一种用于携行负荷的假人测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于携行负荷的假人测试系统，其特征在于：包括一负荷假人，一运动模拟器、若干压力传感器、一力和力矩传感器、一信号采集与处理器、一通信接口和一计算机；所述计算机根据需要模拟的实际状况，通过通信接口发送控制信号给所述运动模拟器；所述运动模拟器带动所述负荷假人进行模拟运动；所述压力传感器及力和力矩传感器采集所述负荷假人表面的压力、脊椎受力和力矩的模拟信号并传送给所述信号采集与处理器，所述信号采集与处理器将所得的信号进行处理后，经所述通信接口传送给计算机，所述计算机实时显示人体表面的皮肤受力、脊椎受力和力矩情况。所述计算机输出并储存模拟结果。本发明专利技术可以广泛用于携行装备工效学测试评价过程中。

【技术实现步骤摘要】
一种用于携行负荷的假人测试系统
本专利技术涉及一种测试系统，特别是关于一种采用假人模拟人体在不同负荷、不同运动状态下所承受力和力矩的用于携行负荷的假人测试系统。
技术介绍
携行负荷是人们在工作、生活、出行中经常要遇到的问题。人们时常由于负荷量大、携行方式不科学、携行负荷分配不合理等原因，造成的全身或局部过于疲劳，甚至机体损伤，进而严重制约人体体能的保持与发挥。在不同运动状态下，负荷究竟应该携带多少以及采用何种方式携带负荷，对于缓解身体疲劳，减少局部损伤具有十分重要的作用。现有技术中对于携行负荷的测试与评价主要是采用真人进行实验，通过主观询问和携行负荷生理实验方法，对携行负荷的总量进行评价，耗资多，实验周期长，且由于个体差异大，造成实验结果偏差较大，实用性较差。因此迫切需要提出一种能够较为真实地模拟不同携行运动状态下人体负荷的测试系统，为负荷合理分配及携行装备的研发提供先进的工程技术平台。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种能够较为真实地模拟不同携行运动状态下，能够模拟人体在不同负荷、不同运动状态下所承受力和力矩的用于携行负荷的假人测试系统。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种用于携行负荷的假人测试系统，其特征在于：包括一负荷假人，一运动模拟器、若干压力传感器、一力和力矩传感器、一信号采集与处理器、一通信接口和一计算机；所述负荷假人由仿真骨骼和包覆在所述仿真骨骼之外的仿真皮肤组成；所述负荷假人固定在所述运动模拟器顶部，所述压力传感器设置在测试需要负荷的所述负荷假人体表，所述力和力矩传感器设置在所述负荷假人靠近腰部的脊椎处，所述压力传感器及力和力矩传感器通过导线连接所述信号采集与处理器；所述运动模拟器和所述信号采集与处理器通过通信接口连接所述计算机；所述计算机根据需要模拟的实际状况，通过通信接口发送控制信号给所述运动模拟器；所述运动模拟器带动所述负荷假人进行模拟运动；所述压力传感器及力和力矩传感器采集所述负荷假人表面的压力、脊椎受力和力矩的模拟信号并传送给所述信号采集与处理器，所述信号采集与处理器将所得的模拟信号进行滤波、放大和A/D转换处理后，经所述通信接口传送给计算机，所述计算机实时显示人体表面的皮肤受力、脊椎受力和力矩情况。所述仿真骨骼包括一中轴骨、两对称设置的上肢骨和一下肢骨；所述中轴骨包括颅骨、脊柱、肋骨、胸骨和颈肩胸连接件；所述脊柱包括脊柱颈段、脊柱胸段、脊柱腰段和脊柱骶段；所述肋骨包括两对称设置的第一肋、第二肋、第三肋、第四肋、第五肋、第六肋和第七肋；所述脊柱的脊柱颈段上端固定连接所述颅骨，所述脊柱颈段下端固定连接所述颈肩胸连接件中部上端，所述颈肩胸连接件的中部下端固定连接所述脊柱胸段，所述脊柱胸段的下端固定连接所述脊柱腰段，所述脊柱腰段的下端固定连接所述脊柱骶段；两侧所述肋骨的第一肋～第七肋的一端间隔固定连接所述脊柱胸段，所述第一肋～第五肋的另一端固定连接所述胸骨；所述第六肋和第七肋的另一端向上弯曲固定连接所述胸骨的下端形成肋弓；两所述上肢骨均包括上肢带、肱骨、桡尺骨、腕掌骨、指骨、内收外展轴、肘轴和腕轴；所述上肢带包括锁骨、肩胛骨和肩胛冈；所述指骨包括第一指骨、第二指骨、第三指骨、第四指骨和第五指骨；两所述锁骨一端固定连接所述胸骨上端两侧，另一端固定连接所述颈肩胸连接件两侧前部；两所述肩胛冈一体成型在两所述肩胛骨的背部，两所述肩胛骨固定连接所述颈肩胸连接件两侧后部，两所述肱骨的上端通过内收外展轴转动连接所述颈肩胸连接件两侧中部，两所述肱骨的下端通过两肘轴转动连接两所述桡尺骨上端，两所述桡尺骨下端通过两腕轴转动连接两腕掌骨，两侧第一指骨～第五指骨固定连接所述腕掌骨下端；所述下肢骨包括一骶骨，对称设置的两髋骨、两闭孔、两股骨和两安装固定件；所述骶骨上端固定连接所述脊柱骶段中下段，所述骶骨两侧固定连接所述两髋骨，所述两闭孔固定连接所述两髋骨下端前部，所述两股骨固定连接所述两髋骨下端中部，所述两股骨底部固定连接所述两安装固定件。所述仿真皮肤包括三部分，其中一部分是根据位于头、颈、躯干和大腿上段的仿真骨骼作为内模具，根据标准人体相应部分的外形数据制作外模具，采用硅橡胶整体浇注固化成形的头、颈、躯干和大腿上段的皮肤组织；另外两部分是根据位于两上肢的仿真骨骼作为内模具，根据标准人体两上肢的外形数据制作外模具，采用硅橡胶整体浇注固化成形的左、右上肢的仿真皮肤。所述运动模拟器采用固定平台、三自由度运动平台和六自由度运动平台中的一种。所述压力传感器采用压电薄膜式传感器。所述通信接口采用RS485通信接口或USB通信接口。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术将负荷假人设置在运动模拟器上，将压力传感器设置在负荷假人的各受理部位，将力和力矩传感器设置在负荷假人的脊椎处或与运动平台连接处；因此计算机可以在控制运动模拟器带动负荷假人进行模拟运动时，通过压力传感器和力和力矩传感器采集的负荷假人表面的压力、脊椎受力和力矩的测试结果，以便实时对携行负荷的测试结果进行评价，为负荷合理分配及携行装备的研发提供了一个先进的工程技术平台。2、本专利技术根据中国人基本特征设计外形、体重、骨骼等，采用分段四肢和躯干骨骼结构，而各分段的尺寸质量、质心分布符合中国真人的统计数据；且针对背部负荷应用设计具有与真人相似的锁骨、肩胛骨、肋骨(具有肋弓)、骨盆(具有髋骨、闭孔)这些在人体负荷行走中承担人体负荷的主要骨骼结构；并在仿真骨骼外设置与真人皮肤肌肉相同硬度(邵氏硬度15±2)的仿真皮肤，以此形成相应的肩部、背部、腰部、臀部，因此能够高度仿真背部负荷作用下人躯干骨骼和软组织的受力分布情况。3、本专利技术既可以将负荷假人安装于固定平台上，用于静态受力测试；也可以将负荷假人安装与三自由度或六自由度运动平台配合，开展负荷行走测试。本专利技术可以广泛用于携行装备工效学测试评价过程中。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图图2是本专利技术负荷假人示意图图3是本专利技术仿真骨骼示意图图4是本专利技术中轴骨和下肢骨结构示意图图5是图2的侧视示意图图6是图2的后视示意图图7是本专利技术上肢骨结构示意图具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1、图2所示，本专利技术包括一负荷假人1、一运动模拟器2、若干压力传感器3、一个或一个以上力和力矩传感器4、一信号采集与处理器5、一通信接口6和一计算机7。如图3所示，本专利技术的负荷假人1由仿真骨骼10、仿真皮肤20和固定件30组成，其中仿真骨骼10包括一中轴骨100、两对称设置的上肢骨200和一下肢骨300。如图4、图5、图6所示，本专利技术负荷假人1的中轴骨100包括颅骨110、脊柱120、肋骨130、胸骨140和颈肩胸连接件150。脊柱120包括脊柱颈段121、脊柱胸段122、脊柱腰段123和脊柱骶段124。肋骨130包括两侧对称设置的第一肋131、第二肋132、第三肋133、第四肋134、第五肋135、第六肋136和第七肋137。脊柱120的脊柱颈段121上端连接颅骨110，脊柱颈段121下端连接颈肩胸连接件150的中部上端，颈肩胸连接件150的中部下端连接脊柱胸段122，脊柱胸段122的下端连接脊柱腰段123，脊柱腰段123的下端连接脊柱骶段124。两侧肋骨130的第一肋131～第七本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于携行负荷的假人测试系统，其特征在于：包括一负荷假人，一运动模拟器、若干压力传感器、一力和力矩传感器、一信号采集与处理器、一通信接口和一计算机；所述负荷假人由仿真骨骼和包覆在所述仿真骨骼之外的仿真皮肤组成；所述负荷假人固定在所述运动模拟器顶部，所述压力传感器设置在测试需要负荷的所述负荷假人体表，所述力和力矩传感器设置在所述负荷假人靠近腰部的脊椎处，所述压力传感器及力和力矩传感器通过导线连接所述信号采集与处理器；所述运动模拟器和所述信号采集与处理器通过通信接口连接所述计算机；所述计算机根据需要模拟的实际状况，通过通信接口发送控制信号给所述运动模拟器；所述运动模拟器带动所述负荷假人进行模拟运动；所述压力传感器及力和力矩传感器采集所述负荷假人表面的压力、脊椎受力和力矩的模拟信号并传送给所述信号采集与处理器，所述信号采集与处理器将所得的模拟信号进行滤波、放大和A/D转换处理后，经所述通信接口传送给计算机，所述计算机实时显示人体表面的皮肤受力、脊椎受力和力矩情况。

【技术特征摘要】
1.一种用于携行负荷的假人测试系统，其特征在于：包括一负荷假人，一运动模拟器、若干压力传感器、一力和力矩传感器、一信号采集与处理器、一通信接口和一计算机；所述负荷假人由仿真骨骼和包覆在所述仿真骨骼之外的仿真皮肤组成；所述负荷假人固定在所述运动模拟器顶部，所述压力传感器设置在测试需要负荷的所述负荷假人体表，所述力和力矩传感器设置在所述负荷假人靠近腰部的脊椎处，所述压力传感器及力和力矩传感器通过导线连接所述信号采集与处理器；所述运动模拟器和所述信号采集与处理器通过通信接口连接所述计算机；所述计算机根据需要模拟的实际状况，通过通信接口发送控制信号给所述运动模拟器；所述运动模拟器带动所述负荷假人进行模拟运动；所述压力传感器及力和力矩传感器采集所述负荷假人表面的压力、脊椎受力和力矩的模拟信号并传送给所述信号采集与处理器，所述信号采集与处理器将所得的模拟信号进行滤波、放大和A/D转换处理后，经所述通信接口传送给计算机，所述计算机实时显示人体表面的皮肤受力、脊椎受力和力矩情况。2.如权利要求1所述的一种用于携行负荷的假人测试系统，其特征在于：所述仿真骨骼包括一中轴骨、两对称设置的上肢骨和一下肢骨；所述中轴骨包括颅骨、脊柱、肋骨、胸骨和颈肩胸连接件；所述脊柱包括脊柱颈段、脊柱胸段、脊柱腰段和脊柱骶段；所述肋骨包括两对称设置的第一肋、第二肋、第三肋、第四肋、第五肋、第六肋和第七肋；所述脊柱的脊柱颈段上端固定连接所述颅骨，所述脊柱颈段下端固定连接所述颈肩胸连接件中部上端，所述颈肩胸连接件的中部下端固定连接所述脊柱胸段，所述脊柱胸段的下端固定连接所述脊柱腰段，所述脊柱腰段的下端固定连接所述脊柱骶段；两侧所述肋骨的第一肋～第七肋的一端间隔固定连接所述脊柱胸段，所述第一肋～第五肋的另一端固定连接所述胸骨；所述第六肋和第七肋的另一端向上弯曲固定连接所述胸骨的下端形成肋弓；两所述上肢骨均包括上肢带、肱骨、桡尺骨、腕掌骨、指骨、内收外展轴、肘轴和腕轴；所述上肢带包括锁骨、肩胛骨和肩胛冈；所述指骨包括第一指骨、第二指骨、第三指骨、第四指骨和第五指骨；两所述锁骨一端固定连接所述胸骨上端两侧，另一端固定连接所述颈肩胸连接件两侧前部；两所述肩胛冈一体成型在两所述肩胛骨的背部，两所述肩胛骨固定连接所述颈肩胸连接件两侧后部，两所述肱骨的上端通过内收外展轴转动连接所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谌玉红，李晨明，郑捷文，任鹏飞，郭亚飞，
申请(专利权)人：中国人民解放军总后勤部军需装备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11