工业级三维力台是定量步态分析的基础工具，通过捕捉行走过程中产生的地面反作用力 (GRF) 信号。这些仪器超越了简单的体重测量，能够精确记录三个特定维度——推进力、侧向运动和垂直载荷——的力，同时精确定位压力中心 (COP) 的位置。
核心价值 虽然力台测量的是外部地面接触力，但其在鞋类评估中的作用在于计算内部冲击。它们收集的数据为量化减震效果、计算关节负荷以及客观确定功能性鞋类的缓冲性能提供了核心动力学基础。
测量机制
捕捉多向力
要有效评估鞋类，您必须了解超越简单垂直冲击的力。
工业力台可捕捉推进力（向前和向后的蹬离力）和侧向力（左右稳定性）。
这种 3D 受力情况揭示了鞋子在从脚跟触地到脚尖离地的过渡过程中如何处理剪切应力和支撑足部。
追踪压力中心 (COP)
与力测量同步，这些力台会追踪压力中心的精确位置。
该指标精确描绘了在任何毫秒下，足部下方的受力集中点。
对于鞋类设计师来说，COP 数据对于评估鞋子的几何形状在整个步态周期中如何影响稳定性和平衡至关重要。
从原始数据到生物力学洞察
建立动力学基础
原始力数据是复杂生物力学计算的输入。
工程师利用这些数据计算垂直自由力矩、净外力矩以及整体角动量。
这些指标对于理解作用于足部的旋转力以及鞋子如何缓解或加剧这些力至关重要。
计算内部关节负荷
通过整合实时动力学数据，技术人员可以推断出沿运动链上传递的力。
特别是，这些数据对于计算内部膝关节负荷至关重要。
这使得评估人员能够确定特定鞋子设计在行走或迈步过程中是否能有效减轻膝盖的压力。
量化鞋类性能
测量减震效果
使用力台，主观的“舒适感”被可量化的指标所取代。
通过分析垂直载荷的大小和速率，评估人员可以测量鞋类的减震能力。
这客观地证明了鞋子的缓冲材料是否能在冲击力到达骨骼系统之前有效衰减这些冲击力。
评估功能有效性
力和力矩数据的结合使得能够评估功能性装备，如特种鞋或护膝。
力台提供了验证有关关节压力减轻的性能声明所需的证据。
理解权衡
实验室精度 vs. 现实世界的可变性
力台提供了“黄金标准”的精度，但它们通常需要受控的实验室环境。
数据在特定任务中捕获，例如“行走过程”或接触特定步态。
虽然精确，但这些数据代表了受控的运动样本，可能无法完美复制户外地形的混乱变量。
数据复杂性
力台的输出是原始动力学数据；它本身并不能告诉你一双鞋是否“好”。
提取价值需要先进的生物力学建模，将“净外力矩”转化为可操作的设计改进。
根据您的目标做出正确的选择
在将力台整合到您的鞋类评估策略中时，请根据您的具体目标调整您的分析：
- 如果您的主要关注点是缓冲和舒适度：优先分析垂直载荷和冲击峰值，以量化减震能力。
- 如果您的主要关注点是稳定性和支撑性：重点关注侧向力和压力中心 (COP) 追踪，以了解鞋子如何控制足部运动。
- 如果您的主要关注点是预防伤害：利用内部膝关节负荷和角动量计算，以评估运动链上的压力减轻情况。
通过将无形的地面力转化为可操作的数据，力台使您能够用工程精度取代设计直觉。
摘要表：
| 指标类别 | 捕获的数据 | 生物力学洞察 |
|---|---|---|
| 3D 力 | 垂直、推进力和侧向载荷 | 评估剪切应力和过渡效率 |
| 压力中心 | 受力集中的精确位置 | 评估鞋子几何形状、稳定性和平衡性 |
| 动量数据 | 垂直自由力矩和角动量 | 计算旋转力和内部关节负荷 |
| 冲击动力学 | 垂直载荷的大小和速率 | 量化减震和缓冲效果 |
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参考文献
- Takuo Negishi, Naomichi Ogihara. Functional significance of vertical free moment for generation of human bipedal walking. DOI: 10.1038/s41598-023-34153-4
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
