嵌入式测力板是量化运动过程中施加于身体的物理应力的基本传感器。通过捕捉高精度、三维的地面反作用力（GRF），这些设备提供了计算踝、膝、髋关节内部负荷所必需的关键动力学数据。
通过测量地面如何反作用于足部，嵌入式测力板提供了数学推导内部关节应力所需的“动力学输入”。没有这些精确的外部数据，下肢的准确生物力学分析是不可能实现的。
捕捉动力学基础
三维数据捕捉
要理解关节反作用力，首先必须理解作用于身体的外部力。嵌入式测力板能够高精度地捕捉地面反作用力（GRF）。
至关重要的是，这些数据是三维的。测力板测量垂直、前后和内外侧方向的力。
“动力学输入”的作用
原始的力数据本身并不能告诉你特定关节的负荷。相反，这些 GRF 测量值充当动力学输入。
这些输入被馈送到生物力学模型中。它们是逆动力学（一种基于外部运动推断内部情况的数学过程）的起点。
将外部力转化为内部负荷
计算关节力
测力板对此分析的主要贡献是推导出内部力。
通过结合精确的 GRF 数据和运动学数据（运动），分析师可以计算出踝、膝和髋关节内的特定反作用力。
确保分析准确性
参考资料强调，这些数据点“直接确保了”分析的准确性。
如果地面力的测量不精确，膝盖或臀部负荷的计算将从根本上出错。高精度测力板消除了这个变量，从而在斜坡行走等高强度活动中提供了关于关节应力的可靠数据。
超越关节力：稳定性和效率
摩擦系数（RCOF）
斜坡行走会改变足部与地面的抓地方式。测力板数据用于计算所需摩擦系数（RCOF）。
该指标有助于确定特定鞋类设计是否能提供足够的抓地力以应对施加的力，从而防止可能改变关节力学的滑倒。
姿势稳定性指数（PSI）
测力板还有助于计算姿势稳定性指数（PSI）。
该指标评估受试者维持平衡的能力。它为关节力学数据提供了背景信息，表明高关节负荷是由于不稳还是受控的动力产生。
数据完整性的关键考虑因素
对精度的依赖
测力板与分析之间的关系是线性的：输入质量决定输出精度。
由于内部关节力是计算而非直接测量，因此 3D GRF 数据中的任何错误都会在最终的关节分析中被放大。低质量的测力板将导致关于膝盖或臀部应力的误导性数据。
鞋类性能的背景化
虽然测力板测量的是人体，但参考资料强调了它们在鞋类性能分析中的特定用途。
在分析关节力时，必须考虑到测力板测量的是“足部+鞋子”的系统。数据反映了鞋类在力传递到动力链之前如何改变地面反作用力。
为您的分析做出正确选择
要有效地利用嵌入式测力板进行斜坡行走分析，请根据您的具体最终目标来调整您的重点。
- 如果您的主要重点是关节健康和负荷：优先考虑垂直和前后方向 GRF 数据的准确性，以推导出膝盖和臀部的精确内部力。
- 如果您的主要重点是鞋类安全和设计：关注计算出的所需摩擦系数（RCOF）和姿势稳定性指数（PSI），以确保鞋子能够支撑用户的生物力学。
外部地面力的精确测量是理解人体运动内部现实的唯一可靠途径。
总结表：
| 指标类别 | 提供的关键数据 | 对分析的贡献 |
|---|---|---|
| 动力学基础 | 3D 地面反作用力（GRF） | 提供垂直、前后和内外侧输入。 |
| 内部负荷 | 关节反作用力 | 能够计算踝、膝和髋关节的特定应力。 |
| 安全与摩擦 | 所需摩擦系数（RCOF） | 确定鞋类是否提供足够的抓地力以实现斜坡稳定性。 |
| 稳定性指数 | 姿势稳定性指数（PSI） | 评估平衡及其对关节负荷分布的影响。 |
| 系统完整性 | 逆动力学建模 | 确保内部负荷推导的数学准确性。 |
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参考文献
- Noor Arifah Azwani Abdul Yamin, Hiroshi Takemura. Correlation between Postural Stability and Lower Extremity Joint Reaction Forces in Young Adults during Incline and Decline Walking. DOI: 10.3390/app132413246
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
