[發明專利]一種人體各部分質心位置及質量的測試方法

有效

• 申請號: 202010529521.1
• 申請日: 2020-06-11
• 公開（公告）號: CN111637959B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 劉志新;孫制宇;劉偉東;馬偉杰;解明浩;劉洪斌
• 申請（專利權）人: 中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司;中國汽車技術研究中心有限公司
• 主分類號: G01G19/50
• 分類號: G01G19/50;A61B5/103;A61B5/107
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 蘇沖

1.一種人體各部分質心位置及質量的測試方法，其特征在于：包括：

步驟1：使用基于單側杠桿原理的電子測量臺(2)，人體設置電子測量臺(2)上的人體參考位置(1)，腳部位置與參考原點(3)位置重合，當電子測量臺(2)顯示的力矩與躺在上面的人體產生的力矩相等時，杠桿保持平衡，此時人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)距離r，由如下計算公式得出：

M_人＝Gr，M_臺＝Rx，M_人＝M_臺，r＝Rx/G；

其中：M_人是人體重量產生的力矩，G人體重量，r是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)距離，M_臺是電子測量臺(2)對應的力矩，R是電子測量臺(2)為平衡人體力矩的施加力，x為施加力距離參考原點(3)的固定距離；

步驟2：根據人體的基本結構，將人體分為五個部分，分別為：頭頸部(8)、軀干(7)、手臂(6)、大腿(5)及小腿和腳(4)，人體總的力矩與人體各部分的力矩之和相等，獲得力矩平衡方程如下：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，g為重力加速度，m₁，m₂，m₃，m₄，m₅分別代表頭頸部(8)、軀干(7)、手臂(6)、大腿(5)及小腿和腳(4)質量，x₁、x₂、x₃、x₄、x₅分別為頭頸部(8)、軀干(7)、手臂(6)、大腿(5)及小腿和腳(4)質心位置；

步驟3：測量平躺狀態下人體各部分的長度，每一部分包括遠端坐標值和近端坐標值，同一個身體部分距離參考原點(3)近的是近端坐標值，距離參考原點(3)遠的是遠端坐標值；

人體各部分的長度如下：

小腿和腳(4)長度：L_小腿腳＝X_{小腿腳遠端}；

大腿(5)長度：L_大腿＝X_大腿遠端-X_大腿近端；

手臂(6)長度：L_手臂＝X_手臂遠端-X_手臂近端；

軀干(7)長度：L_軀干＝X_軀干遠端-X_軀干近端；

頭頸部(8)長度：L_頭＝X_頭遠端-X_頸近端；

設定人體五個部分的質心分別位于每個部分的中間距離，則人體各個部分的質心位置如下：

小腿和腳(4)的原始質心位置：x₅＝L_小腿腳/2；

大腿(5)的原始質心位置：x₄＝X_大腿近端+L_大腿/2；

手臂(6)的原始質心位置：x₂＝X_手臂近端+L_手/2；

軀干(7)的原始質心位置：x₃＝X_軀干近端+L_軀干/2；

頭頸部(8)的原始質心位置：x₁＝X_頸近端+L_頭頸/2；

步驟4：計算頭頸部(8)的質量方法如下：

將頭頸部(8)抬起傾斜，其余身體部位保持原有位置，用卷尺和角度尺測量出頭頸部(8)質心變化位置x₁1，用步驟1中公式計算人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)變化位置結合步驟2中的力矩平衡方程得到如下計算公式：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，x₁是步驟3中得出的頭頸部原始質心位置，可以計算得出頭頸部(8)質量m₁；

計算手臂(6)的質量方法如下：

將手臂(6)向上豎直伸出，其余身體部位保持原有位置，用卷尺和角度尺測量出手臂(6)質心變化位置用步驟1中公式計算人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)變化位置結合步驟2中的力矩平衡方程得到如下計算公式：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，x₂是步驟3中得出的手臂(6)原始質心位置，可以計算得出手臂(6)質量m₂；

計算軀干(7)的質量方法如下：

將人體上身豎直坐起，手臂(6)水平向前伸出，其余身體部位保持原有位置，用卷尺和角度尺測量出軀干(7)質心變化位置為手臂(6)的質心變化位置頭頸部(8)質心變化位置用步驟1中公式計算人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)變化位置結合步驟2中的力矩平衡方程得到如下計算公式：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，x₁是步驟3中得出的頭頸部(8)原始質心位置，x₂是步驟3中得出的手臂(6)原始質心位置，x₃是步驟3中得出的軀干(7)原始質心位置，頭頸部(8)質量m₁及手臂(6)質量m₂已得出，可以計算得出軀干(7)的質量m₃；

計算小腿和腳(4)及大腿(5)的質量方法如下：

首先，人體面部向上，大腿(5)屈膝向上，其余身體部位保持原有位置，用卷尺和角度尺測量出大腿(5)質心變化位置為小腿和腳(4)質心變化位置用步驟1中公式計算人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)變化位置結合步驟2中的力矩平衡方程得到如下計算公式：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，x₄是步驟3中得出的大腿(5)原始質心位置，x₅是步驟3中得出的小腿和腳(4)原始質心位置；

其次，人體面部向下，向后彎曲小腿和腳(4)，其余身體部位保持原有位置，用卷尺和角度尺測量出大腿(5)質心變化位置為小腿和腳(4)質心變化位置用步驟1中公式計算人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)變化位置結合步驟2中的力矩平衡方程得到如下計算公式：

其中G_T是人體重量，X_T是人體質心到電子測量臺(2)的參考原點(3)原始距離，x₄是步驟3中得出的大腿(5)原始質心位置，x₅是步驟3中得出的小腿和腳(4)原始質心位置；

由得到小腿和腳(4)的質量m₅及大腿(5)的質量m₄。