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雪橇会随着运动员的动作而扭曲
来源:薄膜压力传感器_TEKSCAN_气体传感器_纸电池_薄膜电池_柔性电池_充电纸电池_软包电池人因工程_人因心理学_生物力学_压力测量 | 发布时间:2020/10/24 20:59:54 | 浏览次数:
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1.1条。背景

“骷髅”是一项冬季运动,运动员以俯卧姿势(脸朝下,头朝下)躺在小雪橇上

下面有两个金属滑道,沿着大约1800米长的蜿蜒轨道行进

覆盖着冰。在图1.1中可以看到这样一个轨迹的例子,它描述了一个计算机模型

这条赛道将在2022年北京冬奥会上使用。这项运动有很高的强度:在

一次跑步,运动员承受的重力和速度会超过130公里/小时[1]。方向盘

雪橇是通过将肩膀或膝盖推到雪橇上来完成的:“雪橇会随着运动员的动作而扭曲

转向控制动作。当这种情况发生时,左或右转轮刀被迫进入冰,造成

冰摩擦产生转向力矩的不对称现象。也就是说,当左跑者被迫进入

冰上,雪橇将左转。因此,运动员用他们的肩膀和膝盖来扭曲雪橇;为了更戏剧化

转向运动,他们'轻拍脚趾'冰,创造更大的转向力矩“[2]。

一次跑步的开始是运动员用雪橇从起点冲刺,即所谓的推拉起跑,一次关键的冲刺

跑步的一部分(此功能也出现在雪橇比赛中,但在类似的雪橇运动中没有)。这个

在图1.2中可以看到示意图:大约15到30米后,运动员在

全速行驶,并在所需路径上绕着一系列(通常是)高坡度转弯处操纵,以达到

使他的速度最大化[2]。

1.2条。问题定义

阿克瓦西·弗林蓬是一名奥运会骨骼运动员,他的目标是成为第一位在奥运会上获得奖牌的非洲运动员

冬奥会。他对这项运动比较陌生,他的背景是田径。整齐这是很有价值的,因为已经证明

推式启动的(有效性)对完成一次运行的最终时间有很大影响[5]。在

但是,由于振动,这些测量的噪声变得太大

以及其他因素[1],使得我们不可能综合这些因素来获得有意义的速度和距离

在整个下降过程中阅读。Sawade等人。[2] 研究了影响骨骼转向的因素

运动员施加的转向力与被测加速度计和陀螺仪的相关性

数据。

上述研究检查了一个骨架运行过程中涉及到的一些相关参数

传感器连接到底座并记录其输出数据。虽然这是有用的数据,但这些研究仅提供

与第1.2节提出的问题解决方案的有限切线,作为对数据的进一步处理和

视觉化(产生可以得出结论的图表)是在事后完成的。没有特别的

考虑到让运动员(和他的教练)能够从

这些测量数据来源于此,将其结果归为运动员参考工作的状态

而不是他们自己可以使用的产品。将计算、传感和通信相结合的总体思想

然而,对于这个项目来说,这并不是什么新鲜事。这种集成信息处理的方式

用户无需主动意识到“硬件背后的对象”是无所不在的

或者说“普适”计算,并且在过去的十年里迅速增长[6]。在体育运动中,“这些

在没有计算能力的情况下,利用无所不在的技术来获取数据

在训练和比赛中影响运动员”[6]。

然而,这些技术在骨架世界中还不流行;最接近的类似系统是

由Lee等人研究。用于雪橇上。这需要安装一个由传感器和摄像机组成的精密系统

在雪橇上,它们一起产生了叠加传感器数据的视频图像,然后通过无线传输

到远程站点上的监视器实时[7]。这是一个有用的功能,但实际上不可用

在框架情况下:系统是庞大的,如图1.4所示,需要(除其他外)a

相对大而重的控制单元,不适合放在雪橇上。

由此可以得出结论,虽然骨骼动力学的现代研究是可行的,但没有

包含了在一个

(从运动员的角度)易于理解的格式。

41。介绍

图1.4:Lee等人开发的仪表雪橇示例。[7] 一。

1.4条。系统的细分

为了实现仪器化台车系统,产品分为三个子组,每个子组都有其

自身职责:示意图如图1.5所示。三个小组的工作是

在单独的论文中记载:“数据组”是指亨特和莫雷[8]和“传感器”所做的工作

“B组”指的是范迪克和范德沃夫[9]所做的工作。A组(因此本论文)是

负责测量运动员施加的(转向)力和

雪橇的重力和方向。B组负责雪橇的定位、测量

系统的冰温和电源管理。数据组侧重于

软件层面的总体系统,数据存储、处理和运行结束时的可视化,以产生

所需的用户界面。

所有三个小组的工作最终结合起来形成了仪器化的雪橇系统:最终

系统的原型将由印刷电路板(PCB)组成,包含所有必要的部件(已开发

集成到一个系统中,以及运行它所需的软件和

生成可视化数据。负责设计该PCB原型及相应的硬件级别

集成系统的考虑因素在于传感器组B;软件集成属于

数据组的责任。

仪表雪橇系统

传感器组B

(本地化,

温度,电池

管理

数据组

传感器组A(存储和视觉)

惯性

计量单位

(IMU)

力传感器

模数转换器

传感器

读取电路方向

重力

图1.5:项目分组及其职责

1.5条。论文大纲5

1.5条。论文大纲

这篇论文涵盖了关于测量运动员所施力的传感器的选择

以及运动员和雪橇上的重力和方向。首先提出了需求计划

并对《中华人民共和国反腐败法》的一些要求作了阐述首先提出了需求计划

第二章对一些要求进行了阐述。然后对设计过程进行了描述。

首先讨论力传感器,然后讨论方向和测量

重力。这可以在第3章和第4章中找到。第五章介绍了试验结果。之后

最后得出结论,对需求计划进行了验证,并对今后的工作提出了建议

第6章。

 

2

需求计划

系统的骨架是一个可交付的系统。系统必须能够测量

数据、处理和可视化,使骨骼运动员和他/她的教练能够理解

用它来改善训练。本报告中讨论的子系统的任务是测量

运动员身体在雪橇上的转向点和运动员及其雪橇所承受的重力,如

以及雪橇的方位。

2.1条。一般要求

一般要求是指与整个系统相关且应满足的要求

每个小组。具体如下:

G、 1产品必须能够测量重力、旋转、运动员施加的力、冰的温度

必须能够确定雪橇骨架的位置。

G、 2产品必须能够在-20±C到40±C的温度范围内工作,因为它将用于

温度在这个范围内的地区。

G、 3产品必须能够承受高达5克的瞬时加速度[4,第198页]。

G、 4整个系统的重量不应超过1.5 kg,以防止

在训练过程中,雪橇与比赛条件不同。

G、 5产品尺寸不能超过一盒尺寸为31.5英镑14.7英镑2厘米的盒子,因为这是

骨架底座内可用框的大小。

G、 6力传感器和定位系统的更新率应确保数据点最多

相距1米。在最大速度为147 km/h[1]的情况下,最小频率为41

赫兹。

G、 7无需打开雪橇骨架内的空间,因为电路将位于该位置,

在两次跑步之间。因此,用户必须能够从外部开始和停止测量。

G、 8产品必须易于安装或从底座上卸下,不得留下任何(永久)痕迹

在雪橇上。

G、 9产品不应影响空气动力学性能和机械性能,除非

从雪橇的重量来看。

7

8 2。需求计划

G、 10本产品在底座外不能有任何有线连接,必须能够为

做3次跑步所需的时间以及两次跑步之间的时间。

G、 11系统必须坚固耐用,能够在运行期间处理雪橇的振动。

G、 12每次跑步后5分钟内,运动员和教练必须提供所获取的数据,以便

使用。

G、 13产品应易于使用。

G、 14制造原型的总成本必须符合e250的预算。

2.2条。具体要求

对于本文中描述的子系统,有几个特定的需求。对于

测力和G力及方向必须满足以下规范:

S、 1车体与雪橇之间的力测量

(a) 测力必须在足够大的表面积上进行,以测量力

用在运动员的肩膀或膝盖上,选择大约5磅5厘米的面积。

(b) 必须在0到0的范围内进行重量测量以确定施加的力

正常条件下为2.5 kg(1g)。

(c) 重量测量范围增加到0到15 kg,因为雪橇受到

g-力高达5 g。

(d) 重量测量的分辨率必须至少为100克。

(e) 重量测量的精度必须至少为50克。

(f)力的测量不得妨碍运动员在雪橇上的位置或其行为。

(g) 测量值不应取决于温度。

(h) 测量值必须适合作为ESP32微处理器的输入。

S、 2重力和方位测量

(a) 必须测量所有三个维度上的加速度

(b) 测量雪橇的横摇和纵摇。

(c) 在承受5 g以下的重力时,必须能够进行测量。

(d) 测量值必须适合作为ESP32微处理器的输入。

三

力传感器

在装有仪器的雪橇上测量的最重要的量是膝盖和

运动员的肩膀。本章描述了为

力传感器,即传感器的位置,选择力时应考虑的因素

传感器和用于读出施加在传感器上的力的电路。

3.1条。损益表

为了完成他的目标,他想缩短他在骨骼运动中的学习曲线。目前,

只有视频图像和教练的视觉反馈被用作对他的表现的反馈。因为

关于他在跑步中最大的一段时间内的高速行驶,来自

跑步很难被发现。从图1.3可以明显看出:像这样的颗粒状图像是最好的平均值

运动员必须评估他在雪橇上的表现。除了前面提到的反馈方式,

除了经过的时间,用时间来衡量之外,没有任何定量的元素是容易测量的

在轨道上以固定的间隔安装眼睛。

对于运动员来说,最重要的是他在跑步过程中是如何影响雪橇的。这是特别的

与曲线相关,因为这些曲线的遍历方式是除此之外对运行时间影响最大的因素

一键启动[4]。如第1.1节所述,雪橇的转向是通过使用

肩膀和膝盖。肩膀和膝盖的这些运动实际上是不可能的

1

21。介绍

图1.1:2022年北京冬奥会骨架赛道的计算机模型[3]

图1.2:骨架练习跑道开始处的高度剖面图的概述,说明了推式启动[1]

请参见视频或图像,如图1.3所示。这个问题的解决方案可以通过集成

测量系统安装在雪橇上(形成所谓的“仪器化雪橇”)。这个雪橇可以测量

运动员施加的力,以及其他相关的性能参数。这样就可以把

测量到雪橇在轨道上的位置的力,所有这些测量值都需要

以便于运动员快速进入的方式呈现给运动员。使用仪器化的雪橇将导致

在一个重要的增加有用的反馈,运动员可以用来改善他的运行时间,从而增加

运动员缩短学习曲线的可能性。因此,产品的主要目标是

以对运动员和教练都方便的方式,提供关于运动员跑步的详细、有用的反馈

理解和合作。

1.3条。最新技术分析3

图1.3:骨骼运动员当前可用的视觉反馈示例。这张图片被教练用来说明

瞬间将肩膀抬离雪橇,这被认为是一个坏习惯(图片由Akwasi Frimpong提供)。

1.3条。最新分析

尽管骨骼运动并没有得到广泛的应用,但人们已经对其进行了大量的研究

对运动中所涉及的力、速度和加速度的测量。这些研究主要是

为了更好地理解运动中的动态,而不是

积极提高运动员表现的目标。罗伯茨[1]在他的作品中通过测量显示

雪橇在三个轴上的加速度,可以导出速度和横移距离

可以提供有用的信息

 
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