人体足力测量系统的研制及其应用研究

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人体足力测量在运动生物力学、体育训练、康复医疗、工业设计、机器人等多个领域均有广泛的应用。   本文研制了用于人体足力测量的测力平台系统,主要包括测力板、标定系统、信号采集系统和信号分析系统等。与以往测力平台不同的是,本系统采用了解耦六维力传感器,以获取人体足力的完整信息。分析了本测力平台系统的测力原理和零力矩点(ZMP)计算方法,并测量了测力板的固有频率。   针对传统六维力传感器存在维间耦合的不足,设计了一款由一维测力结构组成的解耦六维力传感器。一维测力元件采用圆孔式结构,对其关键的壁厚尺寸,运用ANSYS有限元软件做了优化分析,并进行了尺寸链设计。通过标定实验,分析评价了本传感器的性能。   编制了人体足力测量软件,其中集成了信号采集和信号分析软件。信号采集系统可以实时采集传感器输出的原始电压数据,信号分析系统对此进行分析处理,输出足力、步态时间参数、ZMP等数据。讨论了两种信号降噪处理方法:五点三次平滑法和分段巴特沃斯无相位差低通滤波法,并将其应用到软件中。   最后,运用测力平台系统进行了一系列的实验,研究了足力测量在各领域中的应用。分析了足力与步态、步速、踏跳、稳定性、足部损伤等的关系,研究了人体关节力矩和功率的测量和计算方法。
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