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1、力台系统实验实验报告:实验目的1. 学会使用KISTLER测力台并采集人体动作时的对地反力。2. 学会计算压力作用点(COP)的位置及偏移轨迹。3. 学习计算和分析在一个步态周期的三维力和力矩的变化。4. 初步了解步态分析在康复领域中的应用。-：实验原理本实验的原理是当人体于力台上进行动作时，力台作为支撑面，受到人对其产生的作用力，并通过力台四角内置的力传感器实时测 量，得出三维方向的作用力数据。通过力数据可以计算出该动作时力 矩数据，进一步推算压力作用点(COP)的位置及其变化。三：实验器材KISLTER力台两块，信号控制放大器两块，数据采集卡两块，计 算机一台，接线若干。四：实验内容1.
2、学习力台基本资料，了解LAB VIEW软件的使用，学会力台的 安装与连接。2. 力台性能测试。3. 使用力台采集人静止站、坐时的三维作用力，推算力矩和COPo4. 使用力台采集人由站转为坐过程和由坐转为站过程的三维作 用力，计算和分析三维力、力矩和COP的变化情况(也可选做向前 向左跨步等动作)。5. 使用力台采集人在两块力台完成一个完整步态周期时的三维 作用力，计算和分析三维力、力矩和COP的变化情况。五、实验操作步骤：1. 运行LAB VIEW文件,选择臣按钮，测试力台在三维方向的反 应情况，通过实时图像显示观察力台的测力效果。待实验观察大致无 误后，选择画按钮结束运行，并获取存储的力台的
3、数据。2. 使力台空载，静置在水平地面上1分钟，采集存储这段时间的 力台数据，参考数据处理公式，计算出力台本身的重心。3. 选择一名实验者，完成一个静止战立在力台的动作。静止站立 在力台上10秒钟，采集并存储动作的数据，参考数据处理公式，计 算出三维力矩和COP值。4. 新建另一个LAB VIEW文件，选择应按钮，让步骤三的实验者 重新站到力台上完成动作二，即在力台上做出不同的动作，例如单脚 站立、走动、扭动身体等等，采集并存储动作的数据，参考数据处理 公式，计算出三维力矩和COP值。5. 可以选择不同的实验者，重复步骤24,采集不同的实验数据， 分析不同实验者的动作，从而更清晰地了解该实验内
4、容。六、实验结果分析根据图一中各个传感器标定结果以及图一下的计算公式将力台测试结果转换为以牛顿（N）为单位的力的结果，即分别表示出由传感器测出的X、Y、Z三个方向的力随时间的变化情况。Messergebnisse Results of MeasurementBereich Kalibrlerter Berelch EmpfindllchkeltRangeCalibrated RangeSensitivityFx / Fy FzX1*24x3*4kN kNmV/Nm5 07.20请T二19 燮竺 0.950 遊3”mV/NY2*34mV/NmV/NmV/NZ34)mV/NZ441mV/N0,94
5、40.9451,890图一各传感器标定结果附：力矩与COP值计算公式F二=Fzl + Fz2 + F二 3 + F討M/b（行+厲-匚一心）=（-行+心+心-心4）M： = b （-Fv12 + D + a - （FyW - 2 JCOP的X坐标：4 =（巴冬o-MJ/耳COP 的 Y 坐标：叮绕z轴的扭矩：厂化q +F得到结果如下：1）空载状态下各个参数关于时间t的变化图以及COP的坐标大致轨迹图如下:空载时各方向受力时间图一恤临刪刪刪删附rrrrr010203040501020304050t/s七NMU-NNU-20叭榊WWWWWWHWW亦 1020304050t/s图一 (a)空载时各方
6、向力矩时间图fBOUBWlif01020304050t/sTCCI為0“沁叭加止t/s空载COP坐标图0.035-0.03 -0.025-0.02-0.015-0.01-0.00500.005x0.0250.02 0.015 -0.01 0.005 0-0.005 0.01 -0.015 -0.02 -0.025 -0.04图一 (c)运行LABVIEW文件，选择臣按钮，保证力台是空载状态，持续测 试10秒钟，得到空载状态下各个数据。绘制各个参数(X、Y、Z三 个方向的力、力矩的大小以及COP的x和y坐标值等)关于时间t 的变化图像和COP的轨迹图。对图中信息分析如下：1、由图(a) (b)可
7、看出，空载状态下，F (x)、F (y)、F (z)和M(x)、M (y)、M (z)六个值随着时间的推移几乎没有大幅度变化，最后 稳定于0值处；2、COP坐标图基本稳定于坐标原点(0,0)处，和图(a) (b) 一样, 它们的值都处于动态范围内。波动原因分析:波动主要来自于力台本身，由于传感器敏感度比较高, 且力台本身不太平稳，因此测出的数据会出现COP坐标以及各个受 力、力矩的微小变化。处理结果符合理论预期。2）静止站立状态下各个参数关于时间t的变化图以及COP的坐标大致轨迹图如下:站立时各方向受力时间图图二（a）站立时各方向力矩时间图eg站立COP坐标图9豳 Q)W o op3D64-3
8、-2-1图二(c)站立COPx方向axt坐标图05101520253035图二（e）运行LAB VIEW文件，选择臣按钮，大概12s之后实验者静止站到 力台中心，持续测试2030秒钟，使数据稳定，得到该状态下各个数 据。绘制各个参数（X、Y、Z三个方向的力、力矩的大小以及COP 的x和y坐标值等）关于时间t的变化图像和COP的轨迹图。对图 中信息分析如下：1、通过对图二（a）分析，在横坐标处于t=12.5左右之前，三个力都 稳定于0值，t=12.5s时刻x和y方向的力有抖动，之后又回归为0。 而z方向的值在12.5左右发生突变，并之后稳定于突变后的值（此 值是实验者的重力效果）；2、对于图二（
9、b）,在t=12.5s时刻，三个力的力矩发生变化，但是在 抖动之后，基本回归稳定状态。3、图二(c) (d) (e)中，COP的x和y坐标在t=12.5s时刻之后稳 定于0处，而在此之前，x和y坐标处于动态波动中(该波动同力台 空载的情况)。因此在t=12.5s时刻，是实验者站到力台上的时刻，并且在此之后没 有做任何动作，是静止站立在力台上的，实验结果符合实验预期。3)运动状态下(随机截取其中一段动作数据进行分析)500I 0500动作时各方向受力时间图0 2040t/s6080 1000 2040t/s6080 10020100J 010020200080 1006040t/s20N0-20
10、0020图三(a)动作时各方向力矩时间图200001-806040t/s20o 0-220EN、X 乏o20001-806040t/s200-220IIUIihrrrrrr!r20EN、Z 乏001-806040t/s200-2210-5A -10-20-25304动作COP坐标图-210图三(c)图三(e)运行LAB VIEW文件，选择匣按钮，在力台状态稳定之后，实验者 站到力台大概中心处，实验者在力台上做出各种各样的动作(如上跳、 下蹲、前跳、扭上身、单脚站立等)，得到动作状态下的各个数据。绘制各个参数(X、Y、Z三个方向的力、力矩的大小以及COP的x 和y坐标值等)关于时间t的变化图像和
11、COP的轨迹图。对图中信 息分析如下：1、由图三(a)可知，在t=48s左右，x和y方向的力有抖动，而F(z)值有向上的突变，和图二状况一样，因此可知在此时刻，是实 验者站到力台上的时刻2、在t=5Os左右，F (z)值有向上的突变，而F (x)、F (y)有微小 波动，结合图三(d)和(e), COP的x坐标、y方向有微小突变， 因此可推测此时实验者做上跳的动作，上跳前一刻，出现超重现象， 导致F(z)突变，而x和y的微小变化是实验者落地的时候位置出现微 小偏差所致；3、在t=70s左右，F (z)有一个峰值的变化，先增大后减小，而F(x)、F (y)均没有明显变化，COP坐标也没有明显变化
12、，因此可 推断此时实验者做下蹲动作；4、在t=75s到t=8Os这段时间内，F (y)出现明显波动，而F (x) F (z)没有明显变化，结合图三(b)中三个力力矩的变化，M(x)和M (z)波动最大，M (y)没有明显变化，COP坐标无变化，因此可推出实验者此时做左右扭动上身的动作；5、在t=88s和t=92s左右的时候，三个方向的力均有明显的波动，且 波动时间很短，对应两个时刻的COP坐标发生巨变，根据图三(d)X坐标突变的方向，可推测实验者在t=88s时向后左方跳，而t=92s 时，向前右方跳。(根据力台摆放，该实验中实验者面向x负方向)； 总结实验者所做的动作，依次是：站到力台上、原地上跳、原地下蹲、 左右扭动上身、后跳、前跳。实验结果中的数据符合实验预期。本次实验分别对小组的每位成员都进行动作测试，分析数据方法如 上，分析结果均比较理想，测试结果符合实验预期，因此本次实验比 较成功。力台是一个分析人体运动强有力的工具！
