Устройство для определения центра тяжести тела человека

 

»j 605604

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Сониалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.04.74 (21) 2015152/28-13 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.05.78. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 05.05.78 (51) М. Кл.в А 61В 5/10

Государственный комито

Совета Министров СССР во делам изобретений н открытий (53) УДК 615.471(088.8) (72) Авторы изобретения В. И. Делов, Д. А. Штейн, 3. Г. Цабуташвили, Г. В. Агеев, И, И. Кон, P. И. Кушниров и С. Н. Макаров

Специальная школа-интернат № 76 Московского городского отдела народного образования (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕНТРА ТЯ)КЕСТИ

ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

Изобретение относится к медицинской технике, предназначено для определения центра тяжести тела человека при биомеханических исследованиях.

Известно устройство для определения центра тяжести тела человека, содержащее динамометрическую платформу с датчиками и индикаторные приборы;(1).

Однако известное устройство не позволяет измерять центры тяжести отдельных сегментов тела человека в горизонтальной плоскости.

Цель изобретения — измерение центров тяжести отдельных сегментов тела человека в горизонтальной плоскости.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве установлены прозрачный резервуар, на верхнем открытом торце которого закреплены датчики динамометрической платформы, соединенные с платформой гибкими нерастяжимыми тросами, шарнир с двумя степенями свободы, основание которого закреплено на дне резервуара, а ось, расположенная соосно с динамометрической платформой, связана с ней пальцевым соединением, имеющим одну степень свободы, и соединенный с первым резервуаром тремя шлангами с тремя перепускными кранами переливной резервуар, установленный на площадке самоподьемного реверсивного электропривода с возможностью перемещения по вертикальным направляющим, жестко закрепленным на основании первого резервуара.

Устройство также содержит вычислитель5 ный блок, выходы которого соединены с индикаторными приборами, а входы — с выходами датчиков, располагаемых на одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Число датчиков — не менее трех.

10 На фиг. 1 представлено устройство для определения центра тяжести человека, вид сбоку; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — схема вычислительного блока.

На верхнем открытом торце прозрачного

15 резервуара 1 закреплены датчики 2 динамометрической платформы 3, соединенные с ней нерастяжимыми тросами 4. Основание шарнира 5 с двумя степенями свободы закреплено на дне резервуара, а ось 6, расположенная со20 осно с платформой 3, связана с ней пальцевым соединением 7, имеющим одну степень свободы. Переливной резервуар 8, соединенный с резервуаром 1 тремя шлангами 9 с тремя перепускными кранами 10, установлен на

25 площадке 11 самоподъемного реверсивного электропривода 12 с возможностью вертикального перемещения по направляющей 13, жестко закрепленной на основании 14. Выходы вычислительного блока 15 соединены с ин30 дикаторными приборами 16, а входы — с вы1 z () — " оотв

/гав

О, 866R (P1 — P3)

1+Р2+ 3 ходами датчиков 2, располагаемых па одинаковом угловом расстоянии друг от друга. Число датчиков — не менее трех.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемого опускают посредством перcноспой лестницы по угловым наклонным ступенькам 17, ставят па платформу 3 по отметкам 18 и взвешивают в сухом резервуаре, а затем измеряют объем вытесненной чистой воды при полном его погружении.

На основании полученных данных определяют концентрацию добавок, необходи IbIx для выравнивания плотности жидкости, контролируемой аэрометром, со средней плотностью тела. 16

Для наполнения резервуара 1 жидкостью, нагретой до 40 С, и постепенного его опорожнения до требуемого уровня переключают направление движения электропривода 12 соответственно на подъем или на опускание персливного резервуара 8.

Статический момент массы для каждого исследуемого уровня, получаемый по показаниям индикаторных приборов 16, соединенных с датчиками 2 динамометрической платформы 3, позволяет определить положения парциальных центров масс (координат z) части тела.

Координата z изменяется по экспоненциальному закону, выраженному дифференциальным уравнением процесса изменения уровня при истечении жидкости

= — — kz, 11 решением которого я@ляется интеграл

z — — k) z(/) BE+ z3ó который заложен в основу построения вы illc" лительного прибора с индикатором, оценивающим координату z с помощью датчика в виде потенциох етрического поплавка (на чертеже не показан), где /г — постоянный коэффициент пропорциональности, подбираемый в соответствии с требованиями оптимальности 46 процесса; го — начальный уровень жидкости.

Автоматическое вычисление координат У, Х центров тяжести (масс) сегментов тела соответственно во фронтальной и сагиттальной плоскостях выполняют при трех датчиках 2, установленных на динамометрическую п.гатформу 3, по упрощенным формулам:

Р2. 1 — (!,6R (P1 + P3)

1+" 2+РЗ

Р— радиус окружности, по которой расположены датчики 2;

Р1, Р2, Р3 — величины сигналов датчиков.

Нахождение в трех проекциях гравитационных линий парциальных центров масс исследуемых сегментов тела, площадей исследуемых сечений тела и средней плотности тканей сегментов в исследуемых сечениях благодаря вычислительному блоку 15, выходы которого соединены с индикаторными приборамп 16 и входы — с выходами датчиков 2, связанных с динамометрической платформой

3, достаточно провести один раз, не заставляя исследуемого подвергаться повторным процедурам и поворотам тела на 90, обычно необходимых в данном неразрывно связанном комплексе биомеханических исследований, для чего стенки резервуара 1 строго параллельны.

Автоматическое вычисление за одно исследование парциальных центров масс, площадей, занимаемых телом исследуемого, и средних плотностей ткапей при непрерывном истечении жидкости, по плотности равной средней плотности тела исследуемого, производят по уравнениям:

CtP 1

iт(4—

111 1

1 îòâ

kz где s,— площадь, занимаемая телом, характеризующая место расположения проекции центра тяжести в исследуемом сечении; у, — средняя плотность, необходимая для определения измеряемой массы, характеризуемой проекцией центра тяжести;

 — площадь сплошного поверхностного слоя жидкости в резервуаре 1.

Вычисление происходит в вычислительном блоке 15, работа которого заключается в следующем.

Сигналы датчиков 2, пропорциональные весам Р3, Р1, Р>, поступают на входы сумматоров 19 — 21, причем сумматоры 20, 21 связаны с блоками 22, 23 деления. При этом на входы сумматора 20 поступают сигналы Р1 и

Р3

На блок 22 деления поступают переменные сигналы с блока 24 перемножения, входы которого связаны с блоком 25 в виде, например, трехканального источника постоянного напряжения, соответствующего величине, пропорциональной рабочему радиусу платформы

3 с блоком 26, который можно выполнить, например, в виде схемы, вычисляющей постоянную величину 0,866, и суммирующим блоком

19 в виде, например, делителя напряжения, на входы которого поступают сигналы Р, непосредственно и Р3 после инвертора 27.

На выходе блока 22 появляется координата

Х центр а тяжести.

Координата У появляется на выходе блока

23, связанного с сумматорами 20 и 21. На вход сумматора 21 поступают сигналы с блока 28 перемножения, связанного со входной величиной Р2, и с инвертора 29, на который поступают сигналы с блока 30 перемножения, 605604 ентам «к» датчика уровня по контрольному набору сменных гидравлических насадок.

Формула изобретения

1. Устройство для определения центра тяжести тела человека, содержащее динамометрическую платформу с датчиками и индикаторные приборы, отличающееся тем, что, с целью измерения центров тяжести отдельных сегментов тела человека в горизонтальной плоскости, в нем установлены прозрачный резервуар, на верхнем открытом торце которого закреплены датчики динамометрической платформы, соединенные с платформой гибкими нерастяжимыми тросами, шарнир с двумя степенями свободы, основание которого закреплено»а дне резервуара, а ось, расположенная соосно с динамометрической платформой, связана с ней пальцевым соединением, имеющим одну степень свободы, и соединенный с первым резервуаром тремя шлангами с тремя перепускными кранами переливной резервуар, установленный на площадке самоподъемного реверсивного электро5 привода с возможностью перемещения по вертикальным направляющим, жестко закрепленным на основании первого резервуара.

2. Устройство по п. 1, отл и ча ющееся тем, что число датчиков устанавливают не ме10 нее трех и располагают их на одинаковом угловом расстоянии друг от друга.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введен вычислительный блок, выходы которого соединены с индикаторными

15 приборами, а входы — с выходами датчиков.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Маррей М. и др, Центр тяжести, центр давления и реакция опоры при деятельности

20 человека. J. of Applied Physiology, 1967, т. 23, Мо 6, с. 831,