摘 要：隨著運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的發(fā)展以及在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用需要，越來越多的研究人員開始從事人體平衡測(cè)力平臺(tái)的研究，和以往相比測(cè)力平臺(tái)的精確度有了很大的提高，但是目前的測(cè)力平臺(tái)都是在靜止的前提下測(cè)量人體的平衡能力其中的平衡算法也是以人體靜止為基礎(chǔ)的，對(duì)于人體的動(dòng)態(tài)平衡能力判斷不足。因此本研究設(shè)計(jì)一種人體在動(dòng)態(tài)情況下的測(cè)力裝置，使測(cè)力平臺(tái)能在一定的角度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量人體在此動(dòng)態(tài)情況下的重心軌跡變化，從而判斷人體的平衡能力。

關(guān)鍵詞：平衡；測(cè)力平臺(tái)；動(dòng)態(tài)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.222

1 前言

人體的平衡能力是體現(xiàn)人身體綜合素質(zhì)的重要指標(biāo)，在人類的日常生活中有著重要的意義[1]。目前測(cè)力平臺(tái)都是在靜止的情況下測(cè)量人體的平衡能力。所以本研究通過自行設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)測(cè)力平衡裝置測(cè)量人體的平衡能力。動(dòng)態(tài)測(cè)量既可以分析人體在視覺系統(tǒng)、本體感覺系統(tǒng)和前庭系統(tǒng)分別作用下的身體擺動(dòng)，還可以進(jìn)行外力干擾情況下的姿勢(shì)反應(yīng)分析。人體受到外界干擾后，首先判斷擾動(dòng)的類型、擾動(dòng)的強(qiáng)度，然后調(diào)用相應(yīng)的平衡策略進(jìn)行調(diào)整[2]。因此設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)平衡的測(cè)評(píng)裝置是非常有必要的。

2 儀器與測(cè)試方法

（1）儀器結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)總體由硬件部分和軟件部分構(gòu)成。硬件即機(jī)械結(jié)構(gòu)部分，包括擺動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集裝置。擺動(dòng)平臺(tái)機(jī)構(gòu)在外置的擺動(dòng)平臺(tái)電控裝置的控制下工作。其總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

硬件部分的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由底座、伺服電機(jī)和電推桿三部分構(gòu)成。擺動(dòng)平臺(tái)有低幅、中幅和高幅三種擺動(dòng)幅度，上位機(jī)可以設(shè)置好脈沖頻率，進(jìn)而控制電推桿的速度來決定擺動(dòng)幅度的大小。測(cè)力平臺(tái)置于擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上面，工作時(shí)將采集到的人體重心數(shù)據(jù)通過測(cè)力板自帶的模擬數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行采集，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)窖腥A4704型號(hào)的采集裝置中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最終由4704的USB口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算、顯示和存儲(chǔ)。

擺動(dòng)平臺(tái)采用直流電機(jī)帶動(dòng)，角速度和擺動(dòng)幅度均可以調(diào)節(jié)，因此適用范圍廣泛。整個(gè)裝置材料采用鋁合金，在保證強(qiáng)度的要求下，結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，設(shè)備輕便，同時(shí)縮短了制造周期，降低成本。擺動(dòng)裝置中間采用鏤空設(shè)計(jì)，既可以防止電機(jī)觸碰上板，又可以減輕重量。

（2）電路設(shè)計(jì)。擺動(dòng)平臺(tái)電控裝置集成在一個(gè)抗電阻燃的盒子中，包括采集模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、到位開關(guān)模塊和電源模塊。采集模塊用于數(shù)據(jù)采集，驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，到位開關(guān)模塊控制水平位置以及防止發(fā)生頂缸現(xiàn)象，電源模塊用于為各模塊提供電源。

如圖2所示，采集模塊包括數(shù)據(jù)采集卡U1和步態(tài)測(cè)力板公頭J，數(shù)據(jù)采集卡U1上AI0～AI5輸入依次與步態(tài)測(cè)力板公頭J中的1～6腳連接；步態(tài)測(cè)力板公頭J中14～20腳與數(shù)據(jù)采集卡U1上的接地腳連接。數(shù)據(jù)采集卡U1上的接地腳接地，數(shù)據(jù)采集卡U1上的+5V腳接5V開關(guān)電源的正極。步態(tài)測(cè)力板通過步態(tài)測(cè)力板公頭J與上位機(jī)電連接。

驅(qū)動(dòng)模塊包括數(shù)據(jù)采集卡U1和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器D1，如圖3所示。數(shù)據(jù)采集卡U1上的DO0輸出引腳與驅(qū)動(dòng)器D1的26腳連接，DO1與驅(qū)動(dòng)器D1的30腳連接，驅(qū)動(dòng)器D1的27和31腳與數(shù)據(jù)采集卡U1上的接地腳連接。驅(qū)動(dòng)器D1的1腳和3腳接24V開關(guān)電源的正極，2腳和4腳接24V開關(guān)電源的負(fù)極。

3 總結(jié)

本文通過自行研究設(shè)計(jì)的測(cè)力平臺(tái)，使測(cè)力平臺(tái)可以特定的角度和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而測(cè)量人體在受迫運(yùn)動(dòng)下的平衡能力，改變了以往只能在靜態(tài)的情況下測(cè)量人體的平衡能力。對(duì)于人體的平衡測(cè)定更加的全面客觀，對(duì)于以后的科學(xué)研究有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]程珊，馬進(jìn)，王濤等.健康青年靜態(tài)立位平衡功能的研究[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2015，15（03）：458-462.

[2]王紅梅，徐秀林.人體動(dòng)靜態(tài)姿勢(shì)平衡能力測(cè)試的理論與應(yīng)用[J]. 中國組織工程研究，2010，14（43）：8095-8098.

作者簡介：沈煒（1993-），男，杭州富陽人，碩士在讀，主要研究方向：醫(yī)療儀器的設(shè)計(jì)。