[发明专利]一种用于搏击训练的多个多维运动参数的测定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及惯性测量技术领域，特别是一种用于搏击训练的多个多维运动参数的测定系统及方法。

背景技术

目前的搏击训练器测量的参数主要是击打力，而对于击打过程并不关注。测量力所用传感器一般为电阻应变片、电磁感应位移传感器或压电薄膜传感器等，这些传感器存在着稳定性差、使用寿命短、灵敏度低等缺陷。同时由于这些传感器的机械结构限制，使他们无法实现同时对一个测试参数的多维测定，更不能重建测试者在一次击打过程的姿态变化轨迹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于搏击训练的多维多个运动参数的测定系统及方法，以便对训练者击打的各种力量参数进行三个维度的测量，同时也可以重建训练者从出拳到击中拳击训练靶整个打靶过程中拳击手套的运动轨迹。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的用于搏击训练的多个多维运动参数的测定系统，其主要由计算机、信号采集与处理装置、用于力量特性测试的拳击固定靶和用于轨迹重建测试的拳击手套组成，其中：拳击固定靶和拳击手套的传感器分别用有线、无线的方式将测量数据传送至计算机；信号采集与处理装置主要由单片机和数字传感器芯片构成，与计算机通过串口连接。

所述拳击固定靶有三层，其中：第一层是位于拳击固定靶表面的保护层；第二层位于拳击固定靶的内部，在此处安装有第一传感器，该传感器是一种整合了3轴陀螺仪、3轴加速度的传感器，它通过数据线与外部的单片机通信，将测得的加速度信息传递给单片机，再由单片机采集处理并缓存在其内部的RAM中；第三层是缓冲介质，它与第二层有间距。

所述拳击手套安装了第二传感器，该传感器是一种整合了3轴陀螺仪、3轴加速度的传感器。

所述信号采集与处理装置由计算机控制，接收计算机的控制指令，包括开始采集、停止采集、清空缓存数据、发送数据、自校正，并由该装置的单片机实现搏击参数的测量、采集传送的功能。

本发明提供的用于搏击训练的多个多维运动参数的测定方法，其包括以下步骤：

(1)力量特性测试：

由装在搏击训练的拳击固定靶完成，实现击打拳击固定靶瞬间的各项参数的测量；该拳击固定靶中有一个圆柱形的空腔，空腔分为三层，由外向内分别是保护层、测量层、缓冲层，测量层安装一个传感器，它是加速度传感器模块，该加速度传感器模块通过数据线连接至单片机力量数据采集模块构成力量特性测试系统；

(2)轨迹重建测试：

由戴在搏击训练测试者手上的拳击手套完成，实现各种拳法的击打全过程的轨迹重建；该拳击手套上安装了一个整合了3轴陀螺仪、3轴加速度的传感器，它采集拳击训练者在测试时的运动参数，由单片机轨迹数据采集模块用无线的方式传送至计算机中，然后由计算机的运动轨迹解算模块通过姿态解算算法重建并绘制拳击手套的运动轨迹，为拳击训练者的拳法进行分析评价提供参考；单片机轨迹数据采集模块和计算机里的运动轨迹解算模块一起构成拳击运动的轨迹重建测试系统。

本发明在力量特性测试过程中，由力量特性测试系统比较当前的加速度值与预设的阈值，当超过阈值时触发连续采集过程并将采集到的加速度数据保存到单片机的RAM存储器中，通过比较单片机RAM的加速度数据，找出数据中的最大值，由F_max＝M·a_max计算最大击打力，其中F_max为最大打击力，M为加速度测试模块的质量，a_max为本次数据采集的最大加速度；再将所测的加速度值对时间进行积分，即获得打击冲量，其中I为击打冲量，K为第K个数据，T_k为采样周期，N为采集到的数据值的个数；所述阈值是由实验测定的经验值。

本发明在轨迹重建测试过程中，单片机轨迹数据采集模块利用传感器采集的四元数数据和加速度数据进行姿态解算，完成轨迹的重建并保存结果，最后发送到计算机里的运动轨迹解算模块中进行轨迹重建。

本发明与现有技术相比，具有以下主要的优点：

1.采用集成数字加速度传感器和陀螺仪传感器，因此比现有的其它测量传感器的抗干扰能力都要强，而且性能稳定，使用寿命长。

2.对比以往的测试控制系统，不仅可以进行力量参数测量，而且还可以重建击打的轨迹。

通过对搏击运动打击力量的测量和运动姿态两方面的观测，可以比较全面的对训练者能力水平做出一个客观的评价。