數(shù)據(jù)記錄儀HK-MSR165記錄空手道運(yùn)動(dòng)過程中的加速力

在盧塞恩大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)一個(gè)項(xiàng)目中，將使用傳感器技術(shù)驗(yàn)證和評(píng)估空手道技術(shù)，目的是測(cè)量最大有效力。

作者：Adrian Kurmann，盧塞恩大學(xué)應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)，技術(shù)與建筑

初始情況

為了確定空手道運(yùn)動(dòng)中的最大重力，作者使用GoPro Hero Black 10和帶有加速度傳感器的HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀。使用數(shù)據(jù)記錄儀可以確定高達(dá)±200g的加速度。在16-100g測(cè)量范圍內(nèi)的精度為±5g，測(cè)量分辨率可高達(dá)1.6 kHz。

GoPro用作加速度的參考測(cè)量。Viana.net框架用于分析視頻并確定加速度。使用誤差計(jì)算檢查參考測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)每個(gè)測(cè)試人員進(jìn)行多次測(cè)量和錄像。對(duì)腿進(jìn)行一次測(cè)量，對(duì)手臂進(jìn)行多次測(cè)量。大多數(shù)測(cè)量都是用GoPro拍攝和評(píng)估的。

測(cè)試程序

HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀配備多個(gè)傳感器。對(duì)于以下測(cè)量，僅使用最大為±200g的加速度傳感器。為了記錄加速度值，使用了內(nèi)置在HK-MSR165外殼中的ADXL372 MEMS加速度傳感器。所用傳感器的測(cè)量值通過電容器進(jìn)行測(cè)量，電容器的電容值與加速度成比例變化。為了優(yōu)化使用加速度傳感器，必須首先設(shè)置所用測(cè)量設(shè)置的參數(shù)，以便在短測(cè)量時(shí)間內(nèi)生成盡可能多的測(cè)量點(diǎn)，以1.6 Khz的最高分辨率進(jìn)行測(cè)量。要執(zhí)行單獨(dú)的測(cè)量，可以通過按鈕啟動(dòng)或停止測(cè)量。測(cè)量值存儲(chǔ)在帶有時(shí)間戳的傳感器中。

在測(cè)量中，每個(gè)沖程執(zhí)行四次。可以看出，對(duì)于所有的空手道運(yùn)動(dòng)員來說，最高的加速度都發(fā)生在腿部運(yùn)動(dòng)期間。如果我們查看各個(gè)測(cè)量的開始和結(jié)束順序，我們可以看到最大重力出現(xiàn)在相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)期間。這是由于沖擊結(jié)束時(shí)人體受到的限制。應(yīng)該注意的是，由于坐標(biāo)系的原因，某些運(yùn)動(dòng)的測(cè)量值必須被視為是反向的。測(cè)得的最大加速度為：腿：? 42g (Mae Geri，This) ± 5g 胳膊：? 35g (Haraiotchi Uke,Markus) ± 5g。

即使對(duì)于高加速度的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量數(shù)據(jù)的分辨率或測(cè)量速度也會(huì)產(chǎn)生可理解的過程。通過多次測(cè)量確認(rèn)最大值。運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間為0.5秒，運(yùn)動(dòng)會(huì)保存800個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。

為了驗(yàn)證加速度傳感器的值，通過視頻分析進(jìn)行參考測(cè)量。為了比較加速度數(shù)據(jù)記錄儀和視頻分析的測(cè)量值，兩個(gè)測(cè)量值的坐標(biāo)系必須相等或可觀察（參見研究）。

結(jié)論

借助HK-MSR165數(shù)據(jù)記錄儀和通過視頻分析的參考測(cè)量，可以確定最大重力。空手道運(yùn)動(dòng)中發(fā)生的最大加速度在40-50g范圍內(nèi)。視頻分析的加速度值必須考慮到由于可能的錯(cuò)誤和處理方法而造成的信息損失。

因此，通過視頻分析確定最大值只能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行。然而，加速過程作為時(shí)間函數(shù)是可以識(shí)別的。加速度傳感器的數(shù)據(jù)生成清晰的曲線圖，以便進(jìn)行分析。分辨率為1.6 kHz時(shí)，為0.5 s的運(yùn)動(dòng)生成800個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而通過多次測(cè)量確認(rèn)測(cè)量的最大值。只有±5g的精度才能使比較變得困難。

為了進(jìn)行準(zhǔn)確比較，有必要仔細(xì)地研究準(zhǔn)確性及其影響。為了進(jìn)一步評(píng)估HK-MSR165傳感器的數(shù)據(jù)并將其與身體部位加速度的真實(shí)過程進(jìn)行比較，必須更仔細(xì)地考慮傳感器在皮膚上的運(yùn)動(dòng)及其對(duì)測(cè)量的影響。