Устройство для измерения опорных реакций Советский патент 1980 года по МПК A61B5/10 

1

Изобретение относится к медицине кой технике, а именно, к устройствам для биомеханических исследований опорноднигателького аппарата человека.

Известно устройство для измерения опорных реакций 1.

Оно представляет собой две горизонтально расположенные одна под другой квадратные (в плане) плиты с упорами. По углам кваддэатов между плитами расположено четыре упругих тензоизмерительных элемента, воспринимаюн(их вертикальные нагрузки, а между торцами верхней плиты и упорами нижней плиты расположено восемь тензоизмерительных элементов, воспринимающих продольную и. поперечную составляющие нагрузки) действующей в горизонтальной плоскости ,

Недостатком такого устройства является необходимость тонкой регулировки по высоте размеров тенэоизмерительных элементов, измеряющих, вертикальную составляющую реакций, при установке их между плитамя (для обеспечения беззазорного контакта)

Более совершенным является устройство для измерения опорных реакций, котороепредставляет собой две установленные одна над другой треугольные плиты с расположенными между ними в их вершинах тензоизмерительными элементами - датчиками 2 .

Такое устройство не требует тон0кой регулировки тензоизмерительных элементов по высоте благодаря статической определимости системы,

Однако использование плит треугольной формы, предназначенных

5 для. регистрации полной опорной реакции, т.е. всех ее составляющих и действующего в горизонтальной плоскости реактивного момента, повышая эксплуатационные характеристики

0 платформы и точность измерения, вертикальной составляющей реакции, ухудшает точность измерения горизонтальных составляющих. Происходит это из-за того, что одни и те же

5 датчики-при такой схеме рАсположения могут воспринимать одновременг но продольное и поперечное усилия, coздaвae влe оператором при ходьбе.

Кроме того, действующий, в плоскости .платформа момент также изменяет показания датчиков, измеряющих как продольную, так и поперечную горизонтальную составляю яую реакции, .что также ухудшает точность их измерения.

Целью изобретения является уменьшение взаимовлияния горизонтальныхсоставляющих реакций, уменьшение влияния на них момента, действующего в горизонтальной плоскости, и повышение точности измерений,

Это достигается тем, что в устройство дополнительно введена третья плита, расположенная между верхней и нижней плитами, причем на нижних поверхностях верхней и средней плит во взаимно перпендикулярных плоскостях укреплены направляющие планки, а на верхних поверхностях средней и нижней плит установлены соответственно по две пары опор и упоры, при этом тензоизмерительные элементы расположены между упорами и торцами направляющих планок и между боковыми поверхностями направляющих планок верхней плиты и опорами средней плиты.

Кроме того, направляющие планки, упоры и тенэоизмерительные элементы в местах соприкосновения снабжены бобышками с уступами, на которых расположены втулкис шариками, по- , мещенными между торцами уступов.

На фиг, 1 схематически изображено устройство для измеренияопорных реакций, вид сбоку; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг, 1 на фиг, 3 сечение Б-Б на фиг, 1; на фиг. 4 узел I на фиг, 1 (в увеличенном масштабе) ,

Устройство состоит из расположенных, одна над другой треугольных плит 1, 2, 3, На нижних поверхностях плит 1 и 2 укреплены направляющие планки 4 и 5, которые могут перемещаться относительно опор 6-9, .установленных на плите 2, и относительно таких же опор 10-13, установленных на плите 3,

На верхних поверхностях плит 2 и 3 установлены упоры 14-17, Для измерения возникающих при ходьбе или беге реакций имеются.тензоизмерительные элементы 18-26, выполненные в виде упругих подковообразных .белочек с наклеенными на них тензосопротивлениями. При этом тензоиэмерительные элементы 18,19 и 20 служат для измерения компонентов вертикальной составляющей (ft) усилия, тензоизмерительные элементы 21, 22 - для измерения продольной составляющей (П) горизонтального усилия, тензоизмерительные элементы 23, 24 - дпя измерения поперечной составляющей ( горизонтального усилия и тензои-мерительные элементы 25, 26 - для определения величииы вращающего момента (My), деист вующего в горизонтальной плоскость Для обеспечения возможности относительногсГ-перемещения плиты 1, 2 и 3 установлены одна над другой с зазором, превышающим высоту опорных планок 4, 5 опор 6-13 и тензоизмерительных элементов 21-26, Зазор между плитами 1 и 2 обеспечивается тензоизмерительными элементами 18, 19 и 20, а между плитами 2 и 3 - опорами 27, 28 и 29. Между всеми перемещающимися одна относительно другой поверхностями для уменьшения трения установлены шариковые опоры 30, конструктивно выполненные в виде расположенных между бобышками 31, 32 шариков 33. Бобышки 31 и 32, установленные в соответствующих деталях, выполнены с уступами 34 и 35, на которые надеты втулки 36, удерживающие шарик от выпадания.

. Дпя упрощения сборки устройства втулки 36, выполнены из упругого материала, например-резины, В случае использования жестких втулок 36 их внутренний диаметр должен быть больше диаметра уступов 34, 35 и шариков 33 дпя обеспечения относительного перемещения деталей, к которым крепятся бобышк-и 31 и 32 Для работы устройства не имеет принципиального значения, какая из плит 1 или 3 является верхней, т.е, устройство может быть повернуто на 180 вокруг горизонтальной оси.

Устройство используется следующим образом.

Для определения параметров движения может бытъ использовано несколько таких устройств, установленных одн-о за другим по направлению движения на расстояниях, равных длине шага. Возникающая при ходьбе под действием веса вертикальная реакция опора воспринимается тензоизмерительными элементами 18, 19 и 20, которые реагируют на вертикальные перемещения плит 1 и 2 друг относительно друга.

Так как установленная на плите 1 направляющая планка 4 позволяет плите 1 перемешаться относительно . плиты 2 только в направлении оси X, а направляющая планка 5 позволяет плите 2 перемещаться относ-ительно плиты 3 тсшько в направлении оси У, то происходит механическое разделение продольной составляющей (Rji) и поперечной составляющей (R.J) горизонтальной опорной реакции, они. воспринимаются соответственно датчикаьт 21, 22 и 23, 24, т,е, могут быть получены непосредеггвенным измерением. Возникающий в горизонтальной плоскости при ходьбе реактивный (вращающий) момент

(My) воздействует на плиту-1 и разворачивает ее вокруг оси У, вызывая { еформацкю тензодатчиков элементов 25 и 26, При вычислении My необходимо учитывать, что тензоизмерительные элементы 25 и 26 воспринимают также поперечную, составляющую R,

Таким образом, устройство является простым в эксплуатации, позволяет механически отделить горизонтальные составляю ;р1е реакций не только один от другой, но и от момента, действующего в горизонтальной плоскости. При этом общее количество тензоизмерительных элементов позволяет сократить на 25%, а расчетная точность измерения горизонтальных составляюио х возрастает на 3-3,5%, затраты времени на подготовку устройства к работе практически отсутствуют.

Формула изобретения

ЬУстройство для измерения опорных реакций, содержащее две треугольные плиты, расположенные друг над другом, тензоизмерительные элементы, размещенные в вершинах плит, . отличающееся тем, что, с целью уменьшения взаимовлияния горизонтальных составляющих реакций, уменьшения влияния на них , мента, действующего в горизонтальной плоскости, и повышения точности измерений, в него дополнительно введена третья плита, расположенная между верхней и нижней плитами, причем на нижних поверхностях верхней и средней плит во взаимно перпендикулярных плоскостях укреплены направляющие планки, а на верхних поверхностях средней и нижней плит установлены соответственно по две пары опор и упоры, при этом тензоизмерительные элементы расположены

c между упорами и торцами направляющих планок и между боковыми поверх ностями направляющих планок верхней плиты и опорами средней плиты, 2. Устройство по п. 1, отли3чающееся тем, что направляющие планки, упоры и тензоизмерительные элементы в местах соприкосновения снабжены бобышками с уступами, на которых расположены втулки с шариками, помешенными между

0 торцами уступов.

источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Рощин Р.И. Метод и прибор для исследования механики ходьбы здорового и протезированного человека. Труды Института машиноведения АН СССР, т. 15, вып, 59, 1955,

2.StQl c sensogrop Н , тип. 1G01 фирмы SAM-EI Япония, приоритет фирмы Инструменткорпорейшен опублик. 06. 1970 (прототип).

20

1

Я7

w.y

/к

ю

13

зв

гз

13