專利名稱：空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體生理參數(shù)檢測系統(tǒng)，尤其涉及空間站失重環(huán)境下的人體重心位置的測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
天宮一號的發(fā)射標(biāo)志著我國已經(jīng)擁有建立初步空間站的能力，國家規(guī)劃在2020 年左右建成載人空間站。當(dāng)越來越多的宇航員與太空親密接觸，承載著人類神圣使命的時候，他們的太空失重會引起一系列的生理變化，甚至出現(xiàn)病理反應(yīng)或疾病，對航天員的身心健康造成影響，因此宇航員健康檢查是十分必要的。在航天失重環(huán)境中長時間停留可引起機體多個系統(tǒng)發(fā)生適應(yīng)性改變和一些病理生理性質(zhì)的變化，其中又以失重對心血管、肌肉、 骨等系統(tǒng)的不良影響對宇航員健康和安全關(guān)系最大，故也最受重視。為了減少航天員由于失重而引起的生理變化，維持像在地球那樣的健康狀態(tài)，現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)了很多宇航員生理參數(shù)的檢測系統(tǒng)，來檢測在空間站中宇航員的參數(shù)，從而制定合適的訓(xùn)練計劃。失重期間的血液循環(huán)障礙與中醫(yī)中的“血瘀癥”相似，出現(xiàn)血液循環(huán)障礙后，宇航員的體重、呼吸等生理參數(shù)可能沒有變化，只有重心位置發(fā)生了變化，而目前在宇航員的重心檢測方面還是一個空白，還沒有這樣一種設(shè)備來檢測宇航員的重心。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是填補宇航員生理參數(shù)檢測系統(tǒng)所存在的空間站失重環(huán)境下重心檢測方面的空白，提供一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置及其測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用了如下的技術(shù)方案一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，包括機械臂，在機械臂的一端設(shè)置硬質(zhì)平板，在硬質(zhì)平板上設(shè)置若干可以圍成一定面積區(qū)域的壓力傳感器，硬質(zhì)平板上還設(shè)有用于固定受測者軀體的固定帶，在壓力傳感器上設(shè)置有支撐板，固定帶和支撐板之間形成容納受測者軀干的空間；壓力傳感器通過信號調(diào)理模塊連接單片機模塊，單片機模塊連接上位機。其中，所述機械臂上從固定端到活動端依次為第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副，第三轉(zhuǎn)動副末端固定有硬質(zhì)平板。其中，所述機械臂上從固定端到活動端依次為轉(zhuǎn)動副、第一移動副和第二移動副， 所述第二移動副末端固定有硬質(zhì)平板。其中，所述壓力傳感器的數(shù)目為四個，且四個壓力傳感器在硬質(zhì)平板上呈矩形排布。其中，所述固定帶為兩個，兩個固定帶之間相互平行或交叉設(shè)置。所述空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置的測量空間站失重環(huán)境下人體重心的方法，包括如下步驟
a、受測者軀干進入到固定帶和支撐板之間，并和支撐板保持一定間隙；b、通過機械臂推動人體以恒定加速度運動，單片機模塊采集各個壓力傳感器在此過程中所輸出的電壓信號，得到各個壓力傳感器受到的壓力f\、f2、f3……fN，并傳輸給上位機，其中N表示壓力傳感器的數(shù)量；C、以硬質(zhì)平板的中心為坐標(biāo)原點，各個壓力傳感器在硬質(zhì)平板上的坐標(biāo)為(Xp Y1)、(χ2>γ2)、(X3、Y3)……(χΝ>γΝ)，受測者的重心在硬質(zhì)平板上的投影坐標(biāo)為(X、Y)；根據(jù)硬質(zhì)平板的平衡條件，即硬質(zhì)平板上受力之和為0，可以得出
權(quán)利要求
1.一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，其特征在于包括機械臂，在機械臂的一端設(shè)置硬質(zhì)平板(1)，在硬質(zhì)平板(1)上設(shè)置若干可以圍成一定面積區(qū)域的壓力傳感器O)，硬質(zhì)平板(1)上還設(shè)有用于固定受測者軀體的固定帶(3)，在壓力傳感器(2)上設(shè)置有支撐板G)，固定帶⑶和支撐板⑷之間形成容納受測者軀干的空間；壓力傳感器 (2)通過信號調(diào)理模塊( 連接單片機模塊(6)，單片機模塊(6)連接上位機(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，其特征在于所述機械臂上從固定端到活動端依次為第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副，第三轉(zhuǎn)動副末端固定有硬質(zhì)平板(1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，其特征在于所述機械臂上從固定端到活動端依次為轉(zhuǎn)動副、第一移動副和第二移動副，所述第二移動副末端固定有硬質(zhì)平板(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3項中任意一項所述的一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，其特征在于所述壓力傳感器O)的數(shù)目為四個，且四個壓力傳感器( 在硬質(zhì)平板 (1)上呈矩形排布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3項中任意一項所述的一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，其特征在于所述固定帶C3)為兩個，兩個固定帶C3)之間相互平行或交叉設(shè)置。
6.權(quán)利要求1所述的一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置的測量空間站失重環(huán)境下人體重心的方法，其特征在于，包括如下步驟a、受測者軀干進入到固定帶和支撐板之間，并和支撐板保持一定間隙；b、通過機械臂推動人體以恒定加速度運動，單片機模塊采集各個壓力傳感器在此過程中所輸出的電壓信號，得到各個壓力傳感器受到的壓力f\、f2、f3……fN，并傳輸給上位機， 其中N表示壓力傳感器的數(shù)量；c、以硬質(zhì)平板的中心為坐標(biāo)原點，各個壓力傳感器在硬質(zhì)平板上的坐標(biāo)為(XpY1K (X2> Y2)、(X3、Y3)……(XN> Yn)，受測者的重心在硬質(zhì)平板上的投影坐標(biāo)為(X、Y)；根據(jù)硬質(zhì)平板的平衡條件，即硬質(zhì)平板上受力之和為0，可以得出Σ F = 0，即 F+f\+f2+f3+......+fN = 0 (1)根據(jù)力矩平衡原理，可以得出，硬質(zhì)平板上X軸方向的力矩之和為0、Y軸方向的力矩之和為0，即
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間站失重環(huán)境下人體重心位置測量裝置，包括機械臂，在機械臂的一端設(shè)置硬質(zhì)平板，在硬質(zhì)平板上設(shè)置若干可以圍成一定面積區(qū)域的壓力傳感器，硬質(zhì)平板上還設(shè)有用于固定受測者軀體的固定帶，在壓力傳感器上設(shè)置有支撐板，固定帶和支撐板之間形成容納受測者軀干的空間；壓力傳感器通過信號調(diào)理模塊連接單片機模塊，單片機模塊連接上位機。本發(fā)明還公開了使用上述裝置在空間站失重環(huán)境下測量人體重心的方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，使用方便，填補了宇航員的在失重環(huán)境下重心檢測方面的空白，對于航天事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
文檔編號A61B5/00GK102551669SQ201110431069
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者吳涓, 宋光明, 宋愛國, 崔建偉, 李會軍, 谷士鵬, 馬妍 申請人:東南大學(xué)