CN108542398A - 一种地表步态及平衡检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地表步态及平衡检测装置，它涉及人体步态与平衡评测技术领域。所述装置包括步态检测踏板1、压力传感模块2，数据线3、数据采集模块4，智能终端5及指令控制模块6。所述压力传感模块2由支撑架7、分布在支撑架7四端的压力传感器8和组合支撑架的铰接装置9构成。所述智能终端5设计有基于Unity3D人体步态及平衡训练虚拟游戏平台，所述指令控制模块6主要包含Kinect体感摄像机。所述装置结构简单，使用方便，节约空间，可快速准确评测人体地表步态及平衡状况，实现人体特征识别；同时，结合人机交互技术，提高人体步态及平衡训练过程的趣味性，缩短患者康复训练周期。

Description

一种地表步态及平衡检测装置
技术领域
本发明涉及人体步态与平衡检测装置领域，具体涉及一种地表步态与平衡检测装置设计及使用方法。
背景技术
老年人、中风患者、帕金森症患者是现社会一个庞大的群体，身体活动能力有限，平衡能力存在一定的不足，严重的甚至威胁到人身安全。地表步态检测可以准确评估人体的平衡能力，为受试者人身安全给出提前预警。对于存在平衡问题的人群，主动的交互式平衡训练可以更好地锻炼其人体平衡能力，有效提高身体的平衡性。对步态患者而言，细微的脚步不协调和步态姿势不正确很难被医生及自身发现，一旦不及时纠正，这些错误很可能成为一种习惯，且很难再次纠正，使其存在跌倒等风险。
人体步态是大范围的生物特征，是人体结构与功能、心理活动、运动系统以及行为在行走时的外在表现。与人脸相比，步态特征相对容易获取，可高效地实现准确人体特征识别。
本专利是通过测量步距、步速、步频和重心轨迹等数据来判断人体步态及平衡情况，与通过卷尺、秒表、量角器等测量工具及步行过程中所留下的脚印作为测量依据的传统测量方法相比，检测效率高，准确性好。
现有的步态及平衡测试器材结构复杂，占用空间大，成本高昂，且不能同时进行人体步态及平衡评测、人体步态识别、交互人体步态及平衡训练。因此，有必要设计一种结构简单，使用方便，节约空间，成本低廉，可以快速准确地获取步态数据，具有多种用途的地表步态及平衡测试装置。本装置可以实现大范围的人体特征识别（如性别、年龄等），也可对受试者的步态及平衡状况进行评估。此外，本装置还设计有适合人体步态及平衡训练的虚拟现实游戏，引导患者完成步态及平衡训练活动，提高患者康复过程的趣味性，有助于缩短人体康复训练周期。
因此，本发明针对现有步态及平衡检测技术的不足，发明了一种地表步态及平衡检测装置。
发明内容
本发明的目的是设计一种新型地表步态及平衡检测装置，结构简单，设计新颖，使用方便，节约空间，可快速准确地获得不同人的多种步态及平衡信息。
为解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：所述的装置包括步态检测踏板1、压力传感模块2、数据连接线3、数据采集模块4、智能终端模块5、指令控制模块6。所述的压力传感模块2包括支撑架7、分布在支撑架端点的压力传感器8及铰接装置9。所述的步态检测踏板1放置于压力传感模块2上，压力传感模块2通过数据连接线3与数据采集模块4一端相连，数据采集模块4另一端则通过串口通信与智能终端5连接，智能终端5另一端通过串口通信指令控制模块6项连接。所述的数据采集模块4为数据放大电路和A/D转换器。所述的智能终端模块5对数据采集模块4和指令控制模块6所采集到的数据进行采集、储存、处理分析并显示。所述的指令控制模块6为Kinect体感摄像机，与包含有基于unity3D步态及平衡训练游戏的智能终端模块5相通信，建立人机交互的虚拟步态及平衡训练分析平台。
本发明的工作原理为：在装置组装完成后，受试者站在步态检测踏板1上。在医师指导下完成步态动作，或根据unity3D虚拟游戏场景中指定的任务完成相应步态动作，压力传感装置2实时将压力信号通过数据连接线3传输给数据采集模块4，同时指令控制模块6对步态关节角度/速度等数据进行采集，数据采集模块4及指令控制模块6所采集到的全部数据通过串口通信传输给智能终端模块5，智能终端模块5对采集到的这些数据进行存储、处理、分析及识别，并将结果显示在显示屏上。
所述的支撑架7是由两条长短相同的支撑杆组成，两支撑杆中部由铰接装置9连接，铰接装置9具有0~ 90°的旋转自由度，通过其顺时针/逆时针旋转可以实现压力传感模块的拆装。
所述的指令控制模块6为Kinect体感摄像机，通过与智能终端5相结合，实现实时人体步态显示与平衡分析。患者根据Unity3D设计适合人体步态训练的虚拟仿真游戏任务，完成相应的步态动作，提高患者步态及平衡训练的趣味性。
步态检测踏板是由钢化玻璃板定制而成，钢化玻璃的硬度系数高，可满足受试者完成多种不同的步态任务的要求。
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：(1)本发明的一种地表步态及平衡检测装置，结构简单，设计合理新颖，可快速准确地获取受试者的地表步态及平衡信息，如步距、步速、步频和重心轨迹等。
(2)本发明的一种地表步态及平衡检测装置，可快速实现装置的折叠拆装，方便使用，节约空间。
(3)本发明的一种地表步态及平衡检测装置，基于Kinect体感摄像机，能够快速准确地获取人体步态关节数据，在智能终端上通过unity3D设计适合人体步态训练的虚拟仿真游戏任务，引导受试者完成相应步态动作，评测人体步态及平衡情况，提高人体步态及平衡训练的趣味性，缩短患者康复训练周期。
(4)本发明的一种地表步态及平衡检测装置，可根据测试装置已储存的步态及平衡信息来辨识受试者，并将不同时期受试者的测试结果进行显示及分析，为步态及平衡训练提供理论参考。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
图2为压力传感模块的结构示意图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参照图2，支撑架是由两条长短相同的支撑杆和铰接装置9组成，两支撑杆中部由铰接装置9相连，铰接装置9具有0~的旋转自由度，通过其顺时针/逆时针旋转可以实现压力传感装置的拆装。在使用时，铰接装置9顺时针旋转至90°，使两支撑杆呈十字交叉状，将步态检测踏板四角固定于四个压力传感器8上，连接数据连接线3，实现组装。
参照图1，受试者站立在步态检测踏板1上，步态检测踏板1固定于压力传感模块2上，在医师指导下完成步态动作，或根据unity3D虚拟游戏场景中指定任务完成相应的步态动作，压力传感模块2实时将压力信号通过数据连接线3传给数据采集模块4，数据采集模块4完成压力信号的数据放大和A/D转换，指令控制模块6的Kinect体感摄像机同步采集步距、步速、步频和重心轨迹等人体步态数据，数据采集装置4及指令控制模块6采集到的全部数据通过串口通信传输给智能终端模块5，智能终端5判断动作的完成情况，对采集到的数据进行存储、处理、分析及特征识别，并将步态及平衡结果显示在显示屏上，同时也为受试者提供视觉反馈信息。此外，根据测试装置已储存的步态及平衡信息来辨识受试者，并将不同时期的测试结果进行对比显示及分析，为下一步步态及平衡训练方案制定提供理论参考。
参照图1，在装置使用完毕时，关闭步态控制指令软件，断开数据连接线3，拆除步态检测踏板1，将图2中铰接装置9逆时针旋转至，实现拆卸。

Claims (8)

1.一种新型地表步态与平衡检测装置，其特征在于包含：步态检测踏板1、压力传感模块2、数据连接线3、数据采集模块4、智能终端模块5、指令控制模块6；压力传感模块2包含支撑架7和分布在支撑架7四端的四个压力传感器8；支撑架7包含两条长短相同的支撑杆，并通过铰接装置9进行组装；智能终端模块5主要进行数据的处理分析与显示，并包含基于Unity 3D设计的人体步态及平衡训练虚拟现实游戏；指令控制模块6为Kinect体感摄像机。
2.根据权利要求1所述步态检测踏板1放置并固定于压力传感装置2上，压力传感模块2一端通过数据连接线3与数据采集模块4一端连接，数据采集模块4另一端通过串口通信与智能终端5相连，智能终端5另一端通过串口通信与指令控制模块6相连接。
3.根据权利要求1所述压力传感模块2的支撑架7由两条长短相同的支撑杆组成，并通过铰接装置9进行组装；铰接装置具有范围为 0-90°的旋转自由度，通过其顺时针/逆时针旋转实现压力传感模块的拆装；当使用时，铰接装置顺时针旋转使两支撑杆呈十字交叉状，将四个压力传感器8固定于步态检测踏板1四角处，并与数据连接线3相连，实现组装；使用完成后，断开数据连接线3，拆除步态检测踏板1，将铰接装置逆时针旋转至0°，完成拆卸。
4.根据权利要求1所述数据采集模块4对模拟信号数据进行放大和A/D转换。
5.根据权利要求1所述的智能终端模块5对所有采集到的数据进行存储、处理、分析、识别及显示。
6.根据权利要求1所述的智能终端模块5结合人机交互技术，设计有适合人体步态及平衡运动的虚拟现实游戏，受试者根据虚拟现实游戏任务完成相应动作，评测人体步态及平衡状况，同时提高人体步态训练及平衡训练过程的趣味性。
7.根据权利要求1所述的智能终端模块5基于已储存的步态及平衡信息来辨识受试者，并将不同时期受试者的测试结果进行显示及分析，为下一步的步态及平衡训练方案制定提供理论参考。
8.根据权利要求1所述的指令控制模块6中的Kinect体感摄像机，引导受试者完成智能终端5中显示的步态任务，并判断任务完成情况；同时，采集人体下肢关节位置及姿态的数据，用于人体步态及平衡分析。
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