柔性力敏傳感及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、綜合運用多學(xué)科交叉和技術(shù)集成，充分認識技術(shù)動作的人體運動力學(xué)特征，開發(fā)先進的輔助訓(xùn)練裝備，已成為競技體育科學(xué)訓(xùn)練和研究的發(fā)展趨勢。由于缺乏必要的運動力學(xué)信息在線獲取方法和技術(shù)，以往主要采用影像系統(tǒng)獲得訓(xùn)練過程的運動形體信息，通過事后解析進行技術(shù)診斷和訓(xùn)練指導(dǎo)。該方法在常規(guī)訓(xùn)練中取得了一定成效，但也存在明顯局限性：第一，改進動作質(zhì)量所需的動力學(xué)信息缺失，難以深入認識技術(shù)動作的動力學(xué)成因，無法指導(dǎo)運動員通過改進發(fā)力模式來優(yōu)化動作結(jié)構(gòu)，結(jié)果往

2、往是對優(yōu)秀選手動作外形的模仿；第二，缺少表征技術(shù)動作本質(zhì)規(guī)律的現(xiàn)場訓(xùn)練指導(dǎo)系統(tǒng)，依靠事后分析的日常訓(xùn)練機制無法在訓(xùn)練過程中對運動員進行即時反饋和訓(xùn)練指導(dǎo)，訓(xùn)練效果主要取決于教練員的知識經(jīng)驗和運動員多次重復(fù)的訓(xùn)練體驗。因此，人體運動力學(xué)信息在線獲取和現(xiàn)場訓(xùn)練指導(dǎo)已成為體育訓(xùn)練和科研亟待突破的兩個瓶頸問題。
　　 本文以步法類運動項目為研究對象，針對上述瓶頸問題開展研究。首先系統(tǒng)研究了大區(qū)域空間中人體步態(tài)信息的連續(xù)在線獲取方法與技術(shù)

3、，設(shè)計研制了大面積、高密度、低成本的柔性陣列壓力傳感器，提出了相應(yīng)的標定方法、信號檢出與處理技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向步法類運動項目步態(tài)信息獲取需求的數(shù)字化場地（跑道）系統(tǒng)；最后，針對跳遠項目科學(xué)訓(xùn)練需求開展應(yīng)用技術(shù)研究，并取得了良好的應(yīng)用效果。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)在分析柔性壓力傳感器的敏感機理和步態(tài)觸覺信息獲取技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，提出了柔性陣列壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能檢測方法，探索了大面積柔性陣列壓力傳感器制

4、備技術(shù)及生產(chǎn)工藝；通過對常用測量方法和二次測量方法檢測原理的分析比較，提出了大面積柔性陣列壓力傳感器的信號檢出方法；設(shè)計研制了大面積、高密度、低成本柔性陣列壓力傳感器，解決了大區(qū)域人-地界面接觸力信息獲取的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　 (2)在分析傳統(tǒng)力敏傳感器標定意義及標定方法的基礎(chǔ)上，提出了大面積柔性陣列壓力傳感器的逐點標定和面積標定方法，并研制了面積標定系統(tǒng)，為傳感器的靜態(tài)性能標定提供了技術(shù)支撐。
　　 (3)面向步法類運

5、動項目科學(xué)訓(xùn)練需求，首次提出并構(gòu)建了面積和形狀自組態(tài)、大區(qū)域、無盲區(qū)的數(shù)字化場地概念，為步法類項目運動學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)同步實時獲取提供了技術(shù)手段。采用單元模塊化結(jié)構(gòu)，提出了數(shù)字化場地結(jié)構(gòu)設(shè)計方法；解決了高速信息采集、時鐘同步、數(shù)據(jù)壓縮等關(guān)鍵技術(shù)問題，構(gòu)建了數(shù)字化場地（跑道）系統(tǒng)。
　　 (4)基于實測數(shù)據(jù)，提出了一種動靜態(tài)腳型自動識別算法，重點研究了步法類運動項目步態(tài)特征提取方法，在此基礎(chǔ)上，完成了數(shù)字化場地（跑道）系統(tǒng)的計算