本发明专利技术公开了一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法，涉及实时监测技术领域，解决了如何实时监测运动员直接作用到船桨的作用力的技术问题；通过采集手部握力数据、手部拉力数据、水下受力数据、角速度以及加速度；单片机及信号处理模块对数据进行处理；将单片机及信号处理模块处理后的数据发送至管理平台；管理平台将单片机及信号处理模块处理后的数据进行展示，供运动员、教练员以及裁判员等查看；能够直接实时监测运动员直接作用到船桨的作用力实时变化，获取运动员手部对船桨的压力和拉力的直接数据，便于教练员团队对技术动作状态进行分析或为运动员在训练、选拔、评价等方面提供客观化、精准化、数据化支撑。撑。撑。
【技术实现步骤摘要】
一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法
[0001]本专利技术属于体育运动领域，涉及实时监测技术，具体是一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法。
技术介绍
[0002]船桨力是单(多)人皮艇、赛艇、龙舟等浆板类船只前进的推动力，增大船桨力是提高船速的关键。在桨板类周期性划桨运动中，运动员直接作用到船桨的过程主要有船桨入水时的抓水、船桨在水中划动及船桨出水三个阶段。通过实船运动过程中各阶段船桨力的实时监测，能够客观检测和诊断浆板类运动员实时划船过程中的运动状态和力量变化状态，从而为教练员提供技术指导及裁判员提供判决依据。
[0003]目前国内外对实船船桨力的监测主要是通过测量船桨形变或者船速变化逆向计算等方式。
[0004]目前现有技术的实现方案主要有以下几种：
[0005]方案1：通过测量船桨形变推导出船桨力
[0006]该方案通过在船桨中部安装应变片，根据应变片的变化推导出手部作用在船桨上的作用力。
[0007]方案1的缺点：测量的是经过多次传导后的作用力，不能直观了解运动员实时运动状态；不能实时测量具体左右手的作用力；破坏船体或船桨结构，方案运动员划桨，影响比赛成绩；主要用于个体测量，难以大规模产品化；
[0008]方案2：通过测量船速变化推导出船桨力
[0009]该方案通过测量船速，根据船重和承载重量，记录划桨次数，推导出每一次划桨的平均作用力。
[0010]方案2的缺点：难以测量运动员实时作用力状态变化；不能实时测量具体左右手的作用力；各种数据缺乏实时性、一致性；各种数据获取比较繁琐，不利于实时研判；无法实现远距离信息通信和数据传输。
[0011]为此，提出一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法。
技术实现思路
[0012]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法，该一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置和方法解决了如何实时监测运动员直接作用到船桨的作用力的问题。
[0013]为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面的实施例提出一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置，包括管理平台，以及与之相连接的桨把压力监测模块、桨柄拉力监测模块、桨头压力监测模块、惯性测量模块、通讯模块、单片机及信号处理模块以及电源模块；
[0014]所述桨把压力监测模块用于采集在实船运动中运动员作用于桨把的手部握力，并
将手部握力数据发送至所述单片机及信号处理模块；
[0015]所述桨柄拉力监测模块用于采集在实船运动中运动员作用于桨把的手部拉力，并将手部拉力数据发送至所述单片机及信号处理模块；
[0016]所述桨头压力监测模块用于采集在实船运动中桨头在水下的受力，并将水下受力数据发送至所述单片机及信号处理模块；
[0017]所述惯性测量模块用于采集船桨入水的角速度和加速度；并将角速度和加速度发送至所述单片机及信号处理模块；
[0018]所述单片机及信号处理模块用于接收手部握力数据、手部拉力数据、水下受力数据、角速度以及加速度，并对接收的数据进行处理；
[0019]所述通讯模块用于将所述单片机及信号处理模块处理后的数据发送至管理平台；所述管理平台将单片机处理后的数据进行展示。
[0020]优选的，所述桨把压力监测模块和所述桨柄拉力监测模块通过压力传感器获取手部握力数据和手部拉力数据；其中，所述压力传感器包括弹性敏感元件和电阻式应变片；
[0021]压力传感器获取手部握力数据和手部拉力数据，包括以下步骤：
[0022]运动员手部直接作用力于桨把或桨柄上，使得桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块中惠斯通电桥电路的电压发生变化；
[0023]由物理学定义得知：
[0024][0025]其中，GF表示灵敏度，R表示电阻，ε表示应变；
[0026]桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块上的惠斯通电桥是由4个桥臂电阻R(R1、R2、R3、R4)组成的环形电路，则桥路的输出电压V0为：
[0027][0028]其中，v
Ex
为电桥供电电压；
[0029]当运动员开始划桨时，可以分别得到桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块的电桥输出电压V0为：
[0030][0031]将式(1)代入式(3)，可以分别得到运动员划桨时的桨把和桨柄监测模块的电压变化值：
[0032]优选的，所述桨头压力监测模块包括柔性薄膜压敏元件与线性电压转换单元；
[0033]所述桨头压力监测模块获取水下受力数据，包括以下步骤：
[0034]柔性薄膜压敏元件与线性电压转换单元关系公式为：
[0035][0036]其中U0为模块输出电压值，RAo
‑
RES为反馈电阻值，Rx为薄膜压力传感器输出电阻
值；
[0037]水下受力数据的计算过程，包括以下步骤：
[0038]步骤一：根据元器件供应商提供的数据得到反馈电阻值；
[0039]步骤二：根据元器件供应商提供的具体型号压力电阻曲线图得到1/Rx与压力(F)的关系式；
[0040]步骤三：将步骤一和步骤二得到的数据代入式(5)中计算，可得U0值。
[0041]优选的，所述通讯模块通过WIFI热点利用TCP/IP协议接入广域网络，将所述单片机及信号处理模块处理后的数据发送至管理平台，并从管理平台接收教练员或裁判员的指导信息。
[0042]优选地，所述电源模块包括电池和电源管理单元，
[0043]所述电源模块用于为各个模块提供电源。
[0044]优选的，所述桨把压力监测模块安装在船桨的桨把部位；
[0045]所述桨柄拉力监测模块安装在船桨的桨柄部位；
[0046]所述桨头压力监测模块安装在船桨的桨头部位；
[0047]所述惯性测量测模块、通讯模块、单片机及信号处理模块以及电源模块集成到一个防水壳体中，安装在船桨的桨把部位。
[0048]一种实船运动中直接实时监测多种作用力的方法，包括以下步骤：
[0049]步骤一：采集在实船运动中运动员作用于桨把的手部握力数据、运动员作用于桨把的手部拉力数据、桨头在水下的水下受力数据，以及船桨入水的角速度和加速度；
[0050]步骤二：单片机及信号处理模块对手部握力数据、手部拉力数据、水下受力数据、角速度以及加速度进行处理；
[0051]步骤三：将单片机及信号处理模块处理后的数据发送至管理平台；
[0052]步骤四：管理平台将单片机处理后的数据进行展示，供运动员、教练员以及裁判员等查看。
[0053]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0054]本专利技术能够直接实时监测运动员直接作用到船桨的作用力实时变化，获取运动员手部对船桨的压力和拉力的直接数据，并通过无线网络传输到后台服务器，便于教练员团队对技术动作状态进行分析本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置，其特征在于，包括管理平台，以及与之相连接的桨把压力监测模块、桨柄拉力监测模块、桨头压力监测模块、惯性测量模块、通讯模块、单片机及信号处理模块以及电源模块；所述桨把压力监测模块用于采集在实船运动中运动员作用于桨把的手部握力，并将手部握力数据发送至所述单片机及信号处理模块；所述桨柄拉力监测模块用于采集在实船运动中运动员作用于桨把的手部拉力，并将手部拉力数据发送至所述单片机及信号处理模块；所述桨头压力监测模块用于采集在实船运动中桨头在水下的受力，并将水下受力数据发送至所述单片机及信号处理模块；所述惯性测量模块用于采集船桨入水的角速度和加速度；并将角速度和加速度发送至所述单片机及信号处理模块；所述单片机及信号处理模块用于接收手部握力数据、手部拉力数据、水下受力数据、角速度以及加速度，并对接收的数据进行处理；所述通讯模块用于将所述单片机及信号处理模块处理后的数据发送至管理平台；所述管理平台将单片机处理后的数据进行展示。2.根据权利要求1所述的一种实船运动中直接实时监测多种作用力的装置，其特征在于，所述桨把压力监测模块和所述桨柄拉力监测模块通过压力传感器获取手部握力数据和手部拉力数据；其中，所述压力传感器包括弹性敏感元件和电阻式应变片；压力传感器获取手部握力数据和手部拉力数据，包括以下步骤：运动员手部直接作用力于桨把或桨柄上，使得桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块中惠斯通电桥电路的电压发生变化；由物理学定义得知：其中，GF表示灵敏度，R表示电阻，ε表示应变；桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块上的惠斯通电桥是由4个桥臂电阻R(R1、R2、R3、R4)组成的环形电路，则桥路的输出电压V0为：其中，v
Ex
为电桥供电电压；当运动员开始划桨时，分别得到桨把压力监测模块和桨柄拉力监测模块的电桥输出电压V0为：将式(1)代入式(3)，分别得到运动员划桨时的桨把和桨柄监测模块的电压变化值：3.根据权利要求1所述的一种实船运动中直接实时监测多种作...
【专利技术属性】
技术研发人员：尤杰，司友志，任莉红，尤馨冉，
申请(专利权)人：合肥韦伯智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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