腿能比較測試儀

黎胡晗

中學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間，經(jīng)常要出操、跑步；日常生活中人們也經(jīng)常進(jìn)行長跑、短跑等運動項目的鍛煉，促進(jìn)了人們體能的增強，特別是人體腿部的體能。

但如何進(jìn)行跑步訓(xùn)練使腿能發(fā)揮到最佳，為運動會尋找到優(yōu)秀的運動員呢？

基于這一點，我發(fā)明了一種“基于跑步效率分析的腿能比較測試儀”。

一、研究目的和設(shè)計思路：

1.研究目的：

基于和諧社會人性化的理念，設(shè)計一種能自動顯示測試人群跑步健身效率，以及運動員田賽腿能狀況動態(tài)分析的系統(tǒng)裝置。

2.基本思路：

①人們在跑步運動時，足跟對地的蹬力是不一樣的，蹬力的大小與人的年齡、性別、健康狀況、體能的正常發(fā)揮有很大關(guān)系。因此，在測試人的運動體能時，必須考慮人體足跟對地的蹬力大小變化，而監(jiān)測此信號必須利用力傳感器來完成。通過力傳感器感知人體足跟對接觸面的作用力的大小變化規(guī)律，通過顯示器顯示出來。

②對不同人群考慮個人質(zhì)量差異，建立一個蹬力與人體質(zhì)量比較，隨時間變化的關(guān)系，從而獲得一個測試者體能狀態(tài)變化規(guī)律。

二、設(shè)計原理與技術(shù)方案：

（一）基本組成

本項目主要包括：人體運動測試平臺→信息采集評分→收據(jù)比較分析輸出部分。

（二）工作原理

1.整套裝置原理方框圖：

2.信息采集部分工作原理：

利用跑步機式的人體運動測試平臺，力傳感器置于腳跟蹬力位置將獲得的力變化信號傳輸給數(shù)據(jù)采集器，將力的變化信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

3.數(shù)據(jù)比較分析部分工作原理：

采用數(shù)據(jù)分析比較專用軟件，在同一位座標(biāo)系中，顯示①測試者足跟蹬力隨時間時間變化曲線；②測試者足跟蹬力與人體質(zhì)量比值隨時間變化曲線；③標(biāo)準(zhǔn)變化曲線（普通人標(biāo)準(zhǔn)曲線，運動員標(biāo)準(zhǔn)曲線）。

對比三條曲線，得出測試者人體腿能的比較分析圖樣，從而得出測試者腿能素質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)腿能素質(zhì)的樣差。

依此樣差可制定測試者的最佳鍛煉方案或運動員選拔測試的依據(jù)。

（三）研究過程

1.發(fā)現(xiàn)與確定課題：

人們對健康越來越重視，生活和工作之余經(jīng)常加強鍛煉，如散步、跑步、到健身房健身等。

許多人通過鍛煉后，感覺到體能明顯增強，身體素質(zhì)也提高了，但是按照怎樣的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鍛煉才是最合適、最有益于健康的呢？

針對這種情況，我們調(diào)查了學(xué)校的體育老師，并且咨詢了相關(guān)的醫(yī)務(wù)工作者，聯(lián)系生活實際，最后確定了此課題的研究。

2.確定測試者的參數(shù)：

衡量人們體育鍛煉中體能狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有哪些呢？有的說是呼吸，有的說是心跳，還有的說是身體的熱度……根據(jù)我們的調(diào)查，認(rèn)為人鍛煉時腳跟對應(yīng)的步頻與蹬力（足跟對接觸面的蹬地的力度）的參數(shù)，即腿能的相關(guān)參數(shù)，更能反映出人的體能素質(zhì)。

3.方案討論：

課題確定以后，老師對方案進(jìn)行了指導(dǎo)，大體分為以下幾個方面：

①用電子磅秤來測試人的足跟蹬力的大小，利用磅秤顯示人對稱臺的作用力大小，但不能保留任何數(shù)據(jù)；

②利用健身房的跑步機進(jìn)行測試，人體體能得到有效鍛煉，但不能顯示力度的變化；

③在物理課本中，有通過傳感器對信息的采集，從而獲得靈感，將力的傳感器運用到類似跑步機的平臺，從而獲得連續(xù)的足跟對平臺作用力的信息；

④對信息處理方式進(jìn)行探討。單獨的蹬力信息曲線不能很直觀地描述人體腿能素質(zhì)的狀態(tài)，通過對資料的查詢，將標(biāo)準(zhǔn)信息比較，從而獲得腿能標(biāo)準(zhǔn)樣差。

對上述的方案確定后，設(shè)計制作了整套裝置，多次對測試者進(jìn)行測試，對裝置進(jìn)行調(diào)試、完善，從而完成了本裝置的模型制作。

三、創(chuàng)新點：

1.設(shè)計了一種人體腿能狀態(tài)即時測試顯示的一種裝置；

2.提出了一種基于跑步效率分析的腿能比較來檢測人體能的一種新模式；一種新型的體育素質(zhì)測評方案。

四、應(yīng)用范圍：

該課題的研究是為了滿足全民健身的需要，人們在鍛煉時可以依據(jù)自身的體質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)姆桨?；可以幫助選拔優(yōu)秀的田徑運動員；有利于學(xué)校對學(xué)生體育綜合素質(zhì)的測評。

五、完善設(shè)想：

1.改進(jìn)裝置，使測試更加準(zhǔn)確。

2.對人體多項素質(zhì)（如運動時的心率、肺活量等）綜合測試比較，更全面地得出人的體能狀態(tài)。

六、收獲與體會：

1.創(chuàng)新來源于生活，生活中到處都充滿著創(chuàng)新的課題。自己動腦設(shè)計方案，動手制作模型作品，增強了創(chuàng)造性思維，提升了動手能力。

2.發(fā)明是實驗的女兒。解決生活中的問題需要綜合運用各學(xué)科知識多次進(jìn)行實驗；創(chuàng)新需要大膽想象，有信心、有勇氣對社會生活進(jìn)行探討、研究。作品研究成功后，得到周圍人們的肯定，這對我來說是一個莫大的鼓舞。

3.通過參與課題研究，在社會做調(diào)查、與群眾打交道，我真正體驗了社會實踐，體驗了科學(xué)研究的全過程，增強了探究自然的興趣與環(huán)保意識及社會責(zé)任感，找到了自己的價值體現(xiàn)。

4.在實驗與制作過程中，才覺得書到用時方恨少。隨著實驗與研究的進(jìn)展，我拓寬了視野，增長了知識。通過不懈的努力，克服了一個又一個的困難，突破了一個又一個的難題，項目最終獲得了初步的成功，使我從中獲得了成功的喜悅，體驗到成就感。

（指導(dǎo)老師：盧 佳）