一种人体环节重量的测量方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种人体环节重量的测量方法及采用这种方法的测量设备，所述方法为以重量矩和环节重心半径为参数测定人体的环节重量，包括以下步骤：１．人体至少以三种环节姿势测量；２．标定被测环节瞬时转动中心；３．计算人体总重心半径；４．计算被测环节的重量矩；５．测量所测环节的环节重心半径；６．得出环节重量并显示数值。本发明专利技术提供了更为个体化的人体环节重量的测量方法及相应的设备，即更加符合每一个个体运动的实际情况的人体运动环节参数，对人体运动规律的深入探索起到极大的推动作用。另外本发明专利技术设备测试过程简单，更加容易的确定人体环节的瞬时转动中心且能够保证一定的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测定人体参数测试领域，更具体地说，涉及一种人体环节重量的测量方法及设备。
技术介绍
一般来讲，人体的基本物理参数包括两类一类是把人体整体及环节的质量、质心位置、转动惯量及转动半径等称为人体惯性参数；另一类是把人体整体及环节的长度、宽度和围度等称为人体形态参数。由于其在运动生物力学、工效学及相关学科的基础性地位，长期以来对人体基本物理参数的测量研究一直倍受人们的关注。近一百多年来，从尸体解剖发展到活体测量，国内外专家学者对人体环节参数的测量研究做出了不懈地努力，进行了大胆地探索，先后曾出现过浸水法、摄影测量法、变换姿势称重法、突然释放法、机械振动法、γ射线扫描法、CT法等多种活体测量方法，促进了人体环节测量研究的不断进步。可以说，对人体环节参数测量研究的发展史就是一个不断探索更好的测量方法并向人体环节参数个体化测量方向发展的过程。然而，从目前的研究现状来看，人体环节参数模型还多为对称型，且数据多来源于对正常成年人的测量，不适于特殊群体；精度高的人体环节参数模型均采用了带有放射性的射线法(ZatsiorskY等采用γ射线扫描法，郑秀瑗等采用CT法)，难以应用于对少年儿童的环节参数研究。事实上，人体的形态结构和质量分布特征的确具有鲜明的个体性，尤其是特殊群体个性特征更加明显，譬如运动员群体，不同竞技项目的运动员形体差异很大，某些项目运动员由于项目特点在长期的系统训练中还会产生人体优势侧特征显著的现象。因而，不论采用何种形式的人体环节惯性参数进行影像解析都无疑会在很大程度上抹杀受试者的个体特征。由此看来，提供对于受试者来说更加个性化的人体环节惯性参数是人体运动分析精化与细化的首要条件。人体环节是指人体相邻两个关节中心之间的部分。人们根据这一概念把人体划分为多个环节，并进行人体环节参数的测量。事实上，这一人为划分人体环节的概念忽略了参与运动的人体环节的实际情况，不利于提供符合运动实际的参与运动的人体环节参数。因此，我们提出人体运动环节的概念。多个人体运动环节通过关节的串联式连结就构成了人体运动环节链。环节和环节链这两个概念是相对的，它们取决于根据研究问题的需要而建立起来的人体模型。不同的人体模型环节划分的方法是不同的，因而，一个人体模型的一个环节可以是另一个人体模型的一个环节链。基于人体运动环节与环节链概念的相对性的讨论，我们提出在人体运动环节参数的测量研究中，应尽可能多地提供一些环节链的惯性参数，使之成为人体运动环节参数体系中不可或缺的一部分。鉴于人体环节参数在人体运动研究中的重要基础地位，人们注意到了来扩展平衡板的功用，使其不仅可以测量人体整体的重量和重心位置，还可以用来测量人体环节的这些重量参数，因为人们意识到一旦利用平衡板测量人体环节重量参数的方法取得突破性进展，由于平衡板的简便易行，和直接测量人体环节重量参数这种还原归真的性质，必将推动该项研究朝着个体化测量的方向迈进一大步。综上所述，我们认为当前人体运动环节参数的测量研究中还普遍存在着以下不足，有待于进一步提高，使所提供的人体运动环节参数更加符合每一个个体运动的实际情况。1)忽视了特殊人群的群体特征。即便是活体测量目前所提供的人体环节参数也仅限于正常人群体，不足以体现特殊人群的特殊性。2)忽视了人体左右侧发展的不平衡性。现有人体模型绝大部分是对称性人体模型，尤其对于运动员群体，某些项目的运动员优势侧特征明显，有些情况不应把人体视为左右对称。3)忽视了人体环节运动过程的实际情况。仅以一个几何概念—关节中心为界来划分人体环节而进行的参数测试，不足以描述运动中的环节总体。4)忽视了人体环节、环节链二者的相对性。相对性概念的引入可减少误差源，以更精确的参数来满足实际需要。为实现以上人体环节参数的测量，需要扩展平衡板的测量功用，即从测量人体整体重心位置转变成测量人体环节的重量和重心位置，必然需要变换人体在平衡板上的姿势进行称重，如此以来我们可以发现以下的问题1)由于测量要求被测环节竖直向上举起，被测环节的末端停留在空中，因此难以控制被测环节在测量过程中保持静止不动，尤其对于整个下肢的测量就更难控制；2)在测量过程中要求被测环节应当完全伸直，而且要与板面成90°直角，在测量整个下肢环节时受试者很难完成这样的动作。3)在确定人体环节的瞬时转动中心时，只能根据各关节的几何中心予以确定，难以精确定位。上述问题，目前还很难通过改进现有的一维平衡板予以解决，这主要是因为上述弊病是由一维平衡板自身的测量原理所致。目前平衡板测量理论的研究现状是一方面，各国专家学者对人体环节重量参数的平衡板测量法进行了大量有益的尝试，取得了重要的研究成果；另一方面，目前的研究还没有能够提供一个较为完备的测量方案，以满足人体运动及其它社会实践的需要。针对现有技术存在以上相对的不足，提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够测量更加符合每一个个体运动的实际情况的人体运动环节重量的测量方法及测量设备。本专利技术的中心理论为总重心圆理论，图1为总重心圆理论图释，清楚的表达了运动环节(链)与人体总重心的联动关系，其中A为人体所有不动环节合重心；B为人体运动环节(链)重心；C为人体总重心；Q为人体总重心圆圆心；O为人体运动环节(链)与不动环节相接关节的瞬时转动中心。在图1中，B(xb，yb)为人体的运动环节(链)重心，绕与不动环节相接关节的瞬时转动中心O(xo，yo)转动，OB＝rb为人体运动环节(链)重心圆的半径。A(xa，ya)为人体所有不动环节的合重心，是一个定点。由于人体总重量等于运动环节和不动环节的重量之和，根据质点系的质心合成定理，则有人体总重心C(xc，yc)必定位于直线AB上，即xc=waxa+wbxbwc---(1)]]>yc=waya+wbybwc---(2)]]>式中wa、wb、wc分别为运动环节(链)重量、所有不动环节重量和人体总重量；xa、xb、xc分别为运动环节(链)重心、所有不动环节的重心及人体总重心的x轴坐标，ya、yb、yc则为三者的y轴坐标，因为wc＝wa+wb………………………(3)把式(3)及A(xa，ya)代入式(1)、式(2)，并设wb/wa＝k，k为一定值，则有xc=xa+k·xb1+k---(4)]]>yc=ya+k·yb1+k---(5)]]>当运动环节重心B点绕关节瞬时转动中心O点做圆周运动时，此圆称为人体运动环节(链)重心圆，B点运动轨迹方程为(xb-xo)2+(yb-yo)2=rb2---(6)]]>由式(4)、(5)变换得xb=(1+k)xc-xak,yb=(1+k)yc-yak]]>代入式(6)得((1+k)xc-xak-xo)2+((1+k)yc-yak-yo)2=rb2---(7)]]>将式(7)整理得(xc-xa+kxo1+k)2+(yc-ya-kyo1+k)2=(krb1+k)2---(8)]]>式(8)是一个圆方程式，这说明C(xc，yc)点的运动轨迹也是一个圆周。由于C点是人体总重心，故称该圆为总重心圆，总重心圆圆心Q点的坐标是(xa+kxo1+k,ya+kyo1+k),]]>总重心圆的半径为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体环节重量的测量方法，其特征在于：所述方法为以重量矩和环节重心半径为参数测定人体的环节重量，包括以下步骤：１）人体至少以三种环节姿势测量；２）标定被测环节瞬时转动中心；３）计算人体总重心半径；４）计算被 测环节的重量矩；５）测量所测环节的环节重心半径；６）得出环节重量并显示数值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金季春，李世明，
申请(专利权)人：金季春，李世明，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]