Силовая платформа - Force platform
Силовые платформы или силовые плиты - это измерительные инструменты, которые измеряют силы реакции земли, создаваемые телом, стоящим на них или движущимся по ним, для количественной оценки баланса , походки и других параметров биомеханики . Чаще всего применяются в медицине и спорте .
Операция
Простейшая силовая платформа представляет собой пластину с единственной опорой, которая служит датчиком нагрузки. Лучшие конструкции имеют пару прямоугольных пластин, хотя треугольные могут также работать, один над другим с тензодатчиками или трехосными силовыми преобразователями между ними по углам.
Как и платформы с одинарным усилием, платформы с двойным усилием могут использоваться для оценки результатов в тестах на двойные ноги и асимметрии силы и мощности в односторонних прыжках и изометрических тестах. Тем не менее, они также обеспечивают дополнительный уровень интеллекта о нервно-мышечном статусе, оценивая распределение силы между конечностями во время двойных тестов, раскрывая важную информацию об асимметрии силы и компенсаторных стратегиях.
Простейшие силовые пластины измеряют только вертикальную составляющую силы в геометрическом центре платформы. Более продвинутые модели измеряют трехмерные компоненты единой эквивалентной силы, приложенной к поверхности и точке ее приложения, обычно называемой центром давления (CoP), а также вертикальный момент силы . Цилиндрические силовые пластины также были сконструированы для изучения древесных движений , включая брахиацию .
Платформы Force может быть классифицированы как одно- пьедестал или несколько пьедестала и преобразователем (сила и момент преобразователь ) типа: тензорезисторным , пьезоэлектрическими датчиками , емкость датчиком, Пьезорезистивными и т.д., каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Модели с одной опорой, иногда называемые тензодатчиками, подходят для сил, действующих на небольшой площади. Для исследований движений, таких как анализ походки, используются силовые платформы, по крайней мере, с тремя опорами, а обычно с четырьмя опорами, чтобы позволить силам, которые перемещаются через пластину. Например, при ходьбе силы реакции земли начинаются с пятки и заканчиваются около большого пальца ноги.
Силовые платформы следует отличать от систем измерения давления, которые, хотя и определяют центр давления, не измеряют напрямую вектор приложенной силы. Пластины для измерения давления полезны для количественной оценки моделей давления под стопой с течением времени, но не могут количественно определить горизонтальные или сдвиговые компоненты приложенных сил.
Измерения с силовой платформы могут быть изучены изолированно или в сочетании с другими данными, такими как кинематика конечностей, чтобы понять принципы передвижения. Если организм совершает прыжок с места с силовой пластины, данных с этой пластины достаточно для расчета ускорения , работы , выходной мощности , угла прыжка и расстояния прыжка с использованием основ физики. Одновременные видеоизмерения углов суставов ног и выходного сигнала силовой пластины позволяют определять крутящий момент, работу и мощность в каждом суставе с помощью метода, называемого обратной динамикой .
Последние разработки в области технологий
Достижения в области технологий позволили силовым платформам взять на себя новую роль в области кинетики. Стоимость традиционных силовых пластин лабораторного класса (обычно исчисляемая тысячами) сделала их очень непрактичными для повседневного врача. Однако Nintendo представила Wii Balance Board (WBB) (Nintendo, Киото, Япония) в 2007 году и изменила структуру силовой пластины. К 2010 году было обнаружено, что WBB является действующим и надежным инструментом для измерения распределения веса по сравнению с «золотым стандартом» лабораторной силовой пластиной, при стоимости менее 100 долларов. Более того, это было подтверждено как на здоровых, так и на клинических популяциях. Это возможно благодаря четырем датчикам силы, расположенным в углах WBB. Эти исследования проводятся с использованием специализированного программного обеспечения, такого как LabVIEW (National Instruments, Остин, Техас, США), которое может быть интегрировано с доской, чтобы иметь возможность измерять величину колебаний тела или длину пути CoP во время испытаний на время. Другое преимущество наличия постурографической системы, такой как WBB, заключается в том, что она портативна, поэтому клиницисты по всему миру могут количественно измерять колебания тела, вместо того, чтобы полагаться на субъективные оценки клинического баланса, которые используются в настоящее время.
Согласно Digital Trends, Nintendo Wii и продукт-преемник WiiU были прекращены с марта 2016 года. Это иллюстрирует одну из проблем, возникающих в связи с принятием недорогих готовых потребительских товаров, повторно предназначенных для медицинских измерений. Дальнейшие проблемы с таким принятием возникают у регулирующих органов и органов по стандартизации по всему миру. Силовые платформы, используемые для измерения баланса и мобильности пациентов, классифицируются FDA США (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) как медицинские устройства класса I. Таким образом, они должны производиться в соответствии с определенными стандартами качества, установленными ISO (Международная организация по стандартизации), Принципами управления качеством ISO 9001 или Системами управления качеством медицинских устройств ISO 13485. MDD Европейского Союза (Директива по медицинским устройствам) также классифицирует силовые платформы, используемые для медицинских измерений, как медицинские устройства класса I и требует медицинской сертификации CE для импорта и использования в Европейском Союзе для таких медицинских приложений. Известный недавний стандарт, ASTM F3109-16 Стандартный метод испытаний для проверки многоосных платформ измерения силы, представляет собой основу для производителей и пользователей, позволяющую проверять производительность платформ Force по всей площади их рабочей поверхности. Подобные стандарты используются производителями силовых платформ медицинского класса для обеспечения точности, повторяемости и надежности измерений, проводимых на популяции пациентов. Короче говоря, недорогие развлекательные компоненты потребительского уровня могут быть плохим выбором для медицинских измерений, учитывая отсутствие непрерывности таких продуктов и их юридическую, нормативную и, возможно, качественную непригодность для таких приложений.
Использование в спорте
Силовые пластины обычно используются в спорте для оценки возможностей спортсмена по выработке силы, силы и дисбаланса [1] . Практикующий может использовать силовую пластину для оценки потребностей в тренировках, готовности к тренировкам, а также во время процесса возвращения к игре.
Типичные оценки силовых пластин в спорте включают прыжок с противодвижением (CMJ), прыжок с приседанием (SJ), прыжок с падением (DJ), прыжок с отскоком в противоположном направлении и изометрическое подтягивание середины бедра (IMTP).
Практики часто не понимают, какие показатели следует отслеживать при использовании силовых пластин. Ведущий биомеханик из Университета Чичестера создал систему для простого выбора показателей силовой пластины. Эта система названа доктором Джейсоном Лейком «Система ODSF» .
История
Хронология
• 1976 г. • Компания Advanced Mechanical Technology, Inc. (AMTI) построила первую коммерчески доступную тензометрическую силовую пластину для анализа походки в лаборатории биомеханики Бостонской детской больницы.
• 2017 г. • Hawkin Dynamics создала первую платформу и мобильное приложение для беспроводной связи.