训练用标枪以及标枪运动参数的测量方法、实时监测装置的制作方法

专利名称：训练用标枪以及标枪运动参数的测量方法、实时监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电一体化领域，尤其涉及一种训练用标枪以及标枪运动参数的测量
方法、实时监测装置。
背景技术：
随着科技水平的发展，越来越多的科研产品被应用到了体育运动训练当中。在投 掷项目中，为了更好地提高训练效果，测力台技术和摄像分析技术早已被应用到了力学指 标与投掷效果间关系的研究上。测力台技术主要是测定人体与支点间相互作用的力值和变 化关系，以揭示人体与外界物体之间相互作用规律；它要求运动员平稳固定地站在水平放 置的测力台上进行静态测量，然后将测量数据提供给教练等研究人员进行研究。摄像分析 技术是通过三台摄像机将运动员的投掷过程拍摄下来，然后对这些图像资料进行分析，以 供教练等研究人员使用。
目前，在标枪等项目的研究中还存在一种利用应变片测量运动参数的方法，它通
过安装在投掷器材上的应变片等传感器来采集运动参数，然后通过电缆线将这些运动参数
传输到投掷器材外部的数据采集模块或存储模块，以进行研究。 在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题 第一、现有的测力台技术要求测力台要水平放置而且运动员的下肢与测力台要保
持相对稳定，因此在实际使用中，它只能测量运动员下肢相对稳定的铅球项目，无法对需要
助跑的标枪项目进行测量； 第二、现有的摄像分析技术是目前标枪项目主要采用的研究方法，但它无法准确 获取标枪的加速度和受力等参数，而且不能进行实时监控，无法向研究人员提供即时的运 动参数信息； 第三、现有的利用应变片测量运动参数的方法由于投掷器材上拖着电缆线，所以 测量的数据很不精确而且运动员使用起来也不方便。

发明内容
本发明实施例提供了一种训练用标枪以及标枪运动参数的测量方法、实时监测装 置，以便于可以实时、精确、可靠的获得标枪的受力大小、方位、速度和加速度等各项运动参数。 —种训练用标枪，用于获取标枪投掷过程中的运动参数并发送给实时监测装置进 行处理，包括依次连接的枪头1、枪身前部2、中间枪体3和枪身后部4 ;所述中间枪体3包 括运动参数采集发送装置；所述的运动参数采集发送装置包括加速度传感器6、磁传感器 7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9和电源模块；所述的模数转换器8接收加速 度传感器6和磁传感器7所采集的标枪加速度信息和标枪方位信息并转化为数字信号；所 述的微处理器13接收所述数字信号，并通过无线发射模块9发送给所述的实时监测装置进 行处理；所述的电源模块为加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9提供稳定电压。 所述的中间枪体3还包括依次连接的中间枪体上部31和中间枪体下部32 ;所述 的运动参数采集发送装置设置于中间枪体上部31和中间枪体下部32之间。
所述中间枪体的中间枪体上部31中间枪体下部32之间采用螺钉连接；所述运动 参数采集发送装置和中间枪体下部32之间采用螺钉连接。 所述标枪的枪身前部2和中间枪体3之间采用螺钉连接；所述中间枪体3和枪身 后部4之间采用螺纹连接。 所述的加速度传感器6为一个一轴加速度传感器和一个两轴加速度传感器。
所述的电源模块包括电池11和升压元件14 ;所述的升压元件14将所述电池11输 出的电压提升后，提供给加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器8和微处理器13使用。
—种标枪运动参数的测量方法，通过获取上述标枪投掷过程中的运动参数并发送 给实时监测装置进行处理而实现标枪运动参数的测量，包括 通过加速度传感器6和磁传感器7采集标枪投掷过程中的运动参数信息；
通过无线发射模块9将所述的运动参数信息发送到实时监测装置；
实时监测装置接收所述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参数信息 进行处理，实现标枪运动参数的测量。 所述的对所接收的运动参数信息进行处理包括根据所述的对所接收的运动参数 信息进行运算、存储、传输、显示或输出打印的处理。 —种实时监测装置，用于接收上述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动 参数信息进行处理，包括 无线接收模块，用于接收所述标枪的无线发射模块9发送来的运动参数信息；
数据处理模块，用于对所述无线接收模块所接收的运动参数信息进行处理。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的训练用标枪以及标 枪运动参数的测量方法，使教练员等研究人员可以实时地获取标枪投掷过程中的各项运动 参数，尤其是标枪出手前一瞬间的运动参数，以进行更好的监测研究。所述训练用标枪中部 设置的运动参数采集发送装置采用的传感器、无线发射模块等元器件均有体积小、质量轻、 精度高的特点，所述训练用标枪的尺寸和重量符合国际田联标准，不会对投掷效果造成影 响，保证了所采集数据的精确性和可靠性。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的训练用标枪的结构示意图； 图2为本发明实施例提供的训练用标枪的A部放大结构示意图； 图3为本发明实施例提供的训练用标枪的B-B剖面结构示意图； 图4为本发明实施例提供的训练用标枪的运动参数采集发送装置的数据流示意
图5为本发明实施例提供的标枪运动参数的测量方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的与训练用标枪配套的实时监测装置的数据流示意图；
图7为本发明实施例提供的训练用标枪配套的运动参数采集发送装置和实时监 测装置的结构示意图； 图1至图3中的附图标号分别表示下述信息1、枪头、2、枪身前部、3、中间枪体、4、 枪身后部、5、把手、6、加速度传感器、7、磁传感器、8、模数转换器、9、无线发射模块、10、充电 元件、11、电池、12、存储器、13、微处理器、14、升压元件、31、中间枪体上部、32、中间枪体下部。
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。 如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例提供的一种训练用标枪，用于获取标
枪投掷过程中的运动参数并发送给实时监测装置进行处理，其具体实现结构包括 该标枪包括依次连接的枪头1、枪身前部2、中间枪体3和枪身后部4 ;其中，相应
的枪头1与枪身前部2先螺纹连接再焊接；标枪的枪身前部2、中间枪体3和枪身后部4之
间均采用螺纹连接；上述标枪还包括包绕于相应中间枪体3外侧的把手5。 其中，相应的中间枪体3可以包括中间枪体上部31、中间枪体下部32和运动参
数采集发送装置；相应的中间枪体上部31和中间枪体下部32对称连接，构成中间枪体的圆
柱状外壳；相应的运动参数采集发送装置设置于中间枪体上部31和中间枪体下部32之间；
相应的中间枪体上部31和中间枪体下部32之间、运动参数采集发送装置和中间枪体下部
32之间均采用螺钉连接。 具体地，相应的运动参数采集发送装置可以包括加速度传感器6、磁传感器7、模 数转换器8、微处理器13、无线发射模块9和电源模块；相应的模数转换器8接收加速度传 感器6和磁传感器7所采集的标枪加速度信息和方位信息并转化为数字信号；相应的微处 理器13接收所述数字信号，并通过无线发射模块9发送给所述的实时监测装置进行处理； 相应的电池11为加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9 提供稳定电压。电池11 一般可通过一个升压元件14分别与加速度传感器6、磁传感器7、 模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9等各部件电连接，由升压元件14将电池11的 电压提升后，为加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9等 各部件供电。 进一步地，相应的加速度传感器6包括一个单轴加速度传感器和一个双轴加速 度传感器；相应的单轴加速度传感器用于检测X方向(即前后方向)加速度；相应的双轴加 速度传感器用于检测Y方向(即左右方向)加速度和检测Z方向(即上下方向)加速度。 相应的磁传感器7为一个三轴磁传感器，用于检测上述标枪的空间方位，即X轴、Y轴和Z轴 的方位信息。
如图1、图2、图3和图5所示，本发明实施例提供的标枪运动参数的测量方法，用 于通过获取上述标枪投掷过程中的运动参数并发送给实时监测装置进行处理而实现标枪 运动参数的测量，其具体实现过程包括以下步骤 步骤51，通过加速度传感器6和磁传感器7采集标枪投掷过程中的运动参数信 息； 具体地，相应的加速度传感器6采集X方向、Y方向和Z方向的加速度信息；相应 的磁传感器7采集标枪的X轴、Y轴和Z轴的方位信息。 步骤52，通过无线发射模块9将所述的运动参数信息发送到实时监测装置；
具体地，相应的模数转换器8将上述的标枪加速度信息和方位信息转化为数字信 号；相应的微处理器13接收这些数字信号，并通过无线发射模块9将所述的数字信号发送 到实时监测装置。 步骤53，实时监测装置接收所述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参 数信息进行处理，实现标枪运动参数的测量。 具体地，实时监测装置接收所述标枪发送的运动参数数字信号并对所接收的数字 信号进行运算、存储、传输、显示或输出打印处理，以实现标枪运动参数的测量。研究人员可 根据这些参数实时得到运动员每次投掷标枪的加速度、标枪方位、标枪受力和标枪速度等 参数，方便了研究人员分析每次投掷的技术动作并总结其规律。 如图1 、图2 、图3和图6所示，本发明实施例还提供了与上述标枪相配套的实时监 测装置，用于接收上述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参数信息进行处理， 其具体实现结构包括无线接收模块601和数据处理模块602 ; 其中，相应的无线接收模块601，用于接收所述标枪的无线发射模块9发送来的运 动参数信息； 其中，相应的数据处理模块602，用于对相应无线接收模块601所接收的运动参数 信息进行处理。 具体地，对相应无线接收模块601所接收的运动参数信息进行处理可以包括对 相应无线接收模块601所接收的运动参数信息进行运算、存储、传输、显示或输出打印的处理。 进一步地，如图6所示的实时监测装置，其数据处理模块602包括传输相应运动参 数信息的单片机和安装于计算机上用于处理相应运动参数信息的数据处理单元；所述的单 片机可以和相应的无线接收模块601做成一块带有数据交互接口的电路板，插于安装有所 述数据处理单元的计算机上，以便于将无线接收模块601所接收到的运动参数信息传传输 给所述计算机，再由所述计算机对相应的运动参数信息进行数据处理；其中，相应的数据交 互接口可以为串口、并口或USB接口等计算机主板支持的各种接口，这样用户可以方便地
利用计算机进行分析、比较、处理数据和提供正确的训练指导。 此外，本发明实施例提供的训练用标枪的外形、体积和重量与标准投掷器材一致， 保证了获取数据的准确性与可靠性。 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面列举实施例并结合相应附图，
对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例
如图1、图2和图3所示，一种训练用标枪，此标枪具有与国际田联(IAAF)规定标 准一致的外形尺寸和重量标准，即全长2600mm、金属枪头长度300mm、重量为800g。其具体 结构包括依次连接的枪头1、枪身前部2、中间枪体3和枪身后部4，其中，相应的枪身前部 2、中间枪体3和枪身后部4之间均采用螺纹连接，相应的枪头1与枪身前部2先螺纹连接 再焊接；上述标枪还包括包绕于相应中间枪体3外侧的把手5。 其中，相应的中间枪体3包括中间枪体上部31、中间枪体下部32和运动参数采 集发送装置；相应的中间枪体上部31和中间枪体下部32均为半圆形外壳，用4个螺钉对 称连接后构成中间枪体的圆柱状外壳；相应的运动参数采集发送装置设置于中间枪体上部 31和中间枪体下部32之间，并用4个螺钉固定于枪体下部32上。 其中，如图2、图3、图4和图7所示，相应的运动参数采集发送装置包括加速度传 感器6、磁传感器7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9和电源模块；其中，相应的 加速度传感器6包括一个检测X方向(即前后方向)加速度的单轴加速度传感器以及一个 检测Y方向(即左右方向)和Z方向(即上下方向)加速度的双轴加速度传感器；相应的 磁传感器7检测X轴、Y轴和Z轴空间方位信息；相应的模数转换器8接收加速度传感器6 和磁传感器7所采集的三个方向的加速度信息和空间方位信息并转化为数字信号；相应的
微处理器13接收相应的数字信号，并通过无线发射模块9发送给相应的实时监测装置；相
应的电源模块包括电池11和升压元件14，用于为加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器 8、微处理器13和无线发射模块9提供电压。 具体地，如图2、图3、图4和图7所示，相应的运动参数采集发送装置的电子器件 布局包括为使加速度传感器6和磁传感器7在标枪内尽量减小振动，中间枪体3内所留空 间应尽量小，并且运动参数采集发送装置要使用螺钉固定。同时为保证该标枪的重心位置， 中间枪体3内的电子器件尽量采用对称式布置，电池11、加速度传感器6、螺钉在中间枪体3 内部是对称的；但是磁传感器7、微处理器13、无线收发模块9，升压元件14等不可能对称， 所以这部分要按各元器件的重量设定各部分之间的距离，以保证重心位置。
进一步地，相应的加速度传感器6包括美国ADI公司的双轴加速度传感器ADXL278 和单轴加速度传感器ADXL78。其主要的参数有尺寸5mmX5mmX2mm，量程士50g ;它具有坚固的结构，体较小、质量轻。 相应的磁传感器7为SEN-R65三轴磁传感器；宽工作温度范围-4(TC至85。C它的
外围尺6mmX2. lmmX2. lmm，高分辨率场测量0. 015mT，低功率损耗。 相应的微处理器13为C8051F320/l单片机，外围尺寸为9mmX9mmX1. 6mm，电压调整 器输入为4. OV 5. 25V，具有模拟外设、具有在片调试功能、高速8051微控制器内核、存储 器、数字外设、以及内部振荡器，其体积小、质量轻，符合要求。 相应的无线发射模块9采用了 F04B ;其性能如下发射功率5mw，工作电压3_12v， 体积为8mmX10mmX6mm。 相应的模数转换器8采用TLC2543，它的体积小，尺寸10mmX8mmX2. 5mm，精度高，能 够满足要求。 相应的电源11为两节电池，所述的电池可以为现有的电池，也可以为根据标枪尺 寸、元器件功率等信息定制的电池。 相应的升压元件14可采用MAX1760升压IC芯片。
相应的充电元件IO可采用LTC4062，它是电源电路的一个配套芯片，用于在电池 电能耗尽后充电使用。 相应的运动参数采集发送装置还包括AT26F004存储器12，主要用于为微处理器 13提供存储空间。 如图1、图2、图3、图6和图7所示，本发明实施例还提供了与上述标枪相配套的 实时监测装置，用于接收上述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参数信息进行 处理，其具体实现结构包括无线接收模块601、数据处理模块602 ;其中，相应的无线接收模 块601用于接收所述标枪的无线发射模块9发送来的运动参数信息；相应的数据处理模块 602用于将相应无线接收模块601所接收的运动参数信息传输到安装有相应数据处理软件 的计算机进行计算、存储、显示和打印处理等处理。 具体地，上述的数据处理模块602包括传输相应运动参数信息的单片机和安装于 计算机上用于处理相应运动参数信息的数据处理单元；所述的单片机和无线接收模块601 可做成一块带有USB接口的电路板，插于安装有数据处理单元的计算机上；相应的无线接 收模块601为与无线发射模块9相配套的F04B，用于接收上述标枪的无线发射模块9发送 来的运动参数信息；相应的单片机为一个C8051F320单片机，用于将相应无线接收模块601 所接收的运动参数信息传输到所述的安装有相应数据处理单元的计算机上，以进行计算、 存储、显示和打印处理等处理，从而提供给研究人员分析使用。 如图1、图2、图3和图5所示，本发明实施例提供的标枪运动参数的测量方法包 括 步骤51，通过标枪上设置的参数采集发送装置的加速度传感器6和磁传感器7采 集标枪投掷过程中的运动参数信息； 具体地，当运动员投掷上述标枪时，单轴加速度传感器采集X方向的加速度信息， 双轴加速度传感器采集Y方向和Z方向的加速度信息；相应的三轴磁感器采集标枪的空间 方位信息。 步骤52，通过无线发射模块9将所述的运动参数信息发送到实时监测装置；
具体地，相应的模数转换器8将上述的标枪加速度信息和方位信息转化为数字信 号；相应的微处理器13接收这些数字信号，并通过无线发射模块9将所述的数字信号发送 到安装于计算机主板插槽上的实时监测装置。 步骤53，实时监测装置接收所述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参 数信息进行处理，实现标枪运动参数的测量。 具体地，相应的实时监测装置接收上述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的 运动参数信息，然后经实时监测装置的单片机处理后发送给计算机。 进一步地，计算机对这些数据进行计算，包括加速度乘以标枪质量就得到标枪受 力，对加速度进行积分就得到速度，从而就得到了标枪的加速度、速度、受力以及空间方位 等运动学和动力学参数。在标枪出手前一刹那，标枪的加速度最大，同样也可方便地得到标 枪出手前一刹那标枪的加速度、速度、受力以及空间方位等运动学和动力学参数。这些参数 是教练等研究人员最关心的参数。教练员通过对不同运动员之间的参数的分析和对比，以 及同一运动员多次投掷过程的参数的分析和对比，可以找出运动员技术动作的不足，以此 为依据改进训练，达到大幅提高训练成绩的目的。
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该装置实施例的实现有效克服了现有技术中采集的标枪运动学参数精确性不高、 可靠行性不强和不能实时监测的问题，使研究人员能够精确地对标枪在投掷过程中的各项 信息进行实时监测，以进行系统的分析来制定训练计划，达到大幅提高训练成绩的目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过 程序指令以及相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于可读取存储介质中，该程序在执 行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、 RAM等各种可以存储 程序代码的介质。 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
权利要求
一种训练用标枪，用于获取标枪投掷过程中的运动参数并发送给实时监测装置进行处理，其特征在于，包括依次连接的枪头(1)、枪身前部(2)、中间枪体(3)和枪身后部(4)；所述中间枪体(3)包括运动参数采集发送装置；所述的运动参数采集发送装置包括加速度传感器(6)、磁传感器(7)、模数转换器(8)、微处理器(13)、无线发射模块(9)和电源模块；所述的模数转换器(8)接收加速度传感器(6)和磁传感器(7)所采集的标枪加速度信息和标枪方位信息并转化为数字信号；所述的微处理器(13)接收所述数字信号，并通过所述无线发射模块(9)发送给所述的实时监测装置进行处理；所述的电源模块为加速度传感器(6)、磁传感器(7)、模数转换器(8)、微处理器(13)、无线发射模块(9)提供稳定电压。
2. 根据权利要求l所述的训练用标枪，其特征在于，所述的中间枪体(3)还包括依次连 接的中间枪体上部(31)和中间枪体下部(32);所述的运动参数采集发送装置设置于中间 枪体上部(31)和中间枪体下部(32)之间。
3. 根据权利要求2所述的训练用标枪，其特征在于，所述中间枪体的中间枪体上部 (31)和中间枪体下部32之间、运动参数采集发送装置和中间枪体下部(32)之间均采用螺 钉连接。
4. 根据权利要求1或2所述的训练用标枪，其特征在于，所述标枪的枪身前部(2)、中 间枪体(3)和枪身后部(4)之间均采用螺纹连接。
5. 根据权利要求1或2所述的训练用标枪，其特征在于，所述的加速度传感器(6)为一 个一轴加速度传感器和一个两轴加速度传感器。
6. 根据权利要求l或2所述的训练用标枪，其特征在于，所述的电源模块包括电池 (11)和升压元件(14);所述的升压元件(14)与所述电池(11)的输出端连接，升压元件 (14)的输出端分别与加速度传感器(6)、磁传感器(7)、模数转换器(8)和微处理器(13)连 接。
7. —种标枪运动参数的测量方法，通过获取上述1至6任一项所述标枪投掷过程中 的运动参数并发送给实时监测装置进行处理而实现标枪运动参数的测量，其特征在于，包 括通过加速度传感器(6)和磁传感器(7)采集标枪投掷过程中的运动参数信息；通过无线发射模块(9)将所述的运动参数信息发送到实时监测装置；实时监测装置接收所述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参数信息进行 处理，实现标枪运动参数的测量。
8. 根据权利要求7所述的标枪运动参数的测量方法，其特征在于，所述的对所接收的运动参数信息进行处理包括根据所述的对所接收的运动参数信息进行运算、存储、传输、显示或输出打印的处理。
9. 一种实时监测装置，用于接收上述1至6任一项所述标枪发送来的运动参数信息并对所接收的运动参数信息进行处理，其特征在于，包括无线接收模块，用于接收所述标枪的无线发射模块(9)发送来的运动参数信息；数据处理模块，用于对所述无线接收模块所接收的运动参数信息进行处理。
全文摘要
本发明涉及一种训练用的标枪以及标枪运动参数的测量方法、实时测量装置，用于采集标枪投掷过程中的运动参数信息并对其进行处理，包括加速度传感器6、磁传感器7、模数转换器8、微处理器13、无线发射模块9和电源模块等；所述的模数转换器8接收加速度传感器6和磁传感器7所采集的标枪加速度和方位信息并转化为数字信号；所述的微处理器13接收所述数字信号并通过无线发射模块9发送给所述的实时监测装置进行处理，以得到标枪在投掷过程中的受力、方位、速度和加速度等运动学和动力学参数。本发明实施例的实施有效克服现有技术中不能精确、可靠、实时地获取标枪运动学参数的问题，使研究人员更准确的获取运动参数信息以提高运动员的训练成绩。
文档编号G01L5/00GK101782447SQ20101011208
公开日2010年7月21日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者吴伯农, 张向慧, 王侃, 王桂兰, 田建君 申请人:北方工业大学