柔性力敏傳感及其應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、綜合運(yùn)用多學(xué)科交叉和技術(shù)集成，充分認(rèn)識(shí)技術(shù)動(dòng)作的人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)特征，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的輔助訓(xùn)練裝備，已成為競(jìng)技體育科學(xué)訓(xùn)練和研究的發(fā)展趨勢(shì)。由于缺乏必要的運(yùn)動(dòng)力學(xué)信息在線(xiàn)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(guò)程的運(yùn)動(dòng)形體信息，通過(guò)事后解析進(jìn)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(jìn)動(dòng)作質(zhì)量所需的動(dòng)力學(xué)信息缺失，難以深入認(rèn)識(shí)技術(shù)動(dòng)作的動(dòng)力學(xué)成因，無(wú)法指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)員通過(guò)改進(jìn)發(fā)力模式來(lái)優(yōu)化動(dòng)作結(jié)構(gòu)，結(jié)果往

2、往是對(duì)優(yōu)秀選手動(dòng)作外形的模仿；第二，缺少表征技術(shù)動(dòng)作本質(zhì)規(guī)律的現(xiàn)場(chǎng)訓(xùn)練指導(dǎo)系統(tǒng)，依靠事后分析的日常訓(xùn)練機(jī)制無(wú)法在訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行即時(shí)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(shí)經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)員多次重復(fù)的訓(xùn)練體驗(yàn)。因此，人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)信息在線(xiàn)獲取和現(xiàn)場(chǎng)訓(xùn)練指導(dǎo)已成為體育訓(xùn)練和科研亟待突破的兩個(gè)瓶頸問(wèn)題。
　　 本文以步法類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目為研究對(duì)象，針對(duì)上述瓶頸問(wèn)題開(kāi)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(xiàn)獲取方法與技術(shù)

3、，設(shè)計(jì)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(biāo)定方法、信號(hào)檢出與處理技術(shù)；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向步法類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目步態(tài)信息獲取需求的數(shù)字化場(chǎng)地（跑道）系統(tǒng)；最后，針對(duì)跳遠(yuǎn)項(xiàng)目科學(xué)訓(xùn)練需求開(kāi)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?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)在分析柔性壓力傳感器的敏感機(jī)理和步態(tài)觸覺(jué)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(jì)與性能檢測(cè)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(guò)對(duì)常用測(cè)量方法和二次測(cè)量方法檢測(cè)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(hào)檢出方法；設(shè)計(jì)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(wèn)題。
　　 (2)在分析傳統(tǒng)力敏傳感器標(biāo)定意義及標(biāo)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(diǎn)標(biāo)定和面積標(biāo)定方法，并研制了面積標(biāo)定系統(tǒng)，為傳感器的靜態(tài)性能標(biāo)定提供了技術(shù)支撐。
　　 (3)面向步法類(lèi)運(yùn)

5、動(dòng)項(xiàng)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(wú)盲區(qū)的數(shù)字化場(chǎng)地概念，為步法類(lèi)項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)同步實(shí)時(shí)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(chǎng)地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法；解決了高速信息采集、時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)壓縮等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，構(gòu)建了數(shù)字化場(chǎng)地（跑道）系統(tǒng)。
　　 (4)基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，提出了一種動(dòng)靜態(tài)腳型自動(dòng)識(shí)別算法，重點(diǎn)研究了步法類(lèi)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目步態(tài)特征提取方法，在此基礎(chǔ)上，完成了數(shù)字化場(chǎng)地（跑道）系統(tǒng)的計(jì)算