previous measurement cycle are defined as the acceleration of the target before the impact - ax 1 , ay 1 , az 1 .
Восстановление неравенства говорит об окончании удара, а ускорения мишени после удара - ax2, ау2, az3. Зная начало удара и его окончание, определяют время удара (соударения) «Т».The restoration of inequality indicates the end of the impact, and the acceleration of the target after the impact - ax 2 , ay 2 , az 3 . Knowing the beginning of the impact and its end, determine the time of impact (collision) "T".
В случае, когда направление удара проходит через центр тяжести мишени, изменения ускорения мишени до удара и после удара незначительны.In the case when the direction of impact passes through the center of gravity of the target, changes in the acceleration of the target before and after the impact are insignificant.
Для упрощения расчетов можно считать, что эти изменения носят линейный характерTo simplify the calculations, we can assume that these changes are linear
В случае сильных, но неточных ударов (направление которых не проходит через центр тяжести мишени) результат занижается (не учитывается энергия вращения мишени), но в этом нет ничего плохого, так как точность удара - очень важная характеристика, и, если имеет место коэффициент на точность, это только приветствуется.In the case of strong but inaccurate impacts (the direction of which does not pass through the center of gravity of the target), the result is underestimated (the energy of rotation of the target is not taken into account), but there is nothing wrong with this, since the accuracy of the impact is a very important characteristic, and if there is a coefficient on accuracy, this is welcome.
В процессе соударения регистрируют значения ускорений за время соударения. Измерения могут быть произведены с помощью акселерометра, размещенного в центре тяжести мишени. Выбор трехосного акселерометра позволит наносить удары по мишени с любой скоростью и в любом направлении (кроме ударов сверху). Затем на основе этих параметров вычисляют значения ускорений мишени под действием удара за время удара по формулеIn the process of impact, the values of accelerations during the impact are recorded. Measurements can be made using an accelerometer located at the center of gravity of the target. The choice of a triaxial accelerometer will allow striking the target at any speed and in any direction (except for strikes from above). Then, based on these parameters, the acceleration values of the target under the influence of the impact during the impact are calculated by the formula
Таким образом, отделяется ускорение, вызванное ударом, от ускорений, вызванных другими силами (например, силой тяжести).Thus, the acceleration caused by the impact is separated from the accelerations caused by other forces (for example, gravity).
Такая процедура дает возможность не терять точности измерений даже в случае нанесения быстрой серии ударов, когда мишень раскачивается и не успевает принять исходное положение. Только это позволит суммировать энергию ударов с высокой точностью и правильно оценить физическую форму спортсменов.Such a procedure makes it possible not to lose the accuracy of measurements even in the case of applying a quick series of strokes, when the target sways and does not have time to take its initial position. Only this will allow you to summarize the energy of strikes with high accuracy and correctly assess the physical shape of athletes.
В случае одиночных ударов, когда мишень перед ударом находится в покое ахо=0, ауо=0, azo=g, формула вычисления ускорений мишени под действием удара принимает видIn the case of single hits, when the target is at rest before the strike, aho = 0, ao = 0, azo = g, the formula for calculating the target’s accelerations under the action of the shock takes the form
Если в качестве датчика выбирают двухосный акселерометр, не учитывающий вертикальную составляющую силу удара, формула становится прощеIf a biaxial accelerometer is selected as a sensor that does not take into account the vertical component of the impact force, the formula becomes simpler
Путем интегрирования ускорения за время удара определяют скорость мишени в момент завершения удараBy integrating the acceleration during the impact, determine the speed of the target at the time of completion of the impact
Эта скорость не имеет ничего общего с реальной скоростью мишени после удара, она всего лишь определяет скорость мишени после удара, если перед ударом мишень была неподвижна.This speed has nothing to do with the real speed of the target after the impact, it only determines the speed of the target after the impact, if the target was stationary before the impact.
Зная массу мишени, вычисляют ее кинетическую энергию, которая будет характеризовать силу удара Е=mV2/2.Knowing the target mass, it is calculated kinetic energy which will characterize the impact force E = mV 2/2.
В качестве акселерометров могут быть использованы интегральные акселерометры с цифровым выходом, высокая линейность и чувствительность которых позволит обойтись без дополнительной калибровки. В случае выбора акселерометров с аналоговым выходом калибровка также очень проста, так как в процессе измерений постоянно вычисляется g - ускорение свободного падения и появляется возможность организовать самокалибрующуюся систему.As accelerometers, integrated accelerometers with a digital output can be used, the high linearity and sensitivity of which will do without additional calibration. In the case of selecting accelerometers with an analog output, the calibration is also very simple, since during the measurement process g - acceleration of gravity is constantly calculated and it becomes possible to organize a self-calibrating system.
Максимальную силу удара «Fmax» вычисляют как произведение массы мишени на максимальное значение ускорение мишени под действием удара Fmax=mamax.The maximum impact force “F max ” is calculated as the product of the target mass by the maximum acceleration of the target under the action of the impact F max = ma max .
В режиме определения физической формы спортсмена имитируется боксерский поединок с 3 или 12 раундами по три минуты с одноминутным перерывом. Суммируя энергию удара за время поединка, можно легко оценить физическую форму спортсмена.In the mode of determining the physical form of an athlete, a boxing match is imitated with 3 or 12 rounds of three minutes with a one-minute break. Summing up the energy of the impact during the fight, you can easily evaluate the physical form of the athlete.
Таким образом, предлагаемый способ решает проблему достоверности измерений силы удара в спортивных единоборствах. Заявленное решение кроме точности обеспечивает технологичность измерений и решает вопрос об оценке физической формы спортсмена.Thus, the proposed method solves the problem of the reliability of measurements of impact force in martial arts. The claimed solution, in addition to accuracy, ensures the manufacturability of measurements and solves the issue of assessing the physical form of an athlete.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006130906/12A RU2322279C1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006130906/12A RU2322279C1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2322279C1 true RU2322279C1 (en) | 2008-04-20 |
Family
ID=39453959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006130906/12A RU2322279C1 (en) | 2006-08-28 | 2006-08-28 | Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2322279C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492895C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-09-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Method of measuring duration of impact |
| RU2528969C2 (en) * | 2013-05-28 | 2014-09-20 | Борис Иванович Бахтин | Method and device of simulation of strike characteristics during practicing strikes on simulators in martial arts |
| RU2629551C2 (en) * | 2013-01-18 | 2017-08-29 | Фраунхофер-Гезельшафт Цур Фордерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Determination of multidimensional displacement speed in global coordinate system |
-
2006
- 2006-08-28 RU RU2006130906/12A patent/RU2322279C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492895C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-09-20 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Method of measuring duration of impact |
| RU2629551C2 (en) * | 2013-01-18 | 2017-08-29 | Фраунхофер-Гезельшафт Цур Фордерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.В. | Determination of multidimensional displacement speed in global coordinate system |
| US10188903B2 (en) | 2013-01-18 | 2019-01-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Determining a speed of a multidimensional motion in a global coordinate system |
| RU2528969C2 (en) * | 2013-05-28 | 2014-09-20 | Борис Иванович Бахтин | Method and device of simulation of strike characteristics during practicing strikes on simulators in martial arts |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6397151B1 (en) | Impulse force estimating device, impulse force estimating method, and medium storing impulse force estimation program | |
| US7235020B1 (en) | Gold club speed indicator | |
| Buśko et al. | Measuring the force of punches and kicks among combat sport athletes using a modified punching bag with an embedded accelerometer | |
| Tasika | Reliability & linearity of an electronic body protector employed in taekwondo games: a preliminary study | |
| Chadli et al. | A new instrument for punch analysis in boxing | |
| Buśko et al. | Comparison of two boxing training simulators | |
| CN102033137A (en) | Speed detector and swing tool having the same | |
| KR101718870B1 (en) | Device for measuring power in target striking | |
| RU2322279C1 (en) | Method of measuring dynamic parameters of strike characterizing power | |
| JP6717613B2 (en) | Measuring system and measuring method | |
| US8333104B2 (en) | Measuring instrument for the detection and evaluation of an impact | |
| RU2359728C2 (en) | Training equipment-dynamometre for measurement of dynamic parametres of blow | |
| Tiwari et al. | Design and Development of a Device for Performance Analysis and Injury Prevention in Boxing | |
| US20210316202A1 (en) | Device for detecting the impact quality in contact sports | |
| Lenetsky et al. | MEASUREMENT OF STRIKING IMPACT KLNETKS VIA INERTIAL MODELLING AND ACCELEROMETRY | |
| JP7196312B2 (en) | A measuring device that measures the force corresponding to the variable stroke conditions | |
| RU2368411C1 (en) | Method of determining tennis-racket and tennis-ball dynamic behavior | |
| JP5454021B2 (en) | Measuring method of excitation force | |
| KR101718872B1 (en) | Device for measuring power in target striking | |
| CN106353186A (en) | Test method for determining recovery coefficient in metal material contact-impact | |
| KR0138132B1 (en) | The device for measuring beating power for marshal sports | |
| CN110478878B (en) | Attack power test boxing target based on air bag deformation principle | |
| RU188819U1 (en) | Recorder response time and impact speed | |
| RU58934U1 (en) | SIMULATOR SIMULOMER WITH GAME FUNCTION | |
| RU2768502C1 (en) | Method for determining parameters of striker penetration into soil barrier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100829 |