CN114295339B - 脚动操控装置的测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种脚动操控装置的测试装置和测试方法，涉及性能测试技术领域，所述脚动操控装置的测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置和处理器；所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。解决了现有技术中只能对最大力进行测试，设计得到的脚动操控装置的用户体验较差，可能并不适于实际应用的问题；达到了可以通过上述测试装置在对最大力测试的同时也可以进行适宜力测试，提高用户体验的效果。

Description

脚动操控装置的测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及一种脚动操控装置的测试装置和测试方法，属于性能测试技术领域。

背景技术

目前国内外关于脚动操控装置操纵力的研究主要是针对具体的某一种装置进行研究，例如卡车刹车、电焊机等，测量了不同体位下人体能施加的最大力，然而实际应用中，用户很少回使用最大力来控制脚动操控装置，并且使用最大力控制时，用户的使用体验也较差，因此现有方案并不适合实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脚动操控装置的测试装置和测试方法，用于解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据第一方面，本发明实施例提供了一种脚动操控装置的测试装置，所述测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置；

所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；

所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。

可选的，所述踏板安装调节装置包括：安装头接口、踏板轴、踏板倾角调节装置和踏板卡槽，所述踏板轴一端安装在所述人体力量测试装备的安装头上，另一端安装所述踏板倾角调节装置，所述脚踏板通过所述踏板卡槽装在所述踏板倾角调节装置上，所述踏板倾角调节装置用于调节所述脚踏板的倾斜角度。

可选的，所述测试装置还包括三向移动实验台，所述三向移动实验台包括座椅、电动升降机构、前后移动机构、左右移动机构和脚轮；

所述电动升降机构用于控制所述座椅在高度方向进行升降；

所述前后移动机构用于控制所述座椅在前后方向进行移动；

所述左右移动机构用于控制所述座椅在左右方向进行移动。

可选的，所述座椅安装在所述电动升降机构上，所述电动升降机构的下方为上述左右移动机构，所述左右移动机构的下方为所述前后移动机构，所述脚轮设置在所述前后移动机构的下方。

可选的，所述测试装置还包括计时装置和控制器；

所述计时装置用于记录所述脚踏板被踩踏的时间；

所述控制器，用于根据所述计时装置记录得到的时间控制执行对应的操作。

第二方面，提供了一种脚动操控装置的测试方法，其特征在于，所述方法用于第一方面所述的脚动操控装置的测试装置中，所述方法包括：

对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿；

根据获取得到的各个耐受时间确定所述受试者在所述预设姿态下的适宜力。

可选的，相邻两次踩踏所述脚踏板的时间间隔为预设时间间隔。

可选的，所述方法还包括：

若获取得到的所述受试者的耐受时间达到目标时间，则将所述目标时间记录为所述操作时间并停止计时。

可选的，所述方法还包括：

获取受试者在所述预设姿态下以最大力操控所述脚踏板预设时间至少两次时，所述人体力量测试设备分别测试得到的最大力；

根据获取得到的各个最大力的数值确定所述受试者在所述预设姿态下的最大力。

可选的，若所述预设姿态包括坐姿，所述方法还包括：

在各个候选坐姿中的每个坐姿下，对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间。

通过提供一种脚动操控装置的测试装置，所述测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置；所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。解决了现有技术中只能对最大力进行测试，设计得到的脚动操控装置的用户体验较差，可能并不适于实际应用的问题；达到了可以通过上述测试装置在对最大力测试的同时也可以进行适宜力测试，提高用户体验的效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的踏板安装调节装置的一种可能结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的三向移动实验台的一种可能结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的脚动操控装置的测试方法的方法流程图；

图4为本发明一个实施例提供的坐姿状态下脚踏板和座椅的相对位置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

根据运动方式的不同，脚踏板可以分为直动式和回转式。回转式常见于自行车踏板。直动式应用比较广泛，最常见的是汽车加速、离合、刹车的控制，加工机床的脚踏控制等。根据操控装置的不同，操纵力实验分为站姿(针对脚踏钮)和坐姿(针对脚踏板)两种形式。对于每一种操作姿势，最重要的力量参数为最大力参数和适宜操纵力范围。

最大力研究指人体静态状态下腿部所能施加的最大力，最大力参数是设计脚动操控装置需要参考的重要参数，脚动操控装置的操纵力不能超过人体所能施加的最大力。适宜操作力是通过在一定力量下受试者耐受时间来衡量，适宜操纵力的选取直接关系到使用者能否安全、舒适地完成操控。

本申请一个实施例提供了脚动操控装置的测试装置，所述测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置；

所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；

所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。

请参考图1，所述踏板安装调节装置包括：安装头接口1、踏板轴2、踏板踏板卡槽3和倾角调节装置4，所述踏板轴2一端安装在所述人体力量测试装备的安装头上，另一端安装所述踏板倾角调节装置4，所述脚踏板通过所述踏板卡槽3装在所述踏板倾角调节装置4上，所述踏板倾角调节装置4用于调节所述脚踏板的倾斜角度。踏板轴2与安装头连接的地方可根据需要旋转并固定在任意位置，人体力量测试设备可根据需要调节安装头距离实验台的高度以此来改变踏板高度。踏板轴下方的限位器为定位装置，可以安装在安装头面板上不同的孔里，从而调节踏板轴的位置。

人体力量测试设备为多功能测力设备，能够测量不同形式的力量参数。在本申请中，可以用于测试静态最大力和适宜力两种测试功能。测量静态最大力时，踏板轴固定(通过计算机控制其锁定)，计算机显示人体加载于踏板的力量。适宜操纵力测试时，踏板轴可旋转，可人为在踏板上加载一定值的力量(通过计算机输入力值)，此时系统会记录操作时间、力矩等参数。踏板倾角(踏板与水平面所夹的锐角)的选择是通过预实验确定的，大部分人认为该角度较为舒适，结合实际经验，脚踏板倾角设置为52°。同样通过预实验，通过对不同大小的踏板进行对比实验，最终选择的踏板尺寸宽度100mm，长度80mm。

通过设置踏板安装调节装置使得可以对脚踏板在不同倾斜角度时的最大力和适宜力进行测试，完善了测试装置的功能，保证了测试结果的全面。

至此，上述测试装置即可完成受试者站姿状态的测试。而在一种可能的实施例中，由于众多场景可能存在用户坐姿操控脚踏板的情况，因此，为了完善测试装置的功能，在一种可能的实施例中，所述测试装置还包括三向移动实验台，所述三向移动实验台包括座椅、电动升降机构、前后移动机构、左右移动机构和脚轮；

所述电动升降机构用于控制所述座椅在高度方向进行升降；

所述前后移动机构用于控制所述座椅在前后方向进行移动；

所述左右移动机构用于控制所述座椅在左右方向进行移动。

具体的，所述座椅安装在所述电动升降机构上，所述电动升降机构的下方为上述左右移动机构，所述左右移动机构的下方为所述前后移动机构，所述脚轮设置在所述前后移动机构的下方。实际实现时，请参考图2，前后移动机构和左右移动机构均装有导轨5，可以通过导轨5移动座椅6的位置。如图2所示，三向移动实验台还包括用于安装座椅6的座椅固定箱体7，通过座椅固定箱体7固定座椅6。

实际实现时，脚轮可以包括至少三个，比如，请参考图2，脚轮8包括四个。通过设置脚轮可以方便的将三向移动实验台挪动至任意所需的位置。另外三向移动实验台可以在三个方向任意移动，进而使得受试者可以在任意所需的位置进行测试。

可选的，所述测试装置还包括计时装置和控制器；

所述计时装置用于记录所述脚踏板被踩踏的时间；

所述控制器，用于根据所述计时装置记录得到的时间控制执行对应的操作。

综上所述，通过提供一种脚动操控装置的测试装置，所述测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置；所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。解决了现有技术中只能对最大力进行测试，设计得到的脚动操控装置的用户体验较差，可能并不适于实际应用的问题；达到了可以通过上述测试装置在对最大力测试的同时也可以进行适宜力测试，提高用户体验的效果。

请参考图3，其示出了本申请一个实施例提供的脚动操控装置的测试方法的方法流程图，本实施例以该测试方法用于上述实施例所述的测试装置中来举例说明，如图3所示，所述方法包括：

步骤301，对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间。

在本申请中，受试者可以包括多个，且根据所需测试的产品的用户来选择受试者。比如，脚动操控装置用于某款男士山地车上，则受试者可以包括多名成年男士。又比如，脚动操控装置用于碰碰车上，则受试者可以包括多名男士和多名女士。对此并不做限定。并且实际实现时，受试者穿着统一的鞋子，鞋子底软硬度适中，简单轻便，方便操控。室内温度、湿度、光线都处于人体舒适的状态。

所述预设姿态包括站姿和/或坐姿。相邻两次踩踏所述脚踏板的时间间隔为预设时间间隔。可选的，若获取得到的所述受试者的耐受时间达到目标时间，则将所述目标时间记录为所述操作时间并停止计时。

通常情况下，在做适宜力测试之前，需要先进行最大力测试，最大力测试的步骤包括：获取受试者在所述预设姿态下以最大力操控所述脚踏板预设时间至少两次时，所述人体力量测试设备分别测试得到的最大力；根据获取得到的各个最大力的数值确定所述受试者在所述预设姿态下的最大力。其中，预设时间可以为系统默认值，也可以为自定义数值，对此并不做限定，并且，下述除特殊说明为，预设时间为默认的5s来举例说明。并且，相邻两次测试可以间隔一定时间，比如，以1分钟来举例说明。

以预设姿态包括站姿来举例说明，在进行站姿最大力实验时，踏板和踏板轴水平放置并固定锁死，最大力测试的步骤包括：

(1)、受试者以较为舒适的站姿站立，右脚轻置于踏板之上；

(2)、受试者用最大力踩踏板(左脚不能离开地面)，踩下之后开始计时，持续5秒钟之后结束；

(3)、重复以上两个步骤两次，共踩三次，每两次中间休息1分钟。计算三次最大力值的变异系数，不超过15则有效，取三次的平均值并记录；

(4)、如通过步骤1～3测量的连续三次最大力值变异系数超过预设值比如15，则说明本轮测试可能存在失误，此时受试者休息1分钟后，重复步骤1～3，重新测量连续三次最大力，直到三次最大力值的变异系数不超过15，取三次的平均值并记录。

适宜力测试时，踏板轴解锁。踏板轴初始位置以水平位面为基准向上倾斜10°左右，踏板轴下面有限位器，踏板轴与限位器接触时，踏板轴和踏板都与水平面平行。踏板轴上加载不同的力量，受试者以相应的力量踩下踏板使踏板轴与限位器紧贴，并保持平衡状态，直到受试者觉得疲劳，停止测试。受试者踩下踏板的保持时间就是耐受时间。所设置的不同大小的力量是按照当前受试者站姿最大力的比例来设置，共5个比例：10％，20％，30％，40％，50％，也即候选操控包括5个，每个候选操控力的数值为最大力的上述比例，实验时五个不同的力量顺序随机。

具体测试步骤如下：

(1)、踏板轴上加载第一个力量，受试者以较为舒适的站姿站立，右脚轻置于踏板之上；

(2)、受试者踩下踏板，使踏板轴与限位器轻接触并保持平衡状态，此时计时开始；

(3)、受试者反映右腿疲劳，计时停止并记录时间，受试者松开踏板，踏板轴位置自动复原；

(4)、休息2分钟，踏板轴加载下一个力量，重复以上步骤，直到五种比例力量测试结束。

注：若时间到了300s受试者依然没有疲劳的感觉，停止本次测试，记录时间为300s。

类似的，在坐姿最大力测试时，踏板轴倾斜，使踏板与水平面倾斜角为52°，踏板中心轴与水平面垂直距离为11cm，踏板和踏板轴都固定。人体姿态可能对坐姿最大力产生影响，因此需要改变人体坐姿测试不同姿态下的力量，实验共安排了24个坐姿位置。坐姿最大力在每个位置测试，每个位置测三次取均值，位置的改变按照由近到远的规律来调节。也即在进行坐姿测试时，在各个候选坐姿中的每个坐姿下，对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间。

24个位置指的是脚踏板和座椅的相对位置，为描述二者相对位置，建立了如图3所示的空间直角坐标系。图中SgRP表示座椅参考点，为座椅平面与靠背面相交线的中点，以此为坐标系原点，在人体坐姿操纵脚踏板情况下，X轴位于水平面内指向人体前方，Y轴位于水平面内指向人体右侧，Z轴按右手法则确定。图中PRP表示踏板参考点，为踏板轴中点[i]，A代表踝关节(ankle)，K代表膝关节(knee)，H代表髋关节(hip)。

实际实现时，为减小人体下肢长度的显著差异对座椅位置的影响，座椅位置根据PRP和SgRP之间的距离按照当前受试者身高的百分比来布置，设置了比例值，如表格1所示。表格中每一个百分数表示在该方向上踏板PRP至SgRP点的距离与身高的比例。例如，X方向45％表示沿X轴正方向踏板与SgRP点间距离为当前受试者身高的45％，即踏板在X轴正方向上位于距离坐标系原点SgRP点45％受试者身高位置。Z向-7.5％表示踏板在Z轴负方向上位于距离坐标系原点SgRP点-7.5％受试者身高位置。X方向设置6个测试位置点，Y方向设置1个测试点，Z方向设置4个测试位置点，故在空间位置上一共可形成24个相对测试位置。实验时，踏板固定不动，座椅位置按照PRP点与SgRP点在X和Z方向的距离由近到远的原则来调整。

X向

35％

40％

45％

50％

55％

60％

Y向

15％

/

/

/

/

/

Z向

-2.5％

-7.5％

-12.5％

-17.5％

/

/

表1

在每个位置，受试者需根据主观感受对该位置的舒适度作出主观评价，依据表格2给出评分。

表2

具体实验步骤如下：

1.座椅调到第一个位置(35％，15％，-2.5％)，锁定座椅，受试者坐在座椅上，右脚置于脚踏板上并保持脚后跟着地；

2.受试者用最大力向前踩踏板，持续5s之后停止，本次得到的最大力记录为第一次测量值；

3.休息15秒钟，重复步骤2，测得的力为第二次测量值；

4.休息15秒钟，重复步骤2，测得的力为第三次测量值；

5.三次力值的变异系数小于15则记录三次平均值作为该位置的最大力，大于15则剔除异常值，重复步骤2～4直到连续三次力值变异系数小于15；

6.受试者对该位置的整体舒适度作出主观评价，给出评价值，解锁座椅；

7.座椅调到第二个位置(35％，15％，-7.5％)，重复步骤2～6。记录连续三次力的平均值为该位置的最大力，记录坐姿舒适性评分值；

8.座椅调到第三个位置(35％，15％，-12.5％)，重复步骤2～6。记录连续三次力的平均值为该位置的最大力，记录坐姿舒适性评分值；

9.座椅调到第四个位置(35％，15％，-17.5％)，重复步骤2～6。记录连续三次力的平均值为该位置的最大力，记录坐姿舒适性评分值；

10.座椅调到第五个位置(40％，15％，-2.5％)，重复步骤2～6。记录连续三次力的平均值为该位置的最大力，记录坐姿舒适性评分值；

按以上步骤依次将座椅移到所有24个位置，重复步骤2～6，测试记录受试者在每个位置的最大力及坐姿舒适性评分值

与站姿适宜力测试相同，坐姿适宜力也是根据耐受时间来衡量。在所有的24个位置中，选取舒适度评分最高的两个位置，进行适宜力测试。坐姿适宜力测试方法同站姿类似，踏板轴初始位置与水平面夹角为10°，踏板中心轴距离水平面垂直距离11cm，轴下装有限位器。受试者坐在座椅上，脚后跟着地，踩下踏板后使踏板轴与限位器接触并保持平衡状态。踏板轴上加载的力量依次为当前位置坐姿最大力的10％、20％、30％、40％和50％。

具体实验步骤如下：

1.座椅调到受试者认为最舒服的两个位置之一；

2.踏板轴上加载10％最大力，受试者坐在座椅上，右脚轻置于踏板之上；

3.受试者踩下踏板，脚后跟着地，使踏板轴与限位器轻接触并保持平衡状态，此时计时开始；

4.受试者反映右腿疲劳，计时停止并记录时间，受试者松开踏板，踏板轴位置自动复原；

实际实现时，若时间到了300s受试者依然没有疲劳的感觉，停止本次测试，记录时间为300s；若时间到300s时，受试者腿部有轻微酸胀感觉但未达到疲劳状态，则实验继续直至受试者疲劳。

5.休息两分钟，踏板轴加载20％最大力，重复步骤3～4，记录受试者施力持续时间；

6.按以上过程依次改变踏板轴加载力量为30％最大力、40％最大力、50％最大力，测试记录受试者施加每种力量时的持续时间。

7.调节座椅到第二个舒适位置，重复步骤2。

步骤302，根据获取得到的各个耐受时间确定所述受试者在所述预设姿态下的适宜力。

经过上述步骤之后，即可得到站姿和坐姿的最大力和适宜力，进而根据得到的最大力和适宜力进行设置，提高了设计的脚动操控装置的合理性。

综上所述，通过对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿；根据获取得到的各个耐受时间确定所述受试者在所述预设姿态下的适宜力。解决了现有技术中只能对最大力进行测试，设计得到的脚动操控装置的用户体验较差，可能并不适于实际应用的问题；达到了可以通过上述测试装置在对最大力测试的同时也可以进行适宜力测试，提高用户体验的效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种脚动操控装置的测试方法，其特征在于，所述方法用于脚动操控装置的测试装置中，所述测试装置包括：人体力量测试设备、脚踏板、踏板安装调节装置和处理器；所述脚踏板通过所述踏板安装调节装置连接所述人体力量测试设备，所述人体力量测试设备用于测试施加在脚踏板上的力；所述处理器用于根据所述人体力量测试设备测试得到的力确定受试者在预设姿态下的适宜力；

所述方法包括：

对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间，所述预设姿态包括站姿和/或坐姿；

根据获取得到的各个耐受时间确定所述受试者在所述预设姿态下的适宜力。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，相邻两次踩踏所述脚踏板的时间间隔为预设时间间隔。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

若获取得到的所述受试者的耐受时间达到目标时间，则将所述目标时间记录为操作时间并停止计时。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取受试者在所述预设姿态下以最大力操控所述脚踏板预设时间至少两次时，所述人体力量测试设备分别测试得到的最大力；

根据获取得到的各个最大力的数值确定所述受试者在所述预设姿态下的最大力。

5.根据权利要求1至4任一所述的测试方法，其特征在于，若所述预设姿态包括坐姿，所述方法还包括：

在各个候选坐姿中的每个坐姿下，对于候选操控力中的每个操控力，获取受试者在预设姿态下以所述操控力操控所述脚踏板至少两次时，所述受试者的耐受时间。