CN102921162A - 自助式平衡与步态训练系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自助式平衡与步态训练系统及方法，系统由训练感测板、上位机操作终端、网络交换机、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机构成，训练感测板检测到的信号，以及无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机得到的信号分别通过网络交换机传输至上位机操作终端，受训对象根据操作终端软件（训练游戏）的引导完成平衡功能和步态的训练，最后生成训练报告。

Description

自助式平衡与步态训练系统及方法

技术领域

本发明涉及人体运动参数测试设备领域，具体为一种自助式平衡与步态训练系统及方法。

背景技术

目前国内一线康复医疗机构对于基于平衡和步态的康复训练和治疗主要依赖于康复治疗师的现场肢体语言引导和协助，这种传统的训练和治疗方法比较古老，随着中国工业的迅速发展和老龄化社会的加速，越来越无法满足社会发展的需求；虽然部分前瞻性的科研机构引进了国外的一些趣味性康复训练设备，但这些设备是作为一种研究和尝试，与规模性的使用尚有一段距离。

因此，传统的康复治疗师和国外新兴训练设备的训练方法存在以下缺点：

1、传统的康复训练是将训练对象当作病人，当训练对象较多或动作完成不规范时，康复治疗师难免出现不耐烦情绪，这种情况容易造成训练对象和康复治疗师的情绪对立，影响康复效果；同时训练动作难度大、重复、枯燥、乏味，较难引起重复训练的兴趣，影响康复训练的效果。

2、国外训练设备（含软件）均为外文版本，训练对象在训练时无法离开康复治疗师的帮助（且一般康复治疗师都不易上手），且训练流程复杂、训练功能单一、训练效果不佳。

3、国外训练设备均是基于力传感器原理，不能对训练对象接触面的局部区域的动力学和运动学参数进行提取、表征和体现，因此无法进行局部微观区域的多目标跟踪和训练。

4、训练对象在训练过程中无法获得自身姿态的实时反馈，不可及时纠正训练姿态。

5、训练设备均应用于特定部位或姿态的训练，无法满足多部位多姿态训练的要求。

6、软件系统的使用终端单一（目前只能运行在Windows操作系统上），不便于携带。

发明内容

本发明的目的是提供一种自助式平衡与步态训练系统及方法，以解决现有技术康复训练设备存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：包括有上位机操作终端、网络交换机、多个供人体站立或平躺的训练感测板、佩戴在人体上的无线九轴姿态测量组件、多个分别从不同角度拍摄人体的无线网络摄像机，多个训练感测板沿平面一字排开并拼接为一体，每个训练感测板由阵列式压强传感器感测单元、模拟信号采集处理单元、数字信号采集处理单元、数据集成转换单元构成，每个训练感测板中，阵列式压强传感器感测单元的输出端与模拟信号采集处理单元输入端连接，模拟信号采集处理单元输出端与数字信号采集处理单元输入端连接，数字信号采集处理单元输出端与数据集成转换单元输入端连接，多个训练感测板中的数据集成转换单元、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机分别通过网络交换机与上位机操作终端通讯连接。

所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：每个训练感测板中，阵列式压强传感器感测单元由金属基板、多个呈阵列分布在金属基板上的接触式压阻传感器、覆盖在多个接触式压阻传感器上的柔性面膜构成，模拟信号采集处理单元、数字信号采集处理单元、数据集成转换单元亦分别设置在金属基板上。

所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：所述模拟信号采集处理单元由信号调理采集电路构成，所述数字信号采集处理单元由模数转换模块和噪声滤波器构成，所述数据集成转换单元由数据收发模块构成。

所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：多个训练感测板中的数据集成转换单元分别以级联方式接入网络交换机，多个训练感测板、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机分别通过网络交换机以Ethernet方式与上位机操作终端通讯连接，以实现单一训练、任意组合训练、一体化训练。

所述无线网络摄像机为基于WIFI的无线网络摄像机，所述无线九轴姿态测量组件包括基于WIFI的无线三轴磁场计、基于WIFI的三轴加速度计和基于WIFI的三轴陀螺仪，上位机操作终端为普通PC机，或者是手机，或者是平板电脑，或者是触摸屏电脑，或者是电子白板。

所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：还包括配合使用的训练辅具，所述训练辅具由平衡球、平衡板、海绵垫、踏凳、跨凳，以及供最边上的一个训练感测板安装的可调节高度的坐凳构成。

所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：所述上位机操作终端中设置有评估软件，评估软件由信息管理模块、通讯接口模块、数据实时获取转换模块、数据仓库管理模块、数据提取分析模块、虚拟场景引导训练模块、训练计时打分模块、报表打印输出模块构成，其中：

信息管理模块管理训练对象个人信息和训练成绩的绑定关联；

通讯接口模块用于建立训练感测板中数字信号采集处理单元、无线网络摄像机、无线九轴姿态测量组件与上位机操作终端之间的通信约定和数据交换；

数据实时获取转换模块实时获得从数字信号采集处理单元传送来的经校准计算后的训练感测板的压强数据、无线网络摄像机的反馈影像数据、无线九轴姿态测量组件的体位姿态数据；

数据仓库管理模块存储训练对象的个人信息、训练时间、训练实时得分、训练步骤得分、训练阶段得分、训练总成绩；

数据提取分析模块对基于平衡和步态参数的特征提取和分析；

虚拟场景引导训练模块对多种姿态的平衡和步态的训练方法通过虚拟游戏场景、语音、动画的方式引导提示用户完成训练；

训练计时打分模块用于多种姿态的平衡和步态训练的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分、训练总成绩计分及多次训练结果进行对比分析；

报表打印输出模块用于对训练成绩和结果进行打印输出。

自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：训练对象按卧姿、躺坐转移、坐姿、坐站转移、站姿、站走转移、步行这七种姿态在在训练感测板上进行平衡功能和步态训练时，人体的背部、臀部或足底与紧固在金属基板上的接触式压阻传感器和柔性面膜进行充分接触使传感器受力，此时接触式压阻传感器透过柔性面膜感测到人体背部、臀部或足底与接触式压阻传感器的接触面压强的电压信号，该电压信号输出至模拟信号采集处理单元，经模拟信号采集处理单元解码、放大、阻抗、滤噪处理后，再输出至数字信号采集处理单元，经数字信号采集处理单元扫描驱动、A/D转换、数字信号滤噪、数据包整合，最后将整合后的数据包输出至数据集成转换单元，经数据集成转换单元接收、异常处理、校验、转发后与无线网络摄像机实时获取的高清影像数据、无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据一并通过网络交换机以Ethernet通讯方式将数据包按十六进制数据格式约定传输至上位机操作终端；

所述上位机操作终端中通讯接口模块按约定对数据包进行解包并将解包后的每个接触式压阻传感器原始电压值传递给数据实时获取转换模块，数据实时获取转换模块按先后顺序依次获得每个接触式压阻传感器的原始电压值与校准系数进行关联计算后，得出接触面上每个受力传感器的压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据，数据仓库管理模块对每个接触式压阻传感器的位置和输出压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据进行存取、赋值传递，数据提取分析模块依据受力传感器的位置和压强值进行单压力中心或多压力中心多参数的提取分析，提取分析后的数据与数据实时获取转换模块中的无线网络摄像机实时获取的高清反馈影像和无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据一并同步传递给虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块，虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块根据各训练阶段目标控制参数的复杂性利用虚拟游戏场景和设定的训练目标依照语音、动画、计时要求的引导完成各种姿态体位的训练并得到训练过程的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分和训练总成绩计分及历次训练结果对比分析，进而形成全新的自助式平衡与步态的训练方法。

所述的自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：所述单压力中心或多压力中心多参数包括地面反作用力、压力图像、压力等级图、接触面作用点及其轨迹、接触面积、速度、加速度。

所述的自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：所述体位姿态数据包括角度、角速度、角加速度、运动速度、运动加速度、航向。

本发明优点为：

1、与现有技术相比，本发明基于阵列式压强传感器和线（角）加速度的原理，实现对训练过程的分姿态（部位）选择（可以对人体的多个部位和不同姿态进行选择）、多阶段训练（可将训练过程按难易程度分等级）、多目标跟踪（如压力中心、局部分压力中心、线加速度、角加速度）、多参数表征（如压力中心、速度、加速度、关节角度、身体姿态等）；

2、与现有技术相比，本发明采用虚拟场景式的游戏情景训练方式对训练过程进行引导，使训练过程更具真实性、趣味性，让训练对象对基于平衡和步态的训练过程有身临其境之感，训练游戏均是以现行成熟的训练方案为设计基础，全面保证训练对象的安全和便利，以实现系统的“自助式”功能（无需康复治疗师的任何协助，可放在训练对象家里使用）。

3、采用训练实时打分机制，以打分的方式来衡量实时训练时与训练目标要求的符合程度，有利于提高用户的训练兴趣。

4、解决与第三方厂商康复平台的对接及设备同步触发使用。

5、采用九轴姿态测量组件和网络摄像机对训练对象的关节角度和身体姿态进行实时视觉反馈，以便及时调整训练姿态。

6、用户训练数据通过移动操作终端共享至云存储服务端，可对训练数据进行定性定量分析，并可与其他用户交流训练经验。

7、硬件训练装置可根据用户的训练要求实现自行拆分或任意组合以完成对基于平衡功能和步态的不同部位的训练和功能障碍的改善。

8、采用Ethernet通讯方式，可以极大提高通讯速率、通讯距离、同步性能，可根据用户的需要将通讯方式转换为wifi，实现无线，省去现场线缆缠绕的烦恼。

9、用户使用终端：解决跨平台（Windows、Linux、Android、iOS）在多终端（PC、手机、平板电脑、触摸屏电脑、电子白板）上的使用。

附图说明

图1为本发明系统硬件结构图。

图2为本发明训练感测板结构图。

图3为本发明单压力中心和多压力中心关系示意图。

图4本发明训练目标方向示意图。

图5为本发明卧姿训练及目标示意图。

图6为本发明躺坐转移训练及目标示意图。

图7为本发明坐姿训练及目标示意图图。

图8为坐站转移训练及目标示意图。

图9为站姿训练及目标示意图。

图10为站走转移训练及目标示意图。

图11为步行训练及目标示意图。

图12为自助式平衡与步态训练系统信号采集原理图。

图13为自助式平衡与步态训练系统软件功能模块图。

图14为自助式平衡与步态训练系统用户操作流程图。

具体实施方式

如图1、图2所示。本发明中，系统由训练感测板、无线网络摄像机9、无线九轴姿态测量组件10、训练辅具、网络交换机8和上位机操作终端16组成；训练感测板由阵列式压强传感器感测单元1、模拟信号采集处理单元2、数字信号采集处理单元3、数据集成转换单元4构成；阵列式压强传感器感测单元1由若干接触式压阻传感器呈阵列分布构成敏感感测单元，将传感器感测单元紧固在铝质基板6上，再在感测单元上覆盖柔性面膜7；模拟信号采集处理单元2由信号调理采集电路构成；数字信号采集处理单元3由模数转换模块和噪声滤波模块构成；数据集成转换单元4由数据收发模块构成。

无线网络摄像机9即基于WIFI的无线网络摄像机；无线九轴姿态测量组件10包括基于WIFI的无线三轴磁场计、基于WIFI的三轴加速度计和基于WIFI的三轴陀螺仪。

训练辅具包括平衡球13、平衡板14、海绵垫15、可调节高度坐凳5、踏凳11、跨凳12；网络交换机8即高速千兆网络交换机；上位机操作终端16可为普通PC机，或者是手机，或者是平板（Android、iOS）电脑，或者是触摸屏电脑，或者是电子白板。

如图13所示。上位机训练系统的评估软件包括：信息管理模块、通讯接口模块、数据实时获取转换模块、数据仓库管理模块、数据提取分析模块、虚拟场景引导训练模块、训练计时打分模块、报表打印输出模块。

信息管理模块用于管理训练对象个人信息和训练成绩的绑定关联。通讯接口模块用于建立数字信号采集处理单元、无线网络摄像机、无线九轴姿态测量组件与上位机操作终端之间的通信约定和数据交换。数据实时获取模块用于实时获得从数字信号采集处理单元传上来的经校准计算后的压力感测板的压强数据、无线网络摄像机的反馈影像数据、无线陀螺仪的体位姿态数据。数据仓库管理模块用于存储训练对象的个人信息、训练时间、训练实时得分、训练步骤得分、训练阶段得分、训练总成绩。数据提取分析模块用于对基于平衡和步态参数的特征提取和分析。虚拟场景引导训练模块是对多种姿态的平衡和步态的训练方法通过虚拟游戏场景、语音、动画的方式引导提示用户完成训练。训练计时打分模块用于多种姿态的平衡和步态训练的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分、训练总成绩计分及多次训练结果进行对比分析。报表打印输出模块用于对训练成绩和结果进行打印输出。

如图12、图14所示。本发明中，阵列式压强传感器感测单元信号输出端与模拟信号采集处理单元信号输入端连接，模拟信号采集处理单元信号输出端与数字信号采集处理单元输入端连接，数字信号采集处理单元输出端与数据集成转换单元输入端连接，数据集成转换单元输出端、无线网络摄像机输出端、无线九轴姿态测量组件输出端均通过网络交换机以Ethernet方式与上位机操作终端进行通讯，上位机操作终端接收到数据包后对其进行解包、整合、转换、系数校准计算，得到每个受力传感器的压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据，再根据接触面每个受力传感器的值进行单压力中心或多压力中心多参数（地面反作用力、压力图像、压力等级图、接触面作用点及其轨迹、接触面积、速度、加速度）的提取分析，同时结合无线网络摄像机实时获取的高清反馈影像和无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据（角度、角速度、角加速度、运动速度、运动加速度、航向），最后根据各训练阶段目标控制参数的复杂性利用虚拟游戏场景和设定的训练目标依照语音、动画、计时要求的引导完成各种姿态体位的训练并得到训练过程的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分和训练总成绩计分及历次训练结果对比分析，进而形成全新的自助式平衡与步态的训练方法。

本发明中，训练感测板基于压阻式阵列压强传感器原理，故可根据传感器受力大小实时获得按触面压力彩色图像（印迹）。无线网络摄像机用于对训练对象的身体姿态进行实时视觉反馈，采用WIFI通讯方式，2台，分别放置在训练对象的两侧，两台摄像机与训练对象的距离相等且镜头间的夹角为90度（即两台摄像机和训练对象三者间的位置构成等腰直角三角形）。无线九轴姿态测量组件用于对训练对象躯干和关节姿态的追踪测量，采用InvenSense公司的MPU-9150姿态追踪组件，WIFI通讯方式，7只，分别用测量组件内附的绑带紧固在左踝关节、右踝关节、左膝关节、右膝关节、左髋关节、右髋关节、背部躯干。训练辅具用于训练过程中的辅助训练和安全防护，采用：直径45cm可承重150kg的平衡球、直径30cm可承重150kg的陀螺状钢化塑料平衡板、40cm×40cm×10cm的高回弹海绵垫、70cm×50cm可调节高度坐凳、40cm×15cm×10cm的木质踏凳、40cm×15cm×15cm的木质跨凳。

每块训练感测板、网络摄像机和九轴姿态测量组件分别以级联方式接入高速千兆网络交换机，并以Ethernet方式与上位机进行通讯，可根据现场需要将Ethernet（有线）方式通过无线交换机转换为wifi（无线）方式，实现无线通讯；同时可通过Ethernet通讯或TTL电平与第三方厂商的康复平台设备实现同步输入输出触发使用，其同步误码差6小时内小于等于1毫秒。

本发明中自助式人体平衡功能与步态训练方法如下：当训练对象按所述的七种训练姿态（卧姿、躺坐转移、坐姿、坐站转移、站姿、站走转移、步行）在训练装置上进行平衡功能和步态训练时，人体的背部、臀部或足底与紧固在铝质基板上的压阻式阵列压强传感器和柔性面膜进行充分接触使传感器受力，此时传感器透过柔性面膜感测到人体背部、臀部或足底与传感器的接触面压强的电压信号，该电压信号输出至模拟信号采集处理单元经模拟信号解码、放大、阻抗、滤噪处理后，再输出至数字信号采集处理单元经扫描驱动、A/D转换、数字信号滤噪、数据包整合，最后将整合后的数据包输出至数据集成转换单元经接收、异常处理、校验、转发后与无线网络摄像机实时获取的高清影像数据、无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据一并通过高速千兆网络交换机以Ethernet通讯方式将数据包按十六进制数据格式约定传输至上位机操作终端通讯接口模块，通讯接口模块按约定对数据包进行解包并将解包后的每个压强传感器原始电压值传递给数据实时获取转换模块，数据实时获取转换模块按先后顺序依次获得每个传感器的原始电压值与校准系数进行关联计算后，得出接触面每个受力传感器的压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据，数据仓库管理模块对每个传感器的位置和输出压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据进行存取、赋值传递，数据提取分析模块依据受力传感器的位置和压强值进行单压力中心或多压力中心多参数（地面反作用力、压力图像、压力等级图、接触面作用点及其轨迹、接触面积、速度、加速度等）的提取分析，提取分析后的数据与数据实时获取转换模块中的无线网络摄像机实时获取的高清反馈影像和无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据（角度、角速度、角加速度、运动速度、运动加速度、航向）一并同步传递给虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块，虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块根据各训练阶段目标控制参数的复杂性利用虚拟游戏场景和设定的训练目标依照语音、动画、计时要求的引导完成各种姿态体位的训练并得到训练过程的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分和训练总成绩计分及历次训练结果对比分析，进而形成全新的自助式平衡与步态的训练方法。

本发明中，训练感测板根据训练功用的不同分为坐姿训练感测板、站姿训练感测板和步行训练感测板。坐姿训练感测板用于坐姿训练和坐站转移训练，站姿训练感测板和步行训练感测板组合后用于卧姿训练、躺坐转移训练、站姿训练、站走转移训练、步行训练。坐姿训练感测板由一块40cm*50cm的长方形压强传感器阵列构成；站姿训练感测板由一块40cm*50cm的长方形压强传感器阵列构成；步行训练感测板由三块40cm*50cm的长方形压强传感器阵列构成，且每块压强传感器阵列之间用金属块和螺栓进行连接紧固，可自行拆分进行单一训练或任意合并进行组合训练。

如图3所示，本发明中，训练感测板的阵列式压强传感器感测单元的传感器密度为1只传感器/cm^2，故接触面的受力传感器数量即为接触面积，因此可进行单压力中心（重心，即单目标）和局部微观分压力中心（分重心，即多目标）的拆分计算，进而完成局部微观区域的多目标跟踪和多目标训练。

图3中，A为单压力中心（即单目标）示意图：黑色脚印代表压强传感器的受力印迹，白色圆点代表受力印迹的压力中心点。B为单压力中心转换为多压力中心（即多目标）示意图：黑色脚印代表压强传感器的受力印迹，两道白线将受力印迹分为三个局部区域，三个白色圆点分别代表三个局部区域的分压力中心。

转换方法：受力印迹是由每个受力压强传感器所组成，每个受力压强传感器包含三个信息：输出值、所在的列位置（即X方向的力臂）、所在的行位置（即Y方向的力臂）、根据公式：

$\mathrm{Cop}\_X=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}[i\left]\right[j]*j)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]$ 和

$\mathrm{Cop}\_Y=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}[i\left]\right[j]*i)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]$

（其中m_fPressure[i][j]为i行j列的压强传感器输出值，i为行值，j为列值）计算出受力印迹（黑色脚印）的压力中心点，即A中的白色圆点；将该受力印迹按B中的白线划分为三个局部区域，分别找到各自区域中每个受力传感器的输出值、所在的列行位置，再分别将同一局部区域的受力传感器按前述方法计算出Cop_X、Cop_Y，即可得到三个局部区域的分压力中心，即B中的三个白色圆点。

本发明在增加训练辅具的情况下，通过在上位机软件中自定义训练目标可进行人体踝关节、膝关节、髋关节、腰椎的减重、加重和活动能力的训练。

训练过程中的计时打分机制分为：实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分、训练总成绩，满分100分，分值越高，说明训练效果越好。

实时计分是指训练对象通过压力中心或分压力中心在设定时间内命中虚拟场景游戏中训练目标的个数、次序及所用的时间、训练过程中压力中心速度和加速度进行计算所得到的实时分值，上位机每10毫秒计算一个实时分值。

训练步骤计分是指训练对象完成一个训练步骤所得到的分值，由设定时间内实时分值的加权平均值、压力中心轨迹的包络面积、周长、X方向摇动径和Y方向摇动径进行计算所得。

训练阶段计分是指训练对象完成一个训练阶段所得到的分值，由训练阶段所包含的训练步骤计分的加权平均值和训练步骤难易程度比例计算所得。

训练总成绩是指训练对象完成所选的训练阶段所得到的分值，由所选训练阶段计分的加权平均值和训练阶段难易程度比例计算所得。

本发明中，训练方向如图4所示。卧姿、躺坐转移、坐姿、坐站转移、站姿、站走转移、步行七种姿态平衡功能与步态（七个训练阶段）的训练方法和步骤如下：

如图5所示。卧姿训练：包括仰卧姿态训练、左侧卧姿态训练、右侧卧姿态训练、左蜷缩姿态训练、右蜷缩姿态训练五个训练步骤。训练对象赤脚依次以仰卧、左侧卧、右侧卧、左蜷缩、右蜷缩五种卧姿躺在（后脑、头部左右侧、躯干左右侧、大腿左右侧、小腿左右侧、背部、臀部均与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出）站姿训练感测板和步行训练感测板组合后的感测板上，依照语音提示控制重心在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成训练。用于训练卧姿的平衡和自由翻身以达到舒适状态的控制能力（本阶段不使用网络摄像机和九轴姿态测量组件）。

如图6所示。躺坐转移训练：包括仰卧至坐起训练、左侧卧至坐起训练、右侧卧至坐起训练、左蜷缩至坐起训练、右蜷缩至坐起训练五个训练步骤。训练对象赤脚依次以仰卧、左侧卧、右侧卧、左蜷缩、右蜷缩五种卧姿躺（后脑、头部左右侧、躯干左右侧、大腿左右侧、小腿左右侧、背部、臀部均与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出）在站姿训练感测板和步行训练感测板组合后的感测板上，依照语音提示从卧姿向坐位姿态进行转移，并控制重心在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成训练。用于训练人体从卧姿向坐姿转移的控制能力，即坐起能力训练（本阶段不使用网络摄像机和九轴姿态测量组件）。

如图7所示。坐姿训练：包括稳定躯干训练、变换重心训练、循环转动训练、循环控制训练四个训练步骤。训练对象赤脚端坐在坐姿训练感测板上（臀部和大腿近端与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出），依照语音提示、视频反馈、虚拟人物的姿态引导控制重心按稳定躯干、变换重心、循环转动、循环控制四个训练步骤（训练过程中会用到平衡球、平衡板、海绵垫、坐凳）的顺序在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成训练。用于训练人体坐姿的平衡控制能力。

如图8所示。坐站转移训练：包括稳定控制训练、循环交替训练、变换重心训练、站立转移训练四个训练步骤。

训练对象赤脚端坐在坐姿训练感测板上（臀部和大腿近端与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出），依照语音提示、视频反馈、虚拟人物的姿态引导控制重心按稳定控制、循环交替、变换重心三个训练步骤（训练过程中会用到平衡球、平衡板、海绵垫、坐凳）的顺序在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成前三个训练步骤，使用坐姿训练感测板和站姿训练感测结合完成站立转移训练（双足足底与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出）。用于训练人体从坐姿向站姿转移的平衡控制能力，即起立能力训练。

如图9所示。站姿训练：包括重心前倾训练、重心后倾训练、重心左倾训练、重心右倾训练四个训练步骤。训练对象赤脚站立在站姿训练感测板上（双足足底与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出），依照语音提示、视频反馈、虚拟人物的姿态引导控制重心按重心前倾、重心后倾、重心左倾、重心右倾四个训练步骤（训练过程中会用到平衡板、海绵垫）的顺序在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成训练。用于训练人体站姿的平衡控制能力。

如图10所示。站走转移训练：包括屈膝控制训练、循环控制训练、跨步控制训练、步伐控制训练四个训练步骤。

训练对象赤脚站立在站姿训练感测板上（双足足底与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出），依照语音提示、视频反馈、虚拟人物的姿态引导控制重心按屈膝控制、循环控制两个训练（训练过程中会用到海绵垫）步骤的顺序在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成前两个训练步骤，使用站姿训练感测板和步行训练感测结合完成跨步控制训练和步伐控制训练（双足足底与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出，训练过程中会用到踏凳、跨凳）。用于训练人体从站立向行走状态转移的平衡控制能力，即跨步能力训练。

如图11所示。步行训练：包括迈步行走训练、侧步行走训练、交叉步行走训练、跨步行走训练四个训练步骤。训练对象赤脚站立在步行训练感测板上（双足足底与阵列式压强传感器感测单元接触使传感器受力输出），依照语音提示、视频反馈、虚拟人物的姿态引导控制重心按迈步行走、侧步行走、交叉步行走、跨步行走四个训练步骤（训练过程中会用到踏凳、跨凳）的顺序在设定的时间内依次命中虚拟场景游戏中的训练目标即可完成训练。用于训练人体行走平衡和步态控制能力。

训练目标中的黑色圆点和黑色方块（方块代表侧向行进）代表训练目标出现的位置（在游戏中目标会根据场景以不同物体出现，但均有醒目标记），黑色圆点上的白色数字代表训练目标出现的次序，训练时训练对象根据虚拟场景游戏、实时影像反馈、实时姿态反馈提示按次序用重心命中训练目标即可完成训练。

本发明中，训练时提取的指标包括但不仅限于：压力量（包括地面反作用力、接触面积、最大压强、平均压强）、压力中心（COP）、几何中心（COA）、速度、加速度、总轨迹长、X、Y方向轨迹长、平衡重心坐标、包络面积、单位面积轨迹长、X、Y方向的最大动摇径、动摇优势方向及程度、实时动摇长度、实时动摇角度、动摇角度、能量损耗、人体重心高H回归方程（从脚底到重心的距离）、功率频谱、舒适度指数、坐起时间、坐起指数、转移体重时间、起立指数、摆动速度、左右侧对称度、跨步距离、跨步时间、冲击力指数、空间域参数（包括平均步幅宽、平均步幅长、平均步伐宽、平均步伐长、步宽对称度）、时间域参数（包括步速、步频、站立相时间及百分比、摆动相时间及百分比、单支撑相时间及百分比、双支撑相时间及百分比）、步向角、Romberg率、重心偏移、实时姿态影像反馈、九轴姿态测量组件反馈参数（包括姿态方向、动摇角度、动摇角速度、动摇角加速度、航向）等。

本发明各指标计算方法如下：

（1）地面反作用力（即重力）：

$F=\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]*m\_f\mathrm{AreaPerPoint}$

公式中，m_fPressure[i][j]为接触面i行j列压强传感器输出值，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，m_fAreaPerPoint为一个传感器的面积，F指地面反作用力，即重力，单位：Kg。

（2）接触面积：

$S=\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}f(i,j)*m\_\mathrm{fAreaPerPoint}$

公式中，

指接触面感测传感器的总数量，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，m_fAreaPerPoint为一个传感器的面积，S为总接触面积，单位：cm²。

（3）最大压强：

$\mathrm{MaxP}=\max (\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}[i\left]\right[j\left]\right)$

公式中：m_fPressure[i][j]为接触面i行j列压强传感器输出值，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，max是指求接触面所有传感器中输出值都大者，MaxP为最大压强值，单位：Kg/cm²。

（4）平均压强：

$\mathrm{AverP}=\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}f(i,j)$

公式中：m_fPressure[i][j]为接触面i行j列压强传感器输出值，

指接触面感测传感器的总数量，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，AverP为平均压强值，单位：Kg/cm²。

（5）压力中心（COP，Center of pressure，又称重心）：

$\mathrm{Cop}\_X=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}[i\left]\right[j]*j)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]$

$\mathrm{Cop}\_Y=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}[i\left]\right[j]*i)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]$

公式中：m_fPressure[i][j]为接触面i行j列压强传感器输出值，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，Cop_X为压力中心X方向坐标，Cop_Y为压力中心Y方向坐标，单位：cm。

（6）几何中心（COA，Center of area）：

$\mathrm{Coa}\_X=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]*j)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}f(i,j)$

$\mathrm{Coa}\_Y=(\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}m\_\mathrm{fPressure}\left[i\right]\left[j\right]*i)/\underset{i=0}{\overset{40}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{200}{\mathrm{\Σ}}}f(i,j)$

公式中：m_fPressure[i][j]为接触面i行j列压强传感器输出值， 

指接触面感测传感器的总数量，i为该传感器在传感器阵列中的行号，j为该传感器在传感器阵列中的列号，Coa_X为几何中心X方向坐标，Coa_Y为几何中心Y方向坐标，单位：cm。

（7）速度（Velocity）：

计算当前i点的Cop_X速度（左右方向速度）：

公式中：X_i是指Cop_X在连续数据序列中位于i点的值，X_i+1是指i点在数据序列中后移一位的值，X_i-1是指i点在数据序列中前移一位的值，Δt是指从X_i位置到X_i+1位置所用的时间间隔，VX_i是指Cop_X在i点的速度值，单位：cm/s。

计算当前i点的Cop_Y速度（前后方向速度）：

公式中：Y_i是指Cop_Y在连续数据序列中位于i点的值，Y_i+1是指i点在数据序列中后移一位的值，Y_i-1是指i点在数据序列中前移一位的值，Δt是指从Y_i位置到Y_i+1位置所用的时间间隔，VY_i是指Cop_Y在i点的速度值，单位：cm/s。

计算当前i点的Cop的速度（平均速度，即速率）： ${\mathrm{VCop}}_i=\frac{\sqrt{{(X_{i+1}-X_{i-1})}^2+{(Y_{i+1}-Y_{i-1})}^2}}{2\mathrm{\Δt}}$

公式中：X_i、X_i+1、X_i-1、Y_i、Y_i+1、Y_i-1定义与上述Cop_X、Cop_Y公式中定义相同，Δt是指从Cop_i位置到Cop_i+1位置所用的时间间隔， VCop_i是指Cop在i点的速度值，单位：cm/s。

（8）加速度（Acceleration）：

计算当前i点的Cop_X加速度（左右方向加速度）：

公式中：X_i、X_i+1、X_i-1、Δt定义与上述Cop_X公式中定义相同，AX_i是指Cop_X在i点的加速度值，单位：cm/s²。

计算当前i点的Cop_Y加速度（前后方向加速度）：

公式中：Y_i、Y_i+1、Y_i-1、Δt定义与上述Cop_Y公式中定义相同，AY_i是指Cop_Y在i点的加速度值，单位：cm/s²。

计算当前i点的Cop的加速度： ${\mathrm{VCop}}_i=\frac{\sqrt{{(X_{i+1}-X_i)}^2+{(Y_{i+1}-Y_i)}^2}-\sqrt{{\left(X_{i-}{X}_{i-1}\right)}^2+{(Y_i-Y_{i-1})}^2}}{\mathrm{\Δ}{t}^2}$

公式中：X_i、X_i+1、X_i-1、Y_i、Y_i+1、Y_i-1定义与上述Cop_X、Cop_Y公式中定义相同，Δt是指从Cop_i位置到Cop_i+1位置所用的时间间隔，ACop_i是指Cop在i点的加速度值，单位：cm/s。

单位：cm/s²。

（9）总轨迹长（Lng）：

$\mathrm{Lng}=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(X_{i+1}-X_i)}^2+{(Y_{i+1}-Y_i)}^2}$

公式中：X_i、X_i+1、Y_i、Y_i+1定义与上述Cop_X、Cop_Y公式中定义相同，n为取样次数，i是连续数据序列中Cop_X、Cop_Y的序号,Lng是轨迹的总长度，单位：cm。

（10）X（左右）Y（前后）方向上的轨迹长（Lng_x、Lng_y）：

        ${\mathrm{Lng}}_y=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{(Y_{i+1}-Y_i)}^2}$

公式中：X_i、X_i+1、Y_i、Y_i+1、n、i定义与上述Lng公式中定义相同，Lng_x为CopX的总长度，Lng_y为Cop_Y的总长度，单位：cm。

（11）平均重心坐标（

、

）：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i}{n}$            $\stackrel{\‾}{y}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_i}{n}$

公式中：X_i、Y_i、n、i定义与上述Lng公式中定义相同，

为Cop_X的平均值，

为Cop_Y的平均值，单位：cm。

（12）包络面积（Area）：

$\mathrm{Area}=\underset{i=1}{\overset{720}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\πr}}_{{\mathrm{pi}}^2}}{720}$

公式中：r_pi为每一交点坐标到平均重心坐标的距离，Area为轨迹的包络面积，单位：cm²。

（13）单位面积轨迹长（Lng·A^-1）：

$\mathrm{Lng}\·A^{-1}=\frac{\mathrm{Lng}}{\mathrm{Area}}$

公式中：Lng、Area的定义同总轨迹长和包络面积，单位：1/cm。

（14）X（左右）Y（前后）方向的最大动摇径（Dx、Dy）：

Dx =X_max-X_min    Dy =Y_max-Y_min

公式中： X_max指Cop_X的最大值、X_min指Cop_X的最小值、Y_max指Cop_Y的最大值、Y_min指Cop_Y的最小值，Dx指Cop_X垂直长度，Dy指Cop_Y垂直长度，单位：cm。

（15）动摇优势方向及程度（Wavvol）：

$\mathrm{Wavvol}=\sqrt{{(\stackrel{\‾}{x}-x_1)}^2+{(\stackrel{\‾}{y}-y_1)}^2}$

公式中： 指Cop_X的平均值，

指Cop_Y的平均值，x₁指Cop_X的第1个值，y₁指Cop_Y的第1个值，Wavvol指动摇优势方向及程度，单位：cm。

（16）实时动摇长度（Lng′_i）：

${{\mathrm{Lng}}^{\′}}_i=\sqrt{{({x^{\′}}_i-{x^{\′}}_{i+1})}^2+{({y^{\′}}_i-{y^{\′}}_{i-1})}^2}$

公式中： x′_i指Cop_X的实时数据序列中位于i点的值，x′_i-1指Cop_X的实时数据序列中i点前移一位的值，y′_i指Cop_Y的实时数据序列中位于i点的值，y′_i-1指Cop_Y的实时数据序列中i点前移一位的值，Lng′_i指Cop在i点的实时动摇长度，单位：cm。

（17）实时动摇角度（φ_i）：

${\mathrm{\φ}}_i={\sin }^{-1}\frac{{{\mathrm{Lng}}^{\′}}_i}{H}$

公式中：Lng′_i指Cop在i点的实时动摇长度， H指受试对象的重心高度，φ_i指i点实时动摇的角度，单位：角度（°）。

（18）动摇角度（Deg）：

$\mathrm{Deg}=\frac{1}{n}\underset{n=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\sin }^{-1}\frac{{{\mathrm{Lng}}^{\′}}_i}{H}$

公式中：Lng′_i指Cop在i点的实时动摇长度， H指被测者的重心高度，n为取样次数，Deg为动摇角度，单位：角度（°）。

（19）能量损耗（Eng）：

$\mathrm{Eng}=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{GgH}|\cos {\mathrm{\φ}}_i-\cos {\mathrm{\φ}}_{i-1}|}{1000}$

公式中：n指取样次数，G指受试对象的体重，g指重力加速度（g=9.81m/s²），H指重心高度，cosφ_i指i点的动摇角度的比值，cosφ_i-1指i点前移一位的动摇角度的比值，单位：焦耳。

（20）人体重心高H回归方程（从脚底到重心的距离）：

男子：H=-160.328-2.8349x₁+0.6439x₂+0.115x₃+0.0519x₄

女子：H=-205.392-1.5518x₁+0.6422x₂+0.0894x₃+0.164x₄-0.0656x₅

公式中：x₁：体重（kg），x₂：身高（cm），x₃：胸围（cm），x₄：腰围（cm），x₅：臀围（cm）。

（21）功率频谱：指地面反作用力与时间的轨迹通过FFT（Fast Fourier Transform，快速傅立叶转换）转换为频域信号，再对频域信号进行积分计算得到的值。

（22）舒适度指数：指受力区域达到报警值的传感器个数与受力传感器总数量的比值。

（23）坐起时间：指躺倒状态向坐起状态转移所用的时间；

（24）坐起指数：指躺倒状态向坐起状态转移时产生的冲击力与体重的比值；

（25）转移体重时间：指坐站转移时所用的时间；

（26）起立指数：指坐站转移时产生的冲击力与体重的比重；

（27）摆动速度：指躺坐转移、坐站转移、站走转移时压力中心的摆动速度；

（28）左右侧对称度：坐站转移和站立检测时双脚承受体重比例的比值；

（29）跨步距离：指站走转移时迈出脚所跨出的距离；

（30）跨步时间：指站走转移时迈出脚跨出后收回前所用的时间；

（31）冲击力指数：指站走转移时迈出脚跨出产生冲击力与体重的比值；

（32）平均步幅宽：步幅宽指一只脚的几何中心点到另一侧两只脚几何中心点连线的垂直距离，平均步幅宽指所测步幅宽的平均值；

（33）平均步幅长：步幅长指一只脚跟触地到该脚跟再次触地之间的垂直距离，平均步幅长指所测步幅长的平均值；

（34）平均步伐宽：步伐宽指一只脚跟几何中心点到另一只脚跟几何中心点之间的直线距离，平均步伐宽指所测步伐宽的平均值；

（35）平均步伐长：步伐长指一只脚脚跟的几何中心点到另一侧两只脚脚跟几何中心点连线的垂直交点位置，该脚跟几何中心点再到垂直交点位置的距离即为步伐长，平均步伐长指所测步伐长的平均值；

（36）步宽对称度：所测平均步伐宽的比值；

（37）步速：指步行时的步伐速度；

（38）步频：指一分钟内所走的步伐数；

（39）站立相时间及百分比：一只脚脚跟触地到脚尖离地所用的时间及在当前步态周期中所占的百分比（一个步态周期等于当前站立相时间加摆动相时间，以下所述“步态周期”均与此相同）；

（40）摆动相时间及百分比：一只脚脚尖离地到脚跟触地所用的时间及在当前步态周期中所占的百分比；

（41）单支撑相时间及百分比：一只脚脚尖离地到脚跟触地所用的时间及在当前步态周期中所占的百分比（即另一只脚的摆动相）；

（42）双支撑相时间及百分比：一只脚脚跟触地到另一只脚脚尖离地所用的时间及在步态周期中所占的百分比；

（43）步向角：一侧脚的中轴线与前进方向之间的夹角；

（44）Romberg率：站立平衡检测中闭眼状态下压力中心轨迹的外周面积与睁眼状态下压力中心轨迹外周面积的比值；

（45）重心偏移：指躺位平衡、坐位平衡和站立平衡检测中平均重心坐标与第一个重心坐标的偏移量；

（46）实时姿态影像反馈：指网络摄像机捕获到的实时影像；

（47）姿态方向：由九轴姿态测量组件反馈所得，指训练对象训练时的姿态实时移动方向；

（48）动摇角度：由九轴姿态测量组件反馈所得，指训练对象训练时的各关节实时变化的角度，可与前述实时动摇角度进行对比；

（49）动摇角速度：由九轴姿态测量组件反馈所得，指训练对象训练时的各关节实时变化角度的速度；

（49）动摇角加速度：由九轴姿态测量组件反馈所得，指训练对象训练时的各关节实时变化角度的加速度；

（50）航向：由九轴姿态测量组件反馈所得，根据训练对象的实时姿态方向确定其航向。

本发明利用人体在七种训练姿态中获取的压力中心（可分为单压力中心和多压力中心）、影像实时反馈、姿态实时反馈实现和虚拟场景游戏的交互式训练，通过将单压力中心转化为局部多压力中心，达到局部微观多目标跟踪训练的目的，可用于提高人体平衡和步态能力的训练。

Claims (10)

1.自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：包括有上位机操作终端、网络交换机、多个供人体站立或平躺的训练感测板、佩戴在人体上的无线九轴姿态测量组件、多个分别从不同角度拍摄人体的无线网络摄像机，多个训练感测板沿平面一字排开并拼接为一体，每个训练感测板由阵列式压强传感器感测单元、模拟信号采集处理单元、数字信号采集处理单元、数据集成转换单元构成，每个训练感测板中，阵列式压强传感器感测单元的输出端与模拟信号采集处理单元输入端连接，模拟信号采集处理单元输出端与数字信号采集处理单元输入端连接，数字信号采集处理单元输出端与数据集成转换单元输入端连接，多个训练感测板中的数据集成转换单元、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机分别通过网络交换机与上位机操作终端通讯连接。

2.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：每个训练感测板中，阵列式压强传感器感测单元由金属基板、多个呈阵列分布在金属基板上的接触式压阻传感器、覆盖在多个接触式压阻传感器上的柔性面膜构成，模拟信号采集处理单元、数字信号采集处理单元、数据集成转换单元亦分别设置在金属基板上。

3.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：所述模拟信号采集处理单元由信号调理采集电路构成，所述数字信号采集处理单元由模数转换模块和噪声滤波器构成，所述数据集成转换单元由数据收发模块构成。

4.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：多个训练感测板中的数据集成转换单元分别以级联方式接入网络交换机，多个训练感测板、无线九轴姿态测量组件、无线网络摄像机分别通过网络交换机以Ethernet方式与上位机操作终端通讯连接，以实现单一训练、任意组合训练、一体化训练。

5.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：所述无线网络摄像机为基于WIFI的无线网络摄像机，所述无线九轴姿态测量组件包括基于WIFI的无线三轴磁场计、基于WIFI的三轴加速度计和基于WIFI的三轴陀螺仪，上位机操作终端为普通PC机，或者是手机，或者是平板电脑，或者是触摸屏电脑，或者是电子白板。

6.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：还包括配合使用的训练辅具，所述训练辅具由平衡球、平衡板、海绵垫、踏凳、跨凳，以及供最边上的一个训练感测板安装的可调节高度的坐凳构成。

7.根据权利要求1所述的自助式平衡与步态训练系统，其特征在于：所述上位机操作终端中设置有训练软件，评估软件由信息管理模块、通讯接口模块、数据实时获取转换模块、数据仓库管理模块、数据提取分析模块、虚拟场景引导训练模块、训练计时打分模块、报表打印输出模块构成，其中：

信息管理模块管理训练对象个人信息和训练成绩的绑定关联；

通讯接口模块用于建立训练感测板中数字信号采集处理单元、无线网络摄像机、无线九轴姿态测量组件与上位机操作终端之间的通信约定和数据交换；

数据实时获取转换模块实时获得从数字信号采集处理单元传送来的经校准计算后的训练感测板的压强数据、无线网络摄像机的反馈影像数据、无线九轴姿态测量组件的体位姿态数据；

数据仓库管理模块存储训练对象的个人信息、训练时间、训练实时得分、训练步骤得分、训练阶段得分、训练总成绩；

数据提取分析模块对基于平衡和步态参数的特征提取和分析；

虚拟场景引导训练模块对多种姿态的平衡和步态的训练方法通过虚拟游戏场景、语音、动画的方式引导提示用户完成训练；

训练计时打分模块用于多种姿态的平衡和步态训练的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分、训练总成绩计分及多次训练结果进行对比分析；

报表打印输出模块用于对训练成绩和结果进行打印输出。

8.自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：训练对象按卧姿、躺坐转移、坐姿、坐站转移、站姿、站走转移、步行这七种姿态在在训练感测板上进行平衡功能和步态训练时，人体的背部、臀部或足底与紧固在金属基板上的接触式压阻传感器和柔性面膜进行充分接触使传感器受力，此时接触式压阻传感器透过柔性面膜感测到人体背部、臀部或足底与接触式压阻传感器的接触面压强的电压信号，该电压信号输出至模拟信号采集处理单元，经模拟信号采集处理单元解码、放大、阻抗、滤噪处理后，再输出至数字信号采集处理单元，经数字信号采集处理单元扫描驱动、A/D转换、数字信号滤噪、数据包整合，最后将整合后的数据包输出至数据集成转换单元，经数据集成转换单元接收、异常处理、校验、转发后与无线网络摄像机实时获取的高清影像数据、无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据一并通过网络交换机以Ethernet通讯方式将数据包按十六进制数据格式约定传输至上位机操作终端；

所述上位机操作终端中通讯接口模块按约定对数据包进行解包并将解包后的每个接触式压阻传感器原始电压值传递给数据实时获取转换模块，数据实时获取转换模块按先后顺序依次获得每个接触式压阻传感器的原始电压值与校准系数进行关联计算后，得出接触面上每个受力传感器的压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据，数据仓库管理模块对每个接触式压阻传感器的位置和输出压强值、无线网络摄像机的影像数据、无线九轴姿态测量组件的姿态监测数据进行存取、赋值传递，数据提取分析模块依据受力传感器的位置和压强值进行单压力中心或多压力中心多参数的提取分析，提取分析后的数据与数据实时获取转换模块中的无线网络摄像机实时获取的高清反馈影像和无线九轴姿态测量组件实时获取的体位姿态数据一并同步传递给虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块，虚拟场景引导训练模块和训练计时打分模块根据各训练阶段目标控制参数的复杂性利用虚拟游戏场景和设定的训练目标依照语音、动画、计时要求的引导完成各种姿态体位的训练并得到训练过程的实时计分、训练步骤计分、训练阶段计分和训练总成绩计分及历次训练结果对比分析，进而形成全新的自助式平衡与步态的训练方法。

9.根据权利要求8所述的自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：所述单压力中心或多压力中心多参数包括地面反作用力、压力图像、压力等级图、接触面作用点及其轨迹、接触面积、速度、加速度。

10.根据权利要求8所述的自助式平衡与步态训练方法，其特征在于：所述体位姿态数据包括角度、角速度、角加速度、运动速度、运动加速度、航向。

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