（测试计量技术及仪器专业论文）动态平衡功能评定与康复训练系统.pdf

嬲 d y n a m i cp o s t u r o g r a p h ya n d r e h a b i l i t a t i o ns y s t e m at h e s i ss u b m i t t e dt o s o u t l l e 2 l s tu n i v e r s i 够 f o rt h ea c a d e m i cd e g r e eo fm a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y k a n gn i s u p e r v i s e db y p r o s o n g a i g u o s c h o o lo f i n s t m m e n ts c i e n c ea n d e n g i n e e r i n g s o u t h e a s tu n i v e r s 时 m a r c h2 0 l o 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 日期：砷f 汐；。髫 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名触导师签名围 日期：训。了，矿 ! 了： “? ： ；- j 摘要 摘要 平衡能力是人体运动机能的关键因素，定量评定人体平衡功能对于医学、航空、 体育等领域有着重要意义。平衡的保持是视觉、前庭觉和本体感觉、及肢体肌群协作完 成的一种运动控制过程，动态平衡功能测试时对本体感觉进行干扰，可以对每个感觉系 统单独测试，所以能更准确、细致的评定人体平衡功能。 为了对本体感觉实施多种方式的干扰，以全面的研究平衡机制，本文提出了一种 动态平衡功能评定与康复训练系统的设计方案，其踏板可以向任意方向摆动，具体研究 如下： 本设计主要由三个部分组成：测力平台，动态踏板，和平衡功能评定与康复训练 软件。测力平台由四个轮辐式力传感器和信号调理与采集电路组成，用于测量人体重心 在踏板上的投影位置。 动态踏板由两套蜗轮蜗杆机构复合构成，并由直流无刷电机驱动，实现了两组蜗 轮蜗杆机构运动的叠加，使动态踏板可以向任意方向摆动，从而在动态测试中干扰人体 的本体感觉。本文也对动态踏板的运动控制进行了初步讨论。 平衡功能评定与康复训练的应用软件包括患者资料，静态测试，静态测试结果， 雷达图，电机控制，动态测试和康复训练等模块，人机交互界面友好，应用虚拟现实技 术的训练游戏大大提高了患者康复训练的积极性。作为平衡功能评定的补充，本文对用 于失重环境攀爬训练的三维测力杆的结构和测试结果进行了讨论和分析。 关键词：平衡功能评定、重心轨迹图、动态踏板、康复训练 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t e q u i l i b r i u i i la b i l i 够i sak e yf a c t o rf o rh l l n l a i lp h y s i c a lp e 墒珊趾c e 觚di ti ss i 鲥f i c 觚tt 0 q 脚l t i 矽a 1 1 da s s e s se q u i l i b r i u ma b i l i t ) rf o rm ef i e l do fm e d i c i l l e 赳1 da e r o s p a c e e q u i l i b r i 啪i s m a i n t 越n e db yt l l ec o o p e m t i o no fm r e es e n s o 巧s y s t e m s ，w l i c ha r ev i s u a ls y s t e m ，v e s t i b m a r s y s t e ma i l dp r o p r i o c e p t i o ns y s t e m d ) ，i l a i i l i cp o s t u r 0 鲫h y c a i ld i s t u r bm ep r o p r i o c e p t i o ns o t 1 1 a tm ef i m c t i o no fe a c hs e n s o 巧s y s t e mc 觚b ee x 锄i n e d t h e r e f o r e ，t h i sm e 也o dm a k e sm e e q u i l i b r i 啪a s s e s s m e n tm o r ea c c u r a t ea i l dm o r ec o i n p r e h e n s i v e a d e s i 印o f a i li e n t 髑p r o p o s e df o rd y n 删cp o s n g r a g h ya i l db a l a i l c e 如n c t i o n r e h a b i l i t a t i o n 毗had y n a i i l i cp l a ：响n nw 1 1 i c hc 觚s w a 【yi n 觚yd i r e c t i o n t h ed e s i 弘c o i l s i s t so f t 1 1 r e e p a n s ：f o r c ep l a t f o n n ，d y l 姗i cp l a t f o 吼缸l d 印p l i c a t i o ns o f t w a r e f o rd y n 锄i c p o s 咖伊a p h y 锄dr e h a b i l i t a t i o n t h ef o r c ep l a t f o n nf o rm em e a s u r e m e n to fc e n t e ro f 莎a v i 够c 0 i l s i s t so ff o l l rf o r c es e i l s o r s a i l dc o 仃e s p o n d i n gh 砌、r ef o rs i g i l a l c o n d i t i o l l i n g 锄ds 锄p l i n g a n dt h ed e s i 朗o f t l l r e e a x i sf o r c ep l a t f o n nw 嬲a l s od i s c u s s e df o rt h er e s e a r c ho fb i o m e c h a l l i c s d y n a l i l i cp l a t f o n nf o rd i s t u r b i i 玛n l ee x a i i l i n e e sp r o p r i o c e p t i o ni s “v e nb yt 、) l ，0 b 1 1 i s l l i e s sm o t o r s a n d 铆os e t so fw o 皿g e 撕n ga r ec o m p o u n d e dt 0a c c o m p l i s ht l l em o t i o no f s w a yi na n yd i r e c t i o n t h em o t i o nc o n 昀lo fd y n a 础cp l a t f o mw a sa l s od i s c u s s e d 1 1 l e 印p l i c a t i o ns o f h v a r ef o re q u i l i m 啪嬲s e s s m e n ta i l dr e h a b i l i t a t i o n 谢1 1 i n gi s c o m p o s e do fs i xm o d u l a r s ，w l l i c ha r er e s p e c t i v e l yp a t i e n ti n f o m a t i o nm a l l a g e m e 此s t a t i c p o s n 0 伊a p h 弘 r e s u l to fs t a t i c p o s n 鹏鲫h y ，r a d a rd i a g r a m ， m o t o rc 0 i l 仃o l ，d y n 锄i c p o s n 啪莎a p h ya n dr e h a b i l i t a t i o n 仃a i 曲l g t h eu s e ri n t e r f k ei s 衔e n d l ya 1 1 dn 圮r e h a b i l i t ；a t i o n g 锄eu s i r 塔v i r t u a lr e a j i 够t e c l l l l o l o g ya r o u s e s 也ep a t i e 鹏e n m u s i 嬲mf o r 仃a i l l i i l g a st 1 1 e s u p p l e m e n to fe q u i l i b r i u ma s s e s s m e n t ，am e a s u r 哪e n ti i l s 仃i 肛n e n to f3 - d i m e l l s i o nf o r c eh 勰 b e e nd e v e l o p e df 0 rn 面i l i n g 证s t a t eo fw e i g h t l e s s n e s s k e y w o r d s ：e q u i l i 嘶啪a s s e s s m e 咄p o 蜘鲫h y ，d 姗砌cp l a 响咖，r e h a b i l i 协廿o n t r a i l l i n g 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论。l 1 1 课题的目的和意义1 1 1 1 平衡功能l 1 1 2 平衡功能评定1 1 2 国内外研究现状o 。3 1 2 1 国外研究现状。3 1 2 2 国内研究现状4 1 2 3 小结4 1 3 本文的研究内容及主要工作4 第二章动态平衡功能评定与康复训练系统设计6 2 1 系统功能分析与结构设计。6 2 2 动态踏板机构的方案比较。6 2 2 1 方案一：螺旋副构成的并联机构7 2 2 2 方案二：蜗轮蜗杆组成的复合机构8 2 2 3 方案比较与分析1 0 第三章测力系统的设计1 l 3 1 平衡功能评定的基本原理与实现方法1 1 3 2 测力系统设计1 3 3 2 1 传感器与检测电路1 3 3 2 2 数据采集与传输1 4 3 2 3 固件编程。15 3 3 测力台标定1 7 3 3 1 力传感器的标定1 7 3 3 2 测力台的标定1 9 第四章动态踏板系统的设计2 l 4 1 动态踏板机构设计2 l 4 1 1 电机的选型设计2 2 4 1 2 蜗轮蜗杆设计计算2 2 4 1 3 轴的设计计算2 3 4 1 4 同步带的设计计算2 5 4 2 机构的运动控制2 7 4 2 1 电机驱动器介绍2 7 4 2 2p c a 简介2 9 i 东南大学硕士学位论文 4 2 3c 8 0 5 1f 3 4 0 控制电机驱动器接口电路3 0 4 3 电机控制程序3l 4 3 1p c a 中断程序3l 4 3 2 电机控制程序3 3 4 3 3 电机控制测试3 4 4 4 系统的抗干扰设计3 5 4 4 1 硬件抗干扰设计3 5 4 4 2 软件抗干扰设计3 6 第五章平衡功能评定与康复训练软件设计3 7 5 1 应用软件功能分析3 7 5 2 患者信息管理3 8 5 3 静态测试3 8 5 4 静态测试结果3 9 5 5 雷达图4 0 5 6 电机控制4 l 5 7 动态测试4 2 5 8 康复训练4 3 第六章用于失重环境的攀爬训练测力系统4 5 6 1 三维力测量原理4 5 6 2 三维力传感器与力的检测4 5 6 3 三维测力杆的结构设计与标定4 6 6 3 1 安装方式1 4 6 6 3 2 安装方式2 4 9 6 4 三维测力杆测试软件5 3 第七章总结与展望5 5 7 1 课题总结5 5 7 2 工作展望5 5 驾 谢5 7 参考文献。5 8 附录 ：动态踏板机构图纸( 部分) 。6 0 附录b ：电路原理图与印制电路板图7 6 攻读硕士学位期主要科研成果8l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题的目的和意义 1 1 1 平衡功能 平衡( b a l a n c e e q u i l i b r u m ) 是指身体所处的一种姿态以及在运动或受到外力作用 时能自动调整并维持姿势的一种能力。根据此定义可以将人体平衡分为静态平衡和动 态平衡两类。静态平衡即人体或人体某一部位处于某种特定姿势，例如坐或站等姿势时 保持稳定状态的能力。动态平衡包括两个方面，自动态平衡和他动态平衡。( 1 ) 自动态 平衡，即人体在进行各种自主运动，例如由坐到站或由站到坐等各种姿势间的转换运动 时能重新获得稳定状态的能力；( 2 ) 他动态平衡，即人体对外界干扰，例如推、拉等产 生反应、恢复稳定状态的能力。 平衡的保持是视觉、前庭觉以及本体感觉( 肌肉、皮肤、关节) 、大脑平衡反射调节 系统、小脑共济协调系统以及肢体肌群相互作用的一种运动控制过程。视觉系统的信息 由视网膜收集经视通路传入视觉中枢，提供周围环境及身体运动和方向的信息；本体感 觉传递肌肉、关节、肌腱各有关效应器官状态的信息；前庭觉是维持平衡、感知机体与 周围环境相关的主要结构，包括三个半规管感知人体角加速度和椭球囊、球囊( 耳石器) 感知瞬时直线加速运动。它向中枢传递加速度信息，感觉头部在空间的位置，再由前庭 运动系统调节眼位保持清晰地视觉，调节有关骨骼肌张力，保持姿态平衡。如果三个感 觉系统之一发生异常，人体都有可能出现定向障碍和运动病症状，其姿势平衡调节将会 受到影响。 梅尼埃病、眩晕病患者常出现站立不稳症状。在航空，尤其是航天飞行后，重返地 面的飞行员中都曾观察到不能稳定地维持直立姿势，闭眼时情况更为严重，经过十天左 右才能恢复正常等现象。由于人体的平衡功能会随着年龄的增长而减弱，跌倒已成为导 致老年人意外受伤的首位因素口1 。因此，关于人体维持姿态平衡能力的研究，不仅对临 床眩晕疾病诊断，对特种医学、特别是航空航天医学的研究具有重要意义，而且使人们 对神经科、耳鼻喉科、老年病科、骨科及其它学科疾病所致平衡障碍的机理和特点有了 更深入的认识，为平衡障碍评估和治疗打下了基础。 1 1 2 平衡功能评定 平衡功能评定就是指依照特定的方法或程序对人体的平衡功能进行定量或定性的 描述和分析的过程。平衡功能评定的目的主要有以下几个方面：( 1 ) 确定患者是否存在 平衡功能障碍；( 2 ) 如果患者存在平衡功能障碍，确定引起平衡功能障碍的原因；( 3 ) 确定是否需要进行药物或康复治疗；( 4 ) 重复评定以评定治疗手段是否有效；( 5 ) 预测 患者可能发生跌倒的危险性等。任何可能引起平衡功能障碍的疾病和人群都有必要进行 平衡功能评定，包括：( 1 ) 中枢神经系统损害；( 2 ) 骨科疾病或损伤；( 3 ) 耳鼻喉科疾 东南大学硕士学位论文 病；( 3 ) 其他人群，如老年人，运动员和宇航员等。目前，关于平衡功能评定的常用方 、 法包括观察法、量表法和利用平衡测试仪来评定口1 。 平衡测试仪是通过测量人体重心变化并据此分析其平衡水平的一种测试设备。包括 静态平衡仪和动态平衡仪，分别可以评定人体静态平衡能力和动态平衡能力。其中静态 平衡是指相对静止状态时控制身体重心的稳定性。动态平衡是指在活动中控制身体重心 并调整姿态平衡的能力。 静态平衡仪由测力平台、计算机及分析软件组成。静态平衡测试要求受试者站在受 力平台上保持直立静止姿势，此时人体基本处于以自身平衡点为中心的微小晃动状态， 这种生理性姿势动摇可以反应人体姿势的自控反射能力。测力平台的力传感器实时记录 两脚间压力在微小晃动时的改变情况。该信号通过模数转换后由计算机绘制出人体重心 的平面投影与时间关系曲线即静态姿势图。可得到一系列测试指标，如重心偏移幅度、 重心分布区域和面积、动摇轨迹长度以及可用于评定视觉对姿势控制的影响值 r o m b e r g 商( 即闭眼与睁眼测试时姿势图面积的比值) 等。不同型号设备的测试内容及观 测指标在上述基础上略有不同，还可包括不同脚位测试、稳定极限范围测试等等。随着 计算机技术的发展，自2 0 世纪8 0 年代平衡功能评定系统逐步在临床上得到推广应用。目 前应用最广泛的是静态平衡功能评定系统，技术上已经趋于成熟。 动态平衡仪( c o 叩u t e r i z e dd y n 锄i cp o s t u r o g r a p h y ，c d p ) 是在静态平衡功能评 定系统基础上，增加了测力平台运动控制装置，测力平台可以水平移动、以踝关节为轴 转动，以及增加视觉干扰等等。测试上述情况下被测试者的平衡功能，了解机体感觉和 运动器官对外界环境变化的反应能力及人脑感知觉的综合能力等。它的优点主要表现 为：神经系统在不可靠的本体感觉及视觉定位信息下，仅依靠前庭系统进行定位，便是 将三个感觉系统区分来进行研究“】。 n a s h n e r 于1 9 6 7 1 9 7 0 年在麻省理工学院( m i t ) 攻读博士学位时建立了动态平板 姿势图( m p p ) 的方法学基础，1 9 7 1 1 9 8 2 年建立了正常人和中枢神经系统疾病的姿势 摆动特征模型，1 9 7 8 1 9 8 5 年n a s h n e r 与b 1 a c k 等一起对视觉、前庭觉和躯体本体感 觉之间的相互协调对姿势控制的影响进行了定量化研究，并确立了感觉整合测试( s o t ) 的基本模式。在此基础上，首台动态平衡测试仪( e q u i t e s t ) 诞生于1 9 8 5 年。1 9 8 6 年 获得美国f d a 批准后，n e u r o c o mi n t e r n a t i o n a l 公司的一系列产品( e q u i t e s t ，b a l a n c e m a s t e r ，s m a r tb a l a n c em a s t e r ) 逐步成为平衡功能评定临床和科研方面的标准化设备。 1 9 9 6 年美国医学会( a m a ) 和美国耳鼻喉一头颈外科协会( 从o h n s ) 通过了计算机姿 势图测试标准( c p tc o d e9 2 5 4 8 ) 嘲。该动态平衡仪有运动控制测试( m o t o rc o n t r 0 1t e s t ， m c t ) 和感觉整合测试( s e n s o r yo r g a n i z a t i o nt e s t ，s o t ) 等功能，运动控制测试是通 过伺服电机控制踏板对测试者进行各种扰动，包括向前与向后3 个范围、9 种速度的移 动和5 种绕踝关节向前、向后的转动，观察人对各种干扰的反应，由计算分析压力重心 随时间的变化情况。感觉整合测试有睁眼、闭眼、睁眼运动性视觉刺激等6 种检查， 用于测定视觉、前庭和本体感觉的不同组织形式对平衡的影响，其视觉干扰是通过幕布 2 第一章绪论 的摆动实现的。动态平衡功能评定系统在性能上优于静态平衡功能评定系统，但是其价 格极为昂贵。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 美国n e u r o c o mi n t e r n a t i o n a l 公司的一系列动态平衡功能评定系统( e q u i t e s t ， s m a r tb a l a n c em a s t e r 等) 是目前功能和技术最先进的平衡功能检测系统。其由美国 航天局( n a s a ) 和美国国家卫生研究院支持研发的智能平衡诊断概念已为公众所接受。 由此开发出的各种高端产品已在为w h o 提出的伤残模型提供临床诊断的相关信息。主要 有两类测试：感官损伤评估( s e n s o r yi 叩a i 瑚e n ta s s e s s m e n t s ) 和运动损伤评估( m o t o r i m p a i r m e n ta s s e s s m e n t s ) 。其最先进的检测系统s m a r tb a l a n c em a s t e r 实现一维旋转 及平动踏板，并采用视觉环绕技术进行视觉干扰，如图卜1 。 图l 一1n e u r o c 伽公司的s 舱r tb a l a n c em a s t e r图卜2b a l a n c eq u e s t 除n e u r o c o m 外，国外也有一些公司生产动态平衡仪，如美国m i c r o m e d i c a l t e c h n 0 1 0 9 i e s 公司的b a l a n c eq u e s t ，如图卜2 ，该系统的踏板具有六个自由度( 踏板 可以沿x ，y ，z 轴方向移动或以x ，y ，z 轴为中心转动) ，但其动态踏板与n e u r o c o m 公 司的不同，是由弹簧将踏板悬挂起来实现的，踏板处于一种被动状态( 以下称为被动踏 板) ，不能主动对测试者进行干扰，并且这种干扰不受控制；b a l a n c eq u e s t 的视觉干 扰是通过虚拟现实眼镜或大屏幕投影实现的哺1 。美国b i o d e xm e d i c a ls y s t e m 公司的 b i o d e xb a l a n c es y s t e m 也是被动踏板，结构与b a l a n c eq u e s t 类似，但测试内容不同 口】。m o t e km e d i c a l 公司生产的c a r e n 是应用s t e w a r d 机构实现的主动式踏板哺1 ，美国 v e s t i b u l a rt e c h n 0 1 0 9 i e s 公司的c a p s 是通过泡沫垫实现对人体的扰动圈1 。国外也有一 些科研机构和高等院校研制动态平衡仪，如荷兰的c o 姗i s s a r i s 等人研制的多方向可动 踏板平衡仪n o 】，爱尔兰的j a c i n t ab r o w n e 和n e i l0 h a r e 研制的通过控制水袋压强来 控制踏板运动的动态平衡仪m ，。 3 东南大学硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 在我国，临床平衡功能的检测普遍采用传统的目测法。8 0 年代以后，部分单位引 进了国外平衡功能检测仪，对不同年龄、性别及某些疾病的姿势图进行了研究。但与国 际先进水平相比，还有一段距离。目前，对于静态平衡仪的研究国外已经比较成熟，国 内也有很多单位对此进行了研究。但是，动态平衡仪始终是个难题。 国内至今还没有动态平衡测试系统的研发，海军医学研究所和复旦大学眼耳鼻喉科 医院联合研制了一种人体倾角姿态图仪n 铂。该系统采用倾角测量技术，由倾角传感器提 取人体动摇角度信息，采用球底平台使人体与地面形成点接触，减弱重心移动的本体感 觉，并通过消除视觉信息，以获得更多的前庭信息。但是这种方法只能减弱而不能消除 人的本体感觉，因此不能完全将三个系统区分开来；另外，该方法测量参数单一，将难 以反映复杂的平衡状态。 1 2 3 小结 动态平衡测试作为一种客观评定方法，将影响平衡的三个系统区分开来测试，可以 明确患者的平衡功能损害程度及类型n 扣，对于指导拟定康复计划和治疗措施，评价康复 和治疗效果具有重要作用。特别是对于单侧前庭损伤( u v l ) 和双侧前庭损伤( b v l ) ，当动 态平衡仪踏板在结合左右摆动( r 0 1 lp l a n e ) 后，能够有效地鉴别u v l 和b v l n 驯。 在康复训练方面，与静态训练相比，动态平衡结合虚拟现实技术能够模拟日常生活 中的多种情况，能更加全面的对患者的姿态控制能力进行训练。 因此研制多自由度踏板的动态平衡评定与康复训练系统，对于客观全面地评价患者 的症状和体征，指导拟定康复计划和治疗措施，用于脑特别是前庭功能研究，探索特殊 病因机制，有着重要意义。另外，开发拥有自主知识产权的动态平衡测试和训练系统， 具有广阔的市场应用前景和良好的经济效益。 1 3 本文的研究内容及主要工作 本课题的研究目的是研制一个踏板可以向任意方向摆动的动态平衡功能评定与训 练系统，主要研究内容如下： 1 ) 提出系统设计方案，包括系统功能设计与组成，和动态踏板子系统及其机械结 构的方案设计； 2 ) 搭建静态姿势图记录( p o s t u r o g r a p h y ) 平台，包括测力台的设计制作，静态测 试项目和应用程序的设计和完善； 3 ) 设计多自由度动态踏板系统，包括动态踏板机构及其运动控制方法的设计及控 制电路与控制系统软件的设计； 4 ) 研究动态踏板系统的动态特性，如踏板位置的控制精度和控制系统的改进； 5 ) 针对临床应用合理设计动态平衡测试项目，并设计平衡测试与康复训练应用软 件，建立友好的人机接口； 4 5 东南大学硕士学位论文 第二章动态平衡功能评定与康复训练系统设计 2 1 系统功能分析与结构设计 动态平衡功能评定与康复训练系统主要需实现以下功能： 1 ) 测量并采集人体重心位置： 2 ) 可以实现任意方向摆动的动态踏板，摆动角度达到1 5 度，其摆动由电机控制； 3 ) 便于使用的平衡功能评定与训练的人机接口，可以采集处理数据并控制动态踏板。 因此，该系统应有以下几部分组成： 1 ) 测力平台：测力平台包含四个力传感器及其信号调理电路，用于人体重心位置的测量； 2 ) 动态踏板系统：包括电机与动态踏板机构； 3 ) 微控制器及相关通讯接口：采集测力平台数据，控制电机的运动； 4 ) p c 机及其相应的应用软件：主要完成患者信息管理、平衡功能评定及康复训练等工 作。上位机可以利用通讯接口获取下位机采集的数据，再通过各种模块进行处理，有助 于使用者比较直观地获得要得到的结果，同时能够帮助使用者做出正确的判断。 系统工作原理框图如图2 1 所示。 蓁l 蓁lf蓁lf蓁| 数据传输 模块 康复训练 模块 u s b 控制器 a d 转换 模块 微控制器 p c a 模块 放大电路ii 接口电路 电机 驱动器 亚 动态踏板 电机 图2 1 系统工作原理框图 2 2 动态踏板机构的方案比较 动态踏板任意方向的摆动，可以通过多种方式来实现。根据医学测试需要，动 态踏板需达到的技术指标如下： 踏板摆动幅度：1 5 0 踏板摆动角速度：5 0 0 s 踏板规格：5 0 0 舳5 0 0 咖 被测者体重：小于1 0 0 k g ，且假定其站立时重心在踏板上的投影到踏板中心的距 6 舻 黔 堞 磊模 一k 一息块一信模一者理一患管 图2 2 动态踏板机构示意图图2 3 螺旋传动机构 机构尺寸与功率估算： 假设每组螺旋传动机构上的球形铰链在踏板上的安装位置：距踏板中心2 0 0 咖。则 螺杆所需最大工作长度上= 2 2 0 0 s i n l 5 0 1 0 4 聊m ， tl 螺母直线运动速度，馘话渤2 1 7 3 3 历肌b = 1 0 4 朋7 血n ， 螺杆可能承受最大轴向力c 1 0 0 0 r 1 0 0 聊垅2 0 0 ，z 所= 5 0 0 ， 燃杆懈2 需满足删8 厮一o 8 屡一s 6 肌朋 梯形螺纹牙形斜角卢= 1 5 。，设螺旋副摩擦系数f = 0 1 5 当量摩擦系数厂t - 厂c o s p = 0 1 5 5 = t a i lj d ，则p t - 8 8 。 自锁条件：螺纹升角l f ， 6 经过补偿后，随机抽取其中一次输入输出关系如图3 1 3 所示，可以看出，相同输入下， 四路的输出基本一致。为不影响数据采集速率，补偿工作由上位机程序来完成。 1 4