自行车测试车辅助训练装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于体育训练技术领域，涉及到自行车训练项目，具体涉及一种自行 车测试车辅助训练装置。
【背景技术】
[0002] 自行车骑行中，蹬踏是人与车前进的唯一动力，良好的踏蹬技术可使运动员以最 小的能量消耗得到最大的功率，而落后的、错误的踏蹬技术会过分消耗运动员的体能，却得 不到相应的功效。从自行车的几何结构看，骑行时车手与自行车接触部位只有三处：即车 把、车坐和脚蹬。因此足、臀部及手臂在自行车上的相对位置决定了骑行的舒适度和作用力 的传递。例如，踏脚板与曲柄轴之间的夹角，会影响训练者脚作用在踏板上的法向力和切向 力沿有效力和无效力方向的分力大小，影响有效力的作用效率。因此，有必要对运动过程中 足、臀部及手臂的作用力进行监测，帮助训练者调整骑行姿势，并训练最佳踏蹬技术。 【实用新型内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种自行车测试车辅助训练装置，通 过监测受试者上体姿位、改变坐角、坐高所引起的脚蹬、车坐、手把上的动力学参数的变化， 从而为适合于训练者人体结构特性的坐姿定位以及为所测的每个自行车运动员获得各自 最优的车架结构尺寸提供理论依据和有效的原始数据。
[0004] 本实用新型的技术方案是：一种自行车测试车辅助训练装置，包括脚蹬传感器、编 码器和传感器系统信号处理器，编码器安装在脚蹬轴的外端，用于获取任意时刻曲柄与脚 蹬间的夹角β，求解沿曲柄轴方向的无效力及垂直方向的有效力，脚蹬传感器布置在测试 车的左右脚蹬上，获取作用在脚蹬上的三维力，所述脚蹬传感器包括X方向电容单元组和Υ 方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Υ方向电容单元组均包括电容单元模块，所述电 容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元包括上极 板的驱动电极和下极板的感应电极，所述电容单元模块包括由两个以上宽度a。长度b。的条 状电容单元组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka。长度b。的条状电容单元组成的 第二条状电容单元组。
[0005] 自行车测试车辅助训练装装置还包括车把传感器和车座传感器，用于监测车座和 车把上的三维作用力，获取上体的重量分配以及躯干-手臂系统的用力特征。所述每个条 状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电 极长度两端分别预留左差位S左和右差位δ右，b0驱=b0感+δ右+δ左，其中，b0驱为条状电 容单元的驱动电极长度，为条状电容单元的感应电极长度。所述差位δ&= ，且 δ;| 其中d。为条状电容单元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_为最大应 力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引 线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。所述平行板面积S= 其中，Μ为条状电容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电容单元的宽度。所述第 一条状电容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线通过并联方式或者独立连 接到传感系统信号处理器。所述条状电容单元的宽度= ￥，其中，d。为介质厚度，E为 弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述第一条状电容单元组和第二条状电 容单元组与传感系统信号处理器之间分别设有中间变换器，中间变换器用于设置电压对电 容或频率对电容的传输系数。
[0006] 本实用新型有如下积极效果：本实用新型的自行车测试车辅助训练装置，通过监 测受试者上体姿位、改变坐角、坐高所引起的脚蹬、车坐、手把上的动力学参数的变化，寻找 适合于训练者人体结构特性的坐姿定位以及为所测的每个自行车运动员获得各自最优的 车架结构尺寸提供理论依据。
【附图说明】
[0007] 图1是本实用新型的【具体实施方式】的条状电容单元及其坐标系。
[0008] 图2是本实用新型的【具体实施方式】的条状电容单元示意图。
[0009] 图3是本实用新型的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图。
[0010] 图4是本实用新型的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图。
[0011] 图5是本实用新型的【具体实施方式】的宽度为a。和ka。的电容对受力偏移图。
[0012] 图6是本实用新型的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器结构图。
[0013] 图7是本实用新型的【具体实施方式】的单元电容对的信号示意图。
[0014] 图8是本实用新型的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
[0015] 图9是本实用新型的【具体实施方式】的车脚踏上受力情况分析图。
[0016] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驱动电极，4、感应电极，5、弹性介质。
【具体实施方式】
[0017] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的各 构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工 艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用 新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0018] 如图9所示，为自行车测试车脚踏上受力情况分析图，左边为曲柄坐标系，右边为 作用于踏板上的受力分析，脚蹬三维力测试出来后，针对地球坐标系，将作用于脚蹬上的法 向力（Fpn)和切向力（Fpt)沿曲柄轴平行和与曲柄轴垂直的方向分解时，在根据编码器测得 的相应瞬间踏脚板与曲柄轴之间的夹角β，这样就可以求得沿曲柄轴平行方向的分力，也 即无效力，和与曲柄轴垂直的方向的分力，也即有效力，有效力与合力之比就是作用效率， 作用效率是蹋蹬技术的评价指标，而蹋蹬技术是控制姿势、负荷和蹋蹬频率的直观体现。因 此，在测试车左右踏板上安装三维力传感器，监测脚作用在踏板上的切向力和法向力，通过 改变座角、座高及蹋蹬频率，作用于踏板上的切向力和法向力作用模式会发生变化，在脚蹬 轴的外端安装编码器，获取任意时刻曲柄与脚蹬间的夹角。
[0019] 在车座下和车把下也装上三维力传感器，用于监测车座和车把上的作用力，从而 探求改变骑行量时上体的重量分配以及躯干-手臂系统的稳定性特征。综合三处的作用力 特点确保最佳骑姿定位的合理性和科学性。车把、车座、左、右脚蹬三维力传感器及左、右脚 蹬编码器及采样时间序列等15路信号在信号调理器中进行调理，经过ADC变换后进入微 处理器。微处理器同时控制同步发光点（以实现运动学、动力学测量的同步），并通过USB 接口与PC相连。软件可实现从数据采集、数据处理、数据存储及数据回放等功能。
[0020] 有效力、无效力及相应的合力可按照如下的公式求得：F有
[0021] 以下说明本实用新型三维力传感器的测量原理：如图4-6为本实用新型压力传感 器的极板结构图，一种接触式平行板三维力压力传感器，所述传感器包括X方向电容单元 组和Υ方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Υ方向电容单元组均包括电容单元模块， 所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每个条状电容单元 包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。所述电容单元模块包括由两个以上宽度a。长 度b。条状电容单元组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka。长度b。条状电容单元 组成的第二条状电容单元组。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱 动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位和右差位 驱=心感+δ右+δs，其中，为条状电容单元的驱动电极长度，13。胃为条状电容单元的感应 电极长度。所述差位S左=，且\_2 4'^，其中(1。为介质厚度，（；为弹性介质的抗 剪模量，τ_为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单 元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5。所述平行板面积S= M(a(]