[發明專利]一種用于搏擊訓練的多個多維運動參數的測定系統及方法

有效

• 申請號: 201510013816.2
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104596693B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 肖純;王瀾瑾;李朋;柯志雄;張方舟;陳嘉琪;周純;辜大海;方正東;蔣軍;劉強
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01C21/10
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及慣性測量技術領域，特別是一種用于搏擊訓練的多個多維運動參數的測定系統及方法。

背景技術

目前的搏擊訓練器測量的參數主要是擊打力，而對于擊打過程并不關注。測量力所用傳感器一般為電阻應變片、電磁感應位移傳感器或壓電薄膜傳感器等，這些傳感器存在著穩定性差、使用壽命短、靈敏度低等缺陷。同時由于這些傳感器的機械結構限制，使他們無法實現同時對一個測試參數的多維測定，更不能重建測試者在一次擊打過程的姿態變化軌跡。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于搏擊訓練的多維多個運動參數的測定系統及方法，以便對訓練者擊打的各種力量參數進行三個維度的測量，同時也可以重建訓練者從出拳到擊中拳擊訓練靶整個打靶過程中拳擊手套的運動軌跡。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的用于搏擊訓練的多個多維運動參數的測定系統，其主要由計算機、信號采集與處理裝置、用于力量特性測試的拳擊固定靶和用于軌跡重建測試的拳擊手套組成，其中：拳擊固定靶和拳擊手套的傳感器分別用有線、無線的方式將測量數據傳送至計算機；信號采集與處理裝置主要由單片機和數字傳感器芯片構成，與計算機通過串口連接。

所述拳擊固定靶有三層，其中：第一層是位于拳擊固定靶表面的保護層；第二層位于拳擊固定靶的內部，在此處安裝有第一傳感器，該傳感器是一種整合了3軸陀螺儀、3軸加速度的傳感器，它通過數據線與外部的單片機通信，將測得的加速度信息傳遞給單片機，再由單片機采集處理并緩存在其內部的RAM中；第三層是緩沖介質，它與第二層有間距。

所述拳擊手套安裝了第二傳感器，該傳感器是一種整合了3軸陀螺儀、3軸加速度的傳感器。

所述信號采集與處理裝置由計算機控制，接收計算機的控制指令，包括開始采集、停止采集、清空緩存數據、發送數據、自校正，并由該裝置的單片機實現搏擊參數的測量、采集傳送的功能。

本發明提供的用于搏擊訓練的多個多維運動參數的測定方法，其包括以下步驟：

(1)力量特性測試：

由裝在搏擊訓練的拳擊固定靶完成，實現擊打拳擊固定靶瞬間的各項參數的測量；該拳擊固定靶中有一個圓柱形的空腔，空腔分為三層，由外向內分別是保護層、測量層、緩沖層，測量層安裝一個傳感器，它是加速度傳感器模塊，該加速度傳感器模塊通過數據線連接至單片機力量數據采集模塊構成力量特性測試系統；

(2)軌跡重建測試：

由戴在搏擊訓練測試者手上的拳擊手套完成，實現各種拳法的擊打全過程的軌跡重建；該拳擊手套上安裝了一個整合了3軸陀螺儀、3軸加速度的傳感器，它采集拳擊訓練者在測試時的運動參數，由單片機軌跡數據采集模塊用無線的方式傳送至計算機中，然后由計算機的運動軌跡解算模塊通過姿態解算算法重建并繪制拳擊手套的運動軌跡，為拳擊訓練者的拳法進行分析評價提供參考；單片機軌跡數據采集模塊和計算機里的運動軌跡解算模塊一起構成拳擊運動的軌跡重建測試系統。

本發明在力量特性測試過程中，由力量特性測試系統比較當前的加速度值與預設的閾值，當超過閾值時觸發連續采集過程并將采集到的加速度數據保存到單片機的RAM存儲器中，通過比較單片機RAM的加速度數據，找出數據中的最大值，由F_max＝M·a_max計算最大擊打力，其中F_max為最大打擊力，M為加速度測試模塊的質量，a_max為本次數據采集的最大加速度；再將所測的加速度值對時間進行積分，即獲得打擊沖量，其中I為擊打沖量，K為第K個數據，T_k為采樣周期，N為采集到的數據值的個數；所述閾值是由實驗測定的經驗值。

本發明在軌跡重建測試過程中，單片機軌跡數據采集模塊利用傳感器采集的四元數數據和加速度數據進行姿態解算，完成軌跡的重建并保存結果，最后發送到計算機里的運動軌跡解算模塊中進行軌跡重建。

本發明與現有技術相比，具有以下主要的優點：

1.采用集成數字加速度傳感器和陀螺儀傳感器，因此比現有的其它測量傳感器的抗干擾能力都要強，而且性能穩定，使用壽命長。

2.對比以往的測試控制系統，不僅可以進行力量參數測量，而且還可以重建擊打的軌跡。

通過對搏擊運動打擊力量的測量和運動姿態兩方面的觀測，可以比較全面的對訓練者能力水平做出一個客觀的評價。