製造測力臺的方法、測力臺以及對準工具的製作方法
2023-06-29 19:33:26
製造測力臺的方法、測力臺以及對準工具的製作方法
【專利摘要】本發明公開了製造測力臺的方法、測力臺以及對準工具。在一個方案中，一種測力臺包括：指示器，位於相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處，所述指示器可用於空間測量系統，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置。
【專利說明】製造測力臺的方法、測力臺以及對準工具
[0001]相關申請
[0002]根據35USC§ 119(e)，本申請要求享有在2012年10月12日遞交的美國臨時申請第61/713，308號的優先權。該臨時申請的全部內容通過參考合併於此。
【技術領域】
[0003]本公開文本涉及一種用於測量地面反作用力的測力臺(force platform)。
【背景技術】
[0004]測力臺是用於測量地面反作用力的設備，通常是為了測量由研究對象(例如，人類或其他動物對象)所引發的地面反作用力。運動學和生物力學研究者往往對研究這些力以及引發這些力的研究對象的運動感興趣。研究者可使用空間運動捕捉系統來捕捉研究對象的運動，該運動可以用三維坐標來描述。
【發明內容】
[0005]在一個方面，一種測力臺包括:指示器，位於相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
[0006]在另一方面，一種方法包括:在所述測力臺上安裝指示器或標記，使得所述指示器或標記的空間坐標在相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
[0007]在再一方面，一種方法包括:測量安裝在測力臺上的標記或指示器的空間坐標；以及使用所述空間坐標，以將施加到所述測力臺的力的位置轉換為所述測力臺外部的坐標系O
[0008]在又一方面，一種測力臺包括:指示器，在相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處，所述指示器可用於空間測量系統，以確定在所述測力臺外部的坐標系中的所述指示器的位置。在一些實施例中，所述指示器可以是磁體、草皮(divot)、蝕刻圖案或繪製圖案(painted pattern )。在一些實施例中，所述測力臺可包括測量所述施加的力的壓力傳感器。
[0009]在又一方面,一種對準工具(alignment tool)包括:凹口，每個凹口能夠接收可用於空間測量系統的指示器，以在指示器被安裝在測力臺上時確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置；以及磁體，以與所述測力臺中的磁體的圖案對應的圖案而被設置。在一些實施例中，所述指示器可以是磁體、草皮、蝕刻圖案、繪製圖案或發光二極體。在一些實施例中，所述對準工具可以是剛性的。
[0010]附圖及後面的描述中給出了本發明一個或多個實施例的細節。依據說明書、附圖及權利要求書，本發明的其他特點、目的及優點將顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】 [0011]圖1是具有對準板和耦合磁體的測力臺。[0012]圖2示出具有集成的磁體和用於反射球的定位孔的對準工具。
[0013]圖3示出具有集成磁體和用於發光二極體的定位孔的對準工具。
[0014]圖4示出具有施加的力和集成的耦合磁體的測力臺的頂板。
[0015]圖5和圖6是流程圖。
[0016]圖7是計算機系統。
[0017]各圖中相同的附圖標記表示相同的元件。
【具體實施方式】
[0018]測力臺測量地面反作用力，該地面反作用力是由地面施加到另一個物體上的力。測力臺可以被研究由物體施加的力的研究者使用。有時測力臺與空間運動捕捉系統一起使用。為了精確地確定所測量的地面反作用力與所測量的三維運動坐標之間的關係，可能會對空間運動捕捉系統與測力臺同步(例如，空間、時間等)感興趣。測力臺可提供一種用空間運動捕捉系統的坐標系(或任何其他坐標系)空間定位由測力臺測量的力的方法。
[0019]在一些技術中，指示器可以被安裝在測力臺上。指示器可以用來相對於測力臺外部的坐標系(例如，不同於配合測力臺使用的坐標系的一種可利用的坐標系)定位測力臺的位置和方位。安裝在測力臺上的指示器在相對於測力臺坐標系的已知位置處，並且可以使用外部空間測量系統來測量。例如，指示器可以設置在相對於在測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。指示器例如可以是磁體、草皮或其他三維特徵、或者蝕刻或繪製圖案或其他二維特徵。
[0020]有時，研究者或其他用戶通過使用裝配有空間測量目標(例如，由空間運動捕捉系統感測的)的專用施力工具來確定測力板相對於空間運動捕捉系統的坐標系的空間位置和方位。這些專用施力工具用於將力施加到測力臺，而該工具的位置通過空間運動捕捉系統來測量。
[0021]這些專用施力工具可能在精確度上有所欠缺。例如，專用施力工具僅能夠產生有限的力，或者專用施力工具不能關於該專用施力工具的預期幾何圖形(例如，對於具有空間運動捕捉系統的測力臺的精確的空間對準所必需的)用適合精確度來製造，或者專用施力工具在施加力的使用期間可能很容易變形(從而改變了幾何形狀並因此降低了專用施力工具的精確度)。此外，專用施力工具可能需要用於專用施力工具的空間測量目標與測力臺偏離相當大的距離(例如，12到24英寸或更大)。空間測量目標的這種偏離能夠與偏離距離成正比地降低測力臺的空間對準精確度。使用這些專用施力工具的方法還可能需要專用施力工具的用戶的高水平技能，並且為了增進測力臺與空間運動捕捉系統之間的空間同步可能會比較耗費時間。因此，使用用於轉換坐標系的指示器的測力臺可能比其他技術(例如，使用施力工具的測力臺)更有效。
[0022]圖1示出測力臺4的一個示例。使用此處所描述的技術，測力臺4的坐標系11可以被轉換為位於測力臺4外部的空間測量系統的坐標系12 (例如，具有位於測力臺外部的坐標系的系統)。
[0023]測力臺4包括通過測力傳感器連接在一起的頂板5和底板6。在該示例中，對於測力臺的頂板5具有在已知位置處以已知幾何圖形嵌入在其表面內的多個磁體7。圖1還示出可移動的對準工具2，該對準工具2也具有在已知位置處以已知幾何圖案嵌入在其中的磁體I。
[0024]圖2表示對準工具2的視圖。在該示例中，對準工具具有在已知位置處具有已知幾何圖案形式且用於對準反射球9的多個光學標記凹口 3。標記不必為球形，而是可具有另一種形狀。反射球9是無源標記(例如，不產生其自己的能量的標記)的示例，且可以使用任何種類的無源標記，例如草皮、蝕刻或繪製圖案或者可以通過空間測量系統分辨的其他指示器。
[0025]圖3是對準工具2的另一個視圖。在該示例中，對準工具具有位於已知位置處具有已知幾何圖案且用於定位發光二極體10的多個光學標記凹口 3。可以使用其他種類的發光標記。發光二極體10是有源標記(例如，產生其自身能量的標記)的示例，且可以使用任何種類的有源標記。
[0026]製造對準工具的方式考慮到在位於對準工具2的底面上方的已知高度處易於將反射球9 (圖2)或發光二極體10 (圖3)定位在光學標記凹口 3中。容易地且精確地定位這些指示器可通過用抗彎曲或其他變形的相對剛性材料製造的對準工具2得到提高。
[0027]回到圖1，頂板5中的磁體7的幾何圖案實質上與對準工具2中的磁體I的幾何圖案相同。
[0028]光學標記凹口 3的位置相對於嵌入在對準工具2中的磁體I是已知的。
[0029]嵌入在對準工具2中的磁體I和位於頂板5中的磁體7的極性使得對準工具2通過磁力被吸引至頂板5。對準工具中的磁體I的圖案可有助於對準和吸引位於頂板5中的對應的磁體7。
[0030]在一些示例中，只有頂板5或對準工具2中的一個可包括磁體(例如，磁體I或磁體7)。例如，對準工具2可包括磁體，而頂板5可`包括排列成與對準工具2中的磁體I的圖案相對應的圖案的磁吸引材料(例如，諸如鐵磁金屬的磁吸引金屬)。
[0031]校準過程可以在使用對準工具2以確定施加的力8 (圖4)與頂板磁體7之間的唯一空間關係時用來增加精確度。例如，這種關係可以在製造商的工廠製造測力臺時被確定。需要使用坐標測量機械裝置或其他空間測量方法以確定頂板磁體7和已知力的關係。校準過程決定了施加到頂板5的各種力相對於測力臺4的坐標系11的大小、位置和方位。在一些實施例中，如圖5所示，根據下面的校準過程500來確定施加的力8和頂板磁體7的關係:
[0032]a)在相對於頂板磁體7的已知位置處將已知力施加到頂板5 (502)。
[0033]b)測量連接頂板5和底板6的力傳感器的電壓輸出(504)。例如，可以通過諸如計算機系統的數字處理設備來測量電壓輸出。計算機系統可自動地進行用於測量電壓輸出的操作。
[0034]c)使用遍布測力臺的指定力範圍的多個施加的力重複上述步驟a)和b)，來確保施加的力(典型地，所有施加的力)處於相對於頂板磁體7的已知位置處(506)。
[0035]d)在橫穿頂板5的上表面和側表面的多個位置處重複上述步驟a)、b)和c)(508)。
[0036]e)確定來自力傳感器的電壓與施加的力的關係(例如，使用用於校準測力臺的傳統方法)(510)。
[0037]一旦上述過程500已經被執行，其能夠通過由傳感器感受到任意施加的力的後續測量來確定施加到測力臺4的任意力矢量相對於頂板磁體7的位置。
[0038]當測力臺處於使用中時，有時用戶定位測力臺相對於空間運動捕捉系統的位置的位置。這需要將測力臺4的坐標系11轉換為外部空間測量系統的坐標系12。
[0039]當使用測力臺4時，施加到測力臺的力的位置和方位可以相對於空間運動捕捉系統的位置和方位而被定位。在一些實施例中，如圖6所示，用於確定這種關係的過程600如下:
[0040]a)在期望的位置中安裝預校準的測力臺4 (根據上述過程校準的)(602)。
[0041]b)在期望的位置中安裝空間運動捕捉系統，確保測力臺4在空間運動捕捉系統的範圍內(604)。
[0042]c)在測力臺4的頂板5上方放置對準工具2，使得對準工具2的磁體在頂板磁體7的上方(606)。
[0043]d)在對準工具2的光學標記凹口中放置標記，例如，反射球9或發光二極體10(608)。
[0044]e)使用空間運動捕捉系統，確定對準工具2相對於空間運動捕捉系統的坐標系12的位置和方位(610)。
[0045]對準工具的位置和方位可以用來確定測力臺4的位置和方位。一旦已經確定對準工具2相對於空間運動捕捉系統的坐標系12的位置和方位，用戶可從那時起轉換由將任意力施加到測力臺4導致的電壓輸出，並將測力臺4的坐標系11中讀取為外部空間測量系統的坐標系12。對準工具2可以被移去且不再使用。在一些示例中，測力臺4的用戶可用薄的不透明材料(如常見的地磚)來覆蓋頂板5的上表面。在某些情況下，用戶可能想要重複過程600以在參數改變的情況下確保最大精確度，參數改變的情況例如，運動捕捉系統相對於測力臺的相對放置，或者由新相機或運動捕捉系統的其他部分導致在解析度上的變化。
[0046]數個優點可從測力臺4的一個或多個方面中得以實現。例如，其能夠使研究者在空間上將測力臺對準空間運動捕捉系統，而無需研究者製造或使用專用的工具。可以比傳統的方法更準確地、更快速地以及需要更少的技能將測力臺與空間運動捕捉系統進行空間對準。可以在已知坐標空間中獲得施加的力對測力臺可控制和精確的校準。當測力臺處於使用中時產生的力矢量可以相對於空間運動捕捉系統的坐標空間被立即和直接測量。個人可以快速地確定測力臺相對於空間運動捕捉系統的位置和方位，而同時使用比其他方法更少的技能。與其他方法相比，可以提高測量測力臺相對於空間運動捕捉系統的位置和方位的精確度。同樣地，可以提高測量相對於空間運動捕捉系統的地面反作用力的精確度。即使在覆蓋有薄的不透明材料(例如地磚)時也可以利用測力臺。
[0047]圖7是示例計算機系統700的方框圖。例如，可以使用系統700以執行將一個坐標系11轉換為另一個坐標系12 (圖1)的必要的處理步驟。例如，也可以使用系統700來實現圖5和圖6中所示的過程500、600的一些或全部步驟。在一些示例中，系統700可以是空間運動捕捉系統。
[0048]系統700包括:處理器710、存儲器720、存儲設備730和輸入/輸出設備740。組件710、720、730和740中的每一個例如可以使用系統總線750互連。處理器710能夠處理可在系統700內執行的指`令。在一個實施例中，處理器710為單線程處理器。在另一個實施例中，處理器710為多線程處理器。處理器710能夠處理存儲在存儲器720中或存儲設備730上的指令。
[0049]存儲器720存儲系統700中的信息。在一個實施例中，存儲器720為計算機可讀介質。在一個實施例中，存儲器720為易失性存儲單元。在另一個實施例中，存儲器720為非易失性存儲單元。
[0050]存儲設備730能夠提供用於系統700的大容量存儲。在一個實施例中，存儲設備730為計算機可讀介質。在各種不同的實施例中，存儲設備730例如可包括硬碟設備、光碟設備或一些其他大容量存儲設備。
[0051]輸入/輸出設備740提供用於系統700的輸入/輸出操作。在一個實施例中,輸入/輸出設備740可包括一個或多個網絡接口設備(例如乙太網卡)、串行通信設備(例如，RS-232埠)和/或無線接口設備(例如，802.11卡)。在另一個實施例中，輸入/輸出設備可包括配置為接收輸入數據並將輸出數據發送至其他輸入/輸出設備的驅動設備，例如，鍵盤、印表機和顯示設備760。然而，其他實施例也可以使用例如移動計算設備、移動通信設備、機頂盒電視客戶端設備等。
[0052]雖然圖7中已經描述了示例性處理系統，但是在本說明書中描述的主題和功能性操作的實施例可以其他類型數字電子電路、或者以包括本說明書中公開的結構及其結構等同物的計算機軟體、固件或硬體、或者以它們的一個或多個的結合來得以實施。在本說明書中描述的主題的實施例可以被實施為一個或多個電腦程式產品用於通過處理系統執行或者用於控制處理系統的操作，該一個或多個電腦程式產品即為在有形程序載體(例如計算機可讀介質)上編碼的電腦程式指令的一個或多個模塊。計算機可讀介質可以是機器可讀存儲設備、機器可讀存儲基板、存儲設備、影響機器可讀傳播信號的物質組成、或者它們中的一個或多個的組合。
[0053]術語「處理系統」包括用於處理數據的所有裝置、設備和機器，通過舉例的方式包括可編程處理器、計算機、或者多個處理器或多個計算機。除了硬體之外，處理系統可包括創建用於待執行的電腦程式的執`行環境的代碼，例如，構成處理器固件、協議棧、資料庫管理系統、作業系統或者它們中的一個或多個的組合的代碼。
[0054]電腦程式(也被稱為程序、軟體、應用軟體、腳本或代碼)可以任何形式的程式語言(包括包括編譯或解釋性語言、或者聲明或程序語言)被編寫，並且可以被配置成任何形式(包括作為獨立程序或作為模塊、組件、子程序、或者適合在計算環境中使用的其他單元)。電腦程式不一定對應於文件系統中的文件。程序可以被存儲在保存其他程序或數據(例如，存儲在標記語言文檔中的一個或多個腳本)的一部分文件中、在專用於待執行的程序的單獨文件中、或者多個協作文件(例如存儲一個或多個模塊、子程序或部分代碼的文件)中。電腦程式可以被配置為在位於一個站點或者分布在多個站點以及通過通信網絡互連的一臺計算機上或者在多臺計算機上執行。
[0055]適用於存儲電腦程式指令和數據的計算機可讀介質包括所有形式的非易失性存儲器、媒介和存儲設備(通過舉例的方式包括半導體存儲設備，例如，EPROM、EEPROM和快閃記憶體設備)、磁碟(例如，內部硬碟或可移動硬碟)、磁光碟以及⑶ROM光碟和DVD ROM光碟。處理器和存儲器可以通過專用邏輯電路被補充或者被併入到專用邏輯電路中。
[0056]在本說明書中描述的主題的實施例可以在包括後端組件(例如數據伺服器)、或者在包括中間組件(例如應用程式伺服器)、或者在前端組件(例如具有圖形用戶界面或Web瀏覽器(通過它們，用戶能夠與本說明書中描述的實施例進行交互)的客戶端計算機)、或者這種後端、中間或前端組件中的一個或多個的任意組合的計算系統中實現。系統的組件可以通過任何形式或數字數據通信的介質(例如，通信網絡)互連。通信網絡的示例包括區域網(「LAN」)和廣域網(「WAN」)，例如，網際網路。
[0057]已經描述了本發明的多個實施例。然而，應當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本 發明進行各種修改。因此，其他實施方式落入所附權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種製造測力臺的方法，所述方法包括: 在所述測力臺上安裝指示器或標記，使得所述指示器或所述標記的空間坐標在相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處。
2.—種方法，包括: 測量安裝在測力臺上的標記或指示器的空間坐標；以及 使用所述空間坐標，以將施加到所述測力臺的力的位置轉換到所述測力臺外部的坐標系中。
3.一種測力臺,包括: 指示器，位於相對於在所述測力臺的校準期間使用的施加的力的已知位置處， 所述指示器可用於空間測量系統，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置。
4.根據權利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為磁體。
5.根據權利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為反射球。
6.根據權利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為草皮。
7.根據權利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為蝕刻圖案。
8.根據權利要求3所述的測力臺，其中所述指示器為繪製圖案。
9.根據權利要求3所述的測力臺，還包括測量所述施加的力的壓力傳感器。
10.一種對準工具，包括: 凹口，每個凹口能夠在指示器被安裝在測力臺上時接收被空間測量系統可使用的指示器，以確定所述指示器在所述測力臺外部的坐標系中的位置；以及磁體，布置成與所述測力臺中的磁體的圖案對應的圖案。
11.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為磁體。
12.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為反射球。
13.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為草皮。
14.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為蝕刻圖案。
15.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為繪製圖案。
16.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述指示器為發光二極體。
17.根據權利要求10所述的對準工具，其中所述對準工具是剛性的。
【文檔編號】A61B5/22GK103720481SQ201310476029
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2012年10月12日
【發明者】戴維·麥克尼爾, 梅拉妮·肖爾茨, 鮑勃·博爾迪尼翁 申請人:北方數位化技術公司