CN111588392A - 一种高处跳下生物力学测试系统及方法 - Google Patents

一种高处跳下生物力学测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高处跳下生物力学测试系统及方法，该测试系统包括跳台、运动捕捉单元、高度捕捉单元、肌电信号采集单元、信号转换单元和控制处理器，跳台上的人体站立位置设置有第一测力板，人体跳下的落地位置设置有第二测力板；信号转换单元将自第一测力板、第二测力板、肌电信号采集单元、运动捕捉单元和高度捕捉单元获取的各项数据转换并发送至控制处理器；控制处理器用于对采集数据的时刻进行控制，并根据获取的所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。本发明通过统计分析高处跳下的各项数据可以得到跳落最佳姿态，为人体生物力学调整提供了数据基础，并可避免人体在高处跳下因跳落姿态问题而造成损伤。

Description

一种高处跳下生物力学测试系统及方法
技术领域
本发明属于运动学技术领域，尤其涉及一种高处跳下生物力学测试系统及方法。
背景技术
日常生活、户外运动、体育运动等人类活动中，经常存在高处跳下动作。当人类从高处跳下着陆过程中，人体通过姿态调整、肌肉预张紧等复杂的生物力学过程，来避免人体着陆过程对身体造成损伤。由于人体在高处跳下存在复杂而多样的生物力学变化，而单一的传感器无法对其进行全面而精准的检测，目前还没有能够对高处跳下生物力学进行全面、精准检测的测试系统出现。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可准确、全面地检测高处跳下生物力学数据的测试系统及方法。
为实现上述目的，本发明第一方面，提供一种高处跳下生物力学测试系统，包括跳台、运动捕捉单元、高度捕捉单元、肌电信号采集单元、信号转换单元和控制处理器，所述跳台上的人体站立位置设置有第一测力板，人体跳下的落地位置设置有第二测力板；
所述第一测力板，用于获取人体跳下所述跳台之前的第一压力数据；
所述肌电信号采集单元，用于获取人体从跳台上站立、跳下以及落地过程的肌肉神经数据；
所述第二测力板，用于获取人体从所述跳台跳下落地后的第二压力数据；
所述运动捕捉单元，用于获取人体从跳台上站立、跳下以及落地过程的动态运动姿态数据；
所述高度捕捉单元，用于获取人体从跳台上跳下过程的下落高度数据；
所述信号转换单元，用于将自所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元获取的各项数据转换并发送至所述控制处理器；
所述控制处理器，用于对所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元的数据采集时刻进行控制，并根据获取的所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
进一步，所述控制处理器包括：
采集控制单元，用于控制所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元的数据采集时刻；
时钟单元，用于同步所述各项数据的记录时间；
处理单元，用于根据所述各项数据处理得到所述人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
进一步，所述控制处理器还包括：
比较单元，用于比较人体从跳台上站立、跳下及落地过程的所述各项数据变化并形成表单。
进一步，所述跳台的高度可调。
进一步，所述高度捕捉单元为光栅传感器。
进一步，还包括：
提醒单元，用于通过光、声信号提醒跳台上的人是否起跳。
本发明的第二方面，提供一种上述的高处跳下生物力学测试系统的测试方法，包括如下步骤：
同步采集人体在跳台上站立时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
同步采集人体在下落时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
同步采集人体在落地时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
将所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据转换为生物力学信息和对应的时间信息；
比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化并形成表单；
根据所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
进一步，所述根据所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态包括：
根据比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
本发明通过第一测力板、第二测力板、运动捕捉单元、高度捕捉单元和肌电信号采集单元采集人体从跳台上站立、跳落以及落地整个过程的各项数据，并对以上各项数据进行分析处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态，为分析人体高处跳下生物力学特性提供数据基础，并可避免人体在高处跳下因跳落姿态问题而造成损伤。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请一实施例中提供的高处跳下生物力学测试系统的结构示意图；
图2是本申请一实施例中提供的高处跳下生物力学测试系统中控制处理器的结构示意图；
图3是本申请一实施例中提供的高处跳下生物力学测试方法的流程示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1所示，本发明的高处跳下生物力学测试系统，包括跳台1、运动捕捉单元4、高度捕捉单元6、肌电信号采集单元3、信号转换单元7、8、9、11和控制处理器10，所述跳台1上的人体站立位置设置有第一测力板2，人体跳下的落地位置设置有第二测力板5；
所述第一测力板2，用于获取人体跳下所述跳台1之前的第一压力数据；其中，第一压力数据中包括压力数值信息以及对应记录的时间信息。
所述肌电信号采集单元3，用于获取人体从跳台1上站立、跳下以及落地过程的肌肉神经数据；其中，肌肉神经数据中包括肌肉神经数值信息以及对应记录的时间信息。
所述第二测力板5，用于获取人体从所述跳台1跳下落地后的第二压力数据；其中，第二压力数据中包括压力数值信息以及对应记录的时间信息。
所述运动捕捉单元4，用于获取人体从跳台1上站立、跳下以及落地过程的动态运动姿态数据；
所述高度捕捉单元6，用于获取人体从跳台1上跳下过程的下落高度数据；其中，高度数据中包括下落高度数值信息以及对应记录的时间信息。
所述信号转换单元7、8、9、11，用于将自所述第一测力板2、所述第二测力板5、所述肌电信号采集单元3、所述运动捕捉单元4和所述高度捕捉单元6获取的各项数据转换并发送至所述控制处理器10；其中，信号转换单元7、8、9、11将各项数据转换为控制处理器10可识别的数据信号并发送。本实施例中为不同种类的数据采集单元设置了对应的信号转换单元，便于降低信号转换单元的数据处理压力，然而本发明并不以此为限制，数据采集单元采集的各项数据也可以通过一个信号转换单元进行数据的转换和发送。
所述控制处理器10，用于对所述第一测力板2、所述第二测力板5、所述肌电信号采集单元3、所述运动捕捉单元4和所述高度捕捉单元6的数据采集时刻进行控制，并根据获取的所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
可选的，如图2所示，所述控制处理器10包括：
采集控制单元101，用于控制所述第一测力板2、所述第二测力板5、所述肌电信号采集单元3、所述运动捕捉单元4和所述高度捕捉单元6的数据采集时刻；
时钟单元102，用于同步所述各项数据的记录时间；
处理单元103，用于根据所述各项数据处理得到所述人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
可选的，所述控制处理器10还包括：
比较单元104，用于比较人体从跳台1上站立、跳下及落地过程的所述各项数据变化并形成表单，以便于进行统计分析。
可选的，所述跳台1的高度可调，便于模拟出高处跳下的各种测试环境。
可选的，测试系统还包括：
提醒单元，用于通过光、声信号提醒跳台1上的人是否起跳。例如，在测试人站立在第一测力板2上，控制处理器10同步采集第一测力板2、所述第二测力板5、所述肌电信号采集单元3、所述运动捕捉单元4和所述高度捕捉单元6的各项数据，数据记录一定时间后(通常为0.5s左右)，提醒单元发出光和或声提醒信号，测试人获取到提醒信息后从第一测力板2跳下，落到第二测力板5并状态平稳后，提醒单元再次发出光和或声提醒信号，测试人收到该提醒信号后可以离开第二测力板2。通过提醒单元可以保证能够采集人体从站立、下落以及落地整个过程的完整数据，同时可以避免不过多采集此过程中的无效数据。
可选的，运动捕捉单元4为覆盖人体站立、下落以及落地位置的CCD相机，本实施例在上方设置了多个CCD相机，然而仅是举例说明，本发明并不以此为限制。
可选的，所述高度捕捉单元6为光栅传感器。根据实际情况以及不同测试需求来选取能覆盖不同高度范围的光栅传感器。
可选的，信号转换单元7、8、9、11为信号调理板，其通过数据线或无线形式分别与各种传感器相连，接收各种数据采集单元采集的各项数据。
如图3所示，本发明的高处跳下生物力学测试系统的测试方法，包括如下步骤：
步骤S11：同步采集人体在跳台上站立时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
步骤S21：同步采集人体在下落时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
步骤S31：同步采集人体在落地时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
步骤S41：将所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据转换为生物力学信息和对应的时间信息；
步骤S51：比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化并形成表单；
步骤S61：根据所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
其中，步骤S61包括：
根据比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
综上所述，本发明通过第一测力板、第二测力板、运动捕捉单元、高度捕捉单元和肌电信号采集单元采集人体从跳台上站立、跳落以及落地整个过程的各项生物力学数据，并对以上各项数据进行分析处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态，为分析人体高处跳下生物力学特性提供数据基础，并可避免人体在高处跳下因跳落姿态问题而造成损伤。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，包括跳台、运动捕捉单元、高度捕捉单元、肌电信号采集单元、信号转换单元和控制处理器，所述跳台上的人体站立位置设置有第一测力板，人体跳下的落地位置设置有第二测力板；
所述第一测力板，用于获取人体跳下所述跳台之前的第一压力数据；
所述肌电信号采集单元，用于获取人体从跳台上站立、跳下以及落地过程的肌肉神经数据；
所述第二测力板，用于获取人体从所述跳台跳下落地后的第二压力数据；
所述运动捕捉单元，用于获取人体从跳台上站立、跳下以及落地过程的动态运动姿态数据；
所述高度捕捉单元，用于获取人体从跳台上跳下过程的下落高度数据；
所述信号转换单元，用于将自所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元获取的各项数据转换并发送至所述控制处理器；
所述控制处理器，用于对所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元的数据采集时刻进行控制，并根据获取的所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
2.如权利要求1所述的高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，所述控制处理器包括：
采集控制单元，用于控制所述第一测力板、所述第二测力板、所述肌电信号采集单元、所述运动捕捉单元和所述高度捕捉单元的数据采集时刻；
时钟单元，用于同步所述各项数据的记录时间；
处理单元，用于根据所述各项数据处理得到所述人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
3.如权利要求2所述的高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，所述控制处理器还包括：
比较单元，用于比较人体从跳台上站立、跳下及落地过程的所述各项数据变化并形成表单。
4.如权利要求1所述的高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，所述跳台的高度可调。
5.如权利要求1所述的高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，所述高度捕捉单元为光栅传感器。
6.如权利要求1所述的高处跳下生物力学测试系统，其特征在于，还包括：
提醒单元，用于通过光、声信号提醒跳台上的人是否起跳。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的高处跳下生物力学测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
同步采集人体在跳台上站立时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
同步采集人体在下落时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
同步采集人体在落地时段的所述第一测力板、所述肌电信号采集单元、所述第二测力、所述运动捕捉单元上的各项数据；
将所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据转换为生物力学信息和对应的时间信息；
比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化并形成表单；
根据所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述根据所述各项数据处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态包括：
根据比较所述站立时段、所述下落时段和所述落地时段采集的各项数据变化处理得到人体从站立、跳下以及落地过程的最佳姿态。
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