CN103278278A - 一种足部跖趾关节力量测试仪 - Google Patents

Abstract

一种足部跖趾关节力量测试仪，包括底盘、踏板、座椅、拉力传感器和计算机，座椅固定设置在底盘的后端，底盘上设置有一个腿部固定架，腿部固定架位于座椅的前方，底盘的前端设置有一个悬挂架，悬挂架位于腿部固定架的前方，拉力传感器的上端悬挂在悬挂架上，踏板的后端与底盘的前部铰接，踏板的前端与拉力传感器的拉力输入端连接，拉力传感器的信号输出端通过信号线与计算机连接。本发明采用踏板传递跖趾运动，利用拉力传感器和计算机来测量和处理跖趾关节屈曲力量数据，并利用腿部固定架和脚跟限位板排除其他关节运动的干扰，数据采集流程简单明了，采集重复性好，数据精准，反映了足部跖趾关节力量测试仪的可靠性和稳定性。

Description

一种足部跖趾关节力量测试仪

技术领域:

本发明涉及机械领域，尤其涉及体育训练和测试器械，特别涉及针对足部跖趾关节的力量训练和测试的技术，具体的是一种足部跖趾关节力量测试仪。

背景技术:

跖趾关节隶属于足关节的前部，由跖骨头和近节趾骨底构成，属于椭圆关节，能绕额状轴做屈曲（勾足趾）和伸展（伸足趾）运动，也能绕矢状轴做轻微的外展（五趾骨展开）和内收（五趾骨并拢）运动。另外，跖趾关节屈曲、伸展使得跖骨向下、上移动，可增加或减少足前弓的弧度，使得足前部凹陷或塌陷，改变足弓形态。而且，跖趾关节的伸展范围大于屈曲(Creighten & Oleson.足底筋膜炎跑步者跖趾关节活动范围的评估. 矫形与运动疗法杂志, 1987, 8(7): 357-361 )：主动伸展的范围是50°-60°，主动屈曲的范围是30°-40°，被动伸展在迈步最后阶段（蹬离地面）及其重要，角度可达甚至超过90°。

在研究下肢运动时，现有技术经常关注的都是下肢三大关节：髋、膝、踝；即使涉及到足部，也仅仅是距上关节和距下关节的运动，大多还是足屈曲运动。而对于走、跑、跳的足屈曲运动，动作最终的发生必定是在跖趾关节，因此对于跖趾关节的研究不可或缺（Stefanyshyn & Fuscoc.通过增加鞋屈曲刚度提高短跑表现[J]. 运动生物力学杂志, 2004, 3(1): 55-66. ）。而近年来，在一些较高竞技水平的国家，不少跑、跳项目（具有蹬离动作）的教练员强调跖趾关节屈伸的活动度及其趾屈肌力量的训练，用以协助足部蹬离地面的同时增加包括相邻关节在内的力量输出，从而获得较大的支撑反作用力，提高运动表现（Goldmann, Sannom, Willwacher, et al.跖趾关节屈曲肌力能够增强运动表现的潜在可能[J].体育科学杂志, 2013, 31(4): 424-433.）

虽然近年来，体育研究者们开始重视跖趾关节的肌肉力量，但是没有一个具体的方案来测试并量化这些肌肉的力量；根据国家专利局检索中心专利查询也没有发现相关测试仪或实施例，所以本发明的提出就是为了解决上述问题：测试并量化跖趾关节的屈曲力量，为教练员和运动员提供可靠数据以明确训练目标。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种足部跖趾关节力量测试仪，所述的这种足部跖趾关节力量测试仪能解决现有技术中无法准确测量跖趾关节的屈曲力量并进行针对性训练的技术问题。

本发明的这种足部跖趾关节力量测试仪，包括底盘、踏板、座椅、拉力传感器和计算机，所述的拉力传感器包括有一个拉力输入端和一个信号输出端，其中，所述的座椅固定设置在所述的底盘的后端，底盘上设置有一个腿部固定架，所述的腿部固定架位于座椅的前方，底盘的前端设置有一个悬挂架，所述的悬挂架位于腿部固定架的前方，所述的拉力传感器的上端悬挂在悬挂架上，所述的踏板的后端与底盘的前部铰接，踏板的前端与拉力传感器的拉力输入端连接，拉力传感器的信号输出端通过信号线与所述的计算机连接。

进一步的，座椅与底盘间设置有前后方向的滑动副。

进一步的，底盘的后部沿其长度方向设置有滑轨，座椅设置在所述的滑轨上，座椅与滑轨间设置有滑动副。

进一步的，座椅的座板设置在一个升降机构和一个旋转机构上。

进一步的，底盘的前端设置有一个旋转装置，所述的旋转装置包括一个内转盘，所述的悬挂架固定设置在所述的内转盘上。

进一步的，所述的腿部固定架包括支架、压片和调节组件，所述的支架呈门形，所述的调节组件设置在所述的支架上，所述的压片设置在所述的调节组件的下端。

进一步的，所述的调节组件包括滑块、螺纹杆和螺母，所述的滑块与支架构成上下方向的滑动副，所述的滑块与螺纹杆相连接，所述的螺纹杆通过螺母与所述的支架紧固。

进一步的，所述的悬挂架包括主架、第一移动杆和第二移动杆，所述的主架呈门形，所述的第一移动杆呈水平设置于主架上，第一移动杆的两端与主架的竖直杆之间分别设置有滑动副，第一移动杆两端连接有紧固件，所述的第二移动杆水平设置在第一移动杆的上方，第二移动杆的两端与主架的竖直杆之间设有滑动副，第二移动杆上设置有竖直螺杆，所述的竖直螺杆通过螺纹副与主架的顶部连接，螺纹杆上端设置有调节手轮。

进一步的，底盘的前端设置有一个脚跟限位板，所述的脚跟限位板包括长方形板，长方形板的一端设有弧形板，长方形板上沿其长度方向设置有滑槽，底盘的前部设置有两个固定环，脚跟限位板通过所述的滑槽和所述的固定环配合连接，固定环通过螺栓将脚跟限位板紧固。

进一步的，所述的踏板包括半圆板和方形板，所述的方形板通过转轴与所述的底盘连接。

本发明的工作原理是：

座椅、固定架、悬挂架和踏板通过底盘连成一体。座椅的高度可根据受试者的小腿长度调节：要求受试者在测量足部跖趾关节力量时，身体保持正直、面朝正前方，双手放于座椅两侧扶手上，大腿与身体成90°，小腿与大腿成90°，踝关节角度为90°。腿部固定架在大腿近膝关节处固定小腿，使小腿不能上下移动，排除踝关节运动的可能。通过固定带将受试者的足固定于底板上的脚跟限位板上，脚跟限位板可根据受试者脚长的不同来调节，以保证足部（中部和后部）不能上下、左右和前后移动。

拉力传感器悬挂在悬挂架上，下连踏板。踏板可上下活动以测量足部跖趾关节的屈曲力量；也可左右活动以根据受试者跖趾关节斜角的不同来调整踏板的倾斜角度(±30°)，使得受试者的足部跖趾关节处于最佳发力角度；还可前后移动以根据受试者足趾的长度来调节踏板的前后位置，并记录跖趾关节到拉力传感器垂直线的距离(L)。测试时，要求受试者听到开始口令后，尽全力用跖趾下压踏板并持续3-5秒，此时计算机通过数据线采集并保存拉力传感器测得的足部跖趾关节的屈曲力(F)。

采集到以上数据之后，可通过如下公式来计算人体跖趾关节的屈曲力矩(M)，以反映跖趾关节的屈曲力量特征。

M = L × F

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明利用踏板来传递跖趾运动，利用拉力传感器和计算机来测量和处理跖趾关节屈曲力量数据，利用腿部固定架和脚跟限位板排除其他关节运动的干扰，数据采集流程简单明了，采集重复性好，采集的数据精准，反映了足部跖趾关节力量测试仪的可靠性和稳定性；而且还能根据受试者个人条件的不同而实施个性化的采集，说明了足部跖趾关节力量测试仪的灵活可变性。

附图说明： 

   图1是本发明的一种足部跖趾关节力量测试仪的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明中的腿部固定架的结构示意图。

图4是本发明中的悬挂架的结构示意图。

图5是本发明中的底盘的结构示意图。

图6是图5的俯视图。

图7是本发明中的踏板的结构示意图。

图8是图7的俯视图。

图9是本发明中的脚跟限位板的结构示意图。

图10是图9的左视图。

具体实施方式：

实施例1:

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本发明的一种足部跖趾关节力量测试仪，包括底盘1、踏板2、座椅3、腿部固定架4、悬挂架5、拉力传感器6和计算机（图中未画出），所述的悬挂架5可转动地设于所述的底盘1的前端，所述的腿部固定架4固定于所述的底盘1中后部，所述的座椅3设于所述的底盘1后端，所述的踏板2前端与所述的拉力传感器6的输入端相连接，所述的踏板2后端可转动地设于所述的底盘1上，所述的拉力传感器6上端悬挂于所述的悬挂架上，所述的拉力传感器6的信号输出端通过信号线与所述的计算机相连，所述的底盘1前部还设有脚跟限位板7。

进一步的，所述的座椅3与所述的底盘1间设有前后方向的滑动副。

进一步的，在所述的底盘1后部中间沿其长度方向设有滑轨11，所述的座椅3设于所述的滑轨11上，所述的座椅与所述的滑轨间设有滑动副。

进一步的，所述的座椅3的座板和底板可相对升降和转动。

进一步的，所述的底盘1前端呈圆形，所述的底盘后部呈方形结构，所述的圆形上设有内转盘12和外圈13，所述的内转盘12相对外圈可转动，所述的悬挂架5固定于所述的内转盘12上。

进一步的，所述的腿部固定架4包括支架41、压片42和调节组件，所述的支架41呈门形，所述的调节组件设于所述的支架上的，所述的压片42设于所述的调节组件下端，所述的压片42在所述的调节组件驱动下可上下运动。压片42可采用橡胶等软质、防摩擦的材料构成。

进一步的，所述的调节组件包括滑块43、螺纹杆44和螺母45，所述的滑块43与支架41构成上下方向的滑动副，所述的滑块与螺纹杆相连接，所述的螺纹杆通过螺母与所述的支架上的紧固。

进一步的，所述的悬挂架5包括主架51、第一移动杆52和第二移动杆53，所述的主架51呈门形，所述的第一移动杆52呈水平设置于所述的主架上，所述的第一移动杆两端与所述的主架的竖直杆之间设有滑动副，第一移动杆两端还有紧固件54，所述的第二移动杆53呈水平设于所述的第一移动杆上方，所述的第二移动杆53两端与所述的主架的竖直杆设有滑动副，所述的第二移动杆53设有竖直螺杆55，所述的竖直螺杆55通过螺纹副与所述的主架51顶部连接，所述的螺纹杆上端还有调节手轮56。

进一步的，所述的踏板2包括半圆板和方形板，所述的方形板通过转轴与所述的底盘相连接。

进一步的，所述的脚跟限位板7包括长方形板71，在长方形板71一端设有弧形板72，所述的长方形板71上沿其长度方向设有滑槽73，在所述的底盘1前部设有两个固定环8，所述的脚跟限位板通过所述的滑槽和固定环配合而设于所述的底盘上，所述的固定环8通过螺栓将所述的脚跟限位板7紧固。

测试时，要求受试者听到开始口令后，尽全力用跖趾下压踏板并持续3-5秒，此时计算机通过数据线采集并保存一维拉力传感器测得的足部跖趾关节的力(F)。

采集到以上数据之后，可通过如下公式来计算人体跖趾关节的屈曲力矩(M)，以反映跖趾关节的力量特征。

M = L × F

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以很快地对这些实施例做出适当修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种足部跖趾关节力量测试仪，包括底盘、踏板、座椅、拉力传感器和计算机，所述的拉力传感器包括有一个拉力输入端和一个信号输出端，其特征在于：所述的座椅固定设置在所述的底盘的后端，底盘上设置有一个腿部固定架，所述的腿部固定架位于座椅的前方，底盘的前端设置有一个悬挂架，所述的悬挂架位于腿部固定架的前方，所述的拉力传感器的上端悬挂在悬挂架上，所述的踏板的后端与底盘的前部铰接，踏板的前端与拉力传感器的拉力输入端连接，拉力传感器的信号输出端通过信号线与所述的计算机连接。

2.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：座椅与底盘间设置有前后方向的滑动副。

3.如权利要求2所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：底盘的后部沿其长度方向设置有滑轨，座椅设置在所述的滑轨上，座椅与滑轨间设置有滑动副。

4.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：座椅的座板设置在一个升降机构和一个旋转机构上。

5.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：底盘的前端设置有一个旋转装置，所述的旋转装置包括一个内转盘，所述的悬挂架固定设置在所述的内转盘上。

6.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：所述的腿部固定架包括支架、压片和调节组件，所述的支架呈门形，所述的调节组件设置在所述的支架上，所述的压片设置在所述的调节组件的下端。

7.如权利要求6所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：所述的调节组件包括滑块、螺纹杆和螺母，所述的滑块与支架构成上下方向的滑动副，所述的滑块与螺纹杆相连接，所述的螺纹杆通过螺母与所述的支架紧固。

8.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：所述的悬挂架包括主架、第一移动杆和第二移动杆，所述的主架呈门形，所述的第一移动杆呈水平设置于主架上，第一移动杆的两端与主架的竖直杆之间分别设置有滑动副，第一移动杆两端连接有紧固件，所述的第二移动杆水平设置在第一移动杆的上方，第二移动杆的两端与主架的竖直杆之间设有滑动副，第二移动杆上设置有竖直螺杆，所述的竖直螺杆通过螺纹副与主架的顶部连接，螺纹杆上端设置有调节手轮。

9.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：底盘的前端设置有一个脚跟限位板，所述的脚跟限位板包括长方形板，长方形板的一端设有弧形板，长方形板上沿其长度方向设置有滑槽，底盘的前部设置有两个固定环，脚跟限位板通过所述的滑槽和所述的固定环配合连接，固定环通过螺栓将脚跟限位板紧固。

10.如权利要求1所述的一种足部跖趾关节力量测试仪，其特征在于：所述的踏板包括半圆板和方形板，所述的方形板通过转轴与所述的底盘连接。

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