[发明专利]用于跑步机的步态测量平台及测量方法

权利要求书

1.一种用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述步态测量平台(4)固定设置在支撑平板(5)上，所述支撑平板(5)固定设置在跑步机支架(1)上；循环传送带(2)支撑在两端滚轮(3)上形成包含有上带和下带的循环带，步态测量平台(4)和支撑平板(5)位于由上带和下带形成的空间中，所述循环传送带(2)中上带的下表面与所述步态测量平台(4)的上表面相接触，所述循环传送带(2)中下带的上表面与支撑平板(5)的下表面之间保持有间隙；

所述步态测量平台(4)是由呈阵列排布的多个设置有敏感元件的测量单元(6)组成，根据各测量单元(6)上敏感元件输出的检测信号获得步态测量平台(4)的力分布情况，进而确定跑步机上行走的人的脚底压力分布，实现步态测量；

所述测量单元(6)设置为左右两列，左右两列中的各测量单元一一对应地左右对称分布，左右对称位置上的测量单元相互独立；

所述测量单元(6)是由平板(7)和四个结构相同的支撑梁(8)构成；所述平板(7)为长方形板件，在所述测量单元(6)上建立三维坐标系，以平板(7)的底面的中心点为坐标原点，沿平板(7)的长度方向为X向，沿平板(7)的宽度方向为Y向，沿平板(7)的厚度方向为Z向；支撑梁(8)设置在平板(7)的底面用于对平板(7)形成支撑，四个支撑梁(8)沿X向设置，且两两对称分布在平板(7)的两端，处在同一端的两个支撑梁(8)相互之间形成有Y向间隔，并以X轴为对称中心相互对称；使四个支撑梁(8)分处在平面坐标XOY的四个象限中，令：处在第一、第二、第三和第四各象限中的支撑梁依次为第一梁(8a)、第二梁(8b)，第三梁(8c)和第四梁(8d)；各支撑梁(8)的首端与平板(7)固定连接，支撑梁(8)的末端固定在支撑平板(5)上。

2.根据权利要求1所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：在所述支撑梁(8)的中部设置双通孔(9)，所述双通孔(9)是两只不同X向位置上的单孔相并列且相连通，令：两只单孔中处在支撑梁首端一侧的单孔为首端孔，处在支撑梁末端一侧的单孔为末端孔，所述双通孔(9)在支撑梁(8)上为Y向贯通孔；

以坐标原点为对称中心，形成如下各对称结构：

第一梁与第二梁中首端孔X向对称，第一梁与第二梁中末端孔X向对称，第三梁与第四梁中首端孔X向对称，第三梁与第四梁中末端孔X向对称；

第一梁与第四梁中首端孔Y向对称，第一梁与第四梁中末端孔Y向对称，第二梁与第三梁中首端孔Y向对称，第二梁与第三梁中末端孔Y向对称。

3.根据权利要求2所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：对应于双通孔(9)中两只单孔的中心位置，在各支撑梁(8)的上表面和下表面分别贴有应变片；分别为：

对应于第一梁(8a)上首端孔的中心位置，在第一梁(8a)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R31和R32；对应于第一梁(8a)上末端孔的中心位置，在第一梁(8a)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R33和R34；

对应于第二梁(8b)上首端孔的中心位置，在第二梁(8b)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R11和R12；对应于第二梁(8b)上末端孔的中心位置，在第二梁(8b)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R13和R14；

对应于第三梁(8c)上首端孔的中心位置，在第三梁(8c)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R21和R22；对应于第三梁(8c)上末端孔的中心位置，在第三梁(8c)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R23和R24；

对应于第四梁(8d)上首端孔的中心位置，在第四梁(8d)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R41和R42；对应于第四梁(8d)上末端孔的中心位置，在第四梁(8d)的上表面和下表面一一对应贴有应变片R43和R44。

4.一种权利要求3所述的用于跑步机的步态测量平台的测量方法，其特征是：

所述各应变片按X向粘贴；

以应用片R11和R12构成第一惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₁₁；

以应用片R13和R14构成第二惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₁₂；

以应用片R21和R22构成第三惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₂₁；

以应用片R23和R24构成第四惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₂₂；

以应用片R31和R32构成第五惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₃₁；

以应用片R33和R34构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₃₂；

以应用片R41和R42构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₄₁；

以应用片R43和R44构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U₄₂；

建立所述检测信号与平板表面压力的数学模型为：C·F＝M

其中，系数矩阵C是3×8的常数矩阵，通过标定获得，F为等效力向量，并有：

检测信号向量M为检测信号U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂、U₄₁和U₄₂中任意三个信号组成的向量，每个支撑梁上最多选取一个检测信号，检测信号向量可以是：式(1)中，F_z1为平板上的等效法向作用力，(x₁，y₁)是平板上等效法向作用力F_z1在平板XOY坐标系上的等效作用坐标点，利用数学模型C·F＝M，根据各检测信号，获得等效于平板(7)上的一个法向力的大小和位置分别为：F_z1和(x₁，y₁)；

或是：

其中，系数矩阵C是6×8的常数矩阵，通过标定获得，F为等效力向量，并有：

检测信号向量M为检测信号U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂、U₄₁和U₄₂中任意六个组成的向量，每个支撑梁上最少选取一个检测信号，检测信号向量可以是：

式(2)中，F_z1和F_z2分别为平板上的等效法向作用力，(x₁，y₁)和(x₂，y₂)分别是F_z1、F_z2在平板XOY坐标系上的等效作用坐标点，利用数学模型C·F＝M，根据各检测信号，分别获得等效于平板(7)上两个法向力的大小和位置：F_z1、F_z2、(x₁，y₁)和(x₂，y₂)。