一种重心测量装置及重心测量方法与流程

本发明涉及重心测量技术领域，具体涉及一种重心测量装置及重心测量方法。

背景技术：

头盔是人体头部重要的防护装备，广泛应用于军事、交通、体育等领域。头盔重心对使用安全影响很大，与头部重心吻合则佩戴舒适、稳定、安全，否则易诱发颈肌疲劳甚至损伤。精确测量头盔重心，对评价、使用和改进头盔设计具有重要意义。头盔是形状极不规则、材质很不均匀的空腔物体，必要时还需安装耳机、面罩、显示器、夜视镜等附加装置；头盔重心需以人头部重心为参考点进行精准测量，因此，测量时头型是头盔重心测量的关键部件之一。

头盔重心测量采用的原理，都是基于理论力学的静力平衡原理，有两支点平衡的，也有三支点平衡的。如中国专利文献cn106768632a，公开了一种高精度头盔质量特性测量系统及其测量方法，测量系统包括头模框架、质心测量平台、磁悬浮转动惯量测量平台、磁悬浮控制器、数据采集系统、计算机、数据处理计算软件以及转动惯量标准试件。该测量系统结构复杂，制造成本高，使用不方便，测量方法也比较复杂。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中头盔重心的测量系统结构复杂，制造成本高，使用不方便的缺陷，从而提供一种结构简单，制造成本低，使用方便的重心测量装置，以及使用该重心测量装置的重心测量方法。

为解决上述问题，本发明的重心测量装置，包括质量测量件、调平件、力矩板和活动架。质量测量件具有一个或者两个；调平件具有一个，独立设置或与对应的所述质量测量件之一连接，用于调节高度；力矩板两端分别放置在所述质量测量件上，或一端放置在所述质量测量件上，另一端放置在所述调平件上，所述调平件调节高度使得力矩板水平设置；活动架下端安装在所述力矩板上，所述活动架上端具有安装部，所述活动架相对所述力矩板按照设定方式移动，所述安装部用于安装待测件。

所述活动架的下端设置有与所述力矩板平行设置且安装在所述力矩板上的转动板，所述转动板上具有设定角度的环形槽，所述力矩板上安装有穿设于所述环形槽的限位件，转动所述活动架，所述限位件在所述环形槽中移动，限制所述活动架的转动范围。

所述活动架上设置有能够按照设定角度弯曲的转动关节，所述安装部和所述转动板分别位于所述转动关节的两端，弯曲所述转动关节，所述安装部相对所述力矩板转动设定角度。

所述环形槽的设定角度为90度，所述转动关节弯曲的设定角度为90度。

所述质量测量件具有一个，所述调平件具有一个且独立设置，所述力矩板的两端分别放置在所述质量测量件上和所述调平件上。

所述调平件上设置有限制所述力矩板位置的限位部。

所述安装部为安装在所述活动架上的头型，所述待测件为头盔。

所述质量测量件为电子秤。

本发明的重心测量方法，包括如下步骤，s1，使用电子秤秤量待测件的重量，记录为w；s2，将力矩板的两端分别放置在质量测量件和调平件上，调节所述调平件的高度使所述力矩板水平设置；s3，选择适合的安装部，并选择安装部相对所述力矩板的位置后，将所述质量测量件清零；s4，将待测件安装在所述安装部上，读取质量测量件上的读数，记为f；s5，计算所述待测件在所述力矩板上的重心位置x3，x3＝f×l/w，其中，l为力矩板两端的长度；重复上述步骤s3－s5，测量安装部相对所述力矩板的其他位置时，所述待测件在所述力矩板上的重心位置。

所述待测件为头盔，所述安装部为头型，在所述步骤s1之前，还包括，建立头型坐标系，以头型的眼耳平面为基础平面，头型的两耳屏点连线中点为头型坐标原点，眼的正前方为x轴方向，竖直方向为z轴方向，垂直于x轴和z轴的直线为y轴；建立力矩板坐标系，以力矩板一端的中点为力矩板坐标原点，力矩板坐标系的坐标轴x1、y1和z1分别与头型坐标系的坐标轴x、y和z平行；将头型安装在活动架后，计算或测量头型的坐标原点在力矩板坐标系中x1方向的位置为x4；在s5步骤后还包括步骤s6，s6，计算头盔在头型坐标系的重心位置x5，x5＝x3－x4；重复上述步骤s3－s6，分别测试头型相对所述力矩板在x1轴方向弯曲90度、相对所述力矩板在x1轴方向转动90度时的头盔重心，得到所述头盔在所述头型坐标系的重心位置。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明的重心测量装置，包括质量测量件、调平件、力矩板和活动架。质量测量件具有一个或两个；调平件具有一个，独立设置或者与对应的所述质量测量件之一连接，用于调节高度；力矩板的两端分别放置在所述质量测量件上，或一端放置在所述质量测量件上，另一端放置在所述调平件上，所述调平件调节高度使得力矩板水平设置；活动架下端安装在所述力矩板上，上端具有安装部；活动架相对所述力矩板按照设定方式移动，所述安装部用于安装待测件。活动架相对所述力矩板位于不同的方位，可以测量待测件处于力矩板不同方位的重心，如所述待测件正向放置时，测得的重心位置为待测件正向放置时相对力矩板的位置，所述待测件侧向放置时，测得的重心位置为待测件侧向放置时相对力矩板的位置，即根据需求可以测得相对力矩板的三个方位的重心位置，将相对力矩板上的重心位置换算成在安装部上的重心位置，可以精确得到所述待测件相对安装部在空间中的重心位置，即测得的重心位置可以为一个具体的点。因此，本发明的重心测量装置测得的重心位置更加精准。而且，重心测量装置的结构简单，部件少且为机械结构连接，制造成本低，使用方便。

2.本发明的重心测量装置，所述环形槽的设定角度为90度，所述转动关节弯曲的设定角度为90度，待测件相对力矩板具有三个相对方位，分别是竖直方向、转动90度和弯曲90度，即测得的重心位置为待测件在三维坐标系中的重心位置，使用三维坐标系能够方便和准确的记录和测量待测件的重心位置。

3.本发明的重心测量装置，限位部的设置使得力矩板从调平件上拿下来再放上去时，力矩板可以放置在同一个位置，减少因操作误差导致的重心测量的不准确。

4.本发明的重心测量方法，建立三维的头型坐标系和力矩板坐标系，测量的头盔重心是在力矩板坐标系中的重心，经过换算成头型坐标系的重心，头型为模拟人体头部，头型的重心与人体头部的重心相吻合，测得头盔在头型坐标系的重心，可以判断和评价头盔的质量分布，利于使用和改进头盔的设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的重心测量装置未安装待测件时的主视图；

图2为本发明的重心测量装置安装待测件后立体图的示意图；

附图标记说明：

1－质量测量件；2－力矩板；21－限位件；22－力矩板支撑端；3－调平件；31－限位部；4－活动架；41－转动关节；42－转动板；43－环形槽；5－头盔；6－头型。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本实施例的重心测量装置，如图1和图2所示，包括质量测量件1、力矩板2、调平件3和活动架4。

质量测量件1设置有一个，用于测量质量，质量测量件1的选用装置范围比较广泛，如电子秤、压力计等。

调平件3也设置有一个，独立设置，用于调节高度，调平件3的选用范围也比较广泛，如电动升降支臂、千斤顶等。

力矩板2的一端放置在所述质量测量件1，另一端放置在所述调平件3上，用所述调平件3调节高度使得力矩板2水平设置。力矩板2在使用过程中，可能需要多次将力矩板2从质量测量件1和调平件3上拿下来再放上去，为了使得力矩板2每次都放置在同一位置，在所述调平件3上设置有限制所述力矩板2位置的限位部31。力矩板2的下端具有支撑端22，支撑端22的厚度较薄，一般不超过1.5mm，本实施例中，支撑端22的厚度选为1mm。

作为可变换的实施方式，当力矩板2的两端都放置在质量测量件1上时，在质量测量件1之一的下侧安装有调平件，也是通过调平件来使得力矩板2水平设置。

活动架4安装在所述力矩板2上，所述活动架4包括安装部、转动板42和转动关节41。

安装部设置在活动架4的上端，用于安装待测件，所述安装部随活动架一起相对所述力矩板2能够按照设定方式移动。

所述转动板42设置在所述活动架4的下端，与所述力矩板2平行设置且与所述力矩板2连接，也就是说，活动架4通过转动板42安装在力矩板2上，并能够相对力矩板2旋转。所述转动板42上具有设定角度的环形槽43，所述力矩板2上安装有穿设于所述环形槽43的限位件21，转动所述活动架4时，转动板42相对力矩板2转动，所述限位件21在所述环形槽43中移动，限制所述活动架4的转动范围。

转动关节41位于安装部和转动板42之间，能够按照设定角度弯曲。弯曲所述转动关节41，所述安装部相对所述力矩板2转动设定角度。

通常在记录空间位置时使用三维坐标系进行记录，因此，本实施例中，重心测量装置也采用三维坐标系来测量待测件的重心，因此，所述环形槽43的设定角度为90度，所述转动关节41弯曲的设定角度为90度。

重心测量装置可以测量待测件的重心，且测量的重心为空间的一个点，测量的重心非常的准确，而且，结构简单，操作方便，测量的待测件的范围广。重心测量装置用来测量头盔5的重心时，安装部为模拟人体头部的头型6。测量头盔5的重心可以对头盔5的质量分布进行判断，当头盔5的重心与人体头部重心吻时，头盔5佩戴舒适、稳定、安全，不易诱发颈肌疲劳和损伤。

实施例二：

本实施例的重心测量方法，用到实施例一中的重心测量装置。测量时，以测量头盔5进行描述，重心测量方法包括如下步骤。

首先，为了准确记录和描述头盔5的重心，建立头型坐标系和力矩板坐标系。

头型坐标系以头型6的眼耳平面为基础平面，头型6的两耳屏点连线中点为头型6坐标原点，眼的正前方为x轴方向，竖直方向为z轴方向，垂直于x轴和z轴的直线为y轴方向。

力矩板坐标系以力矩板2一端的中点为力矩板2坐标原点，力矩板坐标系的坐标轴x1、y1和z1分别与头型坐标系的坐标轴x、y和z平行；将头型6安装在活动架4后，计算头型6的坐标原点在力矩板坐标系中x1方向的位置为x4。按照下述步骤测量。

s1，使用电子秤秤量头盔5的重量，记录为w。

s2，将力矩板2的两端分别放置在质量测量件1和调平件3上，调节所述调平件3的高度使所述力矩板2水平设置。

s3，选择适合尺寸的头型6，并选择头型6相对所述力矩板2的位置后，将所述质量测量件1清零，本实施例中先测量头盔5在x轴方向的重心位置。

s4，将头盔5安装在所述头型6上，读取质量测量件1上的读数，记为f。

s5，计算所述头盔5在所述力矩板坐标系中的重心位置x3，x3＝f×l/w，其中，l为力矩板2两端的长度。

s6，计算头盔5在头型坐标系的重心位置x5，x5＝x3－x4。

将转动关节41弯曲90度角时，重复上述步骤s3－s6，为测量头盔5在z轴方向的重心位置；将活动架4转动90度角时，重复上述步骤s3－s6，测量头盔5在y轴方向的重心位置。通过上述步骤，可以精确得到头盔5的重心位置，并将重心位置定位为一个点，测量的重心位置更加的准确。

在安装头型6和头盔5时，可以将力矩板2从质量测量件1和调平件3上取下，安装头型6和头盔5后再安放上去。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。