專利名稱：中國功夫測試工程人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及運動仿真人體模型領(lǐng)域，特別是通過生物力學(xué)有限元分析制作仿真模型，以及對內(nèi)部傳感器和數(shù)據(jù)采集與分析，實現(xiàn)測試武術(shù)對人體擊打時，體內(nèi)外受力效果，提供定性-定量的解決方案。
背景技術(shù)：
中國功夫測試工程人是根據(jù)生物力學(xué)、材料力學(xué)、人體工程學(xué)原理，利用組織力學(xué)等效特殊材料制成并配裝傳感-傳輸-分析-存儲電子系統(tǒng)的精密測試系統(tǒng)，代替人體用于擊打?qū)嶒灒M出真人所受傷害范圍以及損傷程度，是一種可以重復(fù)使用的體育運動實驗設(shè)備。目前，碰撞實驗工程人的研究多用于汽車碰撞實驗，國外對于工程人的制作和改進(jìn)已經(jīng)進(jìn)行了幾十年，而國內(nèi)整個領(lǐng)域尚且處于起步階段。目前應(yīng)用最為廣泛的為HybirdIII型(混合3型)工程人，HybirdIII型逐漸成為一種汽車碰撞試驗的國際標(biāo)準(zhǔn)，但是Hybird III型工程人采用歐洲人體型，胸部僅監(jiān)測汽車碰撞時前后向變形及受力，既不符合中國人體態(tài)特征，又不符合仿生結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致?lián)舸蛟囼灲Y(jié)果與真實情況的偏離。實驗工程人在體育領(lǐng)域涉及甚少，在武術(shù)運動領(lǐng)域尚屬首例。設(shè)計制作的目的是利用中國功夫測試工程人為中國武術(shù)的發(fā)展提供武術(shù)運動施力/受力的理論指導(dǎo)-實驗依據(jù)。借鑒現(xiàn)代生物力學(xué)的測試方法和汽車主動/被動碰撞所采用的安全工程人的測試技術(shù)，深入研究中國傳統(tǒng)武術(shù)運動的生物力學(xué)特征。研究運動員的勁力突發(fā)(寸勁)、穿透、持續(xù)等力學(xué)特征，受擊打人的受力及損傷情況，以提高武術(shù)運動的科學(xué)水平和應(yīng)用水平。介于國外的汽車碰撞試驗工程人從形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料不能完全表現(xiàn)武術(shù)擊打的仿真效果，其原因為汽車工程人頭部雖安裝了三維的加速度傳感器，但胸部僅能測試壓縮變形量，不能滿足中國功夫工程人軀干部測試系統(tǒng)的整體性測試和損傷評價工作；現(xiàn)有碰撞工程人無法表現(xiàn)人體內(nèi)臟的損傷，僅可以通過胸的型變量進(jìn)行推算，無法得到準(zhǔn)確的內(nèi)臟受力與響應(yīng)加速度數(shù)據(jù)；無法估算在人受到擊打時，不同位置對于內(nèi)臟力的沖擊力衰減傳遞效果，及內(nèi)臟受力數(shù)據(jù)。因此，本中國功夫測試工程人對現(xiàn)有汽車碰撞工程人進(jìn)行了全新改進(jìn)和革新。本發(fā)明解決了工程人體型設(shè)計和胸部的生物力學(xué)參數(shù)測試難題，對身體內(nèi)部各主要臟器的力學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而對身體各器官的損傷效果進(jìn)行仿真，定性或者定量評價武術(shù)運動員的發(fā)力特征和訓(xùn)練效果。
發(fā)明內(nèi)容為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明采用一種測量與評價中國功夫擊打效果的人體仿真模型，通過仿真體模，及內(nèi)部傳感器，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，后期對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以及評價，完成測試武術(shù)對人體打擊效果評價的總體解決方案。其特征在于所述中國功夫測試工程人主體分為頭部、頸部、胸部、腰部、三角形支撐架、液壓高度調(diào)節(jié)裝置、底座七部分，及相應(yīng)生物力學(xué)信息采集-分析-損傷評估的計算機(jī)軟件系統(tǒng)。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人由里到外分別為5層分別內(nèi)部臟器傳感器、力學(xué)等效力傳遞填充材料海綿、力學(xué)等效傳遞填充材料像膠、鋁合金骨架和外部仿肌肉層硅膠。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人體型采用中國成人50百分位人體基本特征，身高170cm，體重68. 4KG，內(nèi)部預(yù)置心、肺、肝、胃，其功能為模擬國人的體型及內(nèi)部臟器，為人體受力、損傷評價及恢復(fù)治療提供數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人頸部由頸部鋁環(huán)-偏心橡膠組成并安裝頸部扭矩傳感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人傳感器胸部胸骨柄位置安裝力--加速度復(fù)合傳 感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人內(nèi)部傳感器在心臟位置放置圓球結(jié)構(gòu)，圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)置力一加速度復(fù)合傳感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人內(nèi)部肝臟位置放置圓球結(jié)構(gòu)，圓結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度傳感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人內(nèi)部肺部位置放置圓球結(jié)構(gòu)，圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度傳感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人內(nèi)部胃部位置放置圓球結(jié)構(gòu)，圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度傳感器。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人具有鋁合金骨架，20據(jù)鋁合金肋骨對人體肋骨進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人鋁合金骨架內(nèi)側(cè)填充特種橡膠材料，通過橡膠的密度/模量配比，模擬身體內(nèi)部臟器彈性和阻尼系數(shù)以及擊打時相似的沖擊力傳遞效果。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人腰部、軀干與下肢使用法蘭盤與其工程人腰部相連接。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人三角形支撐架，三角形支撐架內(nèi)置液壓高度調(diào)節(jié)
>J-U裝直。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人底部采用波特空氣吸盤。本發(fā)明所述中國功夫測試工程人底部，采用膨脹螺栓和螺母。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1.由于本發(fā)明的中國功夫測試工程人具有中國成人50百分位人體基本特征，按照相應(yīng)環(huán)節(jié)進(jìn)行分割，保證工程人的人體靜態(tài)參數(shù)和人體各部分的運動范圍、質(zhì)心、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量等力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真性。2.由于本發(fā)明中國功夫測試工程人中在顱中心有三維加速度傳感器，頸部和腰部為力扭矩傳感器，胸骨柄處有二維加速度傳感器和主要的器官雙肺、心、肝、胃具有力和加速度傳感器。因此可以系統(tǒng)的測量人體軀干各個部位的力值和軀干各個部位被擊打時的受力關(guān)系，全面的分析軀干中臟器的受力損傷程度。3.由于本發(fā)明中國功夫測試工程人采用臟器內(nèi)部傳感器、力學(xué)等效力傳遞填充材料海綿、力學(xué)等效傳遞填充材料橡膠，鋁合金骨架和外部仿肌肉層硅膠結(jié)構(gòu)。因此通過材料的密度配比、質(zhì)量配比、模量配比、傳遞配比模擬身體表層皮膚、內(nèi)部肌肉和內(nèi)部臟器彈性和阻尼系數(shù)并凸顯了擊打時能量的傳遞效果。4.由于本發(fā)明中國功夫測試工程人在腰部使用千斤頂和對焊法蘭盤連接，既可以調(diào)節(jié)工程人高度從1. 6m-l. 8m，又能對工程人進(jìn)行額狀面夾角的調(diào)節(jié)，以便于模擬實際擊打的效果。5.由于本發(fā)明中國功夫測試工程人底部使用波特底盤和膨脹螺絲，便于移動和可以固定在實驗室環(huán)境。
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明


圖1是數(shù)字工程人側(cè)面示意圖圖2是數(shù)字工程人頭部示意圖圖3是數(shù)字工程人胸部示意圖圖4是數(shù)字工程人腰部示意圖圖5是數(shù)字工程人底部示意圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。
圖1為數(shù)字工程人側(cè)面示意圖，其中
圖1包括1頭部、2頸部、3胸部、4腰部、5三角形支撐架、6液壓高度調(diào)節(jié)裝置、7波特吸盤、8三向加速度傳感器、9力學(xué)等效傳遞填充材料橡膠、10力學(xué)等效傳遞填充材料海綿、11鋁合金骨架，12仿肌肉層硅膠和13液壓高度調(diào)節(jié)千斤頂。圖2為數(shù)字工程人頭部示意圖，其中圖2包括14面部硅膠肌肉層、15鋁合金頭骨、16鋁合金頭蓋骨、17頭蓋骨硅膠、18三軸力加速度復(fù)合傳感器(CA-YD-152P)、19頸部扭矩傳感器(CS-1120)。圖3為數(shù)字工程人側(cè)胸部示意圖，其中圖3包括12仿肌肉層硅膠、11是鋁合金骨架、9力學(xué)等效傳遞填充材料像膠、10力學(xué)等效傳遞填充材料海綿、28鋼制脊柱、20胸骨柄鋼板、21胸部力傳感器(型號為CA-YD-182P)、22右肺圓球結(jié)構(gòu)和力加速度復(fù)合傳感器(型號為CA-YD-332P)、23左肺圓球結(jié)構(gòu)和力加速度復(fù)合傳感器(型號為CA_YD_332P)、24心臟圓球結(jié)構(gòu)和力加速度復(fù)合傳感器(型號為CA-YD-332P)、25肝臟圓球結(jié)構(gòu)和力加速度復(fù)合傳感器(型號為CA-YD-332P)，26胃部圓球結(jié)構(gòu)和力傳感器(型號為CA_YD_185P)和28鋼制脊柱。圖4數(shù)字工程人腰部示意圖，其中圖4包括27是鋼制脊柱、28是橡膠墊片、29是法蘭盤連接、30是不銹鋼鋼管，31對焊法蘭盤和32液壓調(diào)節(jié)部分千斤頂。圖5數(shù)字工程人底部示意圖，其中圖5包括41三角支撐支架，7波特底盤。
以下結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明實例工作原理當(dāng)頭部受到擊打時，頭部13面部硅膠受力，將力傳遞至14鋁合金頭蓋骨，頭蓋骨受到力產(chǎn)生震動，力滲透到17三軸力加速度值傳感器，16三軸力加速度傳感器與數(shù)字采集器相連接，測得力值存儲在數(shù)字采集器上。力傳至頸部，頸部相對于頭部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，在頸部和頭部連接處放置18頸部扭矩傳感器，18六軸力和扭矩傳感器連接數(shù)字采集器，測得扭矩值存儲在數(shù)字采集器上。當(dāng)胸部受到打擊時，胸部12硅膠肌肉層受力，傳遞至11鋁合金肋骨骨架，胸骨柄上的22胸骨柄裝力傳感器和數(shù)字采集器相連測得力值存儲于數(shù)字采集器。28鋁合金肋骨骨架將力傳至9橡膠填充層，9橡膠填充層將力傳遞至10泡沫填充層，安裝在泡沫填充層的心臟25心臟力加速度傳感器開始工作，25心臟力加速度傳感器連接數(shù)字采集器，測得的力和加速度值存儲在數(shù)字采集器內(nèi)；26肝臟力加速度傳感器開始受力工作，26肝臟力加速度傳感器連接數(shù)字采集器，測得的力和加速度值存儲在數(shù)字采集器內(nèi)；27是胃部力傳感器開始工作，胃部力傳感器連接數(shù)字采集器，測得的力值存儲在數(shù)字采集器內(nèi)。力由10泡沫填充層傳遞至背部27橡膠填充層后，背部23左肺力加速度傳感器、24右肺力加速度傳感器開始工作，23左肺力加速度傳感器、24右肺力加速度傳感器于數(shù)字采集器相連接，力和加速度值存儲于數(shù)字采集器內(nèi)。力依次傳遞至5三角形支撐架、7波特吸盤，吸盤和地面玻璃緊密接觸，固定整個工程人的穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.中國功夫測試工程人，其特征是所述中國功夫測試工程人分為頭部、頸部、胸部、腰部、三角形支撐架、液壓高度調(diào)節(jié)裝置、底座七部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是由里到外分為5層臟器內(nèi)部傳感器、從力學(xué)角度具有和人體等效的力傳遞特性的填充材料海綿、從力學(xué)角度具有和人體等效的力傳遞特性的填充材料橡膠、鋁合金骨架、外部仿肌肉層硅膠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是體型采用中國成人50百分位人體基本特征，身高170cm，體重68. 4KG，內(nèi)部預(yù)置心、肺、肝、胃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是頸部由鋁環(huán)-偏心橡膠組成并安裝頸部扭矩傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是胸骨柄位置安裝力一加速度復(fù)合傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是中國功夫測試工程人內(nèi)部傳感器在心臟位置有圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)置力一加速度復(fù)合傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是中國功夫測試工程人內(nèi)部傳感器在肝臟位置有圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度復(fù)合傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是中國功夫測試工程人內(nèi)部傳感器在肺部位置有圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是中國功夫測試工程人內(nèi)部傳感器在胃部位置有圓球結(jié)構(gòu)內(nèi)放置力一加速度傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是中國功夫測試工程人有20根鋁合金肋骨骨架。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述中國功夫測試工程人，其特征是鋁合金骨架內(nèi)側(cè)填充橡膠材料橡膠的密度/模量配比與身體內(nèi)部臟器相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是軀干與下肢使用法蘭盤與腰部相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是三角形支撐架內(nèi)置液壓高度調(diào)節(jié)裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是三角形支撐架底部采用波特空氣吸盤。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述中國功夫測試工程人，其特征是三角形支撐架底部采用膨脹螺栓和螺母。
專利摘要本實用新型中國功夫測試工程人涉及運動仿真人體模型領(lǐng)域，采用中國成人50百分位人體基本特征，身高170cm，體重68.4kg。中國功夫測試工程人主體部分，分為頭部、頸部、胸部、腰部、三角形支撐架、液壓高度調(diào)節(jié)裝置、底座七部分。中國功夫測試工程人軀干部分，由里到外分別為5層臟器內(nèi)部傳感器、力學(xué)等效力傳遞填充材料海綿、力學(xué)等效傳遞填充材料橡膠、鋁合金骨架、外部仿肌肉層硅膠，其目的模擬人體生理結(jié)構(gòu)，提高擊打假人的數(shù)據(jù)精度，為后期損傷評價提供良好基礎(chǔ)。本實用新型具有以下特點1.測量人體各個臟器的受力狀態(tài)；2.對于軀干的力學(xué)特征進(jìn)行了模擬；3.使用中國人體征，便于國人損傷學(xué)的研究。
文檔編號A63B69/00GK202844516SQ20122014963
公開日2013年4月3日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者朱東, 林大全, 張勝年, 姚頌平, 趙光圣, 王遠(yuǎn)萍, 王兵 申請人:上海體育學(xué)院