1.1条。背景

“骷髅”是一项冬季运动，运动员以俯卧姿势（脸朝下，头朝下）躺在小雪橇上

下面有两个金属滑道，沿着大约1800米长的蜿蜒轨道行进

覆盖着冰。在图1.1中可以看到这样一个轨迹的例子，它描述了一个计算机模型

这条赛道将在2022年北京冬奥会上使用。这项运动有很高的强度：在

一次跑步，运动员承受的重力和速度会超过130公里/小时[1]。方向盘

雪橇是通过将肩膀或膝盖推到雪橇上来完成的：“雪橇会随着运动员的动作而扭曲

转向控制动作。当这种情况发生时，左或右转轮刀被迫进入冰，造成

冰摩擦产生转向力矩的不对称现象。也就是说，当左跑者被迫进入

冰上，雪橇将左转。因此，运动员用他们的肩膀和膝盖来扭曲雪橇；为了更戏剧化

转向运动，他们'轻拍脚趾'冰，创造更大的转向力矩“[2]。

一次跑步的开始是运动员用雪橇从起点冲刺，即所谓的推拉起跑，一次关键的冲刺

跑步的一部分（此功能也出现在雪橇比赛中，但在类似的雪橇运动中没有）。这个

在图1.2中可以看到示意图：大约15到30米后，运动员在

全速行驶，并在所需路径上绕着一系列（通常是）高坡度转弯处操纵，以达到

使他的速度最大化[2]。

1.2条。问题定义

阿克瓦西·弗林蓬是一名奥运会骨骼运动员，他的目标是成为第一位在奥运会上获得奖牌的非洲运动员

冬奥会。他对这项运动比较陌生，他的背景是田径。整齐这是很有价值的，因为已经证明

推式启动的（有效性）对完成一次运行的最终时间有很大影响[5]。在

但是，由于振动，这些测量的噪声变得太大

以及其他因素[1]，使得我们不可能综合这些因素来获得有意义的速度和距离

在整个下降过程中阅读。Sawade等人。[2] 研究了影响骨骼转向的因素

运动员施加的转向力与被测加速度计和陀螺仪的相关性

数据。

上述研究检查了一个骨架运行过程中涉及到的一些相关参数

传感器连接到底座并记录其输出数据。虽然这是有用的数据，但这些研究仅提供

与第1.2节提出的问题解决方案的有限切线，作为对数据的进一步处理和

视觉化（产生可以得出结论的图表）是在事后完成的。没有特别的

考虑到让运动员（和他的教练）能够从

这些测量数据来源于此，将其结果归为运动员参考工作的状态

而不是他们自己可以使用的产品。将计算、传感和通信相结合的总体思想

然而，对于这个项目来说，这并不是什么新鲜事。这种集成信息处理的方式

用户无需主动意识到“硬件背后的对象”是无所不在的

或者说“普适”计算，并且在过去的十年里迅速增长[6]。在体育运动中，“这些

在没有计算能力的情况下，利用无所不在的技术来获取数据

在训练和比赛中影响运动员”[6]。

然而，这些技术在骨架世界中还不流行；最接近的类似系统是

由Lee等人研究。用于雪橇上。这需要安装一个由传感器和摄像机组成的精密系统

在雪橇上，它们一起产生了叠加传感器数据的视频图像，然后通过无线传输

到远程站点上的监视器实时[7]。这是一个有用的功能，但实际上不可用

在框架情况下：系统是庞大的，如图1.4所示，需要（除其他外）a

相对大而重的控制单元，不适合放在雪橇上。

由此可以得出结论，虽然骨骼动力学的现代研究是可行的，但没有

包含了在一个

（从运动员的角度）易于理解的格式。

41。介绍

图1.4:Lee等人开发的仪表雪橇示例。[7] 一。

1.4条。系统的细分

为了实现仪器化台车系统，产品分为三个子组，每个子组都有其

自身职责：示意图如图1.5所示。三个小组的工作是

在单独的论文中记载：“数据组”是指亨特和莫雷[8]和“传感器”所做的工作

“B组”指的是范迪克和范德沃夫[9]所做的工作。A组（因此本论文）是

负责测量运动员施加的（转向）力和

雪橇的重力和方向。B组负责雪橇的定位、测量

系统的冰温和电源管理。数据组侧重于

软件层面的总体系统，数据存储、处理和运行结束时的可视化，以产生

所需的用户界面。

所有三个小组的工作最终结合起来形成了仪器化的雪橇系统：最终

系统的原型将由印刷电路板（PCB）组成，包含所有必要的部件（已开发

集成到一个系统中，以及运行它所需的软件和

生成可视化数据。负责设计该PCB原型及相应的硬件级别

集成系统的考虑因素在于传感器组B；软件集成属于

数据组的责任。

仪表雪橇系统

传感器组B

（本地化，

温度，电池

管理

数据组

传感器组A（存储和视觉）

惯性

计量单位

（IMU）

力传感器

模数转换器

传感器

读取电路方向

重力

图1.5：项目分组及其职责

1.5条。论文大纲5

1.5条。论文大纲

这篇论文涵盖了关于测量运动员所施力的传感器的选择

以及运动员和雪橇上的重力和方向。首先提出了需求计划

并对《中华人民共和国反腐败法》的一些要求作了阐述首先提出了需求计划

第二章对一些要求进行了阐述。然后对设计过程进行了描述。

首先讨论力传感器，然后讨论方向和测量

重力。这可以在第3章和第4章中找到。第五章介绍了试验结果。之后

最后得出结论，对需求计划进行了验证，并对今后的工作提出了建议

第6章。

2

需求计划

系统的骨架是一个可交付的系统。系统必须能够测量

数据、处理和可视化，使骨骼运动员和他/她的教练能够理解

用它来改善训练。本报告中讨论的子系统的任务是测量

运动员身体在雪橇上的转向点和运动员及其雪橇所承受的重力，如

以及雪橇的方位。

2.1条。一般要求

一般要求是指与整个系统相关且应满足的要求

每个小组。具体如下：

G、 1产品必须能够测量重力、旋转、运动员施加的力、冰的温度

必须能够确定雪橇骨架的位置。

G、 2产品必须能够在-20±C到40±C的温度范围内工作，因为它将用于

温度在这个范围内的地区。

G、 3产品必须能够承受高达5克的瞬时加速度[4，第198页]。

G、 4整个系统的重量不应超过1.5 kg，以防止

在训练过程中，雪橇与比赛条件不同。

G、 5产品尺寸不能超过一盒尺寸为31.5英镑14.7英镑2厘米的盒子，因为这是

骨架底座内可用框的大小。

G、 6力传感器和定位系统的更新率应确保数据点最多

相距1米。在最大速度为147 km/h[1]的情况下，最小频率为41

赫兹。

G、 7无需打开雪橇骨架内的空间，因为电路将位于该位置，

在两次跑步之间。因此，用户必须能够从外部开始和停止测量。

G、 8产品必须易于安装或从底座上卸下，不得留下任何（永久）痕迹

在雪橇上。

G、 9产品不应影响空气动力学性能和机械性能，除非

从雪橇的重量来看。

7

8 2。需求计划

G、 10本产品在底座外不能有任何有线连接，必须能够为

做3次跑步所需的时间以及两次跑步之间的时间。

G、 11系统必须坚固耐用，能够在运行期间处理雪橇的振动。

G、 12每次跑步后5分钟内，运动员和教练必须提供所获取的数据，以便

使用。

G、 13产品应易于使用。

G、 14制造原型的总成本必须符合e250的预算。

2.2条。具体要求

对于本文中描述的子系统，有几个特定的需求。对于

测力和G力及方向必须满足以下规范：

S、 1车体与雪橇之间的力测量

（a） 测力必须在足够大的表面积上进行，以测量力

用在运动员的肩膀或膝盖上，选择大约5磅5厘米的面积。

（b） 必须在0到0的范围内进行重量测量以确定施加的力

正常条件下为2.5 kg（1g）。

（c） 重量测量范围增加到0到15 kg，因为雪橇受到

g-力高达5 g。

（d） 重量测量的分辨率必须至少为100克。

（e） 重量测量的精度必须至少为50克。

（f）力的测量不得妨碍运动员在雪橇上的位置或其行为。

（g） 测量值不应取决于温度。

（h） 测量值必须适合作为ESP32微处理器的输入。

S、 2重力和方位测量

（a） 必须测量所有三个维度上的加速度

（b） 测量雪橇的横摇和纵摇。

（c） 在承受5 g以下的重力时，必须能够进行测量。

（d） 测量值必须适合作为ESP32微处理器的输入。

三

力传感器

在装有仪器的雪橇上测量的最重要的量是膝盖和

运动员的肩膀。本章描述了为

力传感器，即传感器的位置，选择力时应考虑的因素

传感器和用于读出施加在传感器上的力的电路。

3.1条。损益表

为了完成他的目标，他想缩短他在骨骼运动中的学习曲线。目前，

只有视频图像和教练的视觉反馈被用作对他的表现的反馈。因为

关于他在跑步中最大的一段时间内的高速行驶，来自

跑步很难被发现。从图1.3可以明显看出：像这样的颗粒状图像是最好的平均值

运动员必须评估他在雪橇上的表现。除了前面提到的反馈方式，

除了经过的时间，用时间来衡量之外，没有任何定量的元素是容易测量的

在轨道上以固定的间隔安装眼睛。

对于运动员来说，最重要的是他在跑步过程中是如何影响雪橇的。这是特别的

与曲线相关，因为这些曲线的遍历方式是除此之外对运行时间影响最大的因素

一键启动[4]。如第1.1节所述，雪橇的转向是通过使用

肩膀和膝盖。肩膀和膝盖的这些运动实际上是不可能的

1

21。介绍

图1.1:2022年北京冬奥会骨架赛道的计算机模型[3]

图1.2：骨架练习跑道开始处的高度剖面图的概述，说明了推式启动[1]

请参见视频或图像，如图1.3所示。这个问题的解决方案可以通过集成

测量系统安装在雪橇上（形成所谓的“仪器化雪橇”）。这个雪橇可以测量

运动员施加的力，以及其他相关的性能参数。这样就可以把

测量到雪橇在轨道上的位置的力，所有这些测量值都需要

以便于运动员快速进入的方式呈现给运动员。使用仪器化的雪橇将导致

在一个重要的增加有用的反馈，运动员可以用来改善他的运行时间，从而增加

运动员缩短学习曲线的可能性。因此，产品的主要目标是

以对运动员和教练都方便的方式，提供关于运动员跑步的详细、有用的反馈

理解和合作。

1.3条。最新技术分析3

图1.3：骨骼运动员当前可用的视觉反馈示例。这张图片被教练用来说明

瞬间将肩膀抬离雪橇，这被认为是一个坏习惯（图片由Akwasi Frimpong提供）。

1.3条。最新分析

尽管骨骼运动并没有得到广泛的应用，但人们已经对其进行了大量的研究

对运动中所涉及的力、速度和加速度的测量。这些研究主要是

为了更好地理解运动中的动态，而不是

积极提高运动员表现的目标。罗伯茨[1]在他的作品中通过测量显示

雪橇在三个轴上的加速度，可以导出速度和横移距离

可以提供有用的信息