Сила удара на пятку и ногу бегуна во время бега: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

В своем проекте я хотел проверить количество силы, которой подвергаются пятка и нога бегуна, и действительно ли новые кроссовки действительно уменьшают силу. Акселерометр - это устройство, которое определяет ускорение по осям X, Y и Z. Ускорение измеряется в G-силах, одна G-сила эквивалентна ускорению свободного падения на Земле, которое все вещи испытывают во все времена. Я использую этот акселерометр, чтобы проверить количество перегрузок, которые испытывают моя пятка и нога во время бега, и есть ли разница между новой и старой обувью. Существует множество распространенных заблуждений о необходимости новых кроссовок. Многие люди считают, что Nike лжет вам, когда они говорят вам покупать новую обувь каждые 500 километров. Компании по производству обуви для бега и магазины для бега, такие как, например, Poulsbo running (мой местный магазин для бега), скажут вам, что вы навредите себе, если не будете часто менять обувь. Однако я не уверен, что это полностью правда, и поэтому решил проверить это сам. Причина этих травм при беге, которые, по их словам, вы получите, если у вас нет новой обуви, связана с силой, которую испытывают ваши нога и пятка. Говорят, новые туфли уменьшают силу лучше, чем старые, но я не уверен, что это правда. Этот проект будет полезен многим людям, особенно тем, кто склонен к травмам, связанным с бегом, и тем, кто хотел бы узнать о них больше. Мой проект определит, говорят ли эти компании правду или они просто пытаются заставить вас раскошелиться на еще одну пару Бенджаминов.

Запасы

1x Arduino uno

1x акселерометр Sparkfun adxl377

1x хлебная доска

1x много перемычек

1x кнопка

1x светодиод

2 резистора по 10 кОм

2 резистора по 30 кОм

6 проводов длиной примерно с ногу бегуна

1x ноутбук, который может запускать Arduino IDE

Дополнительные компоненты, необходимые для вторичной сборки:

1x ЖК-экран

1x потенциометр

1x еще много перемычек

Шаг 1: Моя начальная сборка

Моя первоначальная сборка была подтверждением концепции. Я хотел убедиться, что этот проект возможен, прежде чем я начну вкладывать в него время и деньги. Я использовал акселерометр, Arduino, четыре перемычки и свой ноутбук, на котором выполнялся код. Это доказательство концепции было очень важным, потому что я извлек несколько ценных уроков в отношении кода. Но самое главное, я узнал, что этот проект возможен.

Шаг 2: Вторичная сборка

Прежде всего, я хочу сказать, что эта сборка не была обязательной для окончательной сборки, и для нее требуются некоторые дополнительные компоненты, поэтому этот шаг совершенно необязателен. Я добавил жидкокристаллический дисплей (LCD), чтобы он мог показывать мне значения силы G на компьютере без Arduino IDE. до этой сборки мне нужно было иметь IDE Arduino и код, чтобы иметь возможность получать выходные данные от акселерометра. С этой новой сборкой я могу запускать Arduino от любого источника питания, это даже не обязательно должен быть компьютер. Я также добавил потенциометр, чтобы можно было регулировать подсветку ЖК-дисплея. Это могло бы пригодиться, если бы я использовал его на улице и солнце светило на экран. Все мы были в ситуации, когда вы пытались использовать свой смартфон на улице, но солнечный свет мешает видеть экран. Итак, вы пытаетесь заблокировать солнце рукой или поворачиваетесь к нему спиной, чтобы попытаться заблокировать его. Другой способ решить эту распространенную проблему - увеличить яркость экрана, и именно для этого нужен потенциометр. Я не смог бы хорошо видеть выходные данные, но я мог бы настроить подсветку так, чтобы я мог видеть их идеально. Регулировка подсветки может пригодиться и в других случаях.

Шаг 3: третья и последняя сборка

Для моей третьей и последней сборки я объединил все лучшие атрибуты всех моих предыдущих сборок на одной доске. В итоге я получил очень изысканный и компактный модуль, и длинные провода могли проходить по моей ноге, не мешая моей форме. Я добавил кнопку, чтобы я мог запускать и останавливать сбор данных в любой момент. Это было очень важно для получения хороших данных, потому что я смогу начать сбор, как только я начну бегать, и как только я остановлюсь. Таким образом, все собранные данные относятся к фактическому эксперименту. Я также добавил светодиод, чтобы я знал, когда сбор данных включен, а когда выключен. Эта последняя сборка оказалась большим успехом, и это было именно то, на что я надеялся.

Шаг 4: устранение неполадок и некоторые проблемы, которые возникли у меня в процессе

У меня было много проблем с проектом. Для одного моего первого акселерометра было очень трудно получить правильную схему подключения, кодирование, дизайн и данные. Дизайн был очень сложным, потому что у меня много ограничений, например, насколько он тяжелый или какой он большой. Мне нужно иметь возможность бегать, и я хочу иметь возможность запускать самую близкую к моей обычной беговой форме, чтобы этот эксперимент был точным. Кодирование также было очень сложным и требовало большого количества проблем. У меня были проблемы с считыванием правильного количества G на моем акселерометре. MMA8452Q (мой акселерометр) работает до восьми G. Иногда, когда я едва касался ногой пола, он читал восемь G, и это просто неправильно, так как это слишком высоко. Однако после устранения неполадок и перекодирования мне удалось добиться правильного масштабирования.

Шаг 5: Мой код

Я использовал один из примеров из библиотеки Sparkfun, а также добавил кнопку и сам светодиод. это было довольно просто, так как в этом проекте есть примеры всего, однако вам нужно объединить более одного вместе

Шаг 6: Заключение и анализ данных

Я считаю этот проект большим успехом. Я достиг почти всех, если не всех, своих целей. Мне удалось получить много очень полезных данных. Я много узнал о кодировании, подключении, электронных компонентах Arduino, создании компактной модульной системы, силе G и работе. Теперь нужно либо принять, либо отклонить мое утверждение из моего первого абзаца и всю причину, по которой я начал этот проект. Я хотел доказать неправоту компаний, показав, что не нужно покупать новую обувь каждые 500 километров. Действительно ли новая обувь снижает количество перегрузок, которые испытывают пятка и нога бегуна во время бега? Ответ положительный. Я сравнил количество перегрузок, которое испытывала моя пятка в паре новых кроссовок, старых кроссовок, фургонов и в качестве контроля, когда я просто носил носки. Я обнаружил, что в носках я испытывал до восьми G. Это было столько же G, сколько и у фургонов, чего и следовало ожидать. В старых кроссовках я испытал до шести G. у новых бегунов я испытал не более четырех G. Как мы видим, новые бегуны лучше всех снижали силу удара, а фургоны хуже всех (не считая носков, поскольку это была управляющая переменная). Думаю, с моей настройкой менее двадцати долларов я не могу опровергнуть то, что для них доказали 2,5 миллиарда долларов, потраченные Nike за последние пять лет на исследования и разработки. Может, в следующий раз потрачу тридцать, и посмотрим, что будет потом.