专利名称：数字铅球的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及传感器应用领域，特别涉及一种具有标准男子铅球的外形尺寸和重量，能够实时感知铅球运动员投掷过程中发力状态的电阻应变式三维力传感器。
背景技术：
目前，随着体育运动竞技水平的不断提高，体育科研与科学训练的重要性日益突出。对于田径运动的铅球投掷项目来说，准确获得投掷过程中运动员的运动学数据和动力学数据，研究运动员发力状态与运动成绩的关系，具有重要意义。各级教练员和体育科研人员借助具体的数据分析不但可以直接用于指导教学，及时纠正错误技术动作，而且还可以对高水平运动员进行技术分析诊断，尽快提高运动成绩，提高训练的技术含量，摆脱以往完全经验主义的做法。
与现今国际上十分发达先进的体育运动学影像采集仪器相比，相应的动力学数据采集仪器显得落后和不足。若要采集铅球运动员投掷过程中的动力学数据，目前还没有理想的专用仪器设备，严重制约了体育科研工作的开展。
发明内容
为了解决针对铅球投掷项目的动力学数据采集手段和设备的匮乏问题，本实用新型的目的是提供一种带有三维测力传感器的数字铅球，该铅球制成和标准铅球一样的大小和重量，运动员用这种球形传感器替代普通铅球进行投掷训练和测试，能够方便准确地采集到运动员投掷过程中人手对铅球的作用力，即该数字铅球能够实时检测运动员投掷过程中发力状态。
实现本实用新型目的所采用的技术方案是一种数字铅球，包括壳体，其特征是数字铅球由上壳(1)与下壳(6)和E形膜片弹性体(9)通过螺纹和紧固螺钉连接成一体，上壳(1)与下壳(6)为全钢外壳，之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O形密封圈(2)来防尘和避免测试过程中上壳(1)与下壳(6)的接触。
上壳(1)与E形膜片弹性体(9)硬中心的头部通过螺纹旋合连接，下壳(6)有一个与E形膜片弹性体(9)底座配合的圆腔，E形膜片弹性体(9)嵌入其中定位并用6个十字槽盘头螺钉(5)紧固连接。
E形膜片弹性体(9)底座平膜片是一个带硬中心的平膜片，表面装有有三组金属应变片，上重力补偿块(11)、电路板(4)和下重力补偿块(10)依顺序叠加，电路板(4)夹在上重力补偿块(11)和下重力补偿块(10)之间，三者都通过下壳(6)的圆腔定位并用6个十字槽盘头螺钉(3)紧固连接，而且三者中心都有圆孔，E形膜片弹性体(9)硬中心从圆孔穿过。
电池夹(8)位于E形膜片弹性体(9)下方下壳(6)的空腔中，通过两个十字槽盘头螺钉(7)连接并紧固在下壳(6)的台阶面上。
所述的数字铅球，具有与标准铅球一样的外形尺寸和重量。
弹性体是一个E形膜片，其简化的力学模型是一个带硬中心的平膜片。传感器的上壳(1)与下壳(6)由弹性体通过螺纹和紧固螺钉连接成一个外径130mm的钢球，上壳(1)与下壳(6)之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O形密封圈(2)来防尘和避免测试过程中与下壳(6)的接触。三组金属应变片按一定的方向粘贴安装在弹性体底座平膜片的上表面，构成三组自动解耦的惠斯通全桥，分别检测膜片上x、y、z三个方向的应变。
当进行测试时，运动员手握数字铅球的下壳(6)，按正常动作进行预摆、滑步和推球出手，在这个过程中，运动员手指对铅球的作用力不断增大，形成一个变加速过程。这时，通过螺纹连接在弹性体硬中心上的上壳(1)相当于一个质量块，它相对于下壳(6)产生一个加速度的变化，这个变化以外力的形式通过硬中心传递到弹性体的平膜片上，产生应变同时引起三个桥路输出电压的变化，再经测量电路的放大、滤波和A/D转换等，最后由单片机系统处理并以一定的格式存储在RAM中，随时备上位机通过USB接口调用进行动力学分析。
本实用新型的有益效果是数字铅球可以保证运动员在接近真实训练比赛环境下进行测试，动力学数据采集方便可靠。
图1是数字铅球的纵剖面结构图。
图2是金属应变片在弹性体平膜片上的安装分布图。
图中1.上壳，2.O形密封圈，3.十字槽盘头螺钉，4.电路板，5.十字槽盘头螺钉，6.下壳，7.十字槽盘头螺钉，8.电池夹，9.弹性体，10.下重力补偿块，11.上重力补偿块，12.金属应变片。
电路板(4)夹在上重力补偿块(11)和下重力补偿块(10)之间，三者都通过下壳同一个圆腔定位配合并用6个M3×10的十字槽盘头螺钉(3)紧固，而且三者中心都有圆孔，弹性体(9)硬中心从圆孔中穿过。
电池夹(8)通过两个M3×5的十字槽盘头螺钉(7)紧固在下壳(6)的台阶面上。
在图2中，三组金属应变片(12)按图示的方向粘贴安装在弹性体(9)底座平膜片上表面，检测x方向应变的应变片组沿x轴粘贴安装，检测y方向应变的应变片组沿y轴粘贴安装，检测z方向应变的应变片组沿x轴和y轴的角平分线粘贴安装。
权利要求1.一种数字铅球，包括壳体，其特征是数字铅球由上壳(1)与下壳(6)和E形膜片弹性体(9)通过螺纹和紧固螺钉连接成一体，上壳(1)与下壳(6)为全钢外壳，之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O形密封圈(2)来防尘和避免测试过程中上壳(1)与下壳(6)的接触；上壳(1)与E形膜片弹性体(9)硬中心的头部通过螺纹旋合连接，下壳(6)有一个与E形膜片弹性体(9)底座配合的圆腔，E形膜片弹性体(9)嵌入其中定位并用6个十字槽盘头螺钉(5)紧固连接；E形膜片弹性体(9)底座平膜片是一个带硬中心的平膜片，表面装有有三组金属应变片(12)，上重力补偿块(11)、电路板(4)和下重力补偿块(10)依顺序叠加，电路板(4)夹在上重力补偿块(11)和下重力补偿块(10)之间，三者都通过下壳(6)的圆腔定位并用6个十字槽盘头螺钉(3)紧固连接，而且三者中心都有圆孔，E形膜片弹性体(9)硬中心从圆孔穿过；电池夹(8)位于E形膜片弹性体(9)下方下壳(6)的空腔中，通过两个十字槽盘头螺钉(7)连接并紧固在下壳(6)的台阶面上。
2.根据权利要求1所述的数字铅球，具有与标准铅球一样的外形尺寸和重量。
专利摘要一种能够实时检测运动员投掷过程中发力状态的数字铅球。它是在全钢上下壳内，安装E形膜片弹性体、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，组成一个具有与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维测力传感器。上壳与E形膜片弹性体硬中心的头部通过螺纹旋合连接，下壳有一个与E形膜片弹性体底座配合的圆腔，E形膜片弹性体嵌入其中定位并用螺钉紧固连接，E形膜片弹性体底座平膜片表面装有三组金属应变片。电路板夹在上重力补偿块和下重力补偿块之间，三者都通过下壳的圆腔定位并用螺钉紧固连接。数字铅球可以保证运动员在接近真实训练比赛环境下进行测试，动力学数据采集方便可靠。
文档编号A63B65/06GK2593845SQ0229289
公开日2003年12月24日 申请日期2002年12月31日 优先权日2002年12月31日
发明者宋光明, 戈瑜, 葛运建, 刘建国, 赵涣斌, 钱敏, 卢光松, 唐毅, 张君 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所