一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及體育運(yùn)動分析、人體步態(tài)研究及矯形康復(fù)行走機(jī)能評定等領(lǐng)域，公開了一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法，本方法首先應(yīng)用三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置對三維測力平臺進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，然后將標(biāo)定后的各項(xiàng)參數(shù)輸入到標(biāo)定算法公式中，從而獲得標(biāo)定系數(shù)C，最后對標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；本發(fā)明能夠在現(xiàn)場通過公式計(jì)算出標(biāo)定系數(shù)，無需返廠重新標(biāo)定，解決了由于設(shè)備使用時(shí)間、安裝不當(dāng)或磕碰造成的標(biāo)定系數(shù)不準(zhǔn)確的問題，具有一定的市場前景和應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及體育運(yùn)動分析、人體步態(tài)研究及矯形康復(fù)行走機(jī)能評定等領(lǐng)域，特別涉及一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自1952年美國加利福尼亞大學(xué)步態(tài)研究項(xiàng)目中第一次使用三維測力平臺開始，測力臺就成為了體育運(yùn)動研究、人體步態(tài)研究及矯形康復(fù)行走機(jī)能評定等領(lǐng)域測量地面反作用力的標(biāo)準(zhǔn)動力學(xué)測試工具。測力臺可提供力、力矩、扭矩、力角、沖量和壓力中心位置等指標(biāo)，非常直觀地分析人體運(yùn)動過程中力的變化特征。力和力矩為原始輸出數(shù)據(jù)，其它指標(biāo)為計(jì)算指標(biāo)。其中三維力、力作用點(diǎn)和扭矩與運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)合，采用“逆向動力學(xué)法InverseDynami c ”能夠計(jì)算出人體下肢髖、膝和踝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)力、關(guān)節(jié)力矩和關(guān)節(jié)功率。排除運(yùn)動學(xué)數(shù)據(jù)，測力臺測量地面反作用力(GRF)和壓力中心(COP)的精確性直接影響關(guān)節(jié)動力學(xué)計(jì)
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[0003]依據(jù)采用不同力傳感器，三維測力平臺系統(tǒng)分為壓電式與應(yīng)變式兩種類型。國外測力平臺生產(chǎn)廠家有Kistler、Amt1、Bertec,國內(nèi)主要有大連理工大學(xué)和合肥智能機(jī)械研究所。目前，國內(nèi)外諸多步態(tài)分析、體育運(yùn)動、神經(jīng)控制等研究單位均以配置了三維測力平臺。
[0004]三維測力平臺出廠前都要使用專用精密儀器進(jìn)行標(biāo)定，即每一個測力平臺都有一個單獨(dú)的標(biāo)定系數(shù)。出廠后該標(biāo)定參數(shù)會隨測力平臺一同交付使用單位。但由于使用時(shí)間、不當(dāng)安裝或者運(yùn)輸過程中的磕碰等因素，均會影響其測量的準(zhǔn)確性。無論是國外產(chǎn)品還是國內(nèi)產(chǎn)品，把測力平臺運(yùn)回廠家重新標(biāo)定都是一個耗時(shí)又耗力的過程。即使返廠重新標(biāo)定，返回后的運(yùn)輸和安裝過程還會再次產(chǎn)生影響測量精度的因素。因此，亟待一種應(yīng)用于三維測力平臺安裝現(xiàn)場的靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法。
[0005]國際上科研工作者和生產(chǎn)廠家對三維測力平臺精度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要為兩個方面:
I)三維力誤差< 2% ;2)壓力中心誤差< Icm (Schmiedmayer, 1999)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為了解決由于使用時(shí)間、安裝不當(dāng)或者運(yùn)輸過程中磕碰導(dǎo)致的三維測力平臺標(biāo)定系數(shù)不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，提供一種三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置及方法，本發(fā)明使用方便，能夠在現(xiàn)場準(zhǔn)確的對三維測力平臺進(jìn)行標(biāo)定。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:提供了一種三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置，包括:垂直加載裝置、水平加載裝置；
所述垂直加載裝置主要實(shí)現(xiàn)在垂直方向?qū)θS測力平臺施加已知力與力矩，包括:垂直加載框架1、加載模塊；所述垂直加載框架I上端面平行設(shè)置兩個橫板2，橫板2之間固定有加載面板3 ;所述加載模塊進(jìn)一步包括:加載軸5、加載平臺6、加載塊7 ;所述加載軸5 —端穿過加載面板3的加載軸承與加載平臺6固定,另一端與加載塊7固定。
【權(quán)利要求】
1.一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述一種三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置包括:垂直加載裝置、水平加載裝置； 所述垂直加載裝置包括:垂直加載框架(I)、加載模塊；所述垂直加載框架(I)上端面平行設(shè)置兩個橫板(2)，橫板(2)之間固定有加載面板(3);所述加載模塊進(jìn)一步包括:加載軸(5)、加載平臺(6)、加載塊(7);所述加載軸(5)—端穿過加載面板(3)上的加載軸承(15)與加載平臺(6)固定，另一端與加載塊(7)固定； 所述水平加載裝置包括:水平加載框架(8)、加載掛鉤(9)、加載螺栓(10)、固定滑輪以及杠鈴片(14);所述水平加載框架(8)的下端橫梁上設(shè)有第一固定滑輪(11)，上端橫梁上設(shè)有第二固定滑輪(12);所述加載掛鉤(9)與鋼絲(13)固定連接，鋼絲(13)的另一端依次通過第二固定滑輪(12)、第一固定滑輪(11)與加載螺栓(10)以螺栓結(jié)構(gòu)連接，且第二固定滑輪(12)、第一固定滑輪(11)、加載螺栓(10)三者在一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述垂直加載框架(I)底端的四個角設(shè)有可調(diào)節(jié)底座(4 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述加載模塊軸承為精密傳動軸承(15)，所述精密傳動軸承(15)固定于加載軸(5)與加載面板(3)連接處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述加載軸(5 )與加載塊(7 )采用鋼珠接觸結(jié)構(gòu)固定。
5.—種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于，首先應(yīng)用三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置對三維測力平臺進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，然后將標(biāo)定后的各項(xiàng)參數(shù)輸入到標(biāo)定算法公式中，從而獲得標(biāo)定系數(shù)G最后對標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；具體包括以下步驟: 步驟1:將三維測力平臺(16)放置于預(yù)設(shè)的地坑內(nèi)，應(yīng)用三維測力平臺靜態(tài)標(biāo)定裝置對三維測力平臺(16)進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，設(shè)定三維測力平臺坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)，弋為垂直方向作用力，^為橫向作用力，/為縱向作用力； 步驟1.1:使用垂直加載裝置對三維測力平臺(16)進(jìn)行垂直加載； 步驟1.1.1:采用描圖工具在三維測力平臺(16)表面上標(biāo)記垂直加載點(diǎn)，描繪誤差(0.10 Cm,記錄各個垂直加載點(diǎn)的位置坐標(biāo)； 步驟1.1.2:調(diào)整可調(diào)節(jié)底座(4)使垂直加載框架(I)保持水平，將加載塊(7)分別置于上述垂直加載點(diǎn)上；
步驟1.1.3:分別在加載點(diǎn)加載不同重量的外加力(弋)，按照橫向移動和縱向移動的順序?qū)θS測力平臺(16)上的所有加載點(diǎn)進(jìn)行垂直加載，通過外加力和加載點(diǎn)的位置坐標(biāo)計(jì)算上述垂直加載點(diǎn)的力矩值(氧，#y，#z)，計(jì)算公式為:Mw = Fy X z+ Fs x‘yMy = Fx >< z+ Fs XX.Ms = Fxxy +FyXx 步驟1.2:使用水平加載裝置對三維測力平臺(16)進(jìn)行水平加載； 步驟1.2.1:采用描圖工具在三維測力平臺(16)側(cè)面標(biāo)記側(cè)向加載點(diǎn)，描繪誤差(0.10 Cm ;記錄各個側(cè)向加載點(diǎn)的位置坐標(biāo)；步驟1.2.2:將加載螺栓(10)連接三維測力平臺(16)的側(cè)向加載點(diǎn)，并通過加載掛鉤(9)加載外力，所述加載螺栓(10)與地面平行且垂直于三維測力平臺(16)的加載面；步驟1.2.3:分別在加載點(diǎn)加載不同重量的外加力(弋，F(xiàn)y);按照橫向移動和縱向移動的順序分別對各個側(cè)向加載點(diǎn)進(jìn)行加載，通過外加力和加載點(diǎn)的位置坐標(biāo)計(jì)算上述側(cè)向加 載點(diǎn)的力矩值(#x，#y，#z)，計(jì)算公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于，所述水平加載框架(8)與放置三維測力平臺(16)的預(yù)設(shè)地坑的規(guī)格一致。
【文檔編號】G01L25/00GK103471767SQ201310455958
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】劉海斌, 元文學(xué), 孟昭莉, 徐大員, 蔡探探 申請人:大連理工大學(xué)