CN103584869B - 一种人体动态平衡能力测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人体动态平衡能力测试系统，包括变速移动装置、变速转动装置、压心监测装置和主机；变速移动装置包括移动电机、直线导轨、滑台和底座；变速转动装置包括转动电机、减速器和转盘，转盘、减速器和转动电机依次连接，减速器穿过滑台上的通孔并与滑台固定连接，压心监测装置包括检测平台和压力传感器，移动电机、转动电机和压力传感器均与主机电连接。本发明利用机电一体化技术实现了测试所需的水平直线加减速、水平转动加减速以及二者组合的测试环境，既可以测试人体动态平衡能力，又可以在该环境下进行训练以提高人体动态平衡能力。

Description

一种人体动态平衡能力测试系统

技术领域

本发明涉及一种人体动态平衡能力测试系统。

背景技术

跌倒是威胁老年人及其它一些特殊人群（如中风病人、脑瘫患者等）健康的重要危险因素之一，跌倒会导致人体能力减退、独立生活能力下降、甚至在骨折后的头三个月有较严重的死亡危险，据WHO报告，中国已于2000年就成为了世界上因跌倒所致疾病负担最重的国家。因此，提高人体的平衡能力对老年人及特殊人群具有特别重要的意义。

对于人体平衡能力的训练，长期以来人们一直在探索有效的训练方法，例如通过不同组合的静、动态平衡动作来提高人体的平衡控制能力，利用不同组合的抗阻力量训练来提高下肢的肌肉力量，利用太极拳练习来综合提高人体的平衡能力，等。对于人体平衡能力的测试目前大致可以分为三种方法：传统的主观观察法、量表法和压力平板法。传统的观察法虽操作简单，但过于粗略和主观，缺乏客观统一的标准；量表法虽不需要专门的设备，但操作烦琐。相比之下，压力平板技术测试人体平衡能力更客观，易操作，能定量。

人体的平衡能力分为静态平衡和动态平衡两类，上述方法主要是针对静态平衡的研究较为成熟，而对于动态平衡的研究却相对滞后，尤其是动态平衡能力的测试问题一直是该领域的研究热点。因为只有对人体动态平衡能力的测试与评价准确有效，才能更好地引导对动态平衡能力的训练。

一般认为，影响平衡能力的3大感觉系统为视觉、本体感觉以及前庭觉，其中，前庭觉是由前庭器官来完成的，由内耳迷路中椭圆囊、球囊和三个半规管构成，是专门的位觉与平衡器官，对保持人体平衡起着极为重要的作用。

前庭器官的不同部分有不同的适宜刺激，椭圆囊与球囊内的囊斑的适宜刺激为耳石重力作用与直线运动的加减速度，而半规管中壶腹嵴毛细胞的适宜刺激是旋转运动的加减速度。当人体处于变速直线或变速旋转运动时，内淋巴由于惯性作用，其流动方向和速度发生变化，引起毛细胞兴奋，经前庭末梢传至本体感觉器，反射性的引起肌张力的变化，来维持身体的平衡。一旦内淋巴本身也获得了与椭圆囊、球囊相同的直线速度或与半规管相同的旋转速度，毛细胞就不再受到刺激。

上述分析给我们启示：要提高人体前庭器官耐受刺激的阈值，就需要将人体置于一种直线或旋转加减速（而不是匀速）的状态下进行适应性训练，在这种状态下对人体的动态平衡能力进行测试也会更加有效、准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种人体动态平衡能力测试系统，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种人体动态平衡能力测试系统，包括变速移动装置、变速转动装置、压心监测装置和主机；

所述变速移动装置包括移动电机、直线导轨、滑台和底座，所述滑台通过所述直线导轨与所述底座连接，所述移动电机与所述滑台连接，所述移动电机作为所述滑台在所述直线导轨上移动的动力源设置在所述底座上，所述滑台上设置有通孔；

所述变速转动装置包括转动电机、减速器和转盘，所述转盘、减速器和转动电机依次连接，所述减速器穿过所述滑台上的通孔并与所述滑台固定连接，所述转盘位于所述滑台的上方，所述转动电机位于所述滑台的下方；

所述压心监测装置包括检测平台和压力传感器，所述检测平台通过所述压力传感器与所述转盘连接，所述检测平台位于所述转盘上方；

所述移动电机、转动电机和压力传感器均与所述主机电连接。

进一步，还包括足底压力分布测试装置、躯干倾角测试装置和躯干加速度测试装置，所述足底压力分布测试装置用于检测待测人员足底的压力分布变化情况，所述足底压力分布测试装置设置在所述检测平台上；所述躯干倾角测试装置用于检测待测人员人体躯干在运动过程中前后和左右两个方向的倾角变化情况；所述躯干加速度测试装置用于测试测待测人员人体躯干在运动过程中前后、左右和上下三个方向的加速度变化情况。

进一步，所述变速移动装置还包括滚珠丝杠，所述移动电机作为所述滚珠丝杠的动力源与所述滚珠丝杠的螺杆连接，所述移动电机和滚珠丝杠均设置在所述底座上，所述滚珠丝杠的螺母与所述滑台连接，以使所述滚珠丝杠带动所述滑台在所述直线导轨上移动。

进一步，所述主机用于控制所述移动电机和转动电机的转速。

进一步，所述主机还用于接收所述压力传感器采集到的压力信息，并将所述压力信息转化成待测人体压心的信息。

进一步，所述转盘的外围设置有安全防护装置，所述安全防护装置上设置有可系住人体的安全带。

进一步，所述转动电机和移动电机均为伺服电机。

进一步，所述压力传感器有4个。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种人体动态平衡能力测试系统，该系统根据人体前庭器官的适宜刺激方式，利用机电一体化技术实现了测试所需的水平直线加减速、水平转动加减速以及二者组合的测试环境，引用了人体躯干在运动过程中前后和左右两个方向的倾角变化情况、人体压心的信息、足底压力分布变化情况和人体躯干在运动过程中前后、左右和上下三个方向的加速度变化情况来评测人体动态平衡能力，既可以测试人体动态平衡能力，又可以在该环境下进行训练以提高人体动态平衡能力，对老年人及其它特殊人群的防跌倒具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明一种人体动态平衡能力测试系统的主视图；

图2为本发明一种人体动态平衡能力测试系统的防护架的立体示意图；

图3为本发明一种人体动态平衡能力测试系统的变速转动装置的立体图；

图4为本发明一种人体动态平衡能力测试系统的立体图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、检测平台，2、压力传感器，3、转盘，4、滑台，5、直线导轨，6、螺母，7、转动电机，8、减速器，9、滚珠丝杠，10、底座，11、移动电机，12、安全防护装置,13、足底压力分布测试装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种人体动态平衡能力测试系统，包括变速移动装置、足底压力分布测试装置13、躯干倾角测试装置、压心监测装置、躯干加速度测试装置、变速转动装置和主机，所述变速移动装置和变速转动装置用于实现变速水平转动、变速水平直线移动以及直线和转动的合成运动，为人体动态平衡能力测试提供水平直线加减速、水平转动加减速以及二者组合的测试环境。

如图1、图4所示，所述变速移动装置包括移动电机11、直线导轨5、滑台4和底座10，所述滑台4通过所述直线导轨5与所述底座10连接，所述滑台4上设置有通孔；所述变速移动装置还包括滚珠丝杠9，所述移动电机11作为所述滚珠丝杠9的动力源与所述滚珠丝杠9的螺杆连接，所述移动电机11和滚珠丝杠9均设置在所述底座10上，所述滚珠丝杠9的螺母6与所述滑台4连接，以使所述滚珠丝杠9带动所述滑台4在所述直线导轨5上移动，从而提供水平直线加减速测试环境。

所述足底压力分布测试装置13用于检测待测人员足底的压力分布变化情况，所述足底压力分布测试装置13设置在所述检测平台1上；所述躯干倾角测试装置用于检测测待测人员人体躯干在运动过程中前后和左右两个方向的倾角变化情况；所述躯干加速度测试装置用于测试测待测人员人体躯干在运动过程中前后、左右和上下三个方向的加速度变化情况；

如图1、图3所示，所述变速转动装置包括转动电机7、减速器8和转盘3，所述转盘3、减速器8和转动电机7依次连接，所述减速器8穿过所述滑台4上的通孔并与所述滑台4固定连接，所述转盘3位于所述滑台4的上方，所述转动电机7位于所述滑台4的下方，转盘3的旋转提供了水平转动加减速的测试环境；

如图1、图4所示，所述压心监测装置包括检测平台1和压力传感器2，所述检测平台1通过所述压力传感器2与所述转盘3连接，所述检测平台1位于所述转盘3上方；

所述移动电机11、转动电机7和压力传感器2均与所述主机电连接。所述主机用于控制所述移动电机11和转动电机7的转速。所述主机还用于接收所述压力传感器2采集到的压力信息，并将所述压力信息转化成待测人体压心的信息。

优选的，如图2所示，所述转盘3的外围设置有安全防护装置12，所述安全防护装置12上设置有可系住人体的安全带。

优选的，所述转动电机7和移动电机11均为伺服电机。所述压力传感器2有4个。

工作时，待测人员站立在足底压力分布测试装置13上，在待测人员人体躯干上分别装上躯干倾角测试装置和躯干加速度测试装置，变速移动装置和变速转动装置为人体动态平衡能力测试提供水平直线加减速、水平转动加减速以及二者组合的测试环境，4个压力传感器分别采集压力信号，并发送给主机，并与主机配合完成对人体压心随时间变化轨迹的监测，该压心以及足底的压力分布变化情况能够反映人体重心的移动状况，尤其能够反映当人体受到干扰时身体的失衡程度，以此来评价人体在运动状态下的平衡能力，又可以在该环境下进行训练以提高人体动态平衡能力；并且，测得的人体躯干在运动过程中前后和左右两个方向的倾角变化情况同时用来反映人体维持动态平衡的能力，倾角越大，动态平衡能力越差，倾角越小，动态平衡能力就越好；测得的人体躯干在运动过程中前后、左右和上下三个方向的加速度变化情况同时用来反映人体维持动态平衡的能力，加速度越大，动态平衡能力越差，加速度越小，动态平衡能力就越好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，包括变速移动装置、变速转动装置、压心监测装置和主机；

所述变速移动装置包括移动电机、直线导轨、滑台和底座，所述滑台通过所述直线导轨与所述底座连接，所述移动电机与所述滑台连接，所述移动电机作为所述滑台在所述直线导轨上移动的动力源设置在所述底座上，所述滑台上设置有通孔；

所述变速转动装置包括转动电机、减速器和转盘，所述转盘、减速器和转动电机依次连接，所述减速器穿过所述滑台上的通孔并与所述滑台固定连接，所述转盘位于所述滑台的上方，所述转动电机位于所述滑台的下方；

所述压心监测装置包括检测平台和压力传感器，所述检测平台通过所述压力传感器与所述转盘连接，所述检测平台位于所述转盘的上方；

所述移动电机、转动电机和压力传感器均与所述主机电连接；

还包括足底压力分布测试装置、躯干倾角测试装置和躯干加速度测试装置，所述足底压力分布测试装置用于检测待测人员足底的压力分布变化情况，所述足底压力分布测试装置设置在所述检测平台上；所述躯干倾角测试装置用于检测待测人员人体躯干在运动过程中前后和左右两个方向的倾角变化情况；所述躯干加速度测试装置用于测试测待测人员人体躯干在运动过程中前后、左右和上下三个方向的加速度变化情况。

2.根据权利要求1所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述变速移动装置还包括滚珠丝杠，所述移动电机作为所述滚珠丝杠的动力源与所述滚珠丝杠的螺杆连接，所述滚珠丝杠的螺母与所述滑台连接，以使所述滚珠丝杠带动所述滑台在所述直线导轨上移动，所述移动电机和滚珠丝杠均设置在所述底座上。

3.根据权利要求1所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述主机用于控制所述移动电机和转动电机的转速。

4.根据权利要求1所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述主机还用于接收所述压力传感器采集到的压力信息，并将所述压力信息转化成待测人体压心的信息。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述转盘的外围设置有安全防护装置，所述安全防护装置上设置有可系住人体的安全带。

6.根据权利要求1至4任一所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述转动电机和移动电机均为伺服电机。

7.根据权利要求1至4任一所述的一种人体动态平衡能力测试系统，其特征在于，所述压力传感器有4个。