制造測力臺的方法、測力臺以及對準工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了制造測力臺的方法、測力臺以及對準工具。在一個方案中，一種測力臺包括：指示器，位于相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處，所述指示器可用于空間測量系統(tǒng)，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置。
【專利說明】制造測力臺的方法、測力臺以及對準工具
[0001]相關(guān)申請
[0002]根據(jù)35USC§ 119(e)，本申請要求享有在2012年10月12日遞交的美國臨時申請第61/713，308號的優(yōu)先權(quán)。該臨時申請的全部內(nèi)容通過參考合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開文本涉及一種用于測量地面反作用力的測力臺(force platform)。
【背景技術(shù)】
[0004]測力臺是用于測量地面反作用力的設(shè)備，通常是為了測量由研究對象(例如，人類或其他動物對象)所引發(fā)的地面反作用力。運動學和生物力學研究者往往對研究這些力以及引發(fā)這些力的研究對象的運動感興趣。研究者可使用空間運動捕捉系統(tǒng)來捕捉研究對象的運動，該運動可以用三維坐標來描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面，一種測力臺包括:指示器，位于相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
[0006]在另一方面，一種方法包括:在所述測力臺上安裝指示器或標記，使得所述指示器或標記的空間坐標在相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
[0007]在再一方面，一種方法包括:測量安裝在測力臺上的標記或指示器的空間坐標；以及使用所述空間坐標，以將施加到所述測力臺的力的位置轉(zhuǎn)換為所述測力臺外部的坐標系O
[0008]在又一方面，一種測力臺包括:指示器，在相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處，所述指示器可用于空間測量系統(tǒng)，以確定在所述測力臺外部的坐標系中的所述指示器的位置。在一些實施例中，所述指示器可以是磁體、草皮(divot)、蝕刻圖案或繪制圖案(painted pattern )。在一些實施例中，所述測力臺可包括測量所述施加的力的壓力傳感器。
[0009]在又一方面,一種對準工具(alignment tool)包括:凹口，每個凹口能夠接收可用于空間測量系統(tǒng)的指示器，以在指示器被安裝在測力臺上時確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置；以及磁體，以與所述測力臺中的磁體的圖案對應(yīng)的圖案而被設(shè)置。在一些實施例中，所述指示器可以是磁體、草皮、蝕刻圖案、繪制圖案或發(fā)光二極管。在一些實施例中，所述對準工具可以是剛性的。
[0010]附圖及后面的描述中給出了本發(fā)明一個或多個實施例的細節(jié)。依據(jù)說明書、附圖及權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特點、目的及優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]圖1是具有對準板和耦合磁體的測力臺。[0012]圖2示出具有集成的磁體和用于反射球的定位孔的對準工具。
[0013]圖3示出具有集成磁體和用于發(fā)光二極管的定位孔的對準工具。
[0014]圖4示出具有施加的力和集成的耦合磁體的測力臺的頂板。
[0015]圖5和圖6是流程圖。
[0016]圖7是計算機系統(tǒng)。
[0017]各圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
【具體實施方式】
[0018]測力臺測量地面反作用力，該地面反作用力是由地面施加到另一個物體上的力。測力臺可以被研究由物體施加的力的研究者使用。有時測力臺與空間運動捕捉系統(tǒng)一起使用。為了精確地確定所測量的地面反作用力與所測量的三維運動坐標之間的關(guān)系，可能會對空間運動捕捉系統(tǒng)與測力臺同步(例如，空間、時間等)感興趣。測力臺可提供一種用空間運動捕捉系統(tǒng)的坐標系(或任何其他坐標系)空間定位由測力臺測量的力的方法。
[0019]在一些技術(shù)中，指示器可以被安裝在測力臺上。指示器可以用來相對于測力臺外部的坐標系(例如，不同于配合測力臺使用的坐標系的一種可利用的坐標系)定位測力臺的位置和方位。安裝在測力臺上的指示器在相對于測力臺坐標系的已知位置處，并且可以使用外部空間測量系統(tǒng)來測量。例如，指示器可以設(shè)置在相對于在測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。指示器例如可以是磁體、草皮或其他三維特征、或者蝕刻或繪制圖案或其他二維特征。
[0020]有時，研究者或其他用戶通過使用裝配有空間測量目標(例如，由空間運動捕捉系統(tǒng)感測的)的專用施力工具來確定測力板相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的坐標系的空間位置和方位。這些專用施力工具用于將力施加到測力臺，而該工具的位置通過空間運動捕捉系統(tǒng)來測量。
[0021]這些專用施力工具可能在精確度上有所欠缺。例如，專用施力工具僅能夠產(chǎn)生有限的力，或者專用施力工具不能關(guān)于該專用施力工具的預期幾何圖形(例如，對于具有空間運動捕捉系統(tǒng)的測力臺的精確的空間對準所必需的)用適合精確度來制造，或者專用施力工具在施加力的使用期間可能很容易變形(從而改變了幾何形狀并因此降低了專用施力工具的精確度)。此外，專用施力工具可能需要用于專用施力工具的空間測量目標與測力臺偏離相當大的距離(例如，12到24英寸或更大)。空間測量目標的這種偏離能夠與偏離距離成正比地降低測力臺的空間對準精確度。使用這些專用施力工具的方法還可能需要專用施力工具的用戶的高水平技能，并且為了增進測力臺與空間運動捕捉系統(tǒng)之間的空間同步可能會比較耗費時間。因此，使用用于轉(zhuǎn)換坐標系的指示器的測力臺可能比其他技術(shù)(例如，使用施力工具的測力臺)更有效。
[0022]圖1示出測力臺4的一個示例。使用此處所描述的技術(shù)，測力臺4的坐標系11可以被轉(zhuǎn)換為位于測力臺4外部的空間測量系統(tǒng)的坐標系12 (例如，具有位于測力臺外部的坐標系的系統(tǒng))。
[0023]測力臺4包括通過測力傳感器連接在一起的頂板5和底板6。在該示例中，對于測力臺的頂板5具有在已知位置處以已知幾何圖形嵌入在其表面內(nèi)的多個磁體7。圖1還示出可移動的對準工具2，該對準工具2也具有在已知位置處以已知幾何圖案嵌入在其中的磁體I。
[0024]圖2表示對準工具2的視圖。在該示例中，對準工具具有在已知位置處具有已知幾何圖案形式且用于對準反射球9的多個光學標記凹口 3。標記不必為球形，而是可具有另一種形狀。反射球9是無源標記(例如，不產(chǎn)生其自己的能量的標記)的示例，且可以使用任何種類的無源標記，例如草皮、蝕刻或繪制圖案或者可以通過空間測量系統(tǒng)分辨的其他指示器。
[0025]圖3是對準工具2的另一個視圖。在該示例中，對準工具具有位于已知位置處具有已知幾何圖案且用于定位發(fā)光二極管10的多個光學標記凹口 3?？梢允褂闷渌N類的發(fā)光標記。發(fā)光二極管10是有源標記(例如，產(chǎn)生其自身能量的標記)的示例，且可以使用任何種類的有源標記。
[0026]制造對準工具的方式考慮到在位于對準工具2的底面上方的已知高度處易于將反射球9 (圖2)或發(fā)光二極管10 (圖3)定位在光學標記凹口 3中。容易地且精確地定位這些指示器可通過用抗彎曲或其他變形的相對剛性材料制造的對準工具2得到提高。
[0027]回到圖1，頂板5中的磁體7的幾何圖案實質(zhì)上與對準工具2中的磁體I的幾何圖案相同。
[0028]光學標記凹口 3的位置相對于嵌入在對準工具2中的磁體I是已知的。
[0029]嵌入在對準工具2中的磁體I和位于頂板5中的磁體7的極性使得對準工具2通過磁力被吸引至頂板5。對準工具中的磁體I的圖案可有助于對準和吸引位于頂板5中的對應(yīng)的磁體7。
[0030]在一些示例中，只有頂板5或?qū)使ぞ?中的一個可包括磁體(例如，磁體I或磁體7)。例如，對準工具2可包括磁體，而頂板5可`包括排列成與對準工具2中的磁體I的圖案相對應(yīng)的圖案的磁吸引材料(例如，諸如鐵磁金屬的磁吸引金屬)。
[0031]校準過程可以在使用對準工具2以確定施加的力8 (圖4)與頂板磁體7之間的唯一空間關(guān)系時用來增加精確度。例如，這種關(guān)系可以在制造商的工廠制造測力臺時被確定。需要使用坐標測量機械裝置或其他空間測量方法以確定頂板磁體7和已知力的關(guān)系。校準過程決定了施加到頂板5的各種力相對于測力臺4的坐標系11的大小、位置和方位。在一些實施例中，如圖5所示，根據(jù)下面的校準過程500來確定施加的力8和頂板磁體7的關(guān)系:
[0032]a)在相對于頂板磁體7的已知位置處將已知力施加到頂板5 (502)。
[0033]b)測量連接頂板5和底板6的力傳感器的電壓輸出(504)。例如，可以通過諸如計算機系統(tǒng)的數(shù)字處理設(shè)備來測量電壓輸出。計算機系統(tǒng)可自動地進行用于測量電壓輸出的操作。
[0034]c)使用遍布測力臺的指定力范圍的多個施加的力重復上述步驟a)和b)，來確保施加的力(典型地，所有施加的力)處于相對于頂板磁體7的已知位置處(506)。
[0035]d)在橫穿頂板5的上表面和側(cè)表面的多個位置處重復上述步驟a)、b)和c)(508)。
[0036]e)確定來自力傳感器的電壓與施加的力的關(guān)系(例如，使用用于校準測力臺的傳統(tǒng)方法)(510)。
[0037]一旦上述過程500已經(jīng)被執(zhí)行，其能夠通過由傳感器感受到任意施加的力的后續(xù)測量來確定施加到測力臺4的任意力矢量相對于頂板磁體7的位置。
[0038]當測力臺處于使用中時，有時用戶定位測力臺相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的位置的位置。這需要將測力臺4的坐標系11轉(zhuǎn)換為外部空間測量系統(tǒng)的坐標系12。
[0039]當使用測力臺4時，施加到測力臺的力的位置和方位可以相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的位置和方位而被定位。在一些實施例中，如圖6所示，用于確定這種關(guān)系的過程600如下:
[0040]a)在期望的位置中安裝預校準的測力臺4 (根據(jù)上述過程校準的)(602)。
[0041]b)在期望的位置中安裝空間運動捕捉系統(tǒng)，確保測力臺4在空間運動捕捉系統(tǒng)的范圍內(nèi)(604)。
[0042]c)在測力臺4的頂板5上方放置對準工具2，使得對準工具2的磁體在頂板磁體7的上方(606)。
[0043]d)在對準工具2的光學標記凹口中放置標記，例如，反射球9或發(fā)光二極管10(608)。
[0044]e)使用空間運動捕捉系統(tǒng)，確定對準工具2相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的坐標系12的位置和方位(610)。
[0045]對準工具的位置和方位可以用來確定測力臺4的位置和方位。一旦已經(jīng)確定對準工具2相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的坐標系12的位置和方位，用戶可從那時起轉(zhuǎn)換由將任意力施加到測力臺4導致的電壓輸出，并將測力臺4的坐標系11中讀取為外部空間測量系統(tǒng)的坐標系12。對準工具2可以被移去且不再使用。在一些示例中，測力臺4的用戶可用薄的不透明材料(如常見的地磚)來覆蓋頂板5的上表面。在某些情況下，用戶可能想要重復過程600以在參數(shù)改變的情況下確保最大精確度，參數(shù)改變的情況例如，運動捕捉系統(tǒng)相對于測力臺的相對放置，或者由新相機或運動捕捉系統(tǒng)的其他部分導致在分辨率上的變化。
[0046]數(shù)個優(yōu)點可從測力臺4的一個或多個方面中得以實現(xiàn)。例如，其能夠使研究者在空間上將測力臺對準空間運動捕捉系統(tǒng)，而無需研究者制造或使用專用的工具?？梢员葌鹘y(tǒng)的方法更準確地、更快速地以及需要更少的技能將測力臺與空間運動捕捉系統(tǒng)進行空間對準。可以在已知坐標空間中獲得施加的力對測力臺可控制和精確的校準。當測力臺處于使用中時產(chǎn)生的力矢量可以相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的坐標空間被立即和直接測量。個人可以快速地確定測力臺相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的位置和方位，而同時使用比其他方法更少的技能。與其他方法相比，可以提高測量測力臺相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的位置和方位的精確度。同樣地，可以提高測量相對于空間運動捕捉系統(tǒng)的地面反作用力的精確度。即使在覆蓋有薄的不透明材料(例如地磚)時也可以利用測力臺。
[0047]圖7是示例計算機系統(tǒng)700的方框圖。例如，可以使用系統(tǒng)700以執(zhí)行將一個坐標系11轉(zhuǎn)換為另一個坐標系12 (圖1)的必要的處理步驟。例如，也可以使用系統(tǒng)700來實現(xiàn)圖5和圖6中所示的過程500、600的一些或全部步驟。在一些示例中，系統(tǒng)700可以是空間運動捕捉系統(tǒng)。
[0048]系統(tǒng)700包括:處理器710、存儲器720、存儲設(shè)備730和輸入/輸出設(shè)備740。組件710、720、730和740中的每一個例如可以使用系統(tǒng)總線750互連。處理器710能夠處理可在系統(tǒng)700內(nèi)執(zhí)行的指`令。在一個實施例中，處理器710為單線程處理器。在另一個實施例中，處理器710為多線程處理器。處理器710能夠處理存儲在存儲器720中或存儲設(shè)備730上的指令。
[0049]存儲器720存儲系統(tǒng)700中的信息。在一個實施例中，存儲器720為計算機可讀介質(zhì)。在一個實施例中，存儲器720為易失性存儲單元。在另一個實施例中，存儲器720為非易失性存儲單元。
[0050]存儲設(shè)備730能夠提供用于系統(tǒng)700的大容量存儲。在一個實施例中，存儲設(shè)備730為計算機可讀介質(zhì)。在各種不同的實施例中，存儲設(shè)備730例如可包括硬盤設(shè)備、光盤設(shè)備或一些其他大容量存儲設(shè)備。
[0051]輸入/輸出設(shè)備740提供用于系統(tǒng)700的輸入/輸出操作。在一個實施例中,輸入/輸出設(shè)備740可包括一個或多個網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備(例如以太網(wǎng)卡)、串行通信設(shè)備(例如，RS-232端口)和/或無線接口設(shè)備(例如，802.11卡)。在另一個實施例中，輸入/輸出設(shè)備可包括配置為接收輸入數(shù)據(jù)并將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送至其他輸入/輸出設(shè)備的驅(qū)動設(shè)備，例如，鍵盤、打印機和顯示設(shè)備760。然而，其他實施例也可以使用例如移動計算設(shè)備、移動通信設(shè)備、機頂盒電視客戶端設(shè)備等。
[0052]雖然圖7中已經(jīng)描述了示例性處理系統(tǒng)，但是在本說明書中描述的主題和功能性操作的實施例可以其他類型數(shù)字電子電路、或者以包括本說明書中公開的結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)等同物的計算機軟件、固件或硬件、或者以它們的一個或多個的結(jié)合來得以實施。在本說明書中描述的主題的實施例可以被實施為一個或多個計算機程序產(chǎn)品用于通過處理系統(tǒng)執(zhí)行或者用于控制處理系統(tǒng)的操作，該一個或多個計算機程序產(chǎn)品即為在有形程序載體(例如計算機可讀介質(zhì))上編碼的計算機程序指令的一個或多個模塊。計算機可讀介質(zhì)可以是機器可讀存儲設(shè)備、機器可讀存儲基板、存儲設(shè)備、影響機器可讀傳播信號的物質(zhì)組成、或者它們中的一個或多個的組合。
[0053]術(shù)語“處理系統(tǒng)”包括用于處理數(shù)據(jù)的所有裝置、設(shè)備和機器，通過舉例的方式包括可編程處理器、計算機、或者多個處理器或多個計算機。除了硬件之外，處理系統(tǒng)可包括創(chuàng)建用于待執(zhí)行的計算機程序的執(zhí)`行環(huán)境的代碼，例如，構(gòu)成處理器固件、協(xié)議棧、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)或者它們中的一個或多個的組合的代碼。
[0054]計算機程序(也被稱為程序、軟件、應(yīng)用軟件、腳本或代碼)可以任何形式的編程語言(包括包括編譯或解釋性語言、或者聲明或程序語言)被編寫，并且可以被配置成任何形式(包括作為獨立程序或作為模塊、組件、子程序、或者適合在計算環(huán)境中使用的其他單元)。計算機程序不一定對應(yīng)于文件系統(tǒng)中的文件。程序可以被存儲在保存其他程序或數(shù)據(jù)(例如，存儲在標記語言文檔中的一個或多個腳本)的一部分文件中、在專用于待執(zhí)行的程序的單獨文件中、或者多個協(xié)作文件(例如存儲一個或多個模塊、子程序或部分代碼的文件)中。計算機程序可以被配置為在位于一個站點或者分布在多個站點以及通過通信網(wǎng)絡(luò)互連的一臺計算機上或者在多臺計算機上執(zhí)行。
[0055]適用于存儲計算機程序指令和數(shù)據(jù)的計算機可讀介質(zhì)包括所有形式的非易失性存儲器、媒介和存儲設(shè)備(通過舉例的方式包括半導體存儲設(shè)備，例如，EPROM、EEPROM和閃存設(shè)備)、磁盤(例如，內(nèi)部硬盤或可移動硬盤)、磁光盤以及⑶ROM光盤和DVD ROM光盤。處理器和存儲器可以通過專用邏輯電路被補充或者被并入到專用邏輯電路中。
[0056]在本說明書中描述的主題的實施例可以在包括后端組件(例如數(shù)據(jù)服務(wù)器)、或者在包括中間組件(例如應(yīng)用程序服務(wù)器)、或者在前端組件(例如具有圖形用戶界面或Web瀏覽器(通過它們，用戶能夠與本說明書中描述的實施例進行交互)的客戶端計算機)、或者這種后端、中間或前端組件中的一個或多個的任意組合的計算系統(tǒng)中實現(xiàn)。系統(tǒng)的組件可以通過任何形式或數(shù)字數(shù)據(jù)通信的介質(zhì)(例如，通信網(wǎng)絡(luò))互連。通信網(wǎng)絡(luò)的示例包括局域網(wǎng)(“LAN”)和廣域網(wǎng)(“WAN”)，例如，互聯(lián)網(wǎng)。
[0057]已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個實施例。然而，應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本 發(fā)明進行各種修改。因此，其他實施方式落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制造測力臺的方法，所述方法包括: 在所述測力臺上安裝指示器或標記，使得所述指示器或所述標記的空間坐標在相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
2.—種方法，包括: 測量安裝在測力臺上的標記或指示器的空間坐標；以及 使用所述空間坐標，以將施加到所述測力臺的力的位置轉(zhuǎn)換到所述測力臺外部的坐標系中。
3.一種測力臺,包括: 指示器，位于相對于在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處， 所述指示器可用于空間測量系統(tǒng)，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為磁體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為反射球。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為草皮。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為蝕刻圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為繪制圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測力臺，還包括測量所述施加的力的壓力傳感器。
10.一種對準工具，包括: 凹口，每個凹口能夠在指示器被安裝在測力臺上時接收被空間測量系統(tǒng)可使用的指示器，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置；以及磁體，布置成與所述測力臺中的磁體的圖案對應(yīng)的圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為磁體。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為反射球。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為草皮。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為蝕刻圖案。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為繪制圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為發(fā)光二極管。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的對準工具，其中所述對準工具是剛性的。
【文檔編號】A61B5/22GK103720481SQ201310476029
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月12日
【發(fā)明者】戴維·麥克尼爾, 梅拉妮·肖爾茨, 鮑勃·博爾迪尼翁 申請人:北方數(shù)字化技術(shù)公司