(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201721415392.3
(22)申请日 2017.10.30
(73)专利权人 北京体育大学
地址 100084 北京市海淀区信息路48号
(72)发明人 武文强 周兴龙 毛松华 武薇
蔡勇 张宇歌 穆雪莲 刘钰
孙明玥
(74)专利代理机构 北京方安思达知识产权代理
有限公司 11472
代理人 陈琳琳 刘振
(51)Int.Cl.
A63B 69/00(2006.01)
A63B 71/06(2006.01)
G01C 21/12(2006.01)
(54)实用新型名称
(57)摘要
本实用新型提供一种基于三维运动的姿态
防震杆上，实时记录弓把从拉弓到撒弓的整个过
程的运动学参数；其包括：传感器(1)和USB数据
线；其中，所述USB数据线用于充电；所述传感器
(1)为LPMS-B2传感器，其内部集成了三轴陀螺
仪、三轴加速度计、三轴磁力计。具有重量轻、灵
敏度高、实时反馈的特点，能够满足射箭项目的
需要和获得运动员在拉弓至撒放弓的过程的所
有运动学参数，使技术动作达到很精细化的程
度，
所有采集数据可以进行线下分析处理。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 207591245 U 2018.07.10
C N 207591245
U
葛洲坝水电站
1.一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备，其特征在于，该设备安装在弓的防震杆上，用于实时记录弓把从拉弓到撒弓的整个过程的运动学参数；所述设备包括：传感器(1)和USB数据线；其中，
所述USB数据线用于充电和数据传输；
所述传感器(1)内部集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计。
2.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述三轴陀螺仪是一种测量角度速率的加速度传感器，用于沿着X、Y、Z三轴方向测量弓的角速度。
3.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述三轴加速度计是一个由检测质量、支撑、电位器和弹簧组成的一自由度的振荡系统，用于连续给出加速度信号；该三轴加速度计直接输出原始加速度和线性加速度，通过对线性加速度积分得到弓的角速度、运动过程中的位移。
4.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述三轴磁力计根据地球的磁场的垂直轴来估计传感器相对于地球磁场的位置，测量出当前设备与东、南、西、北四个方向上的夹角。
5.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述射箭技术监控设备还包括：
无线通信装置，用于将其与个人电子终端设备连接和通信，在终端实时获取从拉弓到撒放过程中的包含弓的线加速度、弓在整个训练过程中的角度、弓的角速度、弓的角加速度、运动过程中的位移在内的所有的运动学参数。
6.根据权利要求5所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述无线通信装置包括：无线通信模块，通过WIFI或蓝牙的形式，将所述传感器与个人电子终端进行通信；无线终端接收装置，用于接收测量单元的处理信号。
7.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述射箭技术监控设备还包括：固定装置；所述固定装置包括：基座(2)、第一半圆箍(3)和第二半圆箍(4)；所述基座(2)的横截面呈U形结构，且在所述基座(2)的背部设有凸起(5)，所述凸起(5)上开有螺纹孔；所述第一半圆箍(3)和所述第二半圆箍(4)的两端均设有螺纹孔，且二者共同组成一个圆箍，所述圆箍的一端和所述凸起(5)通过螺丝固定在一起，将所述传感器(1)嵌入固定在所述基座(2)内，所述圆箍的另一端固定在弓的防震杆上。
8.根据权利要求7所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述固定装置为表带，其位于所述基座的相对的两侧的外侧延长线上，用于加固传感器在弓的防震杆上。
9.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述射箭技术监控设备为正方形，其重量低于10g，通信距离小于18m，静态精度小于0.5°，动态精度小于2°RMS，分辨率小于0.01°，工作温度在-20—+60℃。
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10.根据权利要求1所述的射箭技术监控设备，其特征在于，所述射箭技术监控设备还包括处理器，所述处理器基于扩展卡尔曼滤波器，通过数据融合算法进行处理，得出各阶段相应的运动学参数，其中，所述运动学参数包括：从拉弓到撒放过程中的弓的线加速度、弓在整个训练过程中的角度、弓的角速度和运动过程中的位移。
权 利 要 求 书1/1页CN 207591245 U
一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及射箭运动训练辅助的技术领域，特别涉及一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备。
背景技术
[0002]射箭项目在我国一直被视为潜优势竞技项目，尤其是2014年新规则实施后，各个国家在箭坛的地位发生了一些变化，中国射箭队在国际比赛中起伏不定，相比而来，韩国的霸主地位却一直未变，在与韩国队的对抗中并不仅仅是比赛心理上存在差距，在射箭的技术上相差也很大。在国家射箭队进行科技服务时与教练员沟通发现，目前对于射箭辅助训练监控的设备，在国内只有本研究团队以前设计的一款改装激光测试系统，但存在需要专业人员进行操作、数据采集时间范围有限、操作条件等局限性。
[0003]目前，虽然已经有比较系统的训练辅助设施，但大多数以实验室条件为主开展的，且大多数是以定性研究为主。现有的射箭技术监控设备，如高速摄影机，需要专业人员进行操作，且处理周期较长；经过改装的激光测试仪器也受到天气、不易校准等特征；国外设计的超声装置延迟较大且精度性不高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于，为解决现有的射箭技术监控设备存在上述的缺陷，本实用新型提供了一种基于姿态传感器的三维射箭技术监控设备，具有重量轻、灵敏度高、实时反馈的特点，将所述射箭技术监控设备安装在射箭运动员的弓把的防震杆上，可以快速反映射箭运动员在训练中从拉弓到撒弓过程中的变化情况，其包括：弓在整个过程的运动学参数变化及各个阶段节奏特征的变化，用于评
价和诊断运动员的技术特征，能够满足射箭项目的需要和获得运动员在拉弓至撒放弓的过程的所有运动学参数，使技术动作达到很精细化的程度，所有采集数据可以进行线下分析处理。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备，该设备安装在弓的防震杆上，实时记录弓把从拉弓到撒弓的整个过程的运动学参数；其包括：传感器和USB数据线。其中，USB数据线用于充电、数据传输；传感器为LPMS-B2传感器，其内部集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计等传感器，通过这些元件实现三维运动。其中，
[0006]三轴陀螺仪是一种测量角度速率的加速度传感器，可以用于沿着X、Y、Z三轴方向测量弓的角速度，通过积分可以得到弓在整个过程中的角度变化；
[0007]三轴加速度计是一种沿着X、Y、Z轴计算加速度的惯性传感器；具体地，所述三轴加速度计是一个由检测质量、支撑、电位器和弹簧等组成的一自由度的振荡系统，用于连续给出加速度信号；该传感器的三轴加速度计可以直接输出原始加速度和线性加速度，即消除重力影响后的加速度，通过对线性加速度积分可以得到弓的角速度、运动过程中的位移；[0008]三轴磁力计可以根据地球的磁场的垂直轴来估计传感器相对于地球磁场的位置
变化，即测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。
[0009]所述射箭技术监控设备还包括：
[0010]无线通信装置，用于将所述传感器与个人电子终端设备连接和通信，在终端实时获取从拉弓到撒放过程中的包含弓的线加速度、弓在整个训练过程中的角度、弓的角速度、弓的角加速度、运动过程中的位移在内的所有的运动学参数，使技术动作达到精细化的程度。所述无线通信装置包括：肝病专家咨询
[0011]无线通信模板，是指传感器的蓝牙通讯模板，通过WIFI或蓝牙的形式，将所述传感器与个人电子终端进行通信；
[0012]无线终端接收装置，可以是计算机或者安卓系统手机的电子设备，用于接收测量单元的处理信号。
[0013]所述射箭技术监控设备还包括：固定装置；所述固定装置包括：基座、第一半圆箍和第二半圆箍。所述基座的横截面呈U形结构，且在所述基座的背部设有凸起，所述凸起上开有螺纹孔；所述第一半圆箍和所述第二半圆箍的两端均设有螺纹孔，且二者共同组成一个圆箍，所述圆箍的一端和所述凸起通过螺丝固定在一起，将所述传感器的另一端固定在所述基座内，所述圆箍固定在弓的防震杆上。传感器可通过按压方式嵌入基座中。通过基座下沿的螺丝孔将固定在防震杆上的圆箍连接起来，圆箍宽约15mm，半径约20mm的两个半圆柱形不锈钢材料组成，圆箍上沿端与基座的凸起通过M2型号螺丝钉固定连接，这样可以防止传感器在使用过程中旋转，始终保持在水平面。圆箍的下沿设有另一螺丝孔，可以快捷的安装在弓把的防震杆上，便于采集数据。
[0014]所述固定装置可以是不锈钢材质和塑化材料，用于加固传感器于弓的防震杆上，方便测量和采集数据。
[0015]所述射箭技术监控设备的内部采样频率高达400Hz。
[0016]所述射箭技术监控设备优选为正方形，其重量低于10g，通信距离小于18m，静态精度小于0.5°，动态精度小于2°RMS，分辨率小于0.01°，工作温度在-20—+60℃。
[0017]所述射箭技术监控设备还包括处理器，所述处理器基于扩展卡尔曼滤波器，通过数据融合算法进行处理，得出各阶段相应的运动学参数，其中，所述运动学参数包括：从拉弓到撒放过程中的弓的线加速度、弓在整个训练过程中的角度、弓的角速度和运动过程中的位移。从而利用运动学参数结合运动员的动作技术进行分析诊断。
[0018]所述射箭技术监控设备输出的原始数据包括：角速度、加速度和磁场强度；可实时计算的值为姿态方向、线性加速度和海拔高度。
[0019]将传感器安装在弓把的防震杆上，采集射箭运动员从拉弓到撒放过程的所有运动学参数，并发送至控制中心处理，再通过线下科研人员对姿态数据和方位数据进行数据分析。运动员在训练过程中，从拉弓开始立即启动触发进行数据采集，采集数据将自动其发送去内部控制中心进行处理存储，并通过无线通信装置进行实时反馈，可以真实的反映运动员的状态和运动员的竞技能力。
[0020]本实用新型的优点在于：
浙江省湖州市织里镇[0021] 1.重量轻，本实用新型的传感器重量低于10g，结合包装外壳装置不超过100g，对运动员技术动作的发挥影响可以忽略；
[0022] 2.能实时反馈运动员的技术动态，所有采集数据可以进行实时反馈及线下数据分
析；
[0023] 3.操作简单，将本实用新型的射箭技术监控设备固定在防震杆上，不需要进行调试，教练员就可以实时的对运动员技术进行可视化的反馈和诊断；能够反映运动员的真实状态和竞技能力；
[0024] 4.成本低。相比于高速摄影机，红外光点运动捕捉系统来说，传感器的成本低。
附图说明
[0025]图1是本实用新型的一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备的传感器的结构示意图；
[0026]图2是本实用新型的一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备安装在基座上的结构示意图；
[0027]图3是本实用新型的一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备安装在基座上的横截面图；
[0028]图4是本实用新型的一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备安装在弓的防震杆上的结构示意图。溶解度参数
[0029]附图标识：
[0030]1、传感器 2、基座
[0031]3、第一半圆箍 4、第二半圆箍
[0032]5、凸起
具体实施方式
[0033]以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
报童模型[0034]如图1所示，本实用新型提供了一种基于三维运动的姿态传感器的射箭技术监控设备，该设备安装在弓的防震杆上，实时记录弓把从拉弓到撒弓的整个过程的运动学参数；其包括：传感器1和USB
数据线；其中，USB数据线用于充电和数据传输；传感器1为LPMS-B2传感器，其内部集成了三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计等传感器，通过这些元件实现三维运动。其中，
[0035]三轴陀螺仪是一种测量角度速率的加速度传感器，可以用于沿着X、Y、Z三轴方向测量弓的角速度，通过积分可以得到弓在整个过程中的角度变化；
[0036]三轴加速度计是一种沿着X、Y、Z轴计算加速度的惯性传感器；具体地，所述三轴加速度计是一个由检测质量、支撑、电位器和弹簧等组成的一自由度的振荡系统，用于连续给出加速度信号；该传感器的三轴加速度计可以直接输出原始加速度和线性加速度，即消除重力影响后的加速度，通过对线性加速度积分可以得到弓的角速度、运动过程中的位移；[0037]三轴磁力计可以根据地球的磁场的垂直轴来估计传感器相对于地球磁场的位置变化，即测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。
[0038]所述射箭技术监控设备还包括：
[0039]无线通信装置，用于将其与个人电子终端设备连接和通信，在终端实时获取从拉弓到撒放过程中的包含弓的线加速度、弓在整个训练过程中的角度、弓的角速度、弓的角加速度、运动过程中的位移在内的所有的运动学参数，使技术动作达到精细化的程度。所述无
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