一种打击力测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种打击力测量装置。


背景技术：

2.在很多场合中，都需要检测肢体打击力的大小，以此来评价个体的体能或者判断打击效果。比如一些体育项目中，选手打击力的测量装置主要安装在对方选手的护具中，且仅能对力的大小进行测量，打击效果需要依靠裁判来进行评判。现存的用于其他用途的打击力测量装置一般也需要绑定在受击物体上，通过打击传感器来检测打击力的大小，长期的打击会对传感器造成一定的损伤，且通常测量时需要限制对特定位置进行打击，会影响打击者的发挥。
3.现有的打击力大小检测方法有些采用微型称重测力传感器。如申请号为201410189591.1的中国专利申请中公开的散打测力靶系统，采用微型称重测力传感器进行信号检测，将称重传感器放在被打击物体上，并配有缓冲弹簧来减小冲击力。但传感器经过长期的打击也会产生一定的损伤，且该测力靶在测量时需要将其安装在被打击的物体上，限制对特定位置进行打击，打击区域受到传感器位置的限定，不够便捷，打击者的打击方式也需要进行人为判定。
4.专利号为201820314546.8的中国专利中公开的一种跆拳道电子护具套装，采用若干柔性压力传感器进行打击力的检测，这样将若干柔性压力传感器装配在被打击者的护具中，导致了护具体积增大，且使用传感器数量较多，需要布满所有待检测的位置，规模较大，成本高，长期的打击会对传感器造成一定的损伤，且未布置传感器的区域无法进行检测。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的问题，本技术提出了一种打击力测量装置，以便使打击力测量装置安装在打击者身上，且该装置制作成本低、体积小、易携带、对传感器损伤小；通过上述打击力测量装置可以在不限定打击位置的前提下判定打击力的大小和方向。
6.为了实现上述目的，本技术提出了一种打击力测量装置，包括基体，所述基体用于安置在打击者身上，在所述基体内设有测量系统，所述测量系统包括时基与电源模块、多轴加速度传感模块和数据处理模块，所述时基与电源模块用于为测量系统提供时钟信号和电能；所述多轴加速度传感模块用于采集打击者在进行打击时的x、y、z三轴加速度数据和滚转角，俯仰角，偏航角的数据，并将数据传输给数据处理模块；所述数据处理模块用于预先存储标定好的肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量，并且用于接收多轴加速度传感模块传送来的x、y、z三轴加速度数据和滚转角，俯仰角，偏航角的数据，计算打击力的大小和方向；其中肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量采用基体与质量标定模块的配合进行标定，所述质量标定模块用于前期校准时提供当打击者佩戴基体打击质量标定模块的预设位置时的三维打击力数据。
7.在一些实施例中，所述打击力测量装置还包括显示与记录模块，所述显示与记录
模块与数据处理模块相连接，所述显示与记录模块用于显示信息，便于观察。
8.在一些实施例中，所述打击力测量装置还包括无线通讯与传输模块，所述无线通讯与传输模块用于连接数据处理模块和显示与记录模块。
9.本技术的该方案的有益效果在于上述打击力测量装置安装在打击者身上，且该装置制作成本低、体积小、易携带、对传感器损伤小；通过上述打击力测量装置可以在不限定打击位置的前提下判定打击力的大小和方向。
附图说明
10.图1示出了实施例中打击力测量装置的测量原理示意图。
11.图2示出了实施例中多轴加速度传感模块的三维坐标轴的设置方向示意图。
12.图3示出了实施例中多轴加速度传感模块建立的三维坐标系将空间分为八个象限的示意图。
13.图4示出了实施例中多轴加速度传感模块的移动使坐标系发生转动时，形成的滚转角，俯仰角，偏航角的示意图。
14.图5示出了实施例中合加速度的准确方向示意图。
15.附图标记：1
‑
多轴加速度传感模块，2
‑
数据处理模块，3
‑
无线通讯与传输模块，4
‑
显示与记录模块，5
‑
时基与电源模块。
具体实施方式
16.下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步的说明。
17.人的肢体是一个具有多自由度的复杂物体，当以同样的加速度进行打击时，作用在不同自由度方向上的力不尽相同，可以将其视为肢体在不同自由度方向上其质量分配有一定差异。基于此本技术设计了一种打击力测量装置和方法。
18.如图1所示，本技术所涉及的打击力测量装置包括基体，所述基体用于安置在打击者身上，例如所述基体可以采用手环等方便携带的物体，具体的打击者可以将基体握在手中或者佩戴在手腕上；在所述基体内设有测量系统，所述测量系统包括时基与电源模块5、多轴加速度传感模块1和数据处理模块2，在本实施例中，所述多轴加速度传感模块1可采用多轴加速度传感器mpu6050、mpu9250或hi226等，所述数据处理模块2可采用stm32zet6单片机或者arm7等，所述时基与电源模块5用于为测量系统提供时钟信号和电能，可以给多系统工作时提供时间基准或记录打击时间；如图2所示，所述多轴加速度传感模块1用于采集打击者在进行打击时的x、y、z三轴加速度数据和滚转角(roll)，俯仰角(pitch)，偏航角(yaw)的数据，并将数据传输给数据处理模块2，其中当打击者佩戴基体进行打击动作时，多轴加速度传感模块1随着打击者的运动而运动，使得坐标系发生转动，此时x轴的转动方式用滚转角(roll)表示，y轴的转动方式用俯仰角(pitch)表示，z轴的转动方式用偏航角(yaw)表示，如图4所示。所述数据处理模块2用于预先存储标定好的肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量，并且用于接收多轴加速度传感模块1传送来的x、y、z三轴加速度数据和滚转角(roll)，俯仰角(pitch)，偏航角(yaw)的数据，计算打击力的大小和方向。所述打击力测量装置还包括质量标定模块，肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量采用基体与质量标定模块的配合进行标定，所述质量标定模块用于前期校准时提供当打击者佩戴基体打击质量
标定模块的预设位置时的三维打击力数据，在本实施例中，所述质量标定模块可采用kwr46六轴力传感器等，使用时限制打击者对特定位置进行打击，打击区域受到传感器位置的限定。
19.所述打击力测量装置还可以包括显示与记录模块4，所述显示与记录模块4与数据处理模块2相连接，所述显示与记录模块4用于显示信息(可以包括多轴加速度传感模块1的相关信息以及数据处理模块2处理得到的打击力的相关信息)，便于观察。在本实施例中，所述显示与记录模块4可以采用lcd1602a，lcd12864，led，电脑上位机软件等。
20.当非本地显示时，所述打击力测量装置还可以包括无线通讯与传输模块3，所述无线通讯与传输模块3用于连接数据处理模块2和显示与记录模块4。在本实施例中，所述无线通讯与传输模块3可以采用蓝牙模块(例如型号为nrf52810的蓝牙模块等)，也可以采用wifi模块(例如型号为esp8266的wifi模块等)，也可以采用i2c或485总线技术进行有线传输。
21.本技术所涉及的打击力测量方法包括以下步骤：
22.步骤1、标定打击者的肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量，标定过程如下：
23.打击者佩戴基体对质量标定模块的预设位置进行n次打击，其中n≥3，且n为整数，每次打击时，所述多轴加速度传感模块1将肢体进行打击时的加速度分为x、y、z三个方向，从所述多轴加速度传感模块1中能够读出三个坐标轴方向上加速度的值，从质量标定模块中能够读出打击力的数据，根据下列公式即能够标定出肢体在三个坐标轴方向的质量分量：m
x
，m
y
，m
z
；
[0024][0025]
步骤2、将标定好的肢体在x、y、z三个坐标轴方向的质量分量输入到数据处理模块2中进行存储。
[0026]
步骤3、打击者佩戴基体进行任意位置的打击，通过多轴加速度传感模块1采集打击者在进行打击时的x、y、z三轴加速度数据和滚转角，俯仰角，偏航角的数据，并将数据传输给数据处理模块2。
[0027]
步骤4、通过所述数据处理模块2的计算，得出打击力的大小和方向，过程如下：根据公式计算得出打击力的大小；通过所述多轴加速度传感模块1传送过来的x、y、z三轴加速度数据和滚转角，俯仰角，偏航角的数据判断打击力的方向，过程如下：
[0028]
步骤41、通过多轴加速度传感模块建立三维坐标系将空间分为八个象限，如图3所示，当a
x
＞0 a
y
＞0 a
z
＞0时，合加速度的方向在ⅰ象限；
[0029]
当a
x
＜0 a
y
＞0 a
z
＞0时，合加速度的方向在ⅱ象限；
[0030]
当a
x
＜0 a
y
＜0 a
z
＞0时，合加速度的方向在ⅲ象限；
[0031]
当a
x
＞0 a
y
＜0 a
z
＞0时，合加速度的方向在ⅳ象限；
[0032]
当a
x
＞0 a
y
＞0 a
z
＜0时，合加速度的方向在
ⅴ
象限；
[0033]
当a
x
＜0 a
y
＞0 a
z
＜0时，合加速度的方向在
ⅵ
象限；
[0034]
当a
x
＜0 a
y
＜0 a
z
＜0时，合加速度的方向在
ⅶ
象限；
[0035]
当a
x
＞0 a
y
＜0 a
z
＜0时，合加速度的方向在viii象限。
[0036]
步骤42、通过所述多轴加速度传感模块1传送过来的滚转角，俯仰角，偏航角的数据，能够判定步骤41中的坐标系旋转后的方位。
[0037]
步骤43、通过所述多轴加速度传感模块1传送过来的x、y、z三轴加速度数据的正负判断合加速度所处象限。
[0038]
步骤44、通过各轴加速度的大小进行合成，得到合加速度的准确方向，如图5所示。
[0039]
本技术所涉及的打击力测量方法还可以包括步骤5、将需要进行显示的数据进行显示。
[0040]
本技术所涉及的打击力测量装置安装在打击者身上，且该装置制作成本低、体积小、易携带、对传感器损伤小；通过上述打击力测量装置可以在不限定打击位置的前提下判定打击力的大小和方向。
[0041]
以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，根据本技术的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本技术的保护范围之内。