CN105326508A

CN105326508A - 人体静态平衡测试方法及测试仪

Info

Publication number: CN105326508A
Application number: CN201410404456.4A
Authority: CN
Inventors: 王亚龙
Original assignee: BEIJING XINGONG HUATENG SPORTS INSTRUMENTS Co Ltd
Current assignee: BEIJING XINGONG HUATENG SPORTS INSTRUMENTS Co Ltd
Priority date: 2014-08-15
Filing date: 2014-08-15
Publication date: 2016-02-17

Abstract

本发明提供一种人体静态平衡测试方法及测试仪，其中所述平衡测试方法包括让受试者站在一平面上，该平面所受重力完全由正方形的四个顶点作为支撑点提供支撑，采集四个支撑点的重力数据并计算多组重心坐标，取其平均值，以此判断受试者的重心偏移方向及幅度，由此判断人体的平衡能力大小，还可体现人体重心移动轨迹，通过重心移动轨迹来反应人体平衡能力，让受试者对自身的平衡能力及调节方向有更直观的认识。

Description

人体静态平衡测试方法及测试仪

技术领域

本发明涉及一种人体静态平衡测试方法和人体静态平衡测试仪，属于体育或医疗器械领域。

背景技术

当前国内测试平衡的仪器主要是闭双眼单脚独立测试仪器，通过研制板式开关传感器达到自动测试闭眼单脚站立时间来表现人体的平衡能力。现有技术中多采用一个平面下的三个支撑点来测算人体的重心，受试者站在该平面上，采用三个点来计算人体重心不够精确，且重心的计算公式也未公布，此外上述设备结构简单，数据单一，不能体现人体重心的移动轨迹，亦不能给出直观的平衡能力分析和平衡调节方向。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种人体静态平衡测试仪，能够更加精确的得到人体的重心，找出人体重心的偏移方向和幅度，精确的表征人体平衡能力，体现人体重心的移动轨迹，给出直观的平衡能力分析和平衡调节方向。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种人体静态平衡测试方法，包括：

步骤一、使受试者站在一边长为L的正方形平面中心处，所述正方形平面所受重力完全由正方形的四个顶点作为支撑点提供支撑；步骤二、取得所述重力在该平面四个顶点处产生的分力，分别记为A、B、C、D，所述正方形平面顶点按照从左到右和从上到下的顺序依次记为第一、第二、第三、第四顶点，以第三顶点为原点O，第三、第四顶点连线建立X轴，第一、第三顶点连线建立Y轴而建立第一坐标系XOY，记受试者重心在该坐标系中的坐标为第一重心坐标(X，Y)，则：

X＝[A/(A+B)+C/(D+C)]/2×L；

Y＝[A/(A+C)+B/(B+D)]/2×L；

然后，将第一坐标系XOY平移构成第二坐标系X’O’Y’，第二坐标系的原点O’在第一坐标系中的坐标为(L/2，L/2)，记受试者重心在第二坐标系中的坐标为第二重心坐标(X’，Y’)，则，X’＝X-L/2；Y’＝Y-L/2；测定多组第二重心坐标(X’_n，Y’_n)，并取其平均值得到平均重心坐标(X_平均，Y_平均)，然后判断受试者的重心偏移方向、计算最终偏移幅度，平均重心坐标(X_平均，Y_平均)偏离第二坐标系原点O’的方向即为受试者重心的偏移方向。最终偏移幅度为X_平均的平方与Y_平均的平方之和的正平方根。

为了直观的反应人体平衡能力给出平衡调节方向，还可记录重心随时间移动的轨迹来反应人体平衡能力。

本发明还提供一种人体静态平衡测试仪，包括重力支架、支撑架、数据采集器，以及依次按照从左到右和从上到下的顺序排布分别构成一边长为L的正方形的第一、第二、第三、第四顶点的第一、第二、第三、第四传感器，所述传感器为重力传感器，所述重力支架和所述支撑架水平间隔设置，所述数据采集器和四个传感器位于重力支架与支撑架之间，所述数据采集器分别与第一、第二、第三、第四传感器电性连接，重力支架完全由四个传感器提供支撑。

优选的，数据采集器采集多组重力分力信息并计算得到第二重心坐标，数据采集器与计算机连接，通过计算机软件处理第二重心坐标，得到平均重心坐标，计算并显示受试者的重心偏移方向、最终偏移幅度和重心移动轨迹。

优选的，所有的数据采集、处理和显示部分都在人体静态平衡测试仪中。

本发明使用压力传感器测量重力，数据采集器外围电路及单片机芯片将传感器所受重力进行转换、收集、计算得出受试者的重心偏移方向和幅度，精确的表征人体平衡能力，还可体现人体重心移动轨迹，通过重心移动轨迹来反应人体平衡能力，让受试者对自身的平衡能力及调节方向有更直观的认识。

附图说明

图1为本发明平衡测试仪的立体示意图；

图2是图1所示平衡测试仪的剖示图；

图3是图2所示传感器的坐标位置图；

图4是图3所示第一坐标系平移后的示意图。

具体实施方式

本发明分为测试仪部分与计算机软件部分，测试仪与计算机通过无线或有线来传输数据，进行平衡测试时受试者以正确姿势站立于测试仪中心根据相应的测试流程进行测试，数据采集器外围电路将测试时传感器所受到的重力变为电信号进行处理后变为数字信号，将数字信号再通过数据采集器的单片机芯片进行计算得到在第二坐标系中重心的坐标，每50毫秒将重心偏移值通过有线或无线传输方式上传给计算机，计算机软件数据处理部分将顺次接收到的坐标进行计算并显示最终得到人体重心偏移方向和幅度。

图1为本发明平衡测试仪的立体示意图，图2是图1所示平衡测试仪的剖示图，如图1结合图2所示，平衡测试仪包括重力支架6，支撑架7、数据采集器5、以及依次按照从左到右和从上到下的顺序排布分别构成一边长为L的正方形的第一、第二、第三、第四顶点的第一、第二、第三、第四传感器1、2、3、4，所述传感器为重力传感器，所述重力支架6和所述支撑架7水平间隔设置，所述数据采集器5和四个传感器位于重力支架6与支撑架7之间；所述数据采集器5包括单片机芯片及外围电路，分别与第一、第二、第三、第四传感器1、2、3、4电性连接，重力支架6完全由四个传感器提供支撑，数据采集器5的外围电路采集四个传感器1、2、3、4产生的数据并处理为数字信号，该数字信号经由所述单片机处理后得到下述的第二重心坐标后经由无线方式或有限方式传送给计算机处理数据并显示结果。本实施例中L为450mm，数据采集器位于该正方形平面的中心O。

图3是图2所示传感器的坐标位置图，如图3所示，以传感器3为坐标原点O，以第三、第四传感器3、4所在的直线作为X轴，以第一、第三传感器1、3所在的直线作为Y轴建立第一坐标系XOY，则传感器3的坐标为(0，0)，第一、第二、第四传感器1、2、4的坐标分别为：(0，L)、(L，L)、(L,0)，数据采集器5所在的重力支架平面中心O’的坐标为(L/2，L/2)。

让受试者站在重力支架6中心，重力支架6所受重力分布在四个传感器1、2、3、4上产生的分力分别为重力A、重力B、重力C、重力D，数据采集器采集重力A、B、C、D并转换成数字信号进行处理，经过公式计算得到第一重心坐标(X，Y)。第一重心坐标为受试者重心在第一坐标系XOY中的坐标，其中X，Y的计算公式为：

X＝[A/(A+B)+C/(D+C)]/2×L；

Y＝[A/(A+C)+B/(B+D)]/2×L；

图4是图3所示第一坐标系平移后的示意图，如图4所示，将第一坐标系XOY平移构成第二坐标系X’O’Y’，第二坐标系的原点O’在第一坐标系中的坐标为(L/2，L/2)，记受试者重心在第二坐标系X’O’Y’中的坐标为第二重心坐标(X’，Y’)，则，

X’＝X-225；

Y’＝Y-225；

为使重心的测定结果更加精确，需测定多组第二重心坐标(X’_n，Y’_n)，并取其平均值得到平均重心坐标(X_平均，Y_平均)，其中，

X_平均＝(X’₁+X’₂+X’₃+.....+X’_n)/n；

Y_平均＝(Y’₁+Y’₂+Y’₃+.....+Y’_n)/n；

其中，n为正整数。

然后，判断受试者的重心偏移方向、计算最终偏移幅度，平均重心坐标(X_平均，Y_平均)偏离第二坐标系原点O’的方向即为受试者重心的偏移方向。

本实施例中，优选的，所述的多组第二重心坐标包括4组，分别采用四种模式测量所得。具体来说，测试流程分为四种模式：“双足睁眼”、“双足闭眼”、“单足睁眼”、“单足闭眼”，即受试者睁开双眼或者闭着双眼双脚或者单脚站在重力支架中心处，每种模式测量时间为10s，数据采集器每50ms采集并向计算机发一次数据，则每种模式测量完成发送200组数据，四种模式测量完成共发送800组数据，在第二坐标系X’O’Y’中重心横坐标依次为X’₁、X’₂、X’₃...X’₈₀₀，纵坐标依次为Y₁、Y₂、Y₃...Y₈₀₀，软件数据处理部分将800组数据取平均值得到平均重心坐标(X_平均，Y_平均)。其中，

X_平均＝(X₁+X₂+X₃+.....+X₈₀₀)/800；

Y_平均＝(Y₁+Y₂+Y₃+.....+Y₈₀₀)/800；

最终偏移幅度越大，说明平衡能力越差，最终偏移幅度越小，说明平衡能力越强。

重心的偏移方向可根据第二重心坐标(X’，Y’)在第二坐标系X’O’Y’中象限的位置判断：

若平均重心横坐标X_平均大于0，平均重心纵坐标Y_平均大于0，则重心偏向第二坐标系X’O’Y’的第一象限，说明受试者站立时重心偏向人体右前方；

若平均重心横坐标X_平均小于0，平均重心纵坐标Y_平均大于0，则重心偏向第二坐标系X’O’Y’的第二象限，说明受试者站立时重心偏向人体左前方；

若平均重心横坐标X_平均小于0，平均重心纵坐标Y_平均小于0，则重心偏向第二坐标系X’O’Y’的第三象限，说明受试者站立时重心偏向人体左后方；

若平均重心横坐标X_平均大于0，平均重心纵坐标Y_平均小于0，则重心偏向第二坐标系X’O’Y’的第四象限，说明受试者站立时重心偏向人体右后方；

以上第二重心坐标的取得是在数据采集器中完成，然后通过无线或有限方式发送到与之连接的计算机，由计算机软件处理得到重心偏移方向和幅度，计算并显示受试者的重心偏移方向、最终偏移幅度和重心移动轨迹。当然所有的数据采集、计算和显示部分都可集成在一个人体静态平衡测试仪中，其处理原理和方法不变，在此不再赘述。

在上述实施例的基础上，本发明概括出一种人体静态平衡测试方法，包括：

步骤一、使受试者站在一边长为L的正方形平面中心处，所述正方形平面所受重力完全由正方形的四个顶点作为支撑点提供支撑；

步骤二、取得所述重力在该平面四个顶点处产生的分力，分别记为A、B、C、D，所述正方形平面顶点依次按照从左到右和从上到下的顺序记为第一、第二、第三、第四顶点，以第三顶点为原点O，第三、第四顶点连线建立X轴，第一、第三顶点连线建立Y轴而建立第一坐标系XOY，记重心在该坐标系中的坐标为第一重心坐标(X，Y)，则X、Y的计算公式为：

X＝[A/(A+B)+C/(D+C)]/2×L；

Y＝[A/(A+C)+B/(B+D)]/2×L；

至于第二重心坐标的计算方法，平均重心坐标的计算方法和优选的计算方法，以及根据平均重心坐标判断受试者的重心偏移方向和最终偏移幅度与上述内容相同，在此不再不赘述。

此外，本发明还可记录重心随时间移动的轨迹来反应人体平衡能力，让受试者对自身的平衡能力及调节方向有更直观的认识。具体来说，每隔一段时间记录一个平均重心坐标值，将这些不同时间记录的平均重心坐标在同一坐标系中画出并用光滑的曲线连起来就构成一幅重心移动轨迹图，实际上可通过计算机软件处理完成。受试者通过重心移动轨迹图对自身的平衡能力及调节方向能有更直观的认识

综上所述，本发明使用压力传感器测量重力，数据采集器外围电路及单片机芯片将传感器所受重力进行转换、收集、计算得出受试者的重心偏移方向和幅度，精确的表征人体平衡能力，体现人体重心移动轨迹，通过重心移动轨迹来反应人体平衡能力，让受试者对自身的平衡能力及调节方向有更直观的认识。

Claims

1.一种人体静态平衡测试方法，其特征在于，包括：

步骤二、取得所述重力在该平面四个顶点处产生的分力，分别记为A、B、C、D，所述正方形平面顶点按照从左到右和从上到下的顺序依次记为第一、第二、第三、第四顶点，以第三顶点为原点O，第三、第四顶点连线建立X轴，第一、第三顶点连线建立Y轴而建立第一坐标系XOY，记受试者重心在该坐标系中的坐标为第一重心坐标(X，Y)，则：

X＝[A/(A+B)+C/(D+C)]/2×L；

Y＝[A/(A+C)+B/(B+D)]/2×L。

2.如权利要求1所述的人体静态平衡测试方法，其特征在于，

将第一坐标系XOY平移构成第二坐标系X’O’Y’，第二坐标系的原点O’在第一坐标系中的坐标为(L/2，L/2)，记受试者重心在第二坐标系中的坐标为第二重心坐标(X’，Y’)，则，

X’＝X-L/2；

Y’＝Y-L/2；

测定多组第二重心坐标(X’_n，Y’_n)，并取其平均值得到平均重心坐标(X_平均，Y_平均)，其中，

X_平均＝(X’₁+X’₂+X’₃+.....+X’_n)/n；

Y_平均＝(Y’₁+Y’₂+Y’₃+.....+Y’_n)/n；

其中，n为正整数；

然后判断受试者的重心偏移方向、计算最终偏移幅度，平均重心坐标(X_平均，Y_平均)偏离第二坐标系原点O’的方向即为受试者重心的偏移方向。

3.如权利要求2所述的人体静态平衡测试方法，其特征在于，若平均重心坐标位于第二坐标系的第一象限，说明受试者站立时重心偏向人体右前方；

若平均重心坐标位于第二坐标系的第二象限，说明受试者站立时重心偏向人体左前方；

若平均重心坐标位于第二坐标系的第三象限，说明受试者站立时重心偏向人体左后方；

若平均重心坐标位于第二坐标系的第四象限，说明受试者站立时重心偏向人体右后方。

4.如权利要求3所述的人体静态平衡测试方法，其特征在于，平均重心坐标(X_平均，Y_平均)偏离第二坐标系原点O’的距离即为最终偏移幅度，最终偏移幅度越大，则平衡能力越差，最终偏移幅度越小，则平衡能力越强。

5.如权利要求4所述的人体静态平衡测试方法，其特征在于，所述多组第二重心坐标包括4组，分别采用四种模式测量所得，即：“双足睁眼”、“双足闭眼”、“单足睁眼”、“单足闭眼”，每种模式测量时间为10s，每50ms采集一次，则每种模式采集200组数据，四种模式共800组，即所述n为800，在第二坐标系中重心横坐标依次为X’₁、X’₂、X’₃...X’₈₀₀，纵坐标依次为Y’₁、Y’₂、Y’₃...Y’₈₀₀

X_平均＝(X’₁+X’₂+X’₃+.....+X’₈₀₀)/800；

Y_平均＝(Y’₁+Y’₂+Y’₃+.....+Y’₈₀₀)/800；

最终偏移幅度为X_平均的平方与Y_平均的平方之和的正平方根。

6.一种实现权利要求1-5任一项所述方法的人体静态平衡测试仪，其特征在于，包括重力支架、支撑架、数据采集器，以及按照从左到右、从上到下的顺序排布分别构成一边长为L的正方形的第一、第二、第三、第四顶点的第一、第二、第三、第四传感器，所述传感器为重力传感器，所述重力支架和所述支撑架水平间隔设置，所述数据采集器和四个传感器位于重力支架与支撑架之间，所述数据采集器分别与第一、第二、第三、第四传感器电性连接，重力支架完全由四个传感器提供支撑。

7.如权利要求6所述的人体静态平衡测试仪，其特征在于，数据采集器采集多组重力分力信息并计算得到第二重心坐标，数据采集器与计算机连接，通过计算机软件处理第二重心坐标，得到平均重心坐标，计算并显示受试者的重心偏移方向、最终偏移幅度和重心移动轨迹。

8.如权利要求7所述的人体静态平衡测试仪，其特征在于，所有的数据采集、处理和显示部分都集成在人体静态平衡测试仪中。