Способ определения положения общего центра масс тела человека и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК A61B5/10 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения координат общего центра масс тела человека.

Цель изобретения - сокращение времени обследования и повыщение точности определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека.

На фиг. 1 изображена типичная зависимость силы от времени при переры ABDE, соответствующая импульсу динамической реакции опоры.

Способ реализуется с помощью устройства для определения положения общего центра масс тела человека.

Устройство содержит тензоплатформу 1, призму 2 с щироким основанием, стол 3, угломер 4, выполненный в виде электрогониометра, переключатель 5, четыре устройства выборки-хранения 6-9, три аналогомещении тела человека на заданный угол; ю вых ключа 10-12, два интегратора 13 и 14,

два компаратора 15 и 16, два аналоговых перемножителя-делителя 17 и 18, регулируемый источник 19 напряжения, алгебраический сумматор 20, триггер 21, регулируемый источник 22 опорного напряжения, 5 дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25.

два компаратора 15 и 16, два аналоговых перемножителя-делителя 17 и 18, регулируемый источник 19 напряжения, алгебраический сумматор 20, триггер 21, регулируемый источник 22 опорного напряжения, 5 дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемого устанавливают на столе 3

включают переключатель 5. После этого стол 3 с испытуемым отпускают без начальной скорости, и вращение продолжается под действием силы тяжести. В момент нана фиг. 2 - схема устройства для осуществления способа определения положения общего центра масс тела человека; на фиг. 3 - блок-схема устройства для определения положения общего центра масс тела человека.

Предполагают, что тело спортсмена отклонено на угол фо от положения равновесия и зафиксировано. Если теперь ему дать возможность перемещения под действием собственного веса, скорость линейного движе- jn Л гранью призмы 2, затем отклоняют ния общего центра масс, с одной стороны, стол 3 на заданный угол сро, фиксир дот и определяется угловой скоростью вращения от, а с другой стороны - изменением импульса тела Р, которое соответствует разности импульса статического веса, соответствующего площади прямоугольника АВСЕ, и импульса 25 чала движения стола 3 в тензоплатформе динамической реакции опоры, которая со-1 возникает сигнал, который поступает на

усилитель 24, с выхода которого он передается на информационный вход первого блока 6 выборки-хранения и первого аналогового ключа 10, а также на первый вход первого компаратора 15. В момент включения переключателя 5 сигнал, соответствующий статическому весу тела испытуемого, запоминается первым устройством 6 выборки-хранения, с выхода которого посту пает на информационный вход второго анаИз полученного уравнения легко опре- логового ключа 11, а также на второй вход деляется величинапервого компаратора 15. В результате этого

происходит срабатывание первого компаратора 15, сигнал с выхода которого поступает на счетный вход триггера 21 и устанавТаким образом, способ состоит в том, 0 ливает его в состояние «1. С выхода триггера 21 сигнал поступает на входы управления первого, второго и третьего аналоговых ключей 10, 11, 12 и второго третьего и четвертого блоков 7, 8, 9 выборки-хранения. В результате этого аналоговые ключи 10- 45 12 открываются и происходит интегрирование сигналов первым интегратором 13, где вычисляется импульс статического веса тела, и вторым интегратором 14, где вычисляется импульс динамической реакции опоры. Сигналы, соответствующие импульсам статического веса и динамической реакции опоры с интеграторов 13 и 14 поступают соответственно на .информационные входы второго

ответствует площади фигуры ABDE. Таким образом имеется уравнение

Р т{да),

где t-расстояние от общего центра масс

до оси вращения; m -масса тела спортсмена; Аса-изменение угловой скорости вращения тела.

ггГд2о

что измеряют импульс силы и угловую скорость вращения тела при повороте на заданный угол, а положение общего центра масс тела человека определяют по формуле

р Р

где Р - импульс силы;

m - масса тела;

to - угловая скорость.

Расстояние I от оси вращения до общего центра масс определяется импульсом силы Р, соответствующим пл ощади, заключенной между отрезком прямой ВС и участком кривой BD, а также достигнутой в результате перемещения тела на угол Дс/ угловой

50

и третьего блоков 7 и 8 выборки-хранения.

Одновременно с началом движения стола

скоростью вращения ы. Для вычисления , 3 сигнал с угломера 4, соответствующий искомого импульса Р из площади прямоуголь- углу поворота, поступает на информацион- ника АВСЕ, соответствующей импульсу ста-ный вход третьего аналогового ключа 2

тического веса, вычитается площадь фигу-и на первый вход второго компаратора 16,

ры ABDE, соответствующая импульсу динамической реакции опоры.

Способ реализуется с помощью устройства для определения положения общего центра масс тела человека.

Устройство содержит тензоплатформу 1, призму 2 с щироким основанием, стол 3, угломер 4, выполненный в виде электрогониометра, переключатель 5, четыре устройства выборки-хранения 6-9, три аналого вых ключа 10-12, два интегратора 13 и 14,

два компаратора 15 и 16, два аналоговых перемножителя-делителя 17 и 18, регулируемый источник 19 напряжения, алгебраический сумматор 20, триггер 21, регулируемый источник 22 опорного напряжения, дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25.

Способ осуществляется следующим образом.

Испытуемого устанавливают на столе 3

Л гранью призмы 2, затем отклоняют стол 3 на заданный угол сро, фиксир дот и чала движения стола 3 в тензоплатформе 1 возникает сигнал, который поступает на

включают переключатель 5. После этого стол 3 с испытуемым отпускают без начальной скорости, и вращение продолжается под действием силы тяжести. В момент гранью призмы 2, затем отклоняют стол 3 на заданный угол сро, фиксир дот и чала движения стола 3 в тензоплатформе 1 возникает сигнал, который поступает на

на второй вход которого подается сигнал с регулируемого источника 22 опорного напряжения, соответствующий заданному углу поворота Af. Поскольку третий аналоговый ключ 12 открывается в момент начала движения, сигнал с угломера 4 поступает че- рез аналоговый ключ 12 и дифференциатор 23, в котором вычисляется угловая скорость (1), на вход четвертого блока 9 выборки-хранения. По достижении заданного угла отклонения происходит срабатывание ю второго компаратора 16, сигнал с которого поступает на установочный вход триггера 21, в результате чего триггер устанавливается в положение «О, вследствие чего происходит запоминание результатов интегрирования вторым и третьим блоками 7 и 8 выборки- хранения за промежуток времени, соответствующий повороту тела испытуемого на заданный угол поворота А: Далее сигнал с выхода четвертого блока 9 выборки-хранения поступает на первый вход второго аналогового перемножителя-делителя 18, на второй вход которого поступает сигнал с регулируемого источника 19 напряжения, соответствующий массе m тела испытуемого. В результате на выходе второго аналого2. Устройство для определения положения общего центра масс тела человека, содержащее тензоплатформу, угломер, усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека, оно дополнительно снабжено столом, призмой, первым, вторым, третьим и четвертым блоками выборки-хранения, первым, вторым и третьим аналоговыми ключами, первым и вторым интеграторами, первым и вторым компараторами; первым и вторым аналоговыми перемножителями-делителями, переключателем, регулируемым источником напряжения, алгебраическим сумматором, триггером, регулируемым источником опорного напряжения и дифференциатором, угломер выполнен в виде электрогониометра, регистратор выполнен в виде цифрового индикатора, причем тензоплатформа через усилитель соеди- 2Q нена с первым входом первого блока выборки-хранения, с первым входом первого компаратора и с первым входом первого аналогового ключа, общая шина через переключатель подключена к второму входу первого блока выборки-хранения, выход котового перемножителя-делителя 18 возникает 25 рого соединен с первым входом второго

сигнал, соответствующий произведению массы тела на угловую скорость. Сигналы с выходов второго и третьего блоков 7 и 8 выборки-хранения поступают соответственно на первый и второй входы алгебраического сумматора 20, где происходит вычисле- ние разности импульсов статического веса и динамической реакции опоры. Далее полученный сигнал, соответствующий импульсу силы Р, поступает на первый вход первого аналогового перемножителя-делителя 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго аналогового перемножителя- делителя 18. В результате первый аналоговый перемножитель-делитель 17 проводит вычисление положения общего центра масс

35

аналогового ключа и с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом второго ком паратора, электрогониометр подключен к пер вому входу второго компаратора и в первому входу третьего аналогового ключа, регулируемый источник опорного напряжения соединен с вторым входом второго ком паратора, выход триггера подключен к вторым входам первого, второго и третьего аналоговых ключей и к первым входам второго, третьего и четвертого блоков выборки-хранения, выход второго аналогового ключа через первый интегратор соединен с вторым входом второго блока выборкитела человека t, результат которого выво- 40 хранения, выход которого подключен к пер- дится на цифровой индикатор 25.вому входу алгебраического сумматора,

выход первого аналогового ключа через второй интегратор соединен с вторым входом третьего блока выборки-хранения, выход которого подключен к второму входу алгебраФормула изобретения

1. Способ определения положения общего центра масс тела человека, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обследования, одновременно измеряют импульс силы и угловую скорость вращения тела человека при повороте на заданный угол, положение общего центра масс определяют по формуле

/ Я

45

50

т-со

где Р - импульс силы;

т - масса тела чeлoвeкat О) -уг.ювая скорость.

55

ического сумматора, выход которого соединен с первым входом первого аналогового перемножителя-делителя, выход которого подключен к цифровому индикатору, выход третьего аналогового ключа через дифференциатор соединен с вторым входом четвертого блока выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу второго аналогового перемножителя-делителя, второй вход которого соединен с регулируемым источником напряжения, а выход - с вторым входом первого аналогового перемножителя-делителя.

2. Устройство для определения положения общего центра масс тела человека, содержащее тензоплатформу, угломер, усилитель и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека, оно дополнительно снабжено столом, призмой, первым, вторым, третьим и четвертым блоками выборки-хранения, первым, вторым и третьим аналоговыми ключами, первым и вторым интеграторами, первым и вторым компараторами; первым и вторым аналоговыми перемножителями-делителями, переключателем, регулируемым источником напряжения, алгебраическим сумматором, триггером, регулируемым источником опорного напряжения и дифференциатором, угломер выполнен в виде электрогониометра, регистратор выполнен в виде цифрового индикатора, причем тензоплатформа через усилитель соеди- Q нена с первым входом первого блока выборки-хранения, с первым входом первого компаратора и с первым входом первого аналогового ключа, общая шина через переключатель подключена к второму входу первого блока выборки-хранения, выход кото

5

аналогового ключа и с вторым входом первого компаратора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, электрогониометр подключен к первому входу второго компаратора и в первому входу третьего аналогового ключа, регулируемый источник опорного напряжения соединен с вторым входом второго компаратора, выход триггера подключен к вторым входам первого, второго и третьего аналоговых ключей и к первым входам второго, третьего и четвертого блоков выборки-хранения, выход второго аналогового ключа через первый интегратор соединен с вторым входом второго блока выборки0 хранения, выход которого подключен к пер- вому входу алгебраического сумматора,

выход первого аналогового ключа через второй интегратор соединен с вторым входом третьего блока выборки-хранения, выход которого подключен к второму входу алгебра

ического сумматора, выход которого соединен с первым входом первого аналогового перемножителя-делителя, выход которого подключен к цифровому индикатору, выход третьего аналогового ключа через дифференциатор соединен с вторым входом четвертого блока выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу второго аналогового перемножителя-делителя, второй вход которого соединен с регулируемым источником напряжения, а выход - с вторым входом первого аналогового перемножителя-делителя.

D

Изобретение предназначено для определения координат общего центра масс тела человека и позволяет сократить время обследования и повысить точность определения центра масс в процессе углового перемещения тела человека. Согласно способу измеряют импульс силы Р и угловую скорость ы при повороте на заданный угол, а положение Е общего центра масс ш определяют по формуле 1 . Устройство содержит тензоплатформу 1, у гломер 4, переключатель 5, устройства 6-9 выборки- хранения, ключи 10, 11 и 12, интеграторы 13 и 14,, компараторы 15 и 16, перемножители-делители 17 и 18, источники 19 и 22 напряжения, сумматор 20, триггер 21, дифференциатор 23, усилитель 24, регистратор 25. Испытуемого помещают на стол, отклоняют его на заданный угол и отпус1;ают без начальной скорости. Вращер1ие происходит под действием сил тяжести. Устройство 6 выборки-хранения запоминает сигнал, соответствующий статическому весу, а сигналы, соответствующие импульсам статического веса и динамической реакции опоры,- устройства 7 и 8. В устройство 9 подается сигнал об угловой скорости. По этим сигналам в аналоговом перемножителе-делителе 17 производится вычисление положения общего центра масс тела человека. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. (О (Л NP 00 х 4i СЛ 4 f I I e-J

Фиг.1

0 .ip

Фи1г.2