【技术实现步骤摘要】
头盔重心和转动惯量测试装置及方法
本专利技术涉及一种头盔重心和转动惯量测试装置及方法，属于重心和转动惯量测试
技术介绍
头盔是人体头部重要的防护装备，它在军事、医疗、运动、娱乐等各个行业都有广泛的应用，头盔的重心和转动惯量对使用安全具有很大影响，特别是对于飞行员和航天员这种影响甚至为危及到生命安全。但头盔是一个几何不规则体，其重心、转动惯量的计算有一定的困难，因此需要测量确定。头盔工效学性能是影响头盔性能的重要因素，但是长期以来并未得到应有的重视，特别是缺乏客观的测试研究手段。在各国开展的军用头盔工效学性能的研究中，以美军所进行的研究最为全面和深入。美国空军作战中心的杰弗里(JeffreyM.T.)等采用宇宙电子公司生产的KGR30质量分析仪对“头模-飞行头盔”系统的重心进行了测试研究，但该研究并未能直接测量不规则盔体的重心。澳大利亚墨尔本大学的阿斯科(AskoV.)建立了一套SPH-4头盔动力学性能的评价装置，但该装置较为繁杂，且受头盔佩戴者生理因素的影响较大。目前，国内外对头盔形状、头盔舒适性、稳定性的客观评价方法很少，几乎没有对适体性方面的整体定量测试评价。国内对头盔工效学性能的研究也主要集中在航空航天领域，但有关客观评价方法的研究报道仍相当少。航空医学研究所曾作过军用头盔重量、佩带时间与颈肌疲劳关系的实验，采用颈肌体表肌电功率谱判定颈肌是否疲劳，结合主观佩戴感觉评价疲劳程度，获得军盔重量与配戴时间、颈肌疲劳程度之间的关系。我军QGF02头盔的研制过程中，曾组织过头盔工效学性能的实际佩戴实验，...
【技术保护点】
1.一种头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：包括定盔盒、V型垫块、测量台架、凸轮机构、底座、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；/n所述定盔盒用于固定放置待测头盔；/n所述V型垫块为具有90度V型槽的垫块，所述V型垫块用于放置定盔盒或放有待测头盔的定盔盒；/n所述测量台架包括扭摆台架、弯曲支点轴承和蝶形板；所述扭摆台架用于测试时固定放置定盔盒，所述扭摆台架的顶面中心形成有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽；所述弯曲支点轴承安装在所述扭摆台架的底部，所述弯曲支点轴承包括结构相同的动端部和静端部，所述动端部和静端部之间呈中心对称分布，所述动端部和静端部之间通过两对十字形分布的弹簧片连接，所述动端部相对于所述静端部绕着两对所述十字形分布的弹簧片的交叉点构成的轴线旋转，所述动端部固接于所述扭摆台架的底部，所述静端部固接于蝶形板上，所述静端部与扭摆台架之间设置锁定件，所述锁定件用于将所述扭摆台架随动端部一起锁止于所述静端部上；/n所述凸轮机构设置在所述蝶形板和底座之间，所述凸轮机构用于驱动所述测量台架相对于所述底座上下运动；/n所述第一至第三力传感器位于所述蝶形板的正下方，并呈等腰三角形的...
【技术特征摘要】
1.一种头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：包括定盔盒、V型垫块、测量台架、凸轮机构、底座、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；
所述定盔盒用于固定放置待测头盔；
所述V型垫块为具有90度V型槽的垫块，所述V型垫块用于放置定盔盒或放有待测头盔的定盔盒；
所述测量台架包括扭摆台架、弯曲支点轴承和蝶形板；所述扭摆台架用于测试时固定放置定盔盒，所述扭摆台架的顶面中心形成有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽；所述弯曲支点轴承安装在所述扭摆台架的底部，所述弯曲支点轴承包括结构相同的动端部和静端部，所述动端部和静端部之间呈中心对称分布，所述动端部和静端部之间通过两对十字形分布的弹簧片连接，所述动端部相对于所述静端部绕着两对所述十字形分布的弹簧片的交叉点构成的轴线旋转，所述动端部固接于所述扭摆台架的底部，所述静端部固接于蝶形板上，所述静端部与扭摆台架之间设置锁定件，所述锁定件用于将所述扭摆台架随动端部一起锁止于所述静端部上；
所述凸轮机构设置在所述蝶形板和底座之间，所述凸轮机构用于驱动所述测量台架相对于所述底座上下运动；
所述第一至第三力传感器位于所述蝶形板的正下方，并呈等腰三角形的布置于所述底座上；所述第一至第三力传感器用于测试时采集定盔盒或放有待测头盔的定盔盒的重力；
所述振动频率传感器设置在所述弯曲支点轴承的静端部上，用于采集所述扭摆台架的振动频率；
所述第一至第三力传感器和振动频率传感器均与上位机连接。
2.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述凸轮机构包括安装座、凸轮、顶杆和传动轴；所述安装座固定安装在所述底座，所述凸轮通过所述传动轴转动设置在所述安装座内，所述传动轴偏心地穿设于所述凸轮上，所述顶杆竖直活动穿设在所述安装座上，所述顶杆的上端固定设置有顶板，所述顶板与所述蝶形板接触，所述顶杆的下端与所述凸轮的圆周面相接触；所述传动轴的一端伸出所述底座的外部。
3.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述锁定件包括相应地开设在所述扭转盘架以及静端部上的止动孔，活动配合于所述扭摆台架和静端部上的止动孔之间的止动件；
在所述蝶形板的两侧布置两限位滑板，两所述限位滑板固定在所述底座上，所述蝶形板的两侧边缘分别开设凹槽，所述限位滑板滑动配合于所述凹槽内。
4.如权利要求2所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述弯曲支点轴承、蝶形板、凸轮机构和底座均置于箱体内，所述扭摆台架伸出所述箱体的顶部，所述箱体的侧壁设置开孔，所述开孔与所述传动轴伸出底座的一端正对。
5.如权利要求4所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述第一、第二和第三力传感器通过多路压力变送电路模块与单片机连接，所述振动频率传感器与单片机连接，所述单片机与所述上位机连接，箱体的外部设置有显示面板，显示面板与单片机连接，用来显示第一至第三力传感器测量的重力及扭摆台架的振动频率。
6.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：第一至第三力传感器均采用BK-2S型剪切梁荷重传感器，振动频率传感器采用光脉冲传感器，光脉动传感器设置在所述静端部上，所述扭摆台架上设置挡片；所述蝶形板采用铝合金材质；所述定盔盒采用有机玻璃制成，所述定盔盒包括盒体以及可拆卸地设置在盒体顶部的盒盖。
7.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述扭摆台架包括铝合金材质的圆盘，所述圆盘的底面设置有辐条和肋板结构，所述圆盘的顶面中心有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽内均滑动设置有滑块，所述滑块上设置有将其锁定于所述第一滑槽或第二滑槽内的锁止件，所述第一滑槽和第二滑槽边缘贴有刻度尺。
8.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述上位机内集成有测试参数设置模块、串口数据接收模块、数据处理模块、数据显示模块和数据存储模块；所述测试参数设置模块用于设置测试参数；所述串口数据接收模块用于接收第一至第三力传感器采集的力值以及振动频率传感器采集的振动频率；所述数据处理模块用于接收并处理力值以及振动频率数据，获得待测头盔的重心和转动惯量的数据；所述数据显示模块用于将获得的待测头盔重心和转动惯量的数据输送显示在上位机的界面上；所述数据存储模块用于存储待测头盔的重心和转动惯量数据以及相应的测试参数。
9.一种基于如权利要求1至8任一项所述的装置的头盔重心和转动惯量测试方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)进行待测头盔重心相对自身的位置HX、HY、HZ的测量，具体步骤包括：
S1)通过凸轮机构使得测量台架降落至最低处，测量台架底部的蝶形板压在第一至第三力传感器上，并利用锁定件将扭摆台架锁死，进入头盔重心测量模式；
S2)以定盔盒上三个相邻且垂直的面共有的角点为坐标原点，以过角点的三个棱边为xyz轴，形成固定坐标系，将定盔盒分三次放置在扭摆台架上，第一次以定盔盒上x轴、y轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，xy轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第二次以定盔盒上y轴、x轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，yx轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第三次以定盔盒上y轴、z坐标轴与扭摆台架上的两滑槽平行，yz轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；
S3)分别记录步骤S2)中定盔盒分三次放置在扭摆台架上时第一力传感器的读数Fx(盒)、Fy(盒)、Fz(盒)；以第二力传感器和第三力传感器的连线的投影作为支点和坐标原点O'，利用称重法计算定盔盒重心相对坐标原点O'位置，计算公式如下：
其中，X盒表示定盔盒重心在x轴方向的位置；Y盒表示定盔盒重心在y方向的位置；Z盒表示定盔盒重心在z方向的位置；Fx(盒)表示定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；Fy(盒)表示定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；Fz(盒)表示定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；L表示测力点距坐标原点O'的距离；G盒表示定盔盒的重量；
S4)将头盔放入定盔盒中，其中，定盔盒上的x轴与头盔上的HX平行，y轴与头盔上的HY平行，z轴与头盔上的HZ平行，将放有头盔的定盔盒放置在扭摆台架上，第一至第三力传感器测得重量G盔+盒；然后重复步骤S2)、S3)，分别记录头盔+定盔盒分三次放置扭摆台架...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，祖媛媛，张伟，钮建伟，李茂辉，马天，王惜亮，王刚，
申请(专利权)人：军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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