CN105031908B - 一种平衡矫正式训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化康复器材技术领域，具体涉及一种平衡矫正式训练装置，显示屏幕单元安装设置在脚踏式训练器材的前方，脚踏式训练器材上嵌入式安装有压力分布测试单元，用于监测采集训练者左右脚动作时足底压力参数；位移变化测试单元环绕式分布在脚踏式训练器材的四周，用于监测采集训练者运动时空间位移参数；运动姿态测试单元用于佩戴或粘贴在训练者上身和/或下身，能够监测采集训练者动作姿态和姿势参数；显示屏幕单元包括处理器和屏幕，处理器接收到各个测试单元反馈的参数后经分析处理形成评估信息并实时显示在屏幕上，同时与预先设置的正确运动参数进行对比，若训练者动作错误则发出错误警报并给出相应的正确提示。

Description

一种平衡矫正式训练装置

技术领域：

本发明属于自动化康复器材技术领域，具体涉及一种用于重心平衡与姿势矫正并有评估功能的训练装置，用于平衡能力较差者的姿势矫正训练或伤残者康复运动训练，能够通过传感器采集身体移位运动、平衡运动等姿势与重心变化数据并作出分析评估，以助于训练者较好的完成康复性训练。

背景技术：

“康复治疗”是康复医学的重要内容之一，是使病、伤、残者康复的重要手段，常与药物治疗、手术疗法等临床治疗综合进行。康复治疗前应先对病、伤、残者进行康复评定，然后制定一个康复治疗方案，由以康复医师为中心的，康复治疗师和临床医学相关人员共同组成的康复治疗组去实施，并在实施过程中不断总结、评定、调整，直至治疗结束。姿势训练与体位训练作为基础的运动康复治疗技术，在脑卒中、脊髓损伤、颈肩腰腿痛、骨折等患者的康复治疗中广为应用，但是与姿势、体位训练相关的人体运动学的理论却常被忽视，临床应用中，医生通常通过主观判断对病人进行评估与训练，这种方式无法做到预估患者状况，更有甚者可能导致二次肌体损伤。目前，大部分康复训练器材例如中国专利201520061167.9公开的一种带扶手的肢体运动训练器、中国专利201520026979.X公开的一种等速腿部推举康复训练器、中国专利201520005646.9公开的一种上肢和手功能减重训练器、中国专利201420836580.3公开的一种四肢康复训练器等训练器或训练设备，均能够对患者肢体、腰部乃至全身起到良好的康复训练效果，但是却均无法实现在训练过程中根据患者自身情况进行评估的效果；虽然实践中有采用平衡压力板等设备获取重心变化，并通过摄像机获取人体的运动姿态，从而进行自动化评估与训练，但是由于人体运动的多样性和复杂性，以及人与人之间的差异性，仅仅通过单一的技术手段进行评估与训练无法满足当前临床需要，而且所采用的压力分布系统测量设备和多个角度架设的摄像机等设备价格昂贵，加上环境嘈杂等外界原因容易产生较大误差，因此研发出一种精确的、自动化的评估训练系统或装置，能够在康复训练过程中让病人和医生非常方便的进行运动评估与姿势矫正，具有突出的必要性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种平衡矫正式训练装置，能够通过多类传感器采集得到人体下肢动作压力、躯干运动姿势等参数，并形成评估参数反馈显示处理，以便训练者根据自身具体情况进行针对式矫正训练。

为了实现上述目的，本发明涉及的用于重心平衡与姿势矫正的评估训练装置主体结构包括屏幕显示单元、压力分布测试单元、位移变化测试单元、运动姿态测试单元和脚踏式训练器材，显示屏幕单元安装设置在脚踏式训练器材的前方，用于显示训练者的评估信息；脚踏式训练器材上嵌入式安装有左右相互对称的压力分布测试单元，用于监测采集训练者左右脚动作时足底压力参数；位移变化测试单元环绕式分布在脚踏式训练器材的四周，用于监测采集训练者运动时空间位移参数；运动姿态测试单元用于佩戴或粘贴在训练者上身和/或下身，能够监测采集训练者动作姿态和姿势参数；显示屏幕单元包括处理器和屏幕，处理器接收到压力分布测试单元、位移变化测试单元和运动姿态测试单元反馈的各项参数后，经过分析处理形成评估信息并实时显示在屏幕上，同时与预先设置的正确运动参数进行对比，若训练者动作错误则发出错误警报并给出相应的正确提示。

优选的，显示屏幕单元所显示的评估信息包括运动参数和虚拟人体运动图像，所述运动参数包括足底压力上下左右分布参数、躯体东西南北位移参数和肢体运动姿态参数，所述虚拟人体运动图像为与训练者成镜像的虚拟人物运动的图像并配有预设的声音。

优选的，压力分布测试单元包括压力传感器和传送电路，压力传感器呈上、下、左、右四点位分布，能够全面、准确的采集到训练者足底压力。

优选的，位移变化测试单元包括位移传感器和传送电路，位移传感器可采用红外线阵列传感器、超声波测距传感器、摄像头测距和拉线位移传感器。

优选的，运动姿态测试单元包括姿态传感器和传送电路，姿态传感器为现有技术中基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，其包括加速度传感器、角速度传感器和倾角传感器。

本发明与现有技术相比，采用多种类型的传感器监测采集人体不同部位的运动姿态参数，经处理器分析处理后进行综合评估并实时反馈显示，对错误的运动方式发出警报同时给出正确的提示；通过采用虚拟现实视觉与声音反馈技术，让训练者获得直观的声音、图像刺激，以得到更好的训练/矫正效果；选用的压力传感器、位移传感器和姿态传感器测量等有效降低了整体装置的生产成本；该装置投资成本低，结构合理，原理科学，设计人性化，自动化程度高，判断准确，评估精确，训练效果佳，适用范围广。

附图说明：

图1为本发明涉及的评估训练装置的主体结构模块示意图。

图2为本发明涉及的压力分布测试单元中压力传感器的分布示意图。

图3为本发明涉及的评估训练装置使用时状态示意图。

图4为本发明涉及的屏幕显示单元中处理器的内部控制流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作出进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的主体结构(如图1所示)包括屏幕显示单元1、压力分布测试单元2、位移变化测试单元3、运动姿态测试单元4和脚踏式训练器材5，显示屏幕单元1安装设置在脚踏式训练器材5的前方，用于显示训练者的评估信息；脚踏式训练器材5上嵌入式安装有左右相互对称的压力分布测试单元2，用于监测采集训练者左右脚动作时足底压力参数；位移变化测试单元3环绕式分布在脚踏式训练器材5的四周，用于监测采集训练者运动时空间位移参数；运动姿态测试单元4用于佩戴或粘贴在训练者上身和/或下身，能够监测采集训练者动作姿态和姿势参数；显示屏幕单元1包括处理器和屏幕，处理器接收到压力分布测试单元2、位移变化测试单元3和运动姿态测试单元4反馈的各项参数后，经过分析处理形成评估信息并实时显示在屏幕上，同时与预先设置的正确运动参数进行对比，若训练者动作错误则发出错误警报并给出相应的正确提示。

本实施例中显示屏幕单元1所显示的评估信息包括运动参数和虚拟人体运动图像，所述运动参数包括足底压力上下左右分布参数、躯体东西南北位移参数、肢体运动姿态参数等，所述虚拟人体运动图像为与训练者成镜像的虚拟人物运动的图像并配有预设的声音(包括音乐、提示声等)；压力分布测试单元2包括压力传感器和传送电路，压力传感器呈上、下、左、右四点位分布(如图2所示)，能够全面、准确的采集到训练者足底压力；位移变化测试单元3包括位移传感器和传送电路，位移传感器可采用红外线阵列传感器、超声波测距传感器、摄像头测距、拉线位移传感器等，优选为超声波测距传感器；运动姿态测试单元4包括姿态传感器和传送电路，姿态传感器为现有技术中基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，其包括加速度传感器、角速度传感器、倾角传感器等；脚踏式训练器材5为现有技术中常规用于重心平衡的各类训练器。

本实施例中涉及的用于重心平衡与姿势矫正的评估训练装置使用时结构设计如图3所示，内部控制流程如图4所示，当训练者在脚踏式训练器材5上动作时，压力分布测试单元2中的压力传感器将采集的足底压力分布数据传回给屏幕显示单元1中的处理器，位移变化测试单元3中的位移传感器将采集的躯体移动位置数据传回给屏幕显示单元1中的处理器，运动姿态测试单元4中姿态传感器将采集的肢体姿态数据传回给屏幕显示单元1中的处理器；处理器中经过分析对比后形成评估信息通过屏幕显示出来。

Claims (4)

1.一种平衡矫正式训练装置，其特征在于主体结构包括屏幕显示单元、压力分布测试单元、位移变化测试单元、运动姿态测试单元和脚踏式训练器材，显示屏幕单元安装设置在脚踏式训练器材的前方，用于显示训练者的评估信息；脚踏式训练器材上嵌入式安装有左右相互对称的压力分布测试单元，用于监测采集训练者左右脚动作时足底压力参数；位移变化测试单元环绕式分布在脚踏式训练器材的四周，用于监测采集训练者运动时空间位移参数；运动姿态测试单元用于佩戴或粘贴在训练者上身和/或下身，能够监测采集训练者动作姿态和姿势参数；显示屏幕单元包括处理器和屏幕，处理器接收到压力分布测试单元、位移变化测试单元和运动姿态测试单元反馈的各项参数后，经过分析处理形成评估信息并实时显示在屏幕上，同时与预先设置的正确运动参数进行对比，若训练者动作错误则发出错误警报并给出相应的正确提示；显示屏幕单元所显示的评估信息包括运动参数和虚拟人体运动图像，所述运动参数包括足底压力上下左右分布参数、躯体东西南北位移参数和肢体运动姿态参数，所述虚拟人体运动图像为与训练者成镜像的虚拟人物运动的图像并配有预设的声音。

2.根据权利要求1所述的平衡矫正式训练装置，其特征在于压力分布测试单元包括压力传感器和传送电路，压力传感器呈上、下、左、右四点位分布，能够全面、准确的采集到训练者足底压力。

3.根据权利要求1所述的平衡矫正式训练装置，其特征在于位移变化测试单元包括位移传感器和传送电路，位移传感器可采用红外线阵列传感器、超声波测距传感器，摄像头测距和拉线位移传感器。

4.根据权利要求1所述的平衡矫正式训练装置，其特征在于运动姿态测试单元包括姿态传感器和传送电路，姿态传感器为基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统，其包括加速度传感器、角速度传感器和倾角传感器。