Способ измерения пути, пройденного человеком

 

Использование: в приборостроении, в приборах для измерения пути, пройденного пешеходом. Сущность изобретения: пройденный путь получают как сумму длин шагов, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека и амплитуду его продольного ускорения. При вычислении длины шага учитывают постоянные коэффициенты, предварительно определенные на базисном участке.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в приборах для измерения пути, пройденного человеком.

Известен способ измерения пути, пройденного человеком, заключающийся в измерении времени переноса ноги на каждом шаге, определении длины шага путем деления некоторой постоянной величины на значение времени переноса ноги с последующим суммированием величин длин шагов.

Недостатком известного способа является невысокая точность измерения пути при движении в условиях разных грунтов и широком диапазоне темпов движения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу измерения пути является способ, включающий предварительное определение на участке измеренной длины постоянного коэффициента и суммирование длин шагов, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека.

Недостатком известного способа является невысокая точность измерения пути при движении в различных условиях. Для известного способа справедливо соотношение S_i=aL_i², где S_i - амплитуда вертикального перемещения туловища человека; L_i - длина шага; a - величина, постоянная для каждого человека.

Указанное соотношение справедливо при движении в нормальном режиме ходьбы по ровной поверхности. Однако при изменении условий движения на трассе (изменение типа грунта, нагрузки на человека) при больших колебаниях темпа движения, а также через 1-1,5 ч пути из-за влияния утомления человека, точность измерения длины шага уменьшается. Нормальный режим ходьбы является частным случаем ходьбы, для которой в общем случае длина шага является функцией как минимум двух независимых кинематических параметров, т.е.

L_i=f(x₁,x₂).

Цель изобретения - повышение точности измерения пройденного пути.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, включающем предварительное определение на участке измеренной длины постоянного коэффициента, суммирование длина шагов Li, при определении каждой из которых измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека S_i, дополнительно измеряют при определении длины шага амплитуду продольного ускорения туловища человека ai, а длину шага находят из выражения L_i=K+K+K₃, где Li - длина шага, см; S_i - амплитуда вертикального перемещения туловища человека, см; a_i - амплитуда продольного ускорения туловища человека, см/с²; K₁ - постоянный коэффициент, равный 11,7 см^1/2; К₂ - постоянный коэффициент, равный 0,66 см^1/2c;
К₃ - постоянный коэффициент, см, определяемый для каждого человека на участке измеренной длины из выражения
K₃= , где L_б - длина участка, см;
L_изм - измеренное по данному способу значение длины участка, см, при К₃=0;
N - число шагов.

Измерение в известном способе дополнительно амплитуды продольного ускорения туловища человека и последующее определение
длины шага по формуле L_i=K+K+K₃ позволяет повысить точность измерения пройденного пути при движении в различных условиях. На каждом шаге измеряют амплитуду вертикального перемещения и амплитуду продольного ускорения туловища человека и определяют длину шага по формуле
L_i=K+K+K₃, (1) где L_i - длина шага;
S_i - амплитуда вертикального перемещения;
a_i - амплитуда продольного ускорения;
К₁, К₂, К₃ - постоянные коэффициенты.

Пройденный путь определяется суммированием величин длин всех шагов, т. е.

L_пути=L_i.

Значения постоянных коэффициентов К₁, К₂ в уравнении (1) определены экспериментально и равны К₁=11,7 см^1/2, К₂= =0,66 см^1/2с при условии, что амплитуда вертикального перемещения S_i измеряется в сантиметрах, амплитуда продольного ускорения a_i - в см/с², длина шага в сантиметрах. Значение постоянного коэффициента К₃ определяется для каждого человека следующим образом. Выбирается участок длиной не менее 200 м, коэффициент К₃ устанавливается равным нулю и при заданных значениях коэффициентов К₁, К₂ измеряют по данному способу длину участка. Значение коэффициента К₃ определяют по формуле
K₃= , где L_Б - длина участка;
L_изм - измеренное значение длины участка;
N - число шагов.

Более точные значения постоянных коэффициентов К₁, К₂, К₃ для каждого человека могут быть определены следующим образом. В различных условиях движения (в зависимости от темпа движения, типа грунта, нагрузки на человека и т.п.) измеряются многократно длина шага L_i и соответствующие данной длине шага значения и .

Значения коэффициентов К₁, К₂, К₃ находят из условия минимизации функционала
Ф(L, , , K₁, K₂, K₃)=(L-K -K -K₃)²= min, (2) где n - число опытных данных, полученных в ходе проведения экспериментов.

Минимум квадратичной формы (2) находится из решения системы нормальных уравнений, полученных дифференцированием данного функционального канала по искомым факторам К₁, К₂, К₃, т.е.

(L_i-K -K -K₃) = 0 ,
(L_i- K- K - K₃) = 0 ,
.

Использование предлагаемого способа измерения пути, пройденного человеком, позволяет повысить точность измерения пройденного пути. Повышение точности измерения пройденного пути достигается тем, что экспериментально выявлены два независимых кинематических параметра, установлена взаимосвязь между длиной шага и независимыми параметрами.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПУТИ, ПРОЙДЕННОГО ЧЕЛОВЕКОМ, включающий суммирование длин шагов L_i, при определении каждой из которых учитывают постоянный коэффициент K₁ и измеряют амплитуду вертикального перемещения туловища человека S_i (см), отличающийся тем, что, с целью повышения точности, при определении длины шага дополнительно измеряют амплитуду a_i(см/с²) продольного ускорения туловища человека, а длину шага находят из выражения
L_i=K+K+K₃,
где K₁ = 11,7 см^1/2;
K₂ = 0,66 см^1/2;
K₃ - постоянный коэффициент, предварительно определенный на базисном участке из выражения
K₃= ,
где L_б - длина базисного участка, см;
L_изм - измеренное значение длины базисного участка, при K₃ = 0, см;
N - число шагов.