무술 파업을 계량하는 방법은 무엇입니까?

자막 : 아, 나는 힘을 강하게 가지고 있지만 어떻게 측정합니까?

Yoda 를 역설하는 것에 대한 모든 사과를 통해 힘을 측정하려고합니다. 다행히 미디 클로 리언 보다 측정하기가 더 쉽습니다 .

내가 가라데에서 다른 사람들을지도 할 때, 내가 강조하는 것 중 하나는 기본 공격의 기술에 중점을 둡니다. 경험에 따르면 적절한 기술은 파업에 훨씬 더 많은 힘을 줄 수 있습니다. 내가 겪는 문제는 학생이 파업의 차이를 더욱 강력하게 느낄 수 있다고 주장하지만, 그 차이가 실제로 있다는 것을 확신하지 못했기 때문에 종종 잘못된 기술로 되돌아 간다는 것입니다.

파업 배후의 힘을 측정하는 시스템을 설계하고 싶습니다. 특히, 사용 가능한 충격 지점에서 일부 센서를 식별해야합니다. 내셔널 지오그래픽은 매우 유사한 작업을 수행 했지만 충돌 테스트 인형과 같은 장비는 엄청나게 비쌉니다. 마찬가지로, 해당 장비에서 제공하는 해상도 나 정확성이 필요하지 않습니다. 누군가 100 파운드 또는 101 파운드 _f 의 힘을가 하는지 여부 는 중요하지 않습니다. 그때 100에서 200으로 갈 때 시연하고 싶습니다.

다양한 가라테 스트라이크의 충격력을 측정하기 위해 어떤 센서 또는 시스템을 사용할 수 있습니까? 이상적으로는 디바이스를 포커스 미트 또는 이와 유사한 방식으로 장착하고 패드를 조정 가능한 시스템에 부착하여 다양한 타격을 측정 할 수 있습니다.

나의 주요 디자인 제약은 다음과 같습니다.

• 저렴한 비용
• 반복 측정
• 0–2,000 lb _f 범위

모든 모니터링 전자 장치를 포함하는 완벽한 시스템 설계를 찾고 있지 않습니다. 전압과 같은 일종의 측정 가능한 출력을 제공 할 수있는 센서에 집중하려고합니다.

또한 장치에 와이어를 연결할 계획이므로 시스템에 전원을 공급하는 쉬운 방법이 이미 있습니다. 어느 시점에서 무선으로 갈 수 있지만 배터리를 사용하고이 질문이 센서 자체에 계속 집중되기를 원합니다.

진자를 치고 그 각도를 측정 할 수 있습니다. 물로 채워지고 밧줄에 매달려있는 3 리터의 소다 병이 타격에 좋습니다. 병의 무게를 알면 약간의 삼각이 힘을 얻을 수있는 에너지를 줄 것입니다.

편집 : 주먹에서 목표로의 에너지 전달이 짧은 시간 동안 발생하면 병 앞쪽의 가속은 호의 바닥을 통한 구심 가속도입니다. 스윙 상단의 잠재적 에너지는 하단의 운동 에너지와 같습니다.

$a$ = 구심 가속

$v$ = 호를 따른 속도

$r$ = 반경 (로프 길이)

$PE$ = 전위 에너지

$m$ = 질량

$g$ = 중력으로 인한 가속 (약 9.80665 m / s ² 또는 32.1740 ft / s ² )

$h$ = 높이

$KE$ = 운동 에너지

$m$ = 질량

$v$ = 호를 따른 속도

r $h$ = 높이 = 로프 길이 = 수직에서 로프의 최대 각도$r$$\theta$

나는 당신이 찾고있는 충격력 센서 라고 생각합니다 . 연결된 센서가 얼마나 비싼 지 잘 모르겠으므로 가속 센서를 사용 하고 약간의 수학 을 할 수도 있습니다 . 두 번째 옵션은 정확도가 떨어질 수 있지만 비용이 훨씬 적게 든다고 생각합니다!

나는 당신이 완전한 시스템 디자인을 원하지 않는다고 말했지만 나는 두 번째 링크에서 추가 크레딧을 얻을 것이라고 생각했습니다. ;)

나는 당신이 원하는 것이 압전 압력 센서 라고 생각합니다 . 오래된 욕실 저울에서 하나를 훔칠 수 있지만, 저울의 센서는 최대 100 파운드의 힘에 불과합니다. 이 압전 변환기는 적용된 압력을 두 리드의 작은 전압으로 변환합니다. 이 압력은 센서의 표면적을 측정하여 힘으로 변환 될 수 있습니다.

이를 읽으려면 저잡음 프리 앰프 단계와보다 강력한 증폭 단계로 구성된 증폭 단계를 구축해야합니다. 두 번째 부분은 적용된 최대 힘에 가장 관심이 있기 때문에 최대 값을 유지하는 회로입니다. 증폭의 두 번째 단계와 Arduino를 사용한 데이터 처리를 모두 수행 할 수 있습니다 .

압전 트랜스 듀서를 포커스 미트에 장착하는 방법에주의해야합니다. 센서를 지나쳐 너무 많은 압력을 전달하지 않고도 사람들이 펀칭 할 수있는 무언가를 만들고 싶습니다. 일단 빌드 한 후에는 알려진 가중치를 위에 배치하여 교정 할 수 있습니다.

나는 왜 그들이 이상적이지 않은지를 설명하기 위해 다른 사람들의 대답에 구멍을 파고 내 자신의 대답을 통해 불완전하고 열악한 생각을 제공함으로써 약간 덜 유용한 대답을 제공 할 것입니다.

여기에 대한 답변의 대부분은 다음 세 가지 걸림돌 중 하나를 겪습니다.

1. 불필요하게 큰 지그를 복잡성으로 실현할 수 있어야합니다 (진자, 나는 당신을보고 있습니다)
2. 그들은 그들의 의미에서 뉴턴의 반동 세법을 무시한다.
3. 솔루션은 당면한 과제에 대해 터무니없이 복잡합니다.

자, 진자부터 시작해서, 우선, 아주 참신한 해결책은 이론적으로 아주 좋은 해결책이지만 여기에 두 가지 문제가 있습니다 : 어떻게 진자를 장착합니까? 강사가 현의 끝을 머리 위로 높이 치고 그들이 맞지 않기를 희망합니까? 아니면 놀이터에서 찾을 수있는 그네 같은 A 프레임을 사용합니까? 그렇다면 놀이터로 가서 그네에 서서 패드를 때리면 무료 솔루션입니다. 좀 더 기술적 인 것을 원하고 진자를 매달려있는 방법을 알아 내려면 우유통을 회전시키는 에너지 양동이를 낭비하지 않고 높이를 측정하는 평면에서 진자를 정사각형으로 치는 것을 어떻게 보장합니까? 타이어 스윙을 아이로 사용한 적이 있다면, 선택한 평면에서 회전하지 않고 회전시키는 것이 까다 롭다는 것을 알게 될 것입니다. 상자의 무게가 가벼울수록 순간적인 힘만 더 많이 볼 수 있습니다. 이것은 당신이 원하는 것일 수 있습니다. 나는 싸우지 않으므로 알지 못하지만 가장 큰 타격은 백업 될 것입니다. 에너지의 더미, 강렬한 운동량의 아주 짧은 충동이 아닙니다. 카톤과의 접촉 시간이 상승 높이 (에너지 = 힘 x 거리)에 크게 영향을 미치므로 블로우 사이의 표준화 또한 어려운 과제가 될 수 있습니다.

당신이 손에 쥐고있는 것은 움직일 필요가 없습니다. 수퍼맨이 아니라면 특히 학생들이 향상함에 따라 조금 움직일 것이므로 타격에 대한 저항이 적어지면 등록 된 힘이 줄어들어 학생들은 개선에 대한 수익이 감소하는 것을 볼 수 있습니다 그들의 기술. 거의 이상적입니다. 이것에 대한 유일한 해결책은 이것을 단단한 것으로 마운트하고 그것을 명중시키는 것입니다. 가능하다면 벽이나 비슷한 것을 제안합니다.

전도성 폼? 이것이 얼마나 복잡합니까? 좋은 이론적 해결책이지만 그것이 가장 간단한 설치라는 것을 상상할 수 없습니다.

따라서 솔루션-모든 솔루션은 세 가지 기준을 충족해야합니다. 저렴하고 활기차고 반복 가능한 결과를 가져야하며 어떻게 든 교정해야합니다.

@ToyB 솔루션의 변형을 기반으로하는 판 스프링은 여기에서 가장 간단한 수정이며, 벽과 같은 보드에 장착됩니다. 각 끝에서 스프링은 스프링을 보드에 부착하기 위해 스프링을 통해 볼트로 슬롯을 절단해야하며 스프링은 편향되어야합니다. 스트레인 게이지를 후면에 부착하고 간단한 전압계에 연결하십시오. 필요한 구성 요소를 모두 $ 10에 구입할 수 있습니다 .

스프링에 무게 범위를 두어 (캘리브레이션을하기 위해 스프링을 보드에 놓거나 테이블에 놓음) 캘리브레이션하고 전압을 측정하십시오. 복잡성에 단계를 추가하지만 솔루션을 개선하려면 간단한 전압계를 간단한 데이터 로거로 바꾸고 스프링을 칠 때 얻을 수있는 전압 곡선을 기록한 다음 Excel 또는 이와 유사한 기능과 전압-힘 관계가있는 룩업 테이블을 사용하십시오. 학생들에게 적중의 완전한 힘 곡선을 제공하십시오.

명중률을 높이기 위해 여러 명중의 사람들 / 블로우를위한 몇 가지 스프링 옵션을 가질 수도 있습니다. 나는 당신이 $ 50 미만 으로이 모든 것을 달성 할 수 있다고 상상할 것 입니다.

전도성 폼 은 압축시 저항을 변경하므로 많은 측정을 빠르게 연속적으로 수행하고 저항이 가장 적은 시스템을 기억하는 시스템을 갖추는 한 저렴하고 좋은 힘 센서를 만듭니다.

측정하려는 힘에 따라 서로 위에 여러 층을 사용할 수 있으며, 어떤 모양으로도자를 수 있기 때문에 특정 센서의 (작은) 표면으로 제한되지 않습니다.

$E=mgh$

E = 줄 에너지,

m = kg의 질량,

g = 9.81m / s ^ 2,

h = m의 높이 차이

이것은 목표로 전송 된 총 에너지 량입니다. 불행히도,이 양의 에너지는 스트라이크가 얼마나 파괴적 / 싸움을 끝내는지를 나타내는 것은 아닙니다.

$a=2s/t^2$

a = m / s ^ 2의 가속

s = m 단위의 센서 간 거리

t = s의 시간

중요한 순서대로 두 가지 목표가 있습니다.

1.) 가능한 한 빨리 가속합니다. 2.) 가능한 빨리 얻습니다.

목표 1을 달성하면 뇌졸중 / 부러진 리브가 발생할 수 있습니다. 2를 충분히 가정하면 파업을 밟아야합니다! 조준 1이 불량한 조준 2를 달성하면 실제 피해를 입히지 않고 상대를 밀어냅니다. 나는 당신이 가라데 강사이기 때문에 실제로 이것을 확장 할 필요가 없다고 생각합니다. 아마도 이미 알고있는 것들을 극복 해 주셔서 사과합니다. 정확하고 완벽하게하는 것이 가장 좋습니다. 주의,이 값들은 움직이는 진자를 통한 질량의 분포로 인해 실제 값을 계산하기 위해 더 복잡한 공식을 가질 것이라는 점에서 "실제"가 아닙니다. 그러나 수치를 올리거나 내릴 수있는 수치를 얻을 수 있으며, 학생들에게 목표를 설정하여 직접 차기를 제공하여 "교정"할 수 있습니다. 또한,

스트레인 게이지 대상에 부착 도움이 될 것입니다.

피에조와는 달리 충격 유형의 힘에 대해 내구성이 뛰어납니다 (압력이 빠르게 가해지면 피에조 결정이 부서지는 경향이 있습니다).

그것들은 거의 임의의 "보드"에 부착 될 수있어 매우 적습니다. 따라서 진자 유형과 달리, 힘을 느리게 적용하여 결과를 위조하거나 에너지를 진자 자체의 유연성에 흡수하지 않습니다. 다른 답변에서 제안한 바와 같이, 물병을 사용하는 경우, "물을 교반"하면 충격의 대부분이 에너지 자체를 흡수하고 그 일부만 병 자체를 추진하게됩니다.

부착 한 재질을 변경하면 거의 모든 힘으로 조정할 수 있습니다. 재질의 응력을 측정하고 재질의 영률 (Young 's Modulus)을 기준으로하여 뉴턴 이하의 힘에서 교량 및 화물선 선체에 하중.

실제로 사용하는 방법은 무엇입니까? 타격 대상으로 작용하고 충격에 약간 구부러 질 수있는 판자, 막대 또는 기타 표면을 선택하십시오. 충격 지점 부근의 게이지를 "안전한"쪽에 붙입니다. 그런 다음 간단한 마이크로 컨트롤러 ( PSoC4 를 염두에두고 프로그래밍 이 쉽고 온보드에 필요한 나머지 하드웨어가 모두 있음)를 사용하여 피크 저항 변화를 측정하십시오. 주어진 시간 내에 특정 임계 값에 대한 피크 저항을 선택하고 RS232를 통해 PC로 전송하는 간단한 프로그램은 충분히 간단해야합니다.

교정하는 방법? 충격을 수평으로 놓고 충격 지점에 알려진 정적 무게를 가하고 방해받지 않는 저항과 무게의 차이를 측정하십시오. 1kg의 무게는 9.806 뉴턴의 힘을 발휘할 것이며, 재료를 매우 좋아하지 않는 한, 영률의 선형 근사치는 꽤 좋습니다. 판독 값은 힘에 선형 비례하므로 뉴턴 단위로 측정하려면 간단한 비율로 충분합니다.

다음은 시스템 개발을위한 몇 가지 제안입니다

자동차 산업의 Passage Occupancy Detection Systems에 사용되는 폴리머 블래 더 타입 접근법을 사용하는 것이 좋습니다. 이 특허 는 자동차 애플리케이션을 설명합니다. 블래 더 시스템은 MEMS 기본 차압 센서를 포함하는 포커스 미트의 일부일 것이다. 압력 센서가 충격을 감지하면 데이터는 Atmel tiny, MSP430 또는 PIC와 같은 간단한 마이크로 프로세서로 처리됩니다. 아날로그 압력 센서를 선택한 경우 AFE (Analog Front End) 단계가 필요하지만 I2C 또는 SPI 옵션도 사용할 수 있습니다.

또 다른 방법은 MSP430 또는 PIC와 같은 마이크로 프로세서와 함께 2-6 개의 자유도 (DOF) 커플 링을 제공하는 관성 측정 장치 (IMU)를 사용하는 것입니다. 이 IMU에는 자이로 스코프 및 가속도계가 있습니다. 이 접근 방식은 나중에 분석에 사용할 수있는 더 많은 데이터를 제공합니다. 또한 통신은 I2C 또는 SPI를 통해 마이크로 프로세서로 수행됩니다.

이 시스템에는 간단한 충전식 버튼 배터리와 같은 간단한 전원 시스템이 필요합니다. USB 전원 충전 시스템이 최선의 선택 일 수 있습니다. USB 충전 시스템은 데이터 다운로드 옵션을 활성화합니다. 또한 진동 과 같은 에너지 수확 메커니즘의 일부는 트레드밀, 타원형 자전거 등과 같은 새로운 체육관 장비와 유사하게 시스템에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 저전력 응용 분야가 될 수 있습니다.

또 다른 옵션은 전원뿐만 아니라 데이터 저장, 검토 및 분석을 제공하는 핏 비트와 같은 웨어러블을 연결하는 것입니다. Fit bit는 실시간 분석 및 학생에게 피드백을 제공하는 스마트 폰에 연결하는 기능도 제공합니다.

포커스 미트에서 스마트로 직접 이동하는 것은 훌륭한 부가 가치 제안 일 수 있습니다. 이것은 여러 가지 방법으로 달성 할 수 있습니다. 온칩 BLE와 함께 Cortex ARM M0 micro를 사용하는 것이 현재 가장 적합한 옵션 일 수 있습니다. NXP, Freescale 및 Cypress와 같은 많은 공급 업체가이 옵션을 제공합니다. 모듈에서 Cortex ARM M0 / M4 + Bluetooth 저에너지 / Bluetooth Smart가 더 좋습니다. 아래는 그러한 장치의 예입니다.

이 모든 공급 업체는 소형 폼 팩터 저렴한 개발 키트를 제공합니다.

마지막으로 VOC 학생들에게 올바른 기술과 부정확 한 기술간에 실시간으로 측정 가능한 피드백을 제공함으로써 학생들은 완벽 함을 얻고 자합니다.

참고 문헌 :

• 탑승자 위치 보정 기능이있는 차량 탑승자 무게 감지 시스템
• PS 압력 센서
• 6 자유도 IMU 디지털 콤보 보드
• Cortex-M0 기반 nRF51822 SoC가있는 Seeed Micro BLE 모듈
• Kinetis KW2x-2.4GHz RF, 아날로그 혼합 신호, IEEE® 802.15.4, 저전력 마이크로 컨트롤러 (MCU)
• Bluetooth Smart 연결을위한 제품 및 솔루션
• 프로그래밍 가능한 PSoC® (System-on-Chip) + Bluetooth 저에너지

여기에 충격의 크기를 보여주는 정말 싸고 쾌활한 방법이 있습니다. 합판 보드 2 개를 가져 와서 한 보드와 다른 보드 사이에 큰 압축 스프링을 설치하여 스프링이 끼워 지지만 "H"와 같은 보드 중 적어도 하나에 의해 스프링이 분리 될 수 있습니다. 이것을 벽에 볼트로 고정하십시오. "H |" 스프링 내부에 플레이도 (어린이 퍼티) 볼을 놓아 두십시오 (아마도 비닐 봉지에 넣거나 엉망으로 절약 할 수 있습니다). 플레이도에 미치는 영향은 타격 강도에 따라 다른 변형을 유발합니다.

벽에 고정 된 보드에 상자와 같은 측면이있는 경우 압축 스프링 (4 개의 모서리와 퍼티를 잡고있는 가운데)을 5 개 배치하십시오. playdo에 쉽게 접근 할 수 있도록 두 번째 보드.

너무 단순한가요? 그것은 6 비트의 목재와 5 개의 압축 스프링과는 달리 당신이 얼마나 과학적으로 결과를 원하는지와 납땜 인두의 상태에 달려 있습니다.

충격력을 정량화하는 문제는 일반적으로 '피피'펄스의 짧은 지속 시간입니다. 욕실 저울은 일반적으로 정적 힘을 꾸준히 판독하기 위해 감쇠되며 일시적인 피크를 포착하지 않습니다. 탄도 진자에도 문제가 있습니다. 그 중 일부는 논의되었습니다. 그러나 젊은 전투기 훈련의 경우 실제로 힘을 계량화 할 필요는 없지만 시간이 지남에 따라 성능을 비교하고 다른 학생들과 비교할 수 있도록 제안합니다. 이렇게하려면 두꺼운 점토 층으로 열린 상자 (약 30cm 정사각형)를 채우고 상자를 벽에 고정하십시오. 학생이 펀치를 던지면 점토는 증거 자료로 작용하고 소성 변형됩니다. 우울증의 최대 깊이를 측정하고이를 학생의 개인 기록에 기록하십시오.

클레이는 물론 재사용이 가능하지만 올바른 모델링 클레이를 얻기 위해 실험해야 할 수도 있습니다. Roma Plastilina는 총기 탄도에 선호되는 재료이지만 Plasticine 또는 Play-Doh는 젊은 가라테 카에게는 덜 고통 스럽습니다.