[发明专利]一种人体负荷模拟运动系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种模拟运动系统，特别是关于一种人体负荷模拟运动系统。

背景技术

在野外生存、户外运动、学生背包、部队行军以及劳动搬运等领域人们通常需要进行背部负荷行走。人体背部负荷改变了身体重心的位置，影响人的步态和身体姿势，尤其是负荷过大或长时间负荷行走极易造成身体疲劳、损伤。因此，在运动生物力学领域，国内外学者都广泛开展了人体负荷行走的步态、姿态、疲劳感、能量消耗等生理和生物力学研究。目前，开展人体负荷行走研究大多采用真人反复试验的方法，依靠人的主观疲劳感或舒适感评价、生理指标和生物力学指标的变化来对人体负荷进行综合测试与评价。此类依靠真人主观感受的方法虽然能够对背包的可用性、设计特点、身体局部疲劳感觉、舒适性等进行有效的评价，但是大样本真人重复试验既耗时又费钱，而且无法避免受试者个体差异、主观表述不清或表述不准确等干扰因素。

因此，急需一种可以客观的评价人体负荷行走的方法，以模拟人代替真人开展试验，不仅可以提高效率、缩减开支，还可以降低人为误差，从而提高试验可靠性，缩短产品或技术开发时间，提高开发效率。目前，国外研究的模拟负荷假人都是采用西方人的身体特征进行设计，不符合中国人的身体特征(体型、重量、质心等)。另一方面，人体运动相比大型物体运动，如钻井平台、地震体验平台等具有更高的复杂性，如爬坡、跳跃、转身等，目前的方法是通过计算模型或实测获取人体运动模型数据，然后控制六自由度运动平台进行相应的运动，以此来实现假人进行预定轨迹运动的目的。这种方法一个缺点是假人的运动轨迹与实际需要的人体运动轨迹之间经常会存在一定的误差，主要是因为通过实测法获取的真人运动轨迹模型是以真人的躯干为重心，而六自由度运动平台的运动是以运动平台的某一空间点为重心，通常需要手动不断调整运动平台才能实现真人和运动平台假人重心的一致，这种手动调整和校准的方法过程复杂、费时，且不易控制精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现高精度仿真模拟人体负荷运动，为人体负荷生物力学及工效学提供一研究平台的人体负荷模拟运动系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种人体负荷模拟运动系统，其特征在于：它包括一负荷假人、一六自由度运动模块、一运动跟踪模块和一反馈控制模块；所述六自由度运动模块采用六自由度运动平台，所述负荷假人由仿真骨骼和包覆在所述仿真骨骼之外的仿真软组织组成；所述负荷假人连接在所述六自由度运动平台顶部；所述运动跟踪模块为一运动跟踪设备，其实时采集负荷假人的运动轨迹，并传送给所述反馈控制模块；所述反馈控制模块为一具有操作界面的计算机，其内设置有信号采集模块、数据传输模块、数据转换模块、控制模块；所述信号采集模块通过数据传输模块实时采集所述运动跟踪模块获取的所述负荷假人的运动轨迹信息，并发送给所述数据转换模块；所述数据转换模块对运动轨迹信息进行放大、滤波、A/D转换后发送给控制模块，所述控制模块通过内置的自适应控制算法对所述负荷假人的实时运动轨迹信息进行处理后，与用户输入的负荷运动轨迹进行对比，并通过不断调整控制指令输出给所述六自由度运动模块，控制负荷假人达到与用户输入的负荷运动相同的运动轨迹。