腿能比較測試儀

黎胡晗

中學生在校學習期間，經常要出操、跑步；日常生活中人們也經常進行長跑、短跑等運動項目的鍛煉，促進了人們體能的增強，特別是人體腿部的體能。

但如何進行跑步訓練使腿能發揮到最佳，為運動會尋找到優秀的運動員呢？

基于這一點，我發明了一種“基于跑步效率分析的腿能比較測試儀”。

一、研究目的和設計思路：

1.研究目的：

基于和諧社會人性化的理念，設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分析的系統裝置。

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、體能的正常發揮有很大關系。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律，通過顯示器顯示出來。

②對不同人群考慮個人質量差異，建立一個蹬力與人體質量比較，隨時間變化的關系，從而獲得一個測試者體能狀態變化規律。

二、設計原理與技術方案：

（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據采集器，將力的變化信號轉化為數字信號，傳給數據處理系統。

3.數據比較分析部分工作原理：

采用數據分析比較專用軟件，在同一位座標系中，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量比值隨時間變化曲線；③標準變化曲線（普通人標準曲線，運動員標準曲線）。

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與標準腿能素質的樣差。

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。

（三）研究過程

1.發現與確定課題：

人們對健康越來越重視，生活和工作之余經常加強鍛煉，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，身體素質也提高了，但是按照怎樣的標準進行鍛煉才是最合適、最有益于健康的呢？

針對這種情況，我們調查了學校的體育老師，并且咨詢了相關的醫務工作者，聯系生活實際，最后確定了此課題的研究。

2.確定測試者的參數：

衡量人們體育鍛煉中體能狀態的標準參數有哪些呢？有的說是呼吸，有的說是心跳，還有的說是身體的熱度……根據我們的調查，認為人鍛煉時腳跟對應的步頻與蹬力（足跟對接觸面的蹬地的力度）的參數，即腿能的相關參數，更能反映出人的體能素質。

3.方案討論：

課題確定以后，老師對方案進行了指導，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，但不能保留任何數據；

②利用健身房的跑步機進行測試，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，從而獲得連續的足跟對平臺作用力的信息；

④對信息處理方式進行探討。單獨的蹬力信息曲線不能很直觀地描述人體腿能素質的狀態，通過對資料的查詢，將標準信息比較，從而獲得腿能標準樣差。

對上述的方案確定后，設計制作了整套裝置，多次對測試者進行測試，對裝置進行調試、完善，從而完成了本裝置的模型制作。

三、創新點：

1.設計了一種人體腿能狀態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測評方案。

四、應用范圍：

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自身的體質選擇適當的方案；可以幫助選拔優秀的田徑運動員；有利于學校對學生體育綜合素質的測評。

五、完善設想：

1.改進裝置，使測試更加準確。

2.對人體多項素質（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。

六、收獲與體會：

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

2.發明是實驗的女兒。解決生活中的問題需要綜合運用各學科知識多次進行實驗；創新需要大膽想象，有信心、有勇氣對社會生活進行探討、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，在社會做調查、與群眾打交道，我真正體驗了社會實踐，體驗了科學研究的全過程，增強了探究自然的興趣與環保意識及社會責任感，找到了自己的價值體現。

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。

（指導老師：盧 佳）