高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其包括以下步驟：運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)三維空間數(shù)據(jù)；運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)；結(jié)合網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及基礎(chǔ)力學(xué)，構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型；選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)作為數(shù)據(jù)分析，以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型；基于人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，改變面料參數(shù)，達(dá)到最佳防護(hù)效果，即可進(jìn)行防護(hù)性運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)制作。本發(fā)明使得運(yùn)動(dòng)者在運(yùn)動(dòng)過程中能夠避免人體各部位受損。
【專利說明】高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備方法，特別是涉及一種高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著體育運(yùn)動(dòng)的發(fā)展以及人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服裝的理解不斷加深，運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)與制作在原有的舒適性基礎(chǔ)上更加注重其保護(hù)性能，人體在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)有多種多樣的原因來使得人體各部位產(chǎn)生損傷，現(xiàn)階段人們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過程中通常通過佩戴各類護(hù)具來避免身體部位受損，若是能夠通過運(yùn)動(dòng)服裝來起到對(duì)人體的防護(hù)作用對(duì)于運(yùn)動(dòng)者來說可以更加便利。目前對(duì)于服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，款式設(shè)計(jì)等方面，主要通過對(duì)靜態(tài)的人體進(jìn)行研究來改進(jìn)各項(xiàng)設(shè)計(jì)手法，但是對(duì)于運(yùn)動(dòng)服裝來說，靜態(tài)人體的各項(xiàng)生理機(jī)能與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下大不相同，很難通過靜態(tài)下的人體來對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，分析等進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，通過對(duì)人體動(dòng)態(tài)進(jìn)行測(cè)量分析來解決運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的人體真實(shí)狀態(tài)，反映到服裝設(shè)計(jì)手法中，來結(jié)合設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)服裝顯得十分必要。
[0003]目前，我們所熟知的運(yùn)動(dòng)品牌例如阿迪達(dá)斯，耐克等都運(yùn)用了較為成熟的技術(shù)來提高服裝的防護(hù)性能，例如阿迪達(dá)斯在跑步鞋中運(yùn)用其特有的formot1nTM技術(shù),這是為需要急速變向比賽的運(yùn)動(dòng)員而設(shè)計(jì)的，這項(xiàng)技術(shù)能夠吸收劇烈運(yùn)動(dòng)和急停產(chǎn)生的沖擊力，在運(yùn)動(dòng)中給予更大的舒適感和緩沖，以提供運(yùn)動(dòng)員在高速運(yùn)動(dòng)中極高的控制力。
[0004]由于日常生活中人們可選擇的運(yùn)動(dòng)種類較多，并且每種運(yùn)動(dòng)都有其不同的特點(diǎn)，因此需要從運(yùn)動(dòng)本身特點(diǎn)出發(fā)來專項(xiàng)研究才能更好的設(shè)計(jì)出有具體防護(hù)特點(diǎn)的服裝。目前具有運(yùn)動(dòng)防護(hù)功效的服裝主要集中在鞋類方面，上衣中多采用的是網(wǎng)狀面料或透氣技術(shù)達(dá)到讓運(yùn)動(dòng)員快速排汗輕透的功效，在運(yùn)動(dòng)防護(hù)功效方面還沒有涉及，因此，提出一種從人體生物力學(xué)原理出發(fā)來制備高防護(hù)性能的運(yùn)動(dòng)服裝的方法十分必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其在服裝設(shè)計(jì)過程中可以依據(jù)服裝面料的性能來初步計(jì)算出服裝對(duì)于人體關(guān)節(jié)部位的防護(hù)能力大小，以便于更好的選擇面料來制作防護(hù)性能運(yùn)動(dòng)服裝，使得運(yùn)動(dòng)者在運(yùn)動(dòng)過程中能夠避免人體各部位受損。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟:步驟Si，運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)三維空間數(shù)據(jù)；步驟S2，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)；步驟S3，結(jié)合網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及基礎(chǔ)力學(xué)，構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型；步驟S4，選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)作為數(shù)據(jù)分析，以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型；步驟S5，基于人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，改變面料參數(shù)，達(dá)到最佳防護(hù)效果，即可進(jìn)行防護(hù)性運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)制作。
[0007]優(yōu)選地，所述步驟SI的三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)為紅外立體攝影測(cè)量系統(tǒng)。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟S2將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)主要是采用牛頓第三定律、沖量定律、動(dòng)量定理基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)通過公式轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)部位的速度、加速度、動(dòng)量的人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0009]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明構(gòu)建人體運(yùn)動(dòng)受力模型以及建立面料性能參數(shù)與人體生物力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系式，從而在服裝設(shè)計(jì)過程中可以依據(jù)服裝面料的性能來初步計(jì)算出服裝對(duì)于人體關(guān)節(jié)部位的防護(hù)能力大小，以便于更好的選擇面料來制作防護(hù)性能運(yùn)動(dòng)服裝，使得運(yùn)動(dòng)者在運(yùn)動(dòng)過程中能夠避免人體各部位受損。本發(fā)明將現(xiàn)有的服裝設(shè)計(jì)方法從靜態(tài)人體測(cè)量提升為動(dòng)態(tài)人體測(cè)量，并且把運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)，基礎(chǔ)力學(xué)等學(xué)科融入服裝設(shè)計(jì)中，研究出一種通過對(duì)運(yùn)動(dòng)中人體的受力分析等方法來設(shè)計(jì)制作出真正具有防護(hù)性能的減緩人體關(guān)節(jié)部位受損的運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法的流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明中球類碰撞受力模型的原理圖。
[0012]圖3為本發(fā)明中彈簧振子模型的原理圖。
[0013]圖4為本發(fā)明中網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)碰撞過程中人體受力模型的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法包括以下步驟:
步驟Si，運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)三維空間數(shù)據(jù)；
步驟S2，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)；
步驟S3，結(jié)合網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及基礎(chǔ)力學(xué)，構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型；
步驟S4,選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)作為數(shù)據(jù)分析，以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，以便再之后的服裝設(shè)計(jì)中通過測(cè)量面料的性能參數(shù)即可推斷出服裝對(duì)于人體關(guān)節(jié)部位的防護(hù)能力；
步驟S5，基于人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，改變面料參數(shù)，達(dá)到最佳防護(hù)效果，即可進(jìn)行防護(hù)性運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)制作。
[0016]其中，所述步驟SI的三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)為紅外立體攝影測(cè)量系統(tǒng)，可進(jìn)行三維與六維自由度測(cè)量，可同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜態(tài)測(cè)量，可實(shí)時(shí)采集與顯示數(shù)據(jù)，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域；在工效學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、運(yùn)動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)基于紅外主動(dòng)發(fā)光原理，測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定可靠；標(biāo)識(shí)點(diǎn)實(shí)時(shí)定位跟蹤，不混淆，不丟失。通過粘貼在人體身上的紅外標(biāo)記點(diǎn)，運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行捕捉，從而采集運(yùn)動(dòng)過程中人體各關(guān)節(jié)部位的三維空間數(shù)據(jù)，以(X，Y，Z)的形式呈現(xiàn)。
[0017]其中，所述步驟S2將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)主要是采用牛頓第三定律、沖量定律、動(dòng)量定理等基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)通過公式轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)部位的速度、加速度、動(dòng)量等人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0018]其中，所述步驟S3和步驟S4通過對(duì)基礎(chǔ)力學(xué)的理論研究，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)對(duì)各類不同運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不同的力學(xué)分析，尋找有效的對(duì)人體受損程度進(jìn)行評(píng)價(jià)的人體生物力學(xué)參數(shù)，通過基礎(chǔ)力學(xué)建立簡易的運(yùn)動(dòng)人體受力模型，結(jié)合服裝材料力學(xué)，建立人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型。所述步驟S4基于基礎(chǔ)力學(xué)中的彈簧振子模型(圖3 )，結(jié)合肌肉三元素模型，建立球類碰撞簡易受力模型(圖2)，再通過結(jié)合服裝材料彈性回復(fù)率等相似參數(shù)，建立簡易的人體防護(hù)模型。本發(fā)明基于基礎(chǔ)力學(xué)以及人體防護(hù)模型，結(jié)合沖量定理以及動(dòng)量定理，通過對(duì)球類碰撞過程的分析，將評(píng)價(jià)參數(shù)確立為碰撞瞬間人體關(guān)節(jié)部位動(dòng)量大小以及碰撞結(jié)束后人體關(guān)節(jié)部位動(dòng)量隨時(shí)間變化率。
[0019]其中，所述步驟S3的構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型的過程如下: 步驟S31，人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)分析，在對(duì)運(yùn)動(dòng)損傷防護(hù)機(jī)理的研究中可以看出，人體肌肉對(duì)骨骼的防護(hù)作用是通過肌肉的彈性收縮產(chǎn)生形變來對(duì)外力進(jìn)行吸收緩沖所達(dá)成的。骨骼肌由肌腹和肌腱兩部分組成，肌腹主要由肌纖維組成，是肌肉的收縮成分，肌腱主要由平行的膠原纖維束組成，沒有主動(dòng)收縮能力但是擁有良好的彈性，能夠抵抗很大的張力，肌腱連同肌肉外部的組織統(tǒng)稱為肌肉的彈性成分。肌肉的收縮成分實(shí)現(xiàn)了肌肉的主動(dòng)收縮放松，而肌肉彈性成分則在肌肉收縮過程中起著儲(chǔ)存能量及緩沖保護(hù)等作用。由此可見，肌肉的彈性能力對(duì)于其能否有效緩沖外力來說是一個(gè)至關(guān)重要的條件。在肌肉生物力學(xué)領(lǐng)域，奠定基礎(chǔ)的是hill的肌肉雙元素模型，在肌肉生物力學(xué)發(fā)展的過程中，馮元禎在此基礎(chǔ)上建立了肌肉的三元素模型，模型主要由收縮元，串聯(lián)彈簧元，并聯(lián)彈簧元三要素組成。肌肉的三元素模型，從肌肉的組成出發(fā)，忽略了肌肉與肌肉間的其他物質(zhì)成分，將肌肉彈性成分簡化成為彈簧元，在簡化模型下能夠更好的對(duì)肌肉進(jìn)行力學(xué)分析。在基礎(chǔ)力學(xué)中，有一種用于研究彈簧理論的與肌肉三元素模型相類似的模型稱之為彈簧振子模型，其作用主要是用于理解物理學(xué)中的簡諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。如圖3，將輕彈簧一端固定，另一端與質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)相連，設(shè)彈簧在質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中總處于彈性范圍內(nèi)，則彈簧與質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的系統(tǒng)成為彈簧振子，彈簧振子是一個(gè)不考慮摩擦阻力，不考慮彈簧的質(zhì)量，不考慮振子的大小和形狀的理想化模型。如圖3所示，彈簧振子處于光滑水平面上，以彈簧處于自然狀態(tài)的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，當(dāng)振子偏離平衡位置的位移為X時(shí)，忽略振子運(yùn)動(dòng)過程中的空氣阻力，則質(zhì)點(diǎn)m受到的彈力作用為f=_kx。其中k為彈簧的勁度系數(shù)，負(fù)號(hào)表示彈力的方向與振子位移的方向相反。
[0020]步驟S32，服裝設(shè)計(jì)方法分析，色彩、款式、面料是構(gòu)成服裝設(shè)計(jì)的三要素，而服裝色彩直接由選用的服裝面料來體現(xiàn)，款式造型則依據(jù)面料的柔軟，硬挺，懸垂以及厚薄輕重等特性來保證，因此，服裝材料的主體就是面料，服裝面料是構(gòu)成服裝的最本質(zhì)的基礎(chǔ)。服裝面料的基本力學(xué)性質(zhì)，包括拉伸，撕裂，頂破和彎曲等，其中一項(xiàng)與彈簧振子模型中彈簧的力學(xué)性質(zhì)相類似的就是面料的彈性回復(fù)率，面料再受到外力作用一段時(shí)間后去除外力，面料產(chǎn)生的部分伸長變形(急彈性變形)會(huì)立即回復(fù)，隨著去除外力后時(shí)間的延續(xù)，又有部分伸長變形(緩彈性變形)繼續(xù)回復(fù)，但最終仍有部分伸長變形(塑性變形)不能回復(fù)。在所有伸長變形中可回復(fù)部分所占的比例，稱為彈性回復(fù)率，彈性回復(fù)率可以衡量纖維的變形回復(fù)程度。
[0021]步驟S33，構(gòu)建人體受力模型，在生物力學(xué)領(lǐng)域，骨骼，肌肉，關(guān)節(jié)都有成熟的生物力學(xué)原理以及參數(shù)來對(duì)運(yùn)動(dòng)中的人體各個(gè)部分進(jìn)行完整的力學(xué)分析，但是通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)書籍的查閱，發(fā)現(xiàn)通常的力學(xué)分析往往是通過分析人體的狀態(tài)來研究如何提升運(yùn)動(dòng)效果。例如在投擲類運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)分析中，通過對(duì)出手角度，出手速度，出手點(diǎn)高等一系列力學(xué)參數(shù)來分析獲取最佳的出手條件。對(duì)于運(yùn)動(dòng)防護(hù)也通常是通過對(duì)人體在不同運(yùn)動(dòng)階段下的肌肉活性以及做功大小等來判斷肌肉對(duì)運(yùn)動(dòng)效果的作用大小，并且以此為結(jié)果來鍛煉肌肉力量以提高人體的運(yùn)動(dòng)技巧從而防止運(yùn)動(dòng)損傷。在現(xiàn)階段的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中，雖然也有將其結(jié)果應(yīng)用與運(yùn)動(dòng)鞋類的設(shè)計(jì)，但是，對(duì)于如何將運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)參數(shù)與服裝設(shè)計(jì)中的各種參數(shù)相連接，能夠直接反映出服裝的防護(hù)性能的研究少之又少，因此，本文連接肌肉三元素模型，彈簧振子模型以及服裝面料的彈性回復(fù)率，構(gòu)建了網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)時(shí)人體受力簡易模型(圖2)。如圖2所示，圖中長方形代表人體部位，其上的彈簧代表彈性面料，假設(shè)網(wǎng)球質(zhì)量為m，在與球拍接觸前速度為Vl，接觸后速度為v2，并且在接觸過程中網(wǎng)球作用在球拍上的力垂直于球拍，并且作用力大小為F1，設(shè)球跟球拍作用后，給了彈簧一個(gè)初速度V，然后彈簧發(fā)生最大形變X后，速度由V變?yōu)镺，彈簧由初速度V變?yōu)镺的時(shí)間為t，則根據(jù)沖量定理，如式(I):
Ft=mv, F=mv/t..................................................................(I)
其中，F(xiàn)是t時(shí)間內(nèi)彈簧的平均受力，從已知條件中可知，彈簧有一定的彈性系數(shù)以及最大的形變量X，不同的彈性系數(shù)決定了彈簧的平均受力能力大小，在上述模型中，網(wǎng)球首先對(duì)面料(即彈簧)有一個(gè)作用力F1，F(xiàn)1使得面料產(chǎn)生形變，形變收縮的過程中儲(chǔ)存彈性能力，當(dāng)形變量達(dá)到最大時(shí)，面料開始反彈，這一過程中，面料儲(chǔ)存的能轉(zhuǎn)換為自身的內(nèi)能和周圍空氣的內(nèi)能，從而達(dá)到了緩沖的效果，之后，剩余的網(wǎng)球的力才被傳導(dǎo)至人體，對(duì)人體做功。因此,人體的受力大小為式(2)和式(3):
F2=F1-F............................................................(2)
F=kx............................................................(3)
k是彈簧的彈性系數(shù)，X為彈簧的形變量。
[0022]此時(shí)F大小與彈簧本身的彈性系數(shù)有關(guān)。由此可以通過彈性系數(shù)來建立彈性面料與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)系數(shù)之間的第一步關(guān)系式。
[0023]其中，所述步驟S4選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)包括以下步驟:由上述公式可知，在彈簧變形回復(fù)的時(shí)間t內(nèi)，mv即人體動(dòng)量的大小對(duì)于關(guān)節(jié)受力F有著至關(guān)重要的影響，在相同作用時(shí)間內(nèi)，動(dòng)量越小，關(guān)節(jié)受到的力F也就越小，則對(duì)關(guān)節(jié)的損傷越輕。由于測(cè)量設(shè)備的限制，并不能完全測(cè)出彈簧(即彈性面料)由初速度V變?yōu)镺的時(shí)間，假設(shè)在時(shí)間tl內(nèi)，彈簧由初速度V變?yōu)閂’，則彈簧受力為F= (mv-mv’)/tl，則動(dòng)量在時(shí)間tl內(nèi)的改變量即受力F越小對(duì)關(guān)節(jié)的損傷越小即面料防護(hù)性能最好。在mv-t折線圖中，F(xiàn)即動(dòng)量隨時(shí)間的變化率，本文中將此稱為動(dòng)量緩沖力系數(shù)。依據(jù)上述人體受力簡要模型以及力學(xué)公式的推導(dǎo)，將本文中評(píng)價(jià)面料防護(hù)性能的參數(shù)確立為球與球拍接觸后人體各關(guān)節(jié)部位的動(dòng)量以及動(dòng)量緩沖力系數(shù)。
[0024]其中，所述步驟S4以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型包括以下步驟:假設(shè)球球拍碰撞時(shí)的力大小為F，為簡化力學(xué)分析，假設(shè)力F從球拍傳遞至手腕時(shí)大小仍為F，并且在運(yùn)動(dòng)過程中，肌肉對(duì)骨骼防護(hù)所吸收的力大小為恒定值，記為C。
[0025]因此在手腕處采用面料防護(hù)，則上肢各關(guān)節(jié)部位受力大小為式(4)、式(5)、式
(6):
FI =F-Fj -C............................................................(4)
F2=F1-C............................................................(5)
F3=F2-C............................................................(6)
其中:F1為腕部受力，F(xiàn)2為肘部受力，F(xiàn)3為肩部受力，F(xiàn)’為彈性面料吸收儲(chǔ)存的力。
[0026]其余在肘部以及肩部采用面料防護(hù)，力學(xué)公式類似。
[0027]在上面所確立的評(píng)價(jià)參數(shù)中，確立了評(píng)價(jià)參數(shù)為動(dòng)量。則式(4)至式(6)可轉(zhuǎn)換為式(7)和(8):
Pl=Ft_F，-Ct..............................................................................(7)
Pl=mat-kx-C=mv-kxt-Ct...............................................................(8)
其中，Pl為手腕處動(dòng)量大小，其余兩處動(dòng)量公式類似;mv為球撞擊球拍時(shí)動(dòng)量大小，t為彈性面料恢復(fù)形變時(shí)間，即球與球拍的碰撞時(shí)間，k為彈性面料的彈性系數(shù)，X為接受F大小的力時(shí)彈性面料的形變量。由此即可將彈性面料的力學(xué)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
[0028]下面舉一個(gè)具體的例子進(jìn)行說明:
步驟一，運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)三維空間數(shù)據(jù)。根據(jù)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)上肢運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)及測(cè)量系統(tǒng)的使用方法，在實(shí)驗(yàn)對(duì)象上半身貼上剛體，標(biāo)出虛擬點(diǎn)位置。剛體位置分布在大臂中部，前臂中部，腰部以及后頸，并且根據(jù)公司實(shí)驗(yàn)人員指導(dǎo)，設(shè)置5個(gè)虛擬點(diǎn)，分別為肩胛骨突出點(diǎn)，肘部內(nèi)外側(cè)(這三個(gè)虛擬點(diǎn)依托大臂中部的剛體所設(shè)置)，腕部內(nèi)外側(cè)(這兩個(gè)虛擬點(diǎn)依托前臂中部的剛體所設(shè)置)共5個(gè)虛擬點(diǎn)。使用可進(jìn)行三維與六維自由度測(cè)量、可同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜態(tài)測(cè)量、可實(shí)時(shí)采集與顯示數(shù)據(jù)的紅外立體攝影測(cè)量系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象按要求進(jìn)行網(wǎng)球上拋式發(fā)球運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，獲得以三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)(X，Y，Z)形式輸出的各虛擬點(diǎn)三維空間數(shù)據(jù)。每組實(shí)驗(yàn)以確保記錄完整的5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)分析。
[0029]步驟二，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)，基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)。依據(jù)逆向動(dòng)力學(xué)原理，采用牛頓第二定律，沖量定理，動(dòng)量定理等將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體運(yùn)動(dòng)的瞬間動(dòng)量值(時(shí)間間隔0.01s)。
[0030]步驟三，結(jié)合球類運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及基礎(chǔ)力學(xué)，構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型。選擇基礎(chǔ)力學(xué)中的彈簧振子模型來作為網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型建立的基礎(chǔ)模型，結(jié)合肌肉力學(xué)性能(肌肉組織接受外力并緩沖物對(duì)骨的直接沖量來對(duì)人體骨骼進(jìn)行防護(hù)作用)以及網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)時(shí)人體上肢的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(具體的力學(xué)傳導(dǎo)過程為:1.近端肌肉的收縮力F1，產(chǎn)生肌力矩，使近端產(chǎn)生加速度，獲得動(dòng)量；2.此時(shí)遠(yuǎn)端肌肉主動(dòng)收縮產(chǎn)生力F2，該力產(chǎn)生的力矩使遠(yuǎn)端環(huán)節(jié)獲得加速度b2的同時(shí)其反作用力-F2，使近端產(chǎn)生反向的加速度_b3而制動(dòng)。如圖4所示)構(gòu)建網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)碰撞過程中人體受力模型。
[0031]步驟四，選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)作為數(shù)據(jù)分析，以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型。將對(duì)服裝材料防護(hù)性能優(yōu)劣性的評(píng)價(jià)參數(shù)確立為球碰撞球拍之后瞬間人體各關(guān)節(jié)部位最大動(dòng)量以及之后隨揮過程中的動(dòng)量緩沖力系數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)確定與運(yùn)動(dòng)防護(hù)相關(guān)的面料參數(shù)。實(shí)驗(yàn)通過不同面料制成不同層數(shù)的護(hù)肩、護(hù)肘、護(hù)腕，實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別佩戴各類不同面料或?qū)訑?shù)的護(hù)具進(jìn)行網(wǎng)球上拋式發(fā)球運(yùn)動(dòng)，通過各類護(hù)具佩戴條件下兩個(gè)評(píng)價(jià)參數(shù)來評(píng)價(jià)彈性及厚度對(duì)人體關(guān)節(jié)部位評(píng)價(jià)參數(shù)變化的影響力大小。最后確定面料厚度的改變對(duì)于各關(guān)節(jié)部位評(píng)價(jià)參數(shù)的改變的影響力較大。后通過不同復(fù)合方式來改變厚度參數(shù)來驗(yàn)證其影響力，最后通過改變護(hù)具的類型來驗(yàn)證不同類型護(hù)具對(duì)各關(guān)節(jié)評(píng)價(jià)參數(shù)改變的影響力，并且運(yùn)用復(fù)合方式的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)建的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)下服用材料性能參數(shù)與防護(hù)力之間的關(guān)系式進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。
[0032]步驟五，基于人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，改變面料參數(shù)，達(dá)到最佳防護(hù)效果，即可進(jìn)行防護(hù)性運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)制作。分別以面料，復(fù)合方式，護(hù)具包纏方式為單一的變量，按照評(píng)價(jià)參數(shù)人體上肢各關(guān)節(jié)的動(dòng)量峰值以及緩沖力系數(shù)的數(shù)值大小來對(duì)其進(jìn)行排序，排序后按照各類護(hù)具的權(quán)重不同進(jìn)行加權(quán)平均的算法，獲取最優(yōu)組合方式，用于后續(xù)防護(hù)性網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)服裝的開發(fā)。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改型和改變。因此，本發(fā)明覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟Si，運(yùn)用三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采集人體運(yùn)動(dòng)過程中各關(guān)節(jié)三維空間數(shù)據(jù)； 步驟S2，運(yùn)用運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)和基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)； 步驟S3，結(jié)合網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及基礎(chǔ)力學(xué)，構(gòu)建簡易的球類運(yùn)動(dòng)碰撞過程人體受力模型； 步驟S4,選擇合適的評(píng)價(jià)參數(shù)作為數(shù)據(jù)分析，以面料參數(shù)為變量建立面料與評(píng)價(jià)參數(shù)之間的人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型； 步驟S5，基于人體運(yùn)動(dòng)防護(hù)模型，改變面料參數(shù)，達(dá)到最佳防護(hù)效果，即可進(jìn)行防護(hù)性運(yùn)動(dòng)服裝的設(shè)計(jì)制作。
2.如權(quán)利要求1所述的高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其特征在于，所述步驟SI的三維動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)為紅外立體攝影測(cè)量系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的高防護(hù)性能球類運(yùn)動(dòng)服裝的制備方法，其特征在于，所述步驟S2將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人體生物力學(xué)參數(shù)主要是采用牛頓第三定律、沖量定律、動(dòng)量定理基礎(chǔ)力學(xué)原理將三維空間數(shù)據(jù)通過公式轉(zhuǎn)化為人體關(guān)節(jié)部位的速度、加速度、動(dòng)量的人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
【文檔編號(hào)】A61B5/11GK104223468SQ201410361761
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】曹蕊超, 謝紅, 李露, 曲暢, 張婷婷 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)