滑雪是一項(xiàng)很受歡迎的冬季運(yùn)動(dòng)，全球每年有4億人參加。滑雪涉及多個(gè)分支學(xué)科。關(guān)鍵硬件是滑雪靴、綁帶和滑雪板，設(shè)計(jì)是為了承受滑雪過(guò)程中產(chǎn)生的載荷。過(guò)去，獲取滑雪中產(chǎn)生的力和力矩一直是研究人員面臨的挑戰(zhàn)。本研究的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)和測(cè)試一種輕便緊湊的測(cè)量系統(tǒng)，以獲得滑雪時(shí)的地面反作用力和運(yùn)動(dòng)學(xué)。

 

 

 

 

為此，本項(xiàng)目安裝了六軸力傳感器，以適應(yīng)滑雪旅行和高山滑雪板。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之前，該系統(tǒng)在室內(nèi)使用力平臺(tái)和運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，其中六軸力傳感器用于測(cè)量滑雪和高山滑雪板的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)。驗(yàn)證試驗(yàn)顯示，動(dòng)力學(xué)的最大誤差為10%，運(yùn)動(dòng)學(xué)的最大誤差為5%。實(shí)地測(cè)試顯示的數(shù)據(jù)與先前關(guān)于該主題的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。這項(xiàng)研究的結(jié)果表明，使用該系統(tǒng)來(lái)研究生物力學(xué)和滑雪以及其他學(xué)科的設(shè)備性能的可行性。

 

項(xiàng)目中采用宇立儀器M3564F六軸力傳感器（Sunrise Instruments）用于測(cè)量滑雪板和滑雪靴之間的載荷。每個(gè)傳感器直徑為65mm，高度為10mm，重量為0.19kg。FX/FY:2500N、FZ:500N、MX/MY:200N、MZ:100N，非線性為0.33%，遲滯為0.38%。串?dāng)_為2.26%。并且宇立儀器提供了一個(gè)校準(zhǔn)矩陣，從力傳感器的六個(gè)物理通道中獲得六個(gè)負(fù)載分量。

 

宇立該款M35xx超薄系列包括多個(gè)型號(hào)，厚度均小于10mm，在極薄的設(shè)計(jì)中，這一產(chǎn)品的重量均小于0.26kg，最輕僅0.01kg。精度指標(biāo)非線性和遲滯小于1%F.S，串?dāng)_小于 3%F.S。

相信此項(xiàng)目系統(tǒng)可以成為滑雪中研究GRF的現(xiàn)有解決方案的創(chuàng)新。其獨(dú)特性能夠分別獲得前部和后部綁定的GRF，從而為齒輪設(shè)計(jì)獲得更詳細(xì)的邊界條件(例如，滑雪靴和綁帶釋放機(jī)構(gòu))。這一特性僅在以前的工作中被發(fā)現(xiàn)，然而，與其他系統(tǒng)不同，項(xiàng)目增加了測(cè)量滑雪靴運(yùn)動(dòng)學(xué)以及將負(fù)荷傳感器系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到幾雙滑雪板的可能性，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有齒輪進(jìn)行任何修改，只需在鋁板上安裝固定器即可。實(shí)際上，要將負(fù)荷傳感器轉(zhuǎn)移到不同的滑雪板上，只需要一些基本的硬件和不到一個(gè)小時(shí)的工作時(shí)間，這使得我們對(duì)于需要在一天內(nèi)測(cè)試幾雙滑雪板也非常有用。

未來(lái)的研究將集中在使用系統(tǒng)收集多個(gè)運(yùn)動(dòng)員和裝備的數(shù)據(jù)上。這些數(shù)據(jù)可用于研究滑雪生物力學(xué)，以提高表現(xiàn)和安全性。