使用三维测力平台系统分析与评价足部力学指标的研究

论文摘要

大连理工大学体育科研所1981年开始研制“三维压电晶体生物力学测力平台”,1983年研制成功,1987年荣获国家体委颁发的体育科技进步奖。该仪器是一个多功能的综合性测力装置,测力平台的主要技术性能指标达到了世界测力平台技术水平,并是我国第一台压电式测力平台。它由测力平台、电荷放大器、A/D数据采集卡及分析软件组成,可实时采集人体运动时力的变化情况。本研究共完成两方面的研究:一、以YDT-5461型三维压电晶体测力平台为系统前置部分,开发了YDT-5462型双平台测试系统。该系统采用新型数据采集方法,解决了三维测力平台测试过程中,测试数据丢失与采集同步问题,保证了三维测力平台的测试精度;通过系统专用软件较好的解决了双平台与空间坐标系角度偏差和摆放位置调整的问题;留有通信接口,可与近红外影像测量、生物学肌电测量同步测试。二、研究了一种DVMC近红外运动捕捉装置与三维测力平台组成的人体运动测试系统YDT5463。该系统实现了运动图像与三维测力都由一台计算机同步实时采集。结合人体的基本参数,运用适当的人体模型,可计算出人体各环节及关节之间的力和力矩。初步应用结果表明:系统对Marker点的自动捕捉效果较好,同步性能好,可对人体运动状态和动力特征进行综合分析,并通过运动学与动力学数据实现了对人体下肢各关节力与关节力矩计算,为较深入、全面地解析和评价运动,探讨运动原理和规律,从而为体育运动研究和其它研究提供综合研究的应用方法与手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 以压电晶体为传感器的测力平台
• 1.2.2 以电阻片为传感器的测力平台
• 1.3 YDT5461三维压电晶体测力平台
• 1.3.1 测力平台的力传感元件
• 1.3.2 测力平台
• 1.3.3 系统指标
• 1.3.4 电荷放大器
• 1.3.5 力与力矩的计算
• 1.3.6 系统特点
• 1.4 小结
• 2 双平台同步测力的实现
• 2.1 系统硬件部分
• 2.2 数据采集与A/D转换
• 2.3 系统设置
• 2.4 系统软件部分
• 2.4.1 测试指标
• 2.4.2 计算方法
• 3 对人体下肢关节力与力矩计算
• 3.1 系统原理
• 3.2 系统硬件组成
• 3.3 系统特点
• 3.4 系统功能
• 3.5 人体模型与人体环节参数
• 3.5.1 人体环节参数
• 3.5.2 修正的Hanavan模型
• 3.5.3 人体模型各环节的定义
• 3.6 下肢关节力与关节力矩的计算
• 3.7 步态分析
• 3.7.1 常见病态步态特征及其病理意义
• 3.7.2 人体行走过程中阶段化分
• 3.7.3 步态分析中常用术语定义
• 3.8 系统软件部分
• 3.8.1 导入数据
• 3.8.2 关节动力学分析
• 3.8.3 关节角度说明
• 3.8.4 三维运动解析可以求得的指标
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢