CN116399512A - 利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统与方法 - Google Patents

Abstract

一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，包括：配重假人；重心原位检测系统装置，重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端、压力传感器以及动力系统，斜坡测试台包括有固定支架以及与固定支架铰接的可动支架。本发明还提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法。本发明采用配重假人作为负载进行测试，通过力矩平衡原理进行计算获取样品重心位置参数，还可以调整儿童配重假人的姿态或位置以及产品倾斜角度，在调整过程中，可以对重心位置变化进行原位检测，解决了现有技术中儿童滑板车静态稳定性测试方法所存在的不能较好地模拟真实使用场景而导致其对于儿童滑板车稳定性的测试结果可信度较低的问题。

Description

利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统与方法

技术领域

本发明涉及儿童用品性能测试相关技术领域，更具体地说，特别涉及一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统以及一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法。

背景技术

儿童滑板车是一种脚踏的儿童骑行玩具车辆。目前，存在大量儿童在实际道路骑行过程中遇障碍物发生倾翻事故，造成严重摔伤。经缺陷分析得出：滑板车的倾倒与骑行者的重心位置高度密切相关，也就是说如果儿童骑在滑板车上，如果重心较高，那么倾翻事故的发生几率就会相应较高。并且，在儿童滑板车的安全测试标准《GB6675.2玩具安全第2部分：机械与物理性能》中的静态稳定性测试要求：在站立面或座位上加载合适的负荷后在斜面测试样品是否倾倒。虽然在现有技术中绝大多数的儿童滑板车满足上述要求，但是在实际使用过程中，由于儿童重心相对于测试用负荷的重心要高，这就导致虽然儿童滑板车满足上述标准的要求，但是，在实际当中其倾翻事故的发生几率仍然较高。

另外，目前对儿童滑板车静态稳定性进行测试方法如下：将儿童滑板车(加载有负载)静态设置到一个倾角为10°的斜面上，然后观察样品(儿童滑板车)是否发生倾倒。这种稳定性测试方式存在如下问题：1、测试装置结构简单，测试坡面的倾斜角度不可调节；2、采用砝码的负载整体重心交底，与实际儿童骑行情况不符，不能较好的模拟真实使用场景，不能真实的模拟儿童重心高度；3、无法测量儿童滑板车加载负载后的重心位置参数。

由于现有的儿童滑板车静态稳定性进行测试方法存在诸多技术问题(主要是上述的三个技术问题)，导致其对于儿童滑板车稳定性的测试结果可信度较低，无法真实反应儿童滑板车的骑行稳定性。

发明内容

(一)技术问题：

综上所述，如何解决现有技术中儿童滑板车静态稳定性测试方法所存在的不能较好地模拟真实使用场景而导致其对于儿童滑板车稳定性的测试结果可信度较低的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案：

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，在本发明中，该利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统包括：

用于模拟儿童的配重假人，所述配重假人为人形并包括有头部、躯干、手臂以及腿部，所述配重假人的各个关节可活动；

对儿童滑板车进行重心原位检测的重心原位检测系统装置，所述重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端、压力传感器以及动力系统，所述斜坡测试台包括有固定支架以及与所述固定支架铰接的可动支架，所述可动支架的一侧与所述固定支架铰接，所述可动支架的另一侧为活动侧，所述活动侧可相对于铰接点进行翻转，所述动力系统相对于所述固定支架固定设置并与所述可动支架动力连接、用于驱动所述可动支架的翻转，所述压力传感器设置于所述可动支架上、用于获取儿童滑板车各个车轮的压力参数，所述电脑控制终端与所述压力传感器信号连接并与所述动力系统控制连接。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，所述重心原位检测系统装置还包括有角度传感器，所述角度传感器设置于所述斜坡测试台上、用于获取所述可动支架的翻转角度，所述角度传感器与所述电脑控制终端信号连接。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，于所述可动支架的上侧面设置有支撑板，所述支撑板的上侧面为防滑面。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，所述支撑板为木板，所述防滑面为砂纸，所述防滑面固定铺装于所述支撑板上。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，所述压力传感器位置可调地设置于所述支撑板上，所述压力传感器与被测的儿童滑板车的车轮数量一致并与被测的儿童滑板车的车轮对应设置。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，于所述支撑板上设置有限位档块，用于防止儿童滑板车车轮的滚动。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，所述动力系统为丝杆举升系统，所述动力系统包括与举升电机以及丝杆组件，所述举升电机固定设置于所述固定支架上，所述丝杆组件设置于所述固定支架上并与所述可动支架连接，所述举升电机与所述丝杆组件动力连接并可通过所述丝杆组件驱动所述可动支架翻转。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统中，所述头部通过颈部设置于所述躯干上并可相对于所述躯干进行前后倾角的调节；所述手臂包括有大臂以及小臂，所述大臂铰接于所述躯干上，所述小臂铰接于所述大臂上，于所述小臂上设置有手掌；所述腿部包括有大腿以及小腿，所述大腿铰接于所述躯干上，所述小腿铰接于所述大腿上；所述头部内侧设置有头部传感器，所述颈部设置有颈部传感器，所述躯干内设置有三向加速度传感器。

本发明还提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法，在该利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法中，其包括如下步骤：

步骤一、将配重假人放置到被测的儿童滑板车上并调整其姿态、用于模拟儿童的真实骑行姿态；

步骤二、在负载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的负载重心位置参数；

步骤三、在空载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的空载重心位置参数。

优选地，在本发明所提供的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法中，在所述步骤二中，

当被测儿童滑板车为四轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：/>

z坐标值为高度h，

当被测儿童滑板车为三轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：

z坐标值为高度h，

其中，l为儿童滑板车前后轮轮轴的轴距，bf为两个前轮之间的中心轮距，br为两个后轮之间的中心轮距，α为所述可动支架相对于所述固定支架的倾斜角度，m1、m2、m3、m4为儿童滑板车在α＝0°时的压力参数，m1’、m2’、m3’、m4’为儿童滑板车在0°＜α＜90°时的压力参数。

(三)有益效果：

由上述可知，本发明提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统。在本发明中，该利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统包括：用于模拟儿童的配重假人，所述配重假人为人形并包括有头部、躯干、手臂以及腿部，所述配重假人的各个关节可活动；对儿童滑板车进行重心原位检测的重心原位检测系统装置，所述重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端、压力传感器以及动力系统，所述斜坡测试台包括有固定支架以及与所述固定支架铰接的可动支架，所述可动支架的一侧与所述固定支架铰接，所述可动支架的另一侧为活动侧，所述活动侧可相对于铰接点进行翻转，所述动力系统相对于所述固定支架固定设置并与所述可动支架动力连接、用于驱动所述可动支架的翻转，所述压力传感器设置于所述可动支架上、用于获取儿童滑板车各个车轮的压力参数，所述电脑控制终端与所述压力传感器信号连接并与所述动力系统控制连接。此外，本发明还提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法。在该利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法中，其包括：步骤一、将配重假人放置到被测的儿童滑板车上并调整其姿态、用于模拟儿童的真实骑行姿态；步骤二、在负载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的负载重心位置参数；步骤三、在空载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的空载重心位置参数。

本发明提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统统，该系统采用模拟真实儿童的配重假人作为负载进行测试，并通过力矩平衡原理进行计算获取样品重心位置参数。另外，本发明还可以调整儿童配重假人的姿态或位置以及产品倾斜角度，在调整过程中，可以对重心位置变化进行原位检测，避免样品取样和搬运对被测样品造成的干扰。本发明解决了现有技术中儿童滑板车静态稳定性测试方法所存在的不能较好地模拟真实使用场景而导致其对于儿童滑板车稳定性的测试结果可信度较低的问题。另外，本发明还可以保持周围环境不发生改变的前提下，获得同一位置在不同阶段的测试结果，从而研究样品重心位置随负荷或倾斜角度变化的规律及趋势。本发明所提供的检测系统主要用于消费品的可预见合理滥用时发生的伤害机理研究、伤害事故模拟和产品安全评价。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明一种实施例中配重假人的结构示意简图；

图2为本发明一种实施例中配重假人的侧视图；

图3为本发明一种实施例中斜坡测试台的结构示意图；

图4为本发明一种实施例中斜坡测试台与电脑控制终端的结构示意图；

图5为本发明一种实施例中被测儿童滑板车在侧视视角下的模型结构示意图；

图6为本发明一种实施例中被测儿童滑板车为四轮结构时在俯视视角下的模型结构示意图；

图7为本发明一种实施例中被测儿童滑板车为三轮结构时在俯视视角下的模型结构示意图；

图8为本发明一种实施例中被测儿童滑板车模型的受力分析图。

在图1至图4中，部件名称与附图标记的对应关系为：

头部1、躯干2、手臂3、腿部4、电脑控制终端5、动力系统6、

固定支架7、可动支架8。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参考图1至图4，其中，图1为本发明一种实施例中配重假人的结构示意简图；图2为本发明一种实施例中配重假人的侧视图；图3为本发明一种实施例中斜坡测试台的结构示意图；图4为本发明一种实施例中斜坡测试台与电脑控制终端的结构示意图。

本发明提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，在本发明中，该利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统包括两部分，分别是用于模拟儿童的配重假人以及对儿童滑板车进行重心原位检测的重心原位检测系统装置。

第一部分、配重假人。

配重假人用于模拟儿童，具体是从配重假人的身高、体形、重量等方面来模拟真实的儿童，例如身高尺寸在80cm-140cm，重量在20kg-50kg，体形则尽量接近人体各部分的比例。

在本发明的一个具体实施方案中，配重假人为人形结构，配重假人包括有头部1、躯干2、手臂3、腿部4以及颈部，所述配重假人的各个关节可活动，上述的各个关节包括：头部1与颈部的连接关节、颈部与躯干2的连接关节、躯干2上部与下部之间的连接关节(还可以在躯干2上部与下部之间设置腰椎结构)、手臂3与躯干2之间的连接关节、手臂3的大臂与小臂之间的连接关节、手臂3小臂与手掌之间的连接关节、手掌上各个手指的关节、腿部4与躯干2之间的连接关节、腿部4的大腿与小腿之间的连接关节、小腿与脚部的连接关节。

配重假人是一种模拟儿童身体质量分布、主要尺寸与儿童近似和多个主要部位关节可活动的与儿童体态特征近似的试验装置。在对配重假人进行设计时应当至少保证：1、所述头部1可以通过颈部设置于所述躯干2上并可相对于所述躯干2进行前后倾角的调节；2、所述手臂3包括有大臂以及小臂，所述大臂铰接于所述躯干2上，所述小臂铰接于所述大臂上，于所述小臂上设置有手掌；3、所述腿部4包括有大腿以及小腿，所述大腿铰接于所述躯干2上，所述小腿铰接于所述大腿上。另外，本发明还可以在配重假人内部设置传感器，使得配重假人在进行其他测试时(例如儿童滑板车行驶平稳性测试)能够获取使用者层面的数据，为产品提高改进提供数据基础。

所述头部1内侧设置有头部1传感器，所述颈部设置有颈部传感器，所述躯干2内设置有三向加速度传感器。

配重假人的构造如下：

1、配重假人的头部1：由中空的聚氨酯材料构成(与人体头部1结构近似，但是为中空结构)，在头部1内部用金属条进行加固，保证头部1的结构强度，在头部1底部(用于与颈部连接的位置)对应颈部的位置安装块允许头部1互动的结构，这样可以使得头部1绕竖直轴和水平横轴相对颈部转动，在头内重心位置设置有头部1传感器安装块(由聚酰胺材料制造而成)，头部1传感器安装块上可以安装测量装置。

2、配重假人的颈部：配重假人的颈部由六块颈椎聚酰胺块组成，构成颈椎的六个模拟块根据人体颈椎骨骼进行设计(尺寸略小，以复合儿童骨骼尺寸)，最顶部的模拟块通过钢索与头部1连接，下部的五块聚氨酯颈部模拟块之间还嵌有颈椎聚酰胺块，从而形成一个完整的颈部骨骼模拟结构，在颈部骨骼模拟结构的顶端设置有一个由聚酰胺材料制造而成的颈部传感器安装块。

3、配重假人的上躯干2：上躯干2包括一个包裹聚氨酯的T形钢架，在躯干2内，有一根用来通过脊椎钢索的纵管，该钢索由两根带螺纹的短钢棒构成，该钢棒由两根柔性钢索连接到一根带螺纹的中心钢棒，三向加速度传感器可安装在胸腔内。

4、配重假人的腰椎：腰椎总成由两条腰椎连接片和固定在一起的若干尼龙腰椎骨件组成，钢索穿过腰椎骨的竖直孔，腰椎的形状允许上躯干2向前弯曲，但不允许其大幅后向和侧向运动。

5、配重假人的下躯干2：下躯干2由玻璃纤维加固的骨架和包裹其上的聚氨酯构成，该框架支撑臀部套管，钢索将颈部连接块、颈部、上躯干2、腰椎和下躯干2总成保持在一起。

6、配重假人的腹部：腹部是一块柔软的开放式结构聚氨酯泡沫，它能够完全填充腰椎前端和上下躯干2之间的空缺，该柔性塞块代表了儿童腹部柔软的组织，并可用于测量腹部侵入量。

7、配重假人的手臂3：手臂3由铝制或(和)钢制的骨架和包裹其上的聚氨酯构成，上臂通过肩关节球铰链连接至肩膀，下臂通过转动铰链连接至上臂。

8、配重假人的手掌：配重假人的手掌包括有左右手掌，两个手掌均由内置金属骨架和外敷聚氨酯皮肤组成，手掌可以绕下手臂360度旋转。大拇指位置固定不变，食指、中指、无名指和小指为一个整体，在与手掌的链接部位设置有铰链机构，使4个手指整体可以相对手掌弯曲一定角度，手掌空间可以达到30mm以内，并通过锁紧螺钉将4个手指整体定位。

9、配重假人的腿部4：腿部4由铝制或(和)钢制的骨架和包裹其上的聚氨酯构成，大腿通过臀部球铰链连接至臀部，小腿通过转动铰链连接至大腿。

10、配重假人的臀部：臀部的关节安装在骨盆较低的部分。关节可以绕水平轴旋转，也可以用一个万向节使之绕与水平轴有适当夹角的轴旋转，调节与两个轴之间的摩擦力。

11、配重假人的关节：a、膝关节在可调节的摩擦力的作用下，可以使小腿弯曲和伸展；b、肩关节安装于胸部骨架上，定位止动装置允许胳膊回位至两个初始位置；c、肘关节可以使前臂弯曲和伸展。定位止动装置允许前臂回位至两个初始位置；d、腕关节由手部具有C形凹部的圆柱插入小臂的凹槽中，由一颗螺丝插入小臂的凹槽和手部圆柱的C形凹部进行限位，手掌可以绕下手臂3360度旋转。

第二部分、重心原位检测系统装置。

重心原位检测系统装置用于对儿童滑板车进行重心原位检测。

在本发明中，所述重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端5、压力传感器以及动力系统6。斜坡测试台用于固定放置被测试的儿童滑板车，斜坡滑板车还具有改变倾斜角度的功能，从而实现对儿童滑板车在不同倾斜角度下的重心原位检测。电脑控制终端5的主要功能是发出控制指令，改变斜坡测试台的倾斜角度，同时还具有接收压力传感器压力数据并进行运算处理的功能，从而获得儿童滑板车的重心原位数据。压力传感器用于获得儿童滑板车各个车轮的压力。动力系统6是改变斜坡测试台倾斜角度的动力装置。在上述结构中，所述斜坡测试台包括有固定支架7以及与所述固定支架7铰接的可动支架8，所述可动支架8的一侧与所述固定支架7铰接，所述可动支架8的另一侧为活动侧，所述活动侧可相对于铰接点进行翻转，所述动力系统6相对于所述固定支架7固定设置并与所述可动支架8动力连接、用于驱动所述可动支架8的翻转，所述压力传感器设置于所述可动支架8上、用于获取儿童滑板车各个车轮的压力参数，所述电脑控制终端5与所述压力传感器信号连接并与所述动力系统6控制连接。

具体地，在本发明中，重心原位检测系统装置的构造如下：重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端5、压力传感器、角度传感器以及举升电机。斜坡测试台采用厚度为4mm钢板骨架制成，上方安装1400*1200mm松木板，松木板铺装80目砂纸，可承重约300公斤。斜坡测试台配有防滚动的限位档块。斜坡测试台包括有固定支架7以及可动支架8，固定支架7水平固定设置，可动支架8的一侧与固定支架7铰接，可动支架8的另一侧为活动侧，可相对于铰接点(可动支架8与固定支架7的铰接点)进行翻转。在固定支架7上设置了举升电机，举升电机安装于斜坡测试台下方(相对于固定支架7固定设置)，带动丝杆推动斜坡(可动支架8)一侧进行举升，使斜坡一侧逐渐升高并产生倾斜角度。斜坡角度由角度传感器进行测量，角度传感器安装在斜坡下方，具体是安装在固定支架7与可动支架8的铰接点处。本发明还设置有四个压力传感器，压力传感器安装在斜坡测试台上，分别用于测量产品在不同角度受到的压力。并且，四个压力传感器水平与竖直方向可调，用于适配不同轴距与轮距的样品。电脑控制终端5与举升电机、角度传感器、压力传感器相连接。根据力矩平衡原理通过倾斜角度与各车轮在不同角度的质量参数计算出重心位置数据并进行输出显示。

为了实现斜坡测试台倾斜角度的精准控制，所述重心原位检测系统装置还设置有角度传感器，角度传感器是一种能够进行角度测量的装置，所述角度传感器设置于所述斜坡测试台上、用于获取所述可动支架8的翻转角度，所述角度传感器与所述电脑控制终端5信号连接。

由上述可知，所述斜坡测试台包括有固定支架7以及与所述固定支架7铰接的可动支架8，固定支架7采用水平固定设置，一般情况下是固定设置在地面上，可动支架8与固定支架7铰接可相对于水平面进行翻转以实现其倾斜角度的变化。

具体地，在本发明中，固定支架7包括有两条由金属制成的方管结构，两条固定支架7方管结构平行且间隔设置，固定支架7方管结构的一端设置有套管，在靠近固定支架7方管结构的另一端设置有安装槽，在安装槽内设置了气缸，或者液压缸，或者其他结构形式的动力系统6(丝杆举升系统)。可动支架8包括有可动支架8矩形框架，可动支架8矩形框架的一个长边侧的两端通过铰接轴装配到固定支架7的套管上，从而实现可动支架8矩形框架相对于固定支架7之间的铰接，在可动支架8矩形框架的上侧面设置有与其(可动支架8矩形框架)长边侧平行的限位挡块，用于防止被测的儿童滑板车发生滑动。通过对固定支架7以及可动支架8的结构、尺寸设计，能够使得可动支架8在放平后其与水平面之间的夹角为0°，即可动支架8完全放平。

进一步地，本发明在所述可动支架8的上侧面设置有支撑板，支撑板的上侧面为平面，所述支撑板的上侧面为防滑面，用于防止被测的儿童滑板车发生滑动。

具体地，所述支撑板为木板，所述防滑面为砂纸，所述防滑面固定铺装于所述支撑板上。支撑板为木板，其整体质量较轻且具有较高的结构强度，当然支撑板也可以为金属板或者硬质塑料板。于所述支撑板上设置有限位档块，用于防止儿童滑板车车轮的滚动。

本发明在可动支架8上设置了压力传感器，用于获取儿童滑板车各个车轮的压力，从而通过计算确定儿童滑板车的重心原位。具体地，所述压力传感器位置可调地设置于所述支撑板上，所述压力传感器与被测的儿童滑板车的车轮数量一致并与被测的儿童滑板车的车轮对应设置。支撑板上可以根据常规的几种儿童滑板车的结构在支撑板上设置压力传感器安装槽，这样可以根据不同类型、尺寸的儿童滑板车调整压力传感器的位置。

具体地，所述动力系统6为丝杆举升系统，所述动力系统6包括与举升电机以及丝杆组件，所述举升电机固定设置于所述固定支架7上，所述丝杆组件设置于所述固定支架7上并与所述可动支架8连接，所述举升电机与所述丝杆组件动力连接并可通过所述丝杆组件驱动所述可动支架8翻转。

请参考图5至图7，其中，图5为本发明一种实施例中被测儿童滑板车在侧视视角下的模型结构示意图；图6为本发明一种实施例中被测儿童滑板车为四轮结构时在俯视视角下的模型结构示意图；图7为本发明一种实施例中被测儿童滑板车为三轮结构时在俯视视角下的模型结构示意图。

基于上述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，本发明还提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法。该检测方法包括：步骤一、将配重假人放置到被测的儿童滑板车上并调整其姿态、用于模拟儿童的真实骑行姿态；步骤二、在负载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的负载重心位置参数；步骤三、在空载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的空载重心位置参数。

具体地，在所述步骤二中：

当被测儿童滑板车为四轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：/>

z坐标值为高度h，

当被测儿童滑板车为三轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：

z坐标值为高度h，

其中，l为儿童滑板车前后轮轮轴的轴距，bf为两个前轮之间的中心轮距，br为两个后轮之间的中心轮距，α为所述可动支架8相对于所述固定支架7的倾斜角度，m1、m2、m3、m4为儿童滑板车在α＝0°时的压力参数，m1’、m2’、m3’、m4’为儿童滑板车在0°＜α＜90°时的压力参数。

本发明的具体测试步骤如下：

第一步，配重假人的姿态调整。以儿童滑板车为例，将配重假人放置在滑板车上，并按规定进行假人姿态和关节调节，使假人身体躯干2和腿部4在一个纵轴上，肘部弯曲，使躯干2和把横杆的水平距离小于10cm，手部能够握住滑板车把横杆两侧，头部1前倾并与躯干2纵轴成10°，配重假人的左脚踩踏在滑板车脚踏板的最前端，右小腿向后弯曲10°，使右脚离开桥踏板，用于模拟儿童真实的滑行姿态。

第二步，负载状态下儿童滑板车重心位置测量。在进行重心位置测量时，首先调整四个压力传感器(被测的儿童滑板车为四轮)，使其位置分别位于车轮下方以便进行质量测量。其次在电脑控制终端5设置斜坡测试台(也就是可动支架8)的倾斜角度，使得可动支架8处于水平位置。随后在电脑控制终端5测得四个车轮的重量m1、m2、m3、m4。再次设置电脑控制终端5使斜坡(可动支架8)升高倾斜至某一角度α(可动支架8相对于固定支架7的角度α)，再次测量四个车轮的重量m1’、m2’、m3’、m4’。压力传感器将测得的数值回传至电脑控制终端5进行处理，经计算后得到重心位置，并实时显示在电脑控制终端5上。

第三步，空载状态下儿童滑板车重心位置测量。将儿童配重假人从儿童滑板车上去掉，按照上述的步骤二测量滑板车的重心位置。

负载状态下儿童滑板车重心位置或空载状态下儿童滑板车重心位置的计算方法如下：

注：下述的计算方法为四轮儿童滑板车的重心位置计算方法，三轮的儿童滑板车计算方法相同。

将斜坡测试台进行模型简化，当车辆水平放置时，四个压力传感器所得的数据分别为m₁、m₂、m₃、m₄。l为前后轮轮轴轴距，b_f为前轮中心轮距，br为后轮中心轮距，根据力矩平衡原理：

(m₁+m₂)(l-x)＝(m₃+m₄)x

m₁l-m₁x+m₂l-m₂x＝m₃x+m₄x

(m₁+m₂+m₃+m₄)x＝(m₁+m₂)l

即当水平放置时，以后部轮轴中心为原点的平面纵向重心位置x：

上式中M为儿童滑板车的整体质量。

滑板车为三轮结构，即当水平放置时，以后部轮轴中心为原点的平面纵向重心位置x：

(m₁+m₂)(l-x)＝m₃x

由力矩平衡原理：

m₁b_f+m₃b_r-m₂b_f-m₄b_r＝2(m₁+m₂+m₃+m₄)y

b_f(m₁-m₂)+br(m₃-m₄)＝2(m₁+m₂+m₃+m₄)y

即当水平放置时，以后部轮距中心为原点的平面横向质心位置：

滑板车为三轮结构，即当水平放置时，以后部轮距中心为原点的平面横向质心位置：

如果bf＝br(即前部与后部的轮距相等)，则

前部抬高后，重心为G，斜面平台上4个传感器测得的值分别为m1’、m2’、m3’、m4’，由力矩平衡原理可得：

抬高前部时，在新坐标系ηoζ中：直线GD的斜率k＝tan(90°-α)＝cotα；D点的坐标为

由直线的点斜式y-y₀＝k(x-x₀)可得：GD直线的方程：/>

请参考图8，图8为本发明一种实施例中被测儿童滑板车模型的受力分析图。

由图8可知，GB即为倾斜时样品重心的高，G点横坐标即为线段OB的距离，因此G点坐标为(OB,G_y)。

由图8可知

因此/>

因此G点坐标为/>

将G点坐标带入GD直线方程，可得G点纵坐标：

因此重心高度：

当滑板车为三轮结构，即当水平放置时，重心高度h为：

在上述公式中，前后轮轮轴轴距l，前轮中心轮距bf，后轮中心轮距br，三个参数需通过合适的测量工具测量，并需手动输入到电脑控制终端5；m1、m2、m3、m4、m1’、m2’、m3’、m4’，由压力传感器测量，由电脑控制终端5自动采集；倾斜角度a由角度传感器测量，由电脑控制终端5自动采集。

当被测儿童滑板车为三轮时，由电脑控制终端5通过公式1、2、3运算获得样品重心位置参数x/y/h，且参数随m1、m2、m3、m4、和角度a的变化而变化，实现对重心位置的原位检测。

使用用于模拟儿童的配重假人进行儿童滑板车稳定性测试，相比于传统的利用砝码负载进行测试的方式，更能接近产品实际使用情景，测试结果更具说服力，采用配重假人后，滑板车与负载的重心高度与位置和真人接近，这样测试可获取滑板车的重心位置参数，其对于产品的缺陷机理分析至关重要。

基于上述结构设计，本发明所提供的测试系统与测试方法可以对儿童滑板车进行静态稳定性模拟测试，测试倾斜角度可根据需要进行自动设置。另外，本发明采用可模拟儿童的配重假人，可获取儿童滑板车的重心位置参数，可对样品重心位置随负荷或倾斜角度的变化进行实时跟踪测量，为研发或缺陷机理提供数据支撑。

本发明提供了一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统统，该系统采用模拟真实儿童的配重假人作为负载进行测试，并通过力矩平衡原理进行计算获取样品重心位置参数。另外，本发明还可以调整儿童配重假人的姿态或位置以及产品倾斜角度，在调整过程中，可以对重心位置变化进行原位检测，避免样品取样和搬运对被测样品造成的干扰，本发明可以保持周围环境不发生改变的前提下，获得同一位置在不同阶段的测试结果，从而研究样品重心位置随负荷或倾斜角度变化的规律及趋势。本发明所提供的检测系统主要用于消费品的可预见合理滥用时发生的伤害机理研究、伤害事故模拟和产品安全评价。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，包括：

用于模拟儿童的配重假人，所述配重假人为人形并包括有头部(1)、躯干(2)、手臂(3)以及腿部(4)，所述配重假人的各个关节可活动；

对儿童滑板车进行重心原位检测的重心原位检测系统装置，所述重心原位检测系统装置包括有斜坡测试台、电脑控制终端(5)、压力传感器以及动力系统(6)，所述斜坡测试台包括有固定支架(7)以及与所述固定支架铰接的可动支架(8)，所述可动支架的一侧与所述固定支架铰接，所述可动支架的另一侧为活动侧，所述活动侧可相对于铰接点进行翻转，所述动力系统相对于所述固定支架固定设置并与所述可动支架动力连接、用于驱动所述可动支架的翻转，所述压力传感器设置于所述可动支架上、用于获取儿童滑板车各个车轮的压力参数，所述电脑控制终端与所述压力传感器信号连接并与所述动力系统控制连接。

2.根据权利要求1所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

所述重心原位检测系统装置还包括有角度传感器，所述角度传感器设置于所述斜坡测试台上、用于获取所述可动支架的翻转角度，所述角度传感器与所述电脑控制终端信号连接。

3.根据权利要求1所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

于所述可动支架的上侧面设置有支撑板，所述支撑板的上侧面为防滑面。

4.根据权利要求3所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

所述支撑板为木板，所述防滑面为砂纸，所述防滑面固定铺装于所述支撑板上。

5.根据权利要求3所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

所述压力传感器位置可调地设置于所述支撑板上，所述压力传感器与被测的儿童滑板车的车轮数量一致并与被测的儿童滑板车的车轮对应设置。

6.根据权利要求3所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

于所述支撑板上设置有限位档块，用于防止儿童滑板车车轮的滚动。

7.根据权利要求1所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

所述动力系统为丝杆举升系统，所述动力系统包括与举升电机以及丝杆组件，所述举升电机固定设置于所述固定支架上，所述丝杆组件设置于所述固定支架上并与所述可动支架连接，所述举升电机与所述丝杆组件动力连接并可通过所述丝杆组件驱动所述可动支架翻转。

8.根据权利要求1所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测系统，其特征在于，

所述头部通过颈部设置于所述躯干上并可相对于所述躯干进行前后倾角的调节；

所述手臂包括有大臂以及小臂，所述大臂铰接于所述躯干上，所述小臂铰接于所述大臂上，于所述小臂上设置有手掌；

所述腿部包括有大腿以及小腿，所述大腿铰接于所述躯干上，所述小腿铰接于所述大腿上；

所述头部内侧设置有头部传感器，所述颈部设置有颈部传感器，所述躯干内设置有三向加速度传感器。

9.一种利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法，其特征在于，包括：

步骤一、将配重假人放置到被测的儿童滑板车上并调整其姿态、用于模拟儿童的真实骑行姿态；

步骤二、在负载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的负载重心位置参数；

步骤三、在空载状态下对儿童滑板车的重心位置进行测量，通过获取被测儿童滑板车的各个车轮的压力，通过力矩平衡原理进行计算获取被测儿童滑板车的空载重心位置参数。

10.根据权利要求9所述的利用配重假人模拟儿童的重心原位检测方法，其特征在于，

在所述步骤二中，

当被测儿童滑板车为四轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：/>

z坐标值为高度h，

当被测儿童滑板车为三轮结构时，在以儿童滑板车的后部轮轴中心为原点的平面纵向的坐标系中，被测儿童滑板车重心位置的x坐标值为：

y坐标值为：

z坐标值为高度h，

其中，l为儿童滑板车前后轮轮轴的轴距，bf为两个前轮之间的中心轮距，br为两个后轮之间的中心轮距，α为所述可动支架相对于所述固定支架的倾斜角度，m1、m2、m3、m4为儿童滑板车在α＝0°时的压力参数，m1’、m2’、m3’、m4’为儿童滑板车在0°＜α＜90°时的压力参数。

Images