在运动装备上安装额外的惯性测量单元 (IMU) 将生物力学数据从简单的运动研究转化为对人与装备交互的全面分析。这些传感器并非孤立地追踪运动员，而是相对于穿着者的身体姿势，监测装备的具体运动状态——例如偏航、翻滚和迎角。这种方法使研究人员能够量化精确的足部控制如何直接影响装备的空气动力学性能和物理稳定性。
通过在运动员的同时装备上进行仪器化，您可以弥合人类输入与机械输出之间的差距。这揭示了足部力学与装备空气动力学稳定性之间的因果关系，从而推动了卓越战术和运动鞋类的创造。
连接人类输入与装备响应
监测交互
标准的生物力学追踪身体，但装备安装的IMU追踪身体运动的结果。
这种双重监测方法捕捉了穿着者姿势与装备物理状态之间的动态交互。
测量复杂的运动状态
要理解稳定性，您需要的不只是位置数据。
额外的IMU提供关键的旋转数据，特别是测量偏航、翻滚和迎角。这些指标实时精确地定义了装备在空间中的定向方式。
对性能和设计的影响
分析空气动力学性能
在高速度或依赖风的环境中，装备的定向决定了阻力和升力。
通过将足部控制与装备的迎角相关联，研究人员可以确定哪些运动可以最大化空气动力学效率。
增强可控性和稳定性
数据揭示了足部放置或压力的微小变化如何影响装备的稳定性。
理解这种关系对于分析“精确的足部控制”如何转化为稳定的装备行为而非不稳定的运动至关重要。
开发专用鞋类
这些数据的最终应用在于产品工程。
从这些实验中获得的见解支持专用鞋类和战术靴的开发。这些产品可以设计成增强穿着者对其装备保持稳定性和控制的能力。
理解权衡
增加的重量和惯性
虽然IMU通常很小，但将任何外部设备安装到运动装备上都可能改变其平衡。
您必须确保传感器轻便并靠近质心放置，以避免人为地影响装备的自然运动。
数据同步复杂性
将传感器数量加倍会增加数据管道的复杂性。
确保身体佩戴的传感器的时间戳与装备安装的传感器的时间戳完美对齐至关重要；即使是毫秒级的漂移也可能导致关于因果关系的错误结论。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的生物力学实验的价值，请根据您的具体最终目标定制您的方法：
- 如果您的主要重点是空气动力学优化： 优先考虑能够捕捉特定迎角和翻滚角的IMU放置，以最小化阻力。
- 如果您的主要重点是鞋类产品设计： 专注于将穿着者的足部输入与装备的不稳定性相关联，以设计能够纠正或减弱不稳定运动的靴子。
对装备进行仪器化是将主观的“感觉”转化为客观、可操作的工程数据的唯一方法。
总结表：
| 关键指标 | 捕获的装备洞察 | 生物力学优势 |
|---|---|---|
| 偏航与翻滚 | 装备的旋转稳定性 | 分析运动过程中的装备控制 |
| 迎角 | 空气动力学定向 | 优化阻力和升力效率 |
| 压力输入 | 与足部放置的相关性 | 指导专用外底的设计 |
| 动态状态 | 人与装备的交互 | 量化输入与输出之间的因果关系 |
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参考文献
- Jinglun Yu, Shengnian Zhang. Key transition technology of ski jumping based on inertial motion unit, kinematics and dynamics. DOI: 10.1186/s12938-023-01087-x
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
