[发明专利]自行车骑行运动辅助训练装置

说明书

技术领域

本发明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骑行运动辅助训练装置。

背景技术

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。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种自行车骑行运动辅助训练装置，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。

本发明的技术方案是：一种自行车骑行运动辅助训练装置，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方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合，所述X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合均包括两个以上相互形成差动的电容单元模块，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X方向差动电容单元组合和Y方向差动电容单元组合的电容值求和计算传感器的法向力且消除切向力影响。

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。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δ_左和右差位δ_右，b_0驱＝b_0感+δ_右+δ_左，其中，b_0驱为条状电容单元的驱动电极长度，b_0感为条状电容单元的感应电极长度。所述差位δ_左＝δ_右，且其中d₀为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，τ_max为最大应力值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。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a_δ。所述平行板面积S＝M(a₀+a_δ)b₀，其中，M为条状电容单元数量，b₀为条状电容单元的长度，a₀条状电容单元的宽度。所述电容单元模块的每个条状电容单元的引线通过并联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，d₀为弹性介质厚度，E为弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述传感系统信号处理器和电容单元模块之间设有中间变换器，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。

本发明有如下积极效果：本发明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。本发明在电容测量三维力的基础上，有效使用平板面积，并且通过差动等方法有效解决三维力间耦合，从而使法向与切向转换都达到较高的线性、精度与灵敏度。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式的条状电容单元及其坐标系。

图2是本发明的具体实施方式的条状电容单元示意图。

图3是本发明的具体实施方式的条状电容单元右向偏移示意图。

图4是本发明的具体实施方式的条状电容单元左向偏移示意图。