嵌入式测力板安装在楼梯踏板中，可作为精确的生物力学传感器。 它们的应用价值在于能够捕捉与用户步态周期同步的地面反作用力 (GRF) 数据。这使得能够精确识别触地和离地动力学，这对于计算关节力矩和分析下肢的机械负荷至关重要。
通过将力测量直接集成到行走表面，研究人员可以将特定的楼梯尺寸与身体所承受的物理应力联系起来，从而能够精确计算质心控制和关节负荷。
捕捉攀爬动力学
要理解这项技术的价值，必须超越简单的计步。这些测力板揭示了在楼梯上下过程中机械负荷最重的阶段所起作用的无形力。
同步力采集
这些嵌入式测力板的主要功能是实时收集地面反作用力数据。
与估计力的可穿戴传感器不同，这些测力板测量脚与楼梯之间的实际相互作用。这些数据与行走过程严格同步，以确保准确性。
识别瞬时动力学
爬楼梯涉及重心分布的快速变化。
嵌入式测力板使分析人员能够精确地确定触地和离地的确切时刻。准确识别这些时间事件是剖析步态周期阶段的第一步。
从原始数据到生物力学见解
当原始力数据被置于特定情境中时，其价值会大大增加。此应用真正强大的地方在于其模拟身体如何管理负荷的能力。
计算关节力矩
当测力板数据与运动捕捉数据结合时，可以计算关节力矩。
此指标揭示了特定关节（如膝盖或脚踝）产生的扭矩或用力程度。它将外部力数据转化为对内部关节应力的理解。
分析质心 (CoM) 控制
楼梯上的稳定性取决于一个人如何控制其质心。
通过将力矢量与身体位置相关联，研究人员可以评估平衡和稳定性策略。这对于理解跌倒风险或一个人攀爬技术的效率至关重要。
评估机械负荷和楼梯尺寸
最终的应用价值在于确定不同的楼梯尺寸如何影响身体。
通过改变踏板高度或深度并观察力矩和关节力矩的变化，设计师可以优化楼梯以提高安全性和人体工程学。
操作注意事项和限制
尽管功能强大，但嵌入式测力板的应用依赖于特定的环境条件才能产生有效结果。
数据集成要求
仅凭测力板无法讲述全部故事。
为了有效地计算关节力矩或质心控制，该系统必须与运动捕捉技术配对。没有运动学数据（运动追踪），力数据就缺乏深入生物力学分析所需的背景。
安装的特异性
参考资料指出，测力板安装在特定的楼梯踏板中，不一定是整个楼梯。
这意味着分析通常仅限于特定的台阶（通常在楼梯中间）以捕捉稳态步态。必须仔细规划数据收集，以确保受试者干净利落地踩在仪器化的踏板上。
如何将此应用于您的项目
这项技术的价值在很大程度上取决于您是在评估人还是基础设施。
- 如果您的主要重点是人体工程学和建筑： 使用数据将机械负荷与不同的楼梯尺寸相关联，以设计更安全、更舒适的基础设施。
- 如果您的主要重点是临床康复： 关注关节力矩和质心控制，以识别下肢受伤后康复的患者的不对称性或稳定性缺陷。
通过将外部力与内部身体力学同步，嵌入式测力板提供了优化人类表现和楼梯设计的决定性数据。
总结表：
| 应用特征 | 生物力学价值 | 关键数据输出 |
|---|---|---|
| 力收集 | 实时 GRF 测量 | 地面反作用力 (GRF) |
| 时间事件 | 精确步态周期阶段 | 触地与离地时间 |
| 逆动力学 | 评估内部关节应力 | 关节力矩（扭矩） |
| 稳定性分析 | 评估平衡策略 | 质心 (CoM) 控制 |
| 人体工程学设计 | 优化楼梯尺寸 | 机械负荷相关性 |
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参考文献
- Malarvizhi Ram, Thomas D. O’Brien. Stair-Fall Risk Parameters in a Controlled Gait Laboratory Environment and Real (Domestic) Houses: A Prospective Study in Faller and Non-Faller Groups. DOI: 10.3390/s24020526
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