一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及體育運動分析、人體步態(tài)研究及矯形康復行走機能評定等領域，公開了一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置及方法，本方法首先應用三維測力平臺靜態(tài)標定裝置對三維測力平臺進行現(xiàn)場標定，然后將標定后的各項參數(shù)輸入到標定算法公式中，從而獲得標定系數(shù)C，最后對標定結果進行驗證；本發(fā)明能夠在現(xiàn)場通過公式計算出標定系數(shù)，無需返廠重新標定，解決了由于設備使用時間、安裝不當或磕碰造成的標定系數(shù)不準確的問題，具有一定的市場前景和應用價值。
【專利說明】一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及體育運動分析、人體步態(tài)研究及矯形康復行走機能評定等領域，特別涉及一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置及方法。
【背景技術】
[0002]自1952年美國加利福尼亞大學步態(tài)研究項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動研究、人體步態(tài)研究及矯形康復行走機能評定等領域測量地面反作用力的標準動力學測試工具。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，非常直觀地分析人體運動過程中力的變化特征。力和力矩為原始輸出數(shù)據(jù)，其它指標為計算指標。其中三維力、力作用點和扭矩與運動學數(shù)據(jù)結合，采用“逆向動力學法InverseDynami c ”能夠計算出人體下肢髖、膝和踝關節(jié)的關節(jié)力、關節(jié)力矩和關節(jié)功率。排除運動學數(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節(jié)動力學計
晳奸里
[0003]依據(jù)采用不同力傳感器，三維測力平臺系統(tǒng)分為壓電式與應變式兩種類型。國外測力平臺生產(chǎn)廠家有Kistler、Amt1、Bertec,國內主要有大連理工大學和合肥智能機械研究所。目前，國內外諸多步態(tài)分析、體育運動、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行標定，即每一個測力平臺都有一個單獨的標定系數(shù)。出廠后該標定參數(shù)會隨測力平臺一同交付使用單位。但由于使用時間、不當安裝或者運輸過程中的磕碰等因素，均會影響其測量的準確性。無論是國外產(chǎn)品還是國內產(chǎn)品，把測力平臺運回廠家重新標定都是一個耗時又耗力的過程。即使返廠重新標定，返回后的運輸和安裝過程還會再次產(chǎn)生影響測量精度的因素。因此，亟待一種應用于三維測力平臺安裝現(xiàn)場的靜態(tài)標定裝置及方法。
[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標準主要為兩個方面:
I)三維力誤差< 2% ;2)壓力中心誤差< Icm (Schmiedmayer, 1999)。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為了解決由于使用時間、安裝不當或者運輸過程中磕碰導致的三維測力平臺標定系數(shù)不準確的技術問題，提供一種三維測力平臺靜態(tài)標定裝置及方法，本發(fā)明使用方便，能夠在現(xiàn)場準確的對三維測力平臺進行標定。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:提供了一種三維測力平臺靜態(tài)標定裝置，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現(xiàn)在垂直方向對三維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。
【權利要求】
1.一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置，其特征在于，所述一種三維測力平臺靜態(tài)標定裝置包括: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)的下端橫梁上設有第一固定滑輪(11)，上端橫梁上設有第二固定滑輪(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)以螺栓結構連接，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)權利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置，其特征在于，所述垂直加載框架(I)底端的四個角設有可調節(jié)底座(4 )。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置，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)權利要求1所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定裝置，其特征在于，所述加載軸(5 )與加載塊(7 )采用鋼珠接觸結構固定。
5.—種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定方法，其特征在于，首先應用三維測力平臺靜態(tài)標定裝置對三維測力平臺進行現(xiàn)場標定，然后將標定后的各項參數(shù)輸入到標定算法公式中，從而獲得標定系數(shù)G最后對標定結果進行驗證；具體包括以下步驟: 步驟1:將三維測力平臺(16)放置于預設的地坑內，應用三維測力平臺靜態(tài)標定裝置對三維測力平臺(16)進行現(xiàn)場標定，設定三維測力平臺坐標原點(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)表面上標記垂直加載點，描繪誤差(0.10 Cm,記錄各個垂直加載點的位置坐標； 步驟1.1.2:調整可調節(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上；
步驟1.1.3:分別在加載點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對三維測力平臺(16)上的所有加載點進行垂直加載，通過外加力和加載點的位置坐標計算上述垂直加載點的力矩值(氧，#y，#z)，計算公式為: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)側面標記側向加載點，描繪誤差(0.10 Cm ;記錄各個側向加載點的位置坐標；步驟1.2.2:將加載螺栓(10)連接三維測力平臺(16)的側向加載點，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向加載點進行加載，通過外加力和加載點的位置坐標計算上述側向加 載點的力矩值(#x，#y，#z)，計算公式為:
6.根據(jù)權利要求5所述的一種三維測力平臺現(xiàn)場靜態(tài)標定方法，其特征在于，所述水平加載框架(8)與放置三維測力平臺(16)的預設地坑的規(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)先權日:2013年9月30日
【發(fā)明者】劉海斌, 元文學, 孟昭莉, 徐大員, 蔡探探 申請人:大連理工大學