Способ определения положения общего центра масс тела человека и устройство для его осуществления

 

Изобретение предназначено для определения координат общего центра масс тела человека и позволяет сократить время обследования и повысить точность определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека. Согласно способу измеряют импульс силы Р и угловую скорость ы при повороте на заданный угол, а положение Е общего центра масс ш определяют по формуле 1 . Устройство содержит тензоплатформу 1, у гломер 4, переключатель 5, устройства 6-9 выборкихранения, ключи 10, 11 и 12, интеграторы 13 и 14,, компараторы 15 и 16, перемножители-делители 17 и 18, источники 19 и 22 напряжения, сумматор 20, триггер 21, дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25. Испытуемого помещают на стол, отклоняют его на заданный угол и отпус1;ают без начальной скорости. Вращер1ие происходит под действием сил тяжести. Устройство 6 выборки-хранения запоминает сигнал, соответствующий статическому весу, а сигналы , соответствующие импульсам статического веса и динамической реакции опоры,- устройства 7 и 8. В устройство 9 подается сигнал об угловой скорости. По этим сигналам в аналоговом перемножителе-делителе 17 производится вычисление положения общего центра масс тела человека. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. (О (Л NP 00 х 4i СЛ 4 f I I e-J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 А 61 В 5/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3852527/28-14 (22) 20.12.84 (46) 15.02.87. Бюл. № 6 (71) Белорусский государственный институт физической культуры (72) Н. Б. Сотский, В. С. Гетманец и А. С. Скуратович (53) 615.475 (088.8) (56) 1. G. Hay. The Bi omechanics of Sports

Techniques. New-Jersey, 1978, р. 121 — 122.

Авторское свидетельство СССР № 556787, кл. А 61 В 5/10, 19?7. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЩЕГО ЦЕНТРА МАСС ТЕЛА

ЧЕЛОВЕКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение предназначено для определения координат общего центра масс тела человека и позволяет сократить время обследования и повысить точность определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека. Согласно способу измеряют импульс силы P и угловую

„„Я0„„1289454 А 1 скорость ь при повороте на заданный угол, а положение 1 общего центра масс m определяют по формуле f= . Устройство содержит тензоплатформу 1, угломер 4, nem 0) реключатель 5, устройства 6 — 9 выборкихранения, ключи 10, 11 и 12, интеграторы

13 и 14„компараторы 15 и 16, перемножители-делители 17 и 8, источники 19 и

22 напряжения, сумматор 20, триггер 21, дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25. Испытуемого помещают на стол, отклоняют его на заданный угол и отпускают без начальной скорости. Вращение происходит под действием сил тяжести. Устройство 6 выборки-хранения запоминает сигнал, соответствующий статическому весу, а сигналы, соответствующие импульсам статического веса и динамической реакции опоры,— устройства 7 и 8. В устройство 9 подается сигнал об угловой скорости. По этим сигналам в аналоговом перемножителе-делителе

17 производится вычисление положения общего центра масс тела человека. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1289454

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения координат общего центра масс тела человека.

Цель изобретения — сокращение времени обследования и повышение точности

5 определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека.

На фиг. 1 изображена типичная зависимость силы от времени при перемещении тела человека на заданный угол; 10 на фиг. 2 — схема устройства для осуществления способа определения положения общего центра масс тела человека; на фиг. 3— блок-схема устройства для определения положения общего центра масс тела человека.

Предполагают, что тело спортсмена отклонено на угол rp< от положения равновесия и зафиксировано. Если теперь ему дать возможность перемещения под действием собственного веса, скорость линейного движения общего центра масс, с одной стороны, определяется угловой скоростью вращения ат, а с другой стороны — изменением импульса тела Р, которое соответствует разности импульса статического веса, соответствующего площади прямоугольника АВСЕ, и импульса 25 динамической реакции опоры, которая соответствует плошади фигуры ABDE.

Таким образом имеется уравнение

ЗО где f — расстояние от общего центра масс до оси вращения;

m †мас тела спортсмена; ,г ь — изменение угловой скорости вращения тела.

Из полученного уравнения легко определяется величина

P = гп Лсд

Таким образом, способ состоит в том, 4ь что измеряют импульс силы и угловую скорость вращения тела при повороте на заданный угол, а положение общего центра масс тела человека определяют по формуле

Р гпсо где P — - импульс силы;

m масса тела; со — угловая скорость.

Расстояние 1 от оси вращения до общего центра масс определяется импульсом силы

Р, соответствующим площади, заключенной между отрезком прямой ВС и участком кривой BD, а также достигнутой в результате перемещения тела на угол Qcf угловой скоростью вращения со. Для вычисления искомого импульса Р из площади прямоугольника АВСЕ, соответствующей импульсу статического веса, вычитается площадь фигуры ABDE, соответствующая импульсу динамической реакции опоры.

Способ реализуется с помощью устройства для определения положения общего центра масс тела человека.

Устройство содержит тензоплатформу 1, призму 2 с широким основанием, стол 3, угломер 4, выполненный в виде электрогониометра, переключатель 5, четыре устройства выборки-хранения 6 — 9, три аналоговых ключа 10 — 12, два интегратора 13 и 14, два компаратора 15 и 16, два аналоговых перемножителя-делителя 17 и 18, регулируемый источник 19 напряжения, алгебраический сумматор 20, триггер 21, регулируемый источник 22 опорного напряжения, дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемого устанавливают на столе 3 над гранью призмы 2, затем отклоняют стол 3 на заданный угол уо, фиксир цот и включают переключатель 5. После этого стол

3 с испытуемым отпускают без начальной скорости, и вращение продолжается под действием силы тяжести. В момент начала движения стола 3 в тензоплатформе

1 возникает сигнал, который поступает на усилитель 24, с выхода которого он передается на информационный вход первого блока 6 выборки-хранения и первого аналогового ключа 10, а также на первый вход первого компаратора 15. В момент включения переключателя 5 сигнал, соответствующий статическому весу тела испытуемого, запоминается первым устройством 6 выборки-хранения, с выхода которого поступает на информационный вход второго аналогового ключа 11, а также на второй вход первого компаратора 15. В результате этого происходит срабатывание первого компаратора 15, сигнал с выхода которого поступает на счетный вход триггера 21 и устанавливает его в состояние «1». С выхода триггера ?1 сигнал поступает на входы управления первого, второго и третьего аналоговых ключей 10, 11, 12 и второго третьего и четвертого блоков 7, 8, 9 выборки-хранения.

В результате этого аналоговые ключи 10—

12 открываются и происходит интегрирование сигналов первым интегратором 13, где вычисляется импульс статического веса тела, и вторым интегратором 14, где вычисляется импульс динамической реакции опоры. Сигналы, соответствующие импульсам статического веса и динамической реакции опоры с интеграторов 13 и 14 поступают соответственно на,информационные входы второго и третьего блоков 7 и 8 выборки-хранения.

Одновременно с началом движения стола

3 сигнал с угломера 4, соответствующий углу поворота, поступает на информационный вход третьего аналогового ключа 2 и на первый вход второго компаратора 16, 1289454

Формула изобретения

Р т- оз

3 на второй вход которого подается сигнал с регулируемого источника 22 опорного напряжения, соответствующий заданному углу поворота . Поскольку третий аналоговый ключ 12 открывается в момент начала движения, сигнал с угломера 4 поступает через аналоговый ключ 12 и дифференциатор 23, в котором вычисляется угловая скорость ь, на вход четвертого блока 9 выборки-хранения. По достижении заданного угла отклонения происходит срабатывание второго компаратора 16, сигнал с которого поступает на установочный вход триггера 21, в результате чего триггер устанавливается в положение «0», вследствие чего происходит запоминание результатов интегрирования вторым и третьим блоками 7 и 8 выборки. хранения за промежуток времени, соответствующий повороту тела испытуемого на заданный угол поворота Д .Далее сигнал с выхода четвертого блока 9 выборки-хранения поступает на первый вход второго аналогового перемножителя-делителя 18, на второй вход которого поступает сигнал с регулируемого источника 19 напряжения, соответствующий массе m тела испытуемого.

В результате на выходе второго аналогового перемножителя-делителя 18 возникает сигнал, соответствующий произведению массы тела на угловую скорость. Сигналы с выходов второго и третьего блоков 7 и 8 выборки-хранения поступают соответственно

"на первый и второй входы алгебраического сумматора 20, где происходит вычисление разности импульсов статического веса и динамической реакции опоры. Далее полученный сигнал, соответствующий импульсу силы Р, поступает на первый вход первого аналогового перемножителя-делителя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго аналогового перемножителяделителя 18. В результате первый аналоговый перемножитель-делитель 17 проводит вычисление положения общего центра масс тела человека f, результат которого выводится на цифровой индикатор 25.

1. Способ определения положения общего центра масс тела человека, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обследования, одновременно измеряют импульс силы и угловую скорость вращения тела человека при повороте на заданный угол, положение общего центра масс определяют по формуле где Р— импульс силы; т — масса тела человека; со †углов скорость.

2. Устройство для определения положения общего центра масс тела человека, содержащее тензоплатформу, угломер, усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека, оно дополнительно снабжено столом, призмой, первым, вторым, третьим и четвертым блоками выборки-хранения, первым. вторым и третьим аналоговыми ключами, первым и вторым интеграторами, первым и вторым компараторами, первым и вторым аналоговыми перемножителями-делителями, переключателем, регулируемым источником напряжения, алгебраическим сумматором, триггером, регулируемым источником опорного напряжения и дифференциатором, угломер выполнен в виде электрогониометра, регистратор выполнен в виде цифрового индикатора, причем тензоплатформа через усилитель соединена с первым входом первого блока выборки-хранения, с первым входом первого компаратора и с первым входом первого аналогового ключа, общая шина через переключатель подключена к второму входу первого блока выборки-хранения, выход которого соединен с первым входом второго аналогового ключа и с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, электрогониометр подключен к первому входу второго компаратора и в ïåðвому входу третьего аналогового ключа, регулируемый источник опорного напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, выход триггера подключен к вторым входам первого, второго и третьего аналоговых ключей и к первым входам второго, третьего и четвертого блоков выборки-хранения, выход второго аналогового ключа через первый интегратор соединен с вторым входом второго блока выборкихранения, выход которого подключен к первому входу алгебраического сумматора, выход первого аналогового ключа через второй интегратор соединен с вторым входом третьего блока выборки-хранения, выход которого подключен к второму входу алгебраического сумматора, выход которого соединен с первым входом первого аналогового перемножителя-делителя, выход которого подключен к цифровому индикатору, выход третьего аналогового ключа через дифферен циатор соединен с вторым входом четвертого блока выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу второго аналогового перемножителя-делителя, второй вход которого соединен с регулируемым источником напряжения, а выход — с вторым входом первого аналогового перем ножителя-делителя.

1289454, Фиг. 1

Фиг,2

Составитель М. Пластинин

Редактор С. Лисина Техред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 7836/4 Тираж 6!6 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4