一种拳击运动辅助训练装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于运动辅助训练领域，涉及到拳击运动，具体涉及到一种拳击运动辅助 训练装置。
【背景技术】
[0002] 在跆拳道、拳击的运动项目中，运动员击打动作可分为按规定动作击打靶体和随 意击打靶体两种情况。运动员击打目标时力的大小和方向、击打动作间的时间间隔、击打部 位是否准确等，都能够定量地刻画出运动员动作完成质量的状况。让教练员能够根据数据 来指导运动员进行科学训练。提高训练质量和增强实战能力，因此有着重要现实意义。
[0003] 为了提高跆拳道、拳击运动员日常训练的科学性，根据这类竞技体育的一些特点 和它对传感器特性的一些特殊要求，设计出一种新型的三维力传感器。它能准确、实时反 映出动员击打目标时力的大小和方向、击打动作间的时间间隔、击打部位的准确性。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种拳击运动辅助训练装置，采用电容式 压力传感器采集足底压力，通过对电容式压力传感器的驱动电极和感应电极位置的合理布 置，并引进差动电容方法，实现对运动员作用在靶体上的三维力测量。
[0005] 本发明的技术方案是：一种拳击运动辅助训练装置，包括靶体三维压力测量装置 本体和传感系统信号处理器，靶体三维压力测量装置本体中布置了接受拳击压力信息的多 个凹槽式电容压力传感器，所述压力传感器包括X方向电容单元组和Y方向电容单元组，所 述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电容单元模块，所述电容单元模块是由两 个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下 极板的感应电极，所述电容单元模块包括由两个以上宽度％长度h的条状电容单元组成的 第一条状电容单元组和两个以上宽度k a(l长度h的条状电容单元组成的第二条状电容单元 组。
[0006] 拳击运动辅助训练装置的每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱 动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位3&和右差位 驱=bo S + δ + δ左，其中，b0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b0感为条状电容单元的感应 电极长度。所述差位s s = δ ，
其中Cltl为条状电容单元介质厚度，G为 弹性介质的抗剪模量，Tmax为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、 与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距as。所述平 行板面积S = M (a^a s +1??) k/2，其中，M为条状电容单元数量，Idci为条状电容单元的长度， %条状电容单元的宽度。所述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元 引线通过并联或者独立连接到传感系统信号处理器。所述条状电容单元的宽度
其中，Cltl为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述第一条状 电容单元组和第二条状电容单元组与传感系统信号处理器之间分别设有中间变换器，中间 变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。所述传感器系统信号处理器包括多 路信号高速切换电路、A/D变换电路和控制电路，所述高速切换电路包括三级切换电路，前 一级切换电路的输出为下一级切换电路的输入信号，最后一级切换电路经A/D变换电路送 入控制电路。
[0007] 本发明有如下积极效果：利用三维力压力传感器，可以检测出作用在拳击靶体上 X、y、z三个方向的力，将作用在靶体上的三维压力数据用于训练指导，测定方法方便简单。 本发明的电容传感器在测量三维力的基础上，有效使用平板有效面积，并且通过驱动极板 两端预留长度等方法有效解决三维力间耦合，从而使法向与切向转换都达到较高的线性、 精度与灵敏度。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明【具体实施方式】的条状电容单元及其坐标系。
[0009] 图2是本发明【具体实施方式】的条状电容单元示意图。
[0010] 图3是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图。
[0011] 图4是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图。
[0012] 图5是本发明的【具体实施方式】的宽度为aQ和kaQ的电容对受力偏移图。
[0013] 图6是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器极板分布图。
[0014] 图7为本发明【具体实施方式】切向激励的信号流程图。
[0015] 图8是本发明的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
[0016] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驱动电极，4、感应电极，5、弹性介质。
【具体实施方式】
[0017] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0018] 本发明的主要思路是：在拳击靶体内分布设置有多个压力传感器，压力传感器用 来检测拳击时的三维力，通过计算机读取到的电容值间隔来判定拳击的频率，对每个传感 器进行编号，将传感器编号与拳击靶体的位置一一对应，来进行击打部位准确性分析。
[0019] 如图4-6为本发明压力传感器的极板结构图，一种接触式平行板三维力压力传感 器，所述传感器包括传感系统信号处理器、与传感系统信号处理器分别连接的X方向电容 单元组和Y方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电容单元 模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电 容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。所述电容单元模块包括由两个以上宽 度％长度b ^条状电容单元组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka ^长度b ^条状电 容单元组成的第二条状电容单元组。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相 同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位S&和右差位 δ右，b0驱=b0感+ δ右+ δ左，其中，b0驱为条状电容单元的驱动电极长度，bos为条状电容单元 的感应电极长度。所述差位S s = δ ，且δν 2 d() · 其中Cltl为介质厚度，G为弹性介 质的抗剪模量，τ_为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状 电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距as。所述平行板面 积S = Mbc^ZaJkaci) k/2,其中，M为条状电容单元数量，k为条状电容单元的长度，a(l条 状电容单元的宽度。所述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线 通过并联或者独立连接到传感系统信号处理器。所述条状电容单元的宽度aQ =$，其中， Cltl为介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。第一条状电容单元组 和第二条状电容单元组与传感系统信号处理器之间设有中间变换器，中间变换器用于设置 电压对电容或频率对电容的传输系数。
[0020] 1、条状电容单元的转换特性
[0021] (1)激励信号和坐标系
[0022] 将条状电容单元置于图1所示的直角坐标系中，极板平面长度k、宽度、介质厚 度Cltl。三维激励施加于电容极板的外表面，产生的接触式作用力具