Konstruktionsmerkmale einer Mehrkomponentenkraftmeßplattform für Fragestellungen in der Orthopädie

Zusammenfassung

Für viele orthopädische Fragestellungen ist die Kenntnis der beim Gehen unter den Füßen auftretenden Kräfte und Momente diagnostisch von großer Bedeutung. In vielen Kliniken sind daher handelsübliche Mehr-Komponenten-Kraftmeßplatten, die meist mit Kraftaufnehmern auf piezoelektrischer Basis ausgerüstet sind, installiert. Da diese Meßplattformen auch für Anwendungen im Sport konzipiert sind, wo bekanntlich sehr hohe Kräfte kurzer Dauer bis zu 15 kN auftreten, zeichnen sie sich durch einen sehr großen Meßbereich und eine hohe Resonanzfrequenz aus.

Für klinische Fragen an meist behinderten Personen sind derartig hohe Qualifikationen in Bezug auf Meßbereich und Resonanzfrequenz nicht erforderlich. Andererseits ist die Meßgenauigkeit handelsüblicher Platten bei sehr geringer Vertikalbelastung, wie sie z. B. am Ende der Standphase auftreten, für einige orthopädische Fragen unzureichend. Unter diesen Bedingungen kann u. a. die Position des Kraftangriffspunktes auf der Platte oder das Drehmoment um den Kraftangriffspunkt nicht oder nur unzureichend gemessen werden. Wir konstruierten daher eine Mehr-Komponenten-Meßplattform, die speziell den Anforderungen in der orthopädischen Klinik angepaßt wurde. Sie bietet auch bei geringer Belastung eine hohe Meßgenauigkeit, hat einen Meßbereich von ca. 2,5 kN in Vertikalrichtung und eine Resonanzfrequenz von > 140 Hz. Die Meßplatte zeichnet sich außerdem durch einen vergleichsweise sehr geringen Kaufpreis aus.

Abstract

For many orthopedic problems it is very important to know the forces and moments under the feet during walking.

In many hospitals commercial force plates measuring several components of force and moments by piezo - force transducers are installed. These equipments have wide ranges and high resonant frequencies allowing to record high forces with high slew rates as e.g. in sports. Such wide ranges and high resonant frequencies are not necessary during the investigation of handicapped patients in orthopedics. However when measuring the small vertical forces e.g. at the end of the stance phase during walking, the resolution of the commercial equipment is unsufficient. So it is not possible to determine the exact position of the force vector or the moments.

Therefore we developed a low cost force plate according to the wants of orthopedic investigations. It has a high resolution even when measuring small loads, a range up to 2.5 kN in vertical direction and a resonant frequency > 140 cycles/s.