CN101264036A - 假肢质心测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种假肢质心测定装置，包括可旋转夹具及夹具座、承重圆盘、底座，其特点是：还包括三个称重传感器，数据采集模块和计算机处理系统，可旋转夹具及夹具座置于一承重圆盘上，承重圆盘则搁置在三个称重传感器上，三个称重传感器固定在底座上，并将测量支反力的数据传输到数据采集模块和计算机处理系统，由计算机处理数据计算出假肢的质量与质心坐标。本发明装置结构简单，操作方便，便捷、能够准确的测定假肢的质量与质心坐标。本发明是一台兼具测试、研发双重功能的测定装置。同样的测量原理，可推广到其它形式复杂物体的质心测定装置中。

Description

假肢质心测定装置

技术领域

本发明涉及一种质心测定装置，特别是一种用于假肢质心的测定装置。

背景技术

现有的针对假肢产品的国家标准中，主要针对假肢的加工质量。在国内假肢行业中，对假肢质心进行测定的装置还处于空白状态。

现代假肢产品通过采用新材料、改善传动方式、提高智能化水平等手段，使假肢具有了更好的仿生功能。而为了使假肢与健肢更接近，进一步减少截肢患者对假肢与健肢在生理和心理感觉上的差异，除了使其具有轻质、高强度、高性能等特点外，还应使假肢各部分的重量与重心与健肢各部分一致，也就是使假肢达到静平衡。为了使穿戴假肢者能最大限度地恢复正常人的肢体功能，假肢必须具有可靠的稳定性，以保持身体的平衡功能及良好步态。

形状规则均匀分布物体的质心位置可以通过计算获得，但是对于像假肢这样形状复杂不规则的物体，计算起来就相当麻烦。

发明内容

本发明是要提供一种快捷、简易且准确的获取假肢质量与质心位置，以揭示各型假肢平衡功能特点的假肢质心测定装置。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种假肢质心测定装置，包括可旋转夹具及夹具座、承重圆盘、底座，其特点是：还包括三个称重传感器，数据采集模块和计算机处理系统，可旋转夹具及夹具座置于一承重圆盘上，承重圆盘则搁置在三个称重传感器上，三个称重传感器固定在底座上，并将测量支反力的数据传输到数据采集模块和计算机处理系统，由计算机处理数据计算出假肢的质量与质心坐标。

承重圆盘的直径为450mm；三个称重传感器R_A、R_B、R_C固定在底座4直径为400mm的圆周上，并处于该圆周内接正三角形的三个顶点上。

本发明具有的实质性特点和显著优点是：本发明具有结构简单，操作方便的特点，能便捷、准确的测定假肢的质量与质心坐标。本发明是一台兼具测试、研发双重功能的测定装置。同样的测量原理，可推广到其它形式复杂物体的质心测定装置中。

附图说明

图1是本发明的夹具图；

图2是本发明的承重圆盘图；

图3是三维质心坐标测定原理图；

图4是本发明的结构立体示意图；

图5是本发明的主视图；

图6是图5的左视图；

图7是图5的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图4至图7所示，本发明的假肢质心测定装置，包括夹具(可旋转夹具与夹具座)1、承重圆盘2、三个称重传感器3、底座4、数据采集模块5和计算机处理系统6、7。

整个夹具座连同可旋转夹具1置于一承重圆盘2上，圆盘2则搁置在三个称重传感器3上，三个称重传感器3固定在底座4上，三个称重传感器3测量支反力，并将其测量数据传输到数据采集模块5和计算机处理系统6，由计算机6处理数据计算出假肢的质量与质心坐标。

本发明是基于静态称重技术，通过支反力与重力之间力和力矩的平衡关系建立平衡方程计算，确定质量和质心位置。

质量为m的假肢重量p＝mg，将它夹装于一个可选装的夹具中，此夹具可在夹具座中绕x轴旋转(图1)。整个夹具座连同可旋转夹具1置于一直径为450mm的承重圆盘2上。圆盘2则搁置在R_A、R_B、R_C三个称重传感器3上。R_A、R_B、R_C三个称重传感器3固定在底座4直径为400mm的圆周上，并处于该圆周内接正三角形的三个顶点上。(图2)

如果夹具与夹具座1及承重圆盘2的重量可以不计的话，则主动力(假肢重量)p＝mg与支座反力R_A、R_B、R_C形成一个空间平行力系，其中R_A、R_B、R_C的数值可由称重传感器直接读出。

在图3左中，p为假肢重量，它作用于假肢的重心(质心)处，设它在xyz坐标系中的坐标为(x，y，z)，R_AH、R_BH、R_CH则为由称重传感器测得的支座反力。由力系平衡条件可得：

∑z＝0    R_AH+R_BH+R_CH-P＝0

P＝R_AH+R_BH+R_CH

得 $m=\frac{R_{\mathrm{AH}}+R_{\mathrm{BH}}+R_{\mathrm{CH}}}{g}$  即为假肢质量。

${\mathrm{\Σm}}_{y_1}=0$ $R_{\mathrm{AH}}100\sqrt{3}+R_{\mathrm{CH}}200\sqrt{3}-P(x+100\sqrt{3})=0$

${\mathrm{\Σm}}_{x_1}=0$ R_AH300-P(y+100)＝0

得 $\left\{\begin{array}{c}x=\frac{R_{\mathrm{AH}}100\sqrt{3}+R_{\mathrm{CH}}200\sqrt{3}}{P}-100\sqrt{3}\\ y=\frac{R_{\mathrm{AH}}300}{P}-100\end{array}\right.$

(x，y)为假肢在xoy平面内的质心位置。但是质心在高度方向的位标z尚未获得。为了求出z，将夹具绕x轴旋转90°(图3右)，于是动坐标系此时位置由y水平，z向上变为z沿水平方向，而y垂直向下，被测假肢也由脚尖向上转为水平(但脚尖方向始终与z轴正向一致)，此时三个支反力数值变为R_AV、R_BV、R_CV，由 ${\mathrm{\Σm}}_{x_1}=0,$ R_AV300-P(z+100)＝0，由此得 $z=\frac{R_{\mathrm{AV}}300}{P}-100,$ 即为质心的高度方向坐标。

Claims (3)

1.一种假肢质心测定装置，包括可旋转夹具及夹具座(1)、承重圆盘(2)、底座(4)，还包括三个称重传感器(3)，数据采集模块(5)和计算机处理系统(6、7)，其特征在于所述可旋转夹具及夹具座(1)置于一承重圆盘(2)上，所述承重圆盘(2)则搁置在三个称重传感器(3)上，三个称重传感器(3)固定在底座(4)上，并将测量支反力的数据传输到数据采集模块(5)和计算机处理系统(6)，由计算机(6)处理数据计算出假肢的质量与质心坐标。

2.根据权利要求1所述的假肢质心测定装置，其特征在于所述承重圆盘(2)的直径为450mm。

3.根据权利要求1所述的假肢质心测定装置，其特征在于所述三个称重传感器(3)固定在底座(4)直径为400mm的圆周上，并处于该圆周内接正三角形的三个顶点上。

Images