CN106310581A - 具有平衡测评和体验功能的智能独木桥及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其包括压力足迹采集带、桥横木、电控升降支架、高速数据采集处理卡、数据线、穿戴式惯性模块、蓝牙收发器、人机交互设备、显示屏幕、音箱、缓冲防护地垫，本发明通过智能独木桥采集和分析用户从独木桥上行走、完成指定动作时的压力足迹信息和身体姿态信息测评其平衡能力，给出平衡得分；还通过视觉场景、音效刺激和智能独木桥坡度、离地高度的调节等元素结合的平衡游戏，给用户提供平衡体验及训练，本发明集平衡测评、娱乐体验和科普教育功能于一身，应用广泛。

Description

具有平衡测评和体验功能的智能独木桥及其工作方法

技术领域

本发明属于体育器材和科普领域，尤其涉及一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥及其工作方法。

背景技术

平衡能力是控制身体重心以维持身体姿态稳定的能力，是身体活动能力的核心要素；身体平衡的调控涉及中枢神经系统对前庭觉、视觉和本体感觉的调控，是一个复杂的感知-反应过程。很多儿童和青少年可能有过身体失衡的体验，也听过身体平衡能力的知识，但对很多“超平衡”结构物体或身体失衡的现象仍然好奇和不解，尤其对于人体自身平衡调控机理充满神秘感。而当前书本关于身体平衡及平衡调控机理的介绍还略显抽象或深奥，或者知识不够系统和完整，影响平衡知识的普及消化。因此，市场需要相应科普产品，以生动易懂且可以体验的方式开展平衡能力科普。

当前，市场上有平衡测试仪、平衡球和平衡车等产品，可以起到一定的平衡知识体验传播的作用，但这些产品主要侧重于偏专业的测试或健身、交通工具，科普性还不强，也不成体系。过独木桥作为广泛流传的青少年体育游戏，有其广受认知的优点，结构和使用也简单，身体和心理体验性强，非常适合作为平衡能力的体验载体。市场上也有幼儿园或小学用的各样塑料或木质拼装独木桥，有趣好玩且能锻炼心理素质，但还是不能以通俗易懂的方式呈现平衡的生物力学调控机理，娱乐性强，科普性较弱。

经检索，专利号为201420528107.9的实用新型专利公开了一种带检测装置的平衡木，该专利通过在平衡木两个支架的底部安装压力传感器检测使用者有没有从平衡木上掉下，通过平衡木两端的起始触发装置和结束触发装置检测在平衡木上的行走时间，通过多个传感检测装置来检测使用者在平衡木上的行走时间及是否发生掉下以评估平衡能力，这是一种简单粗浅的平衡木行走能力检测方法，而且零部件较多，结构和操作使用都比较复杂，科普性较弱，已经难以适应多媒体时代的娱乐、科普需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其包括压力足迹采集带、桥横木、电控升降支架、高速数据采集处理卡、穿戴式惯性模块、人机交互设备、显示屏幕、音箱；

所述的压力足迹采集带包裹在所述桥横木的上表面，用于获取用户在所述桥横木的上面行走、完成指定动作时的压力足迹信息；

所述的电控升降支架用于支撑所述桥横木，并调节所述桥横木的离地高度和倾斜坡度；

所述的高速数据采集处理卡与所述压力足迹采集带电连接，所述高速数据采集处理卡用于采集、传输并处理所述的压力足迹采集带获取的压力足迹信息；

所述的穿戴式惯性模块穿戴在用户的被测部位，用于获取身体姿态信息，所述身体姿态信息包括加速度、角速度、肢体倾角和位移信息；

所述的人机交互设备作为所述智能独木桥的信息处理终端和用户交互设备，对所述智能独木桥进行设置和控制，与所述穿戴式惯性模块、压力足迹采集带通信连接，接收所述压力足迹信息、身体姿态信息，对压力足迹信息和身体姿态信息进行计算和分析，并将分析结果输出给所述显示屏幕和音箱，提供平衡测评功能，同时提供多媒体和平衡游戏体验功能；

所述的蓝牙收发器接插在所述人机交互设备的USB接口上，将所述穿戴式惯性模块与所述人机交互设备进行通信连接；

所述的显示屏幕作为所述智能独木桥的显示设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下展示测试或体验过程中的压力足迹信息、身体姿态信息、测评结果、配套文字、配套图片和视频；

所述的音箱作为所述智能独木桥的音响设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下播报语音提示和播放音乐、游戏音效；

所述的缓冲防护地垫作为所述智能独木桥的防护配件，安装在所述智能独木桥下方四周的软垫，用户跌落时起缓冲作用。

较佳地，所述压力足迹采集带包括设于上层的防滑防水皮垫与下层的柔性压力传感器阵列，所述防滑防水皮垫和柔性压力传感器阵列通过可撕双面胶粘接成一体，所述压力足迹采集带也通过可撕双面胶粘附在所述桥横木的上表面。

较佳地，所述电控升降支架数量为两个，所述电控升降支架包括A字伸缩架、电控液压杆、直线导轨滑块、铰链和支架座，所述直线导轨滑块固定在桥横木的下表面，所述A字伸缩架的上端通过铰链分别与直线导轨滑块阻尼机械连接，A字伸缩架的下端通过铰链与支架座阻尼机械连接，电控液压杆安装在A字伸缩架的中部，电控液压杆的电动伸缩带动A字伸缩架沿着直线导轨有阻尼地展开或缩小，从而实现智能独木桥的高度自动升降；当电控液压杆伸长时，A字伸缩架随之展开，A字伸缩架变矮，智能独木桥的高度也随之降低；当电控液压杆缩短时，A字伸缩架随之收缩，A字伸缩架变高，智能独木桥的高度也随之升高；当所述两个电控升降支架升降不一样的高度，实现独木桥不同方向和坡度的倾斜。

较佳地，所述穿戴式惯性模块包括三轴加速计、三轴陀螺仪和磁力计三种姿态检测传感器，所述三种姿态检测传感器获取的身体姿态信息通过内置的蓝牙模块传输到所述人机交互设备上。

本发明还提供了一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥的工作方法，其包括以下步骤：

包括以下步骤：

步骤101，智能独木桥接通电源，上电操作；

步骤102，对智能独木桥进行初始化设置，初始化智能独木桥，通过所述电控升降支架将独木桥的桥横木调至水平位置，离地高度调到最低；

步骤103，在用户腰部和双手腕部穿戴上穿戴式惯性模块，用于测试或体验过程中获取用户的身体姿态信息，用户在人机交互设备上输入用户信息；

步骤104，用户进行模式选择，智能独木桥具有测评模式和体验模式，所述测评模式包括静态测评模式和动态测评模式；选择测评模式则执行步骤105，若选择体验模式则执行步骤116；

步骤105，进入测评模式，进一步选择静态测评模式或者动态测评模式，若选择静态测评模式则执行步骤106，若选择动态测评模式则执行步骤110；

步骤106，用户登上智能独木桥的桥横木，音箱播报静态测试指令，用户双脚并拢站立在桥横木的静态测试区10秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成双脚站立测试；

步骤107，用户原地休息2秒后，进入左脚站立测试，右脚抬起，左脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成左脚站立测试；

步骤108，用户原地休息2秒后，进入右脚站立测试，左脚抬起，右脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成右脚站立测试；

步骤109，静态测试完成，人机交互设备分别处理和计算双脚站立测试、左脚站立测试和右脚站立测试步骤获取的压力足迹和身体姿态信息，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积，评估静态平衡得分，通过显示屏幕显示和音箱播报静态测试结果，完成静态平衡测评；

步骤110，进入动态测评模式，用户登上桥横木并在静态测试区等待2秒，音箱播报动态测试指令，用户进行动态平衡测试，向桥横木的另一端行走，获取并传输行走时的压力足迹信息和身体姿态信息；

步骤111，人机交互设备通过分析压力足迹信息是否有超过时间阈值的断裂判断用户是否从桥横木上跌落，跌落则执行步骤112，未跌落则执行步骤113；

步骤112，如果判断出用户有从桥横木上跌落，每跌落一次，动态平衡得分就减掉h分，用户爬上桥横木，从跌落位置继续往前行走；

步骤113，行走到桥横木的另一端，完成一次动态测试，人机交互设备处理和计算本次行走的压力足迹和身体姿态信息，评估本次动态平衡得分，显示屏幕显示和音箱播报动态测试结果；

步骤114，将桥横木离地高度升高5×N cm，重复执行步骤110至步骤113，完成第N+1次动态平衡测试，得到桥横木在该离地高度下的动态平衡得分，将N+1次动态测试的动态平衡得分累加得到总的动态平衡得分，完成动态平衡测评；

步骤115，人机交互设备根据静态平衡得分和动态平衡得分综合评价用户的平衡能力，给出综合平衡得分，完成平衡能力测评，输出测评结果，存储用户静态平衡和动态平衡的测试数据及结果，建立用户数据库，供对比分析和查询；

步骤116，进入体验模式，用户在人机交互设备上选择体验游戏、设定独木桥离地高度、独木桥倾斜方向和坡度等体验参数，独木桥自动到达设定状态，显示屏幕显示体验游戏画面，音箱播放音效；

步骤117，用户登上桥横木，根据游戏引导，在独木桥上完成相应动作或行走；

步骤118，人机交互设备通过本次体验过程中获取的压力足迹信息和身体姿态信息的计算，实时评判动作完成情况，根据动作完成情况提供图文和音效提示，每一次体验结束后，评价用户体验得分；

步骤119，用户完成一次体验后，在人机交互设备上选择是否进行下一次体验，是则执行步骤120，否则执行步骤121；

步骤120，用户回到静态测试区，根据兴趣更改体验参数，从步骤117开始，进行下一次体验；

步骤121，完成体验，人机交互设备存储用户体验数据，输出体验结果，将独木桥调至水平和最低高度位置。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以安装在独木桥上的压力足迹采集带和戴在身上的穿戴式惯性模块作为传感检测设备，获取在独木桥上行走或完成指定动作时的压力足迹信息和身体姿态信息，通过对这些信息的计算分析提供平衡测评功能，而且压力足迹采集带是由高密度和阵列化的柔性压力传感器拼接组装而成，获取的压力足底信息更精确和丰富，穿戴式惯性模块也能检测包括加速度、角速度、肢体倾角和位移在内丰富的身体姿态信息，基于丰富的压力足迹信息和身体姿态信息计算测评的平衡能力更准确和科学；

(2)本发明具有测评模式和体验模式，测评模式即测评用户的平衡能力，测评模式又分为静态测评模式和动态测评模式，静态测评模式即测评用户的静态平衡能力，动态测评模式即测评用户的动态平衡能力，体验模式即为用户提供平衡游戏体验和平衡训练功能；在平衡测评或平衡体验过程中，还可以通过自动调整独木桥高度及倾斜方向、坡度等增加测评或体验难度等级，使得测评和体验功能更丰富、更科学，更具娱乐性；静态测评时，用户分别双脚并拢站立、单脚站立在桥横木的静态测试区10秒，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积，评估静态平衡得分；动态测评时，用户分别在三个离地高度情况下在独木桥上行走，通过动作完成时间及足迹中心轨迹积分和身体质心轨迹积分评估动态平衡得分；体验模式下，用户可以选择体验游戏、设定体验参数(独木桥离地高度、独木桥倾斜方向和坡度)，根据屏幕游戏和语音引导，在独木桥上完成相应动作或行走，通过多媒体提供体验视觉效果和音效；总之，本发明功能丰富，性价比高；

(3)本发明压力足迹采集带通过可撕双面胶粘附在独木桥的上表面，方便维修和更换，不会出现粘结失效、接触不良等问题，确保了独木桥的传感检测器件的可靠性和稳定性；

(4)本发明设计了A字型电控升降支架作为独木桥离地高度、倾斜方向及坡度的自动调控装置，A字型电控升降支架的核心部件是A字伸缩架，由安装在A字伸缩架中部的电控液压杆的伸缩带动A字伸缩架沿着直线导轨有阻尼地展开或缩小，从而实现智能独木桥的离地高度、倾斜方向及坡度的自动升降；当电控液压杆伸长时，A字伸缩架随之展开，A字伸缩架变矮，智能独木桥的高度也随之降低；当电控液压杆缩短时，A字伸缩架随之收缩，A字伸缩架变高，智能独木桥的高度也随之升高；当独木桥两端的电控升降支架升降不一样的高度，即可实现独木桥不同方向和坡度的倾斜。本发明设计的电控升降方法和结构简单、稳固，而且在独木桥的下方一定范围内安装缓冲防护地垫，给独木桥带来更好、更安全可靠的体验感；

(5)和传统的平衡木相比，本发明的智能独木桥可以通过无线和以太网接口两种兼容的方式与计算机或手持PAD等人机交互设备联接，还通过显示屏提供视觉效果，通过音箱提供语音效果，以图片、文字、游戏画面和音效等多媒体方式增加测评和体验的趣味性，使得本发明更符合市场需求。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的智能独木桥的组成结构示意图；

图2为本发明实施例提供的智能独木桥的控制逻辑示意图；

图3为本发明实施例提供的智能独木桥的工作流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-压力足迹采集带、2-桥横木、3-电控升降支架、4-高速数据采集处理卡、5-数据线、6-穿戴式惯性模块，7-蓝牙收发器、8-人机交互设备、9-显示屏幕、10-音箱、11-缓冲防护地垫、1u-防滑防水皮垫、1d-柔性压力传感器阵列、31-A字伸缩架、32-电控液压杆、33-直线导轨滑块、34-铰链、35-支架座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，为本发明的示意图，本发明提供了一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，包括压力足迹采集带1、桥横木2、电控升降支架3、高速数据采集处理卡4、数据线5、穿戴式惯性模块6、蓝牙收发器7、人机交互设备8、显示屏幕9、音箱10、缓冲防护地垫11、防滑防水皮垫1u、柔性压力传感器阵列1d、A字伸缩架31、电控液压杆32、直线导轨滑块33、铰链34、支架座35；

压力足迹采集带1获取压力足迹信息通过FPC连接器电连接传输给高速数据采集处理卡4，高速数据采集处理卡4采集、传输并处理压力足迹采集带1获取的压力足迹信息，通过数据线5传输给人机交互设备8，人机交互设备8作为智能独木桥的信息处理终端和用户交互设备，对智能独木桥进行设置和控制，对压力足迹信息和身体姿态信息进行计算和分析，提供平衡测评功能，同时提供多媒体和平衡游戏体验功能。电控升降支架3与高速数据采集处理卡4相连。穿戴式惯性模块6用于获取身体姿态信息，包括加速度、角速度、肢体倾角和位移信息，通过松紧粘贴带穿戴在用户的被测部位，穿戴式惯性模块6在一个小盒子内集成三轴加速计、三轴陀螺仪和磁力计三种姿态检测传感器，穿戴式惯性模块6内置充电电池和蓝牙模块，获取的身体姿态信息通过内置的蓝牙模块通过蓝牙收发器7传输到人机交互设备8上。蓝牙收发器7是一种迷你USB型蓝牙收发器，接插在人机交互设备8的USB接口上，用于穿戴式惯性模块6与人机交互设备8之间的通讯。显示屏幕9作为智能独木桥的显示设备，在人机交互设备8的控制下展示测试或体验过程中的压力足迹信息、身体姿态信息、测评结果、配套文字、配套图片和视频等。音箱10作为智能独木桥的音响设备，在人机交互设备8的控制下播报语音提示和播放音乐、游戏音效等。缓冲防护地垫11作为智能独木桥的防护配件，是安装在智能独木桥下方四周的软垫，用户从智能独木桥上跌落时起缓冲作用。

其中，压力足迹采集带1分上下两层，上层是一条完整的防滑防水皮垫1u，下层是柔性压力传感器阵列1d，上层和下层通过可撕双面胶粘接成一体，压力足迹采集带1也通过可撕双面胶粘附在桥横木2的上表面。压力足迹采集带1用于获取用户从独木桥上行走、完成指定动作时的压力足迹信息。其中柔性压力传感器阵列1d是一体化印刷成型的平面式的柔性压力传感器阵列，该柔性压力传感器阵列的基本单元最小尺寸为1cm²，点阵密度在1个压力敏感点/cm²～9个压力敏感点/cm²之间，其特性为：柔性压力传感器阵列基于电阻式结构，上层柔性基材、下层柔性基材采用耐高温聚酯薄膜，上层柔性基材、下层柔性基材经过电晕处理以防止静电干扰，上层柔性基材、下层柔性基材上分别印刷有敏感层，敏感层包括分层依次印刷的导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层，其中导线银浆层最接近上层柔性基材和下层柔性基材，且导线银浆层设有银浆引线；上敏感层和下敏感层组成网格状测量回路，压力敏感点位于网格的各个节点处，柔性压力传感器阵列通过银浆引线输出信号。

其中电控升降支架3用于支撑桥横木2和电动调节桥横木2的离地高度和倾斜坡度；电控升降支架3由A字伸缩架31、电控液压杆32、直线导轨滑块33、铰链34和支架座35组成，直线导轨滑块33固定在桥横木2的下表面，A字伸缩架31的上端通过铰链34分别与直线导轨的两个滑块高阻尼机械连接，A字伸缩架31的下端也通过铰链34与支架座35高阻尼机械连接，电控液压杆32安装在A字伸缩架31的中部，电控液压杆32的电动伸缩带动A字伸缩架31沿着直线导轨有阻尼地展开或缩小，从而实现智能独木桥的高度自动升降；当电控液压杆32伸长时，A字伸缩架31随之展开，A字伸缩架31变矮，智能独木桥的高度也随之降低；当电控液压杆32缩短时，A字伸缩架31随之收缩，A字伸缩架31变高，智能独木桥的高度也随之升高。当智能独木桥两端的两个电控升降支架3升降不一样的高度时，即可以实现独木桥不同方向和坡度的倾斜。

智能平衡木具有测评模式和体验模式，测评模式即测评用户的平衡能力，测评模式又分为静态测评模式和动态测评模式，静态测评模式即测评用户的静态平衡能力，动态测评模式即测评用户的动态平衡能力，体验模式即为用户提供平衡游戏体验和平衡训练功能。

请参阅图3所示，为本发明的工作流程图。本发明所述的智能独木桥的工作方法包括以下步骤：

步骤101，智能独木桥接通电源，上电操作；

步骤102，对智能独木桥进行初始化设置，初始化智能独木桥，将独木桥的桥横木调至水平位置(坡度为0)，离地高度调到最低；

步骤103，用户腰部和双手腕部穿戴上穿戴式惯性模块6，用于测试或体验过程中获取用户的身体姿态信息，用户在人机交互设备8上输入用户信息；

步骤104，用户进行模式选择，智能独木桥具有测评模式和体验模式，测评模式即测评用户的平衡能力，测评模式又分为静态测评模式和动态测评模式，静态测评模式即测评用户的静态平衡能力，动态测评模式即测评用户的动态平衡能力，体验模式即为用户提供平衡游戏体验和平衡训练功能；用户根据需求选择测评模式(a)或者体验模式(b)，若选择a则执行步骤105，若选择b则执行步骤116；

步骤105，选择a则进入测评模式，进一步选择静态测评模式(a1)或者动态测评模式(a2)，若选择a1则执行步骤106，若选择a2则执行步骤110；

步骤106，选择a1则进入静态测评模式，即测评用户的静态平衡能力，用户登上智能独木桥的桥横木2，听到音箱10播报静态测试指令后，双脚并拢站立在桥横木2的静态测试区10秒，获取并传输双脚站立时的压力足迹信息和身体姿态信息(桥横木上的压力足迹采集带1获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡4传输到人机交互设备8上，穿戴式惯性模块6获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备8上，人机交互设备8通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息)，完成双脚站立测试；

步骤107，用户原地休息2秒后，进入左脚站立测试，右脚抬起，左脚单足站立6秒，通过同步骤106中的方法获取并传输左脚单足站立时的压力足迹信息和身体姿态信息，完成左脚站立测试；

步骤108，用户原地休息2秒后，进入右脚站立测试，左脚抬起，右脚单足站立6秒，通过同步骤106中的方法获取并传输右脚单足站立时的压力足迹信息和身体姿态信息，完成右脚站立测试；

步骤109，完成静态测试，人机交互设备8分别处理和计算双脚站立测试、左脚站立测试和右脚站立测试步骤获取的压力足迹和身体姿态信息，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积，评估静态平衡得分，显示屏幕9显示和音箱10播报静态测试结果，完成静态平衡测评；

步骤110，进入动态测评模式，用户登上桥横木2并在静态测试区等待2秒，音箱10播报动态测试指令，用户进行动态平衡测试，向桥横木2的另一端行走，获取并传输行走时的压力足迹信息和身体姿态信息；

步骤111，人机交互设备8通过分析压力足迹信息是否有超过时间阈值的断裂判断用户是否从桥横木2上跌落，跌落则执行步骤112，未跌落则执行步骤113；

步骤112，如果判断出用户有从桥横木2上跌落，每跌落一次，动态平衡得分就减掉h分，用户爬上桥横木2，从跌落位置继续往前行走；

步骤113，行走到桥横木2的另一端，完成一次动态测试，人机交互设备8处理和计算本次行走的压力足迹和身体姿态信息，评估本次动态平衡得分，显示屏幕9显示和音箱10播报本次动态测试结果；

步骤114，将桥横木2离地高度升高5×N cm，重复执行步骤110至步骤113，完成第N+1次动态平衡测试，得到桥横木2在该离地高度下的动态平衡得分，将N+1次动态测试的动态平衡得分累加得到总的动态平衡得分，完成动态平衡测评；

步骤115，人机交互设备8根据静态平衡得分和动态平衡得分综合评价用户的平衡能力，给出综合平衡得分，完成平衡能力测评，输出测评结果，存储用户静态和动态平衡测试数据及结果，建立用户数据库，供对比分析和查询；

步骤116，选择b则进入体验模式，用户在人机交互设备8上选择体验游戏、设定体验参数(独木桥离地高度、独木桥倾斜方向和坡度)，独木桥自动到达设定状态，显示屏幕9显示体验游戏画面，音箱10播放音效；

步骤117，用户登上桥横木2，根据游戏引导，在独木桥上完成相应动作或行走，比如站立状态下双手前后左右交替摆动、双脚根据显示屏幕9引导弹奏钢琴、双手齐肩张开快步通过独木桥等，获取本次体验的压力足迹信息和身体姿态信息；

步骤118，人机交互设备8通过本次体验过程中获取的压力足迹信息和身体姿态信息的计算，实时评判动作完成情况，根据动作完成情况提供图文和音效提示，每一次体验结束后，评价用户体验得分；

步骤119，用户完成一次体验后，在人机交互设备8上选择是否进行下一次体验，是则执行步骤120，否则执行步骤121；

步骤120，用户回到静态测试区，根据兴趣更改体验参数，从步骤117开始，进行下一次体验；

步骤121，完成体验，人机交互设备8存储用户体验数据，输出体验结果，将独木桥调至水平和最低高度位置。

综上所述，本发明具体是这样工作的：先将智能独木桥接通电源，进行初始化设置，初次测量时，用户腰部和双手腕部穿戴上穿戴式惯性模块6，用户在人机交互设备8上输入用户信息；测评模式下，用户登上智能独木桥的桥横木2，先后选择静态测评模式和动态测评模式，用户根据音箱10播报的指令(静态测评动作、动态测评动作)完成具体操作，通过双脚站在桥横木2上的压力足迹采集带1上，桥横木2上的压力足迹采集带1获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡4采集处理后通过数据线5传输到人机交互设备8上，穿戴式惯性模块6获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备8上，人机交互设备8通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积、跌落罚分等参数，评估平衡得分，显示屏幕9显示和音箱10播报测试结果，完成平衡测评；人机交互设备8根据静态平衡得分和动态平衡得分综合评价用户的平衡能力，给出综合平衡得分，完成平衡能力测评，输出测评结果，存储用户静态和动态平衡测试数据及结果，建立用户数据库，供对比分析和查询。体验模式下，用户在人机交互设备8上选择体验游戏、设定体验参数(独木桥离地高度、独木桥倾斜方向和坡度)，独木桥在电控升降支架3的调节下自动到达设定状态，显示屏幕9显示体验游戏画面，音箱10播放音效；用户登上桥横木2，根据游戏引导，在独木桥上完成相应动作或行走，压力足迹采集带1、穿戴式惯性模块6分别获取本次体验的压力足迹信息和身体姿态信息；人机交互设备8通过本次体验过程中获取的压力足迹信息和身体姿态信息的计算，实时评判动作完成情况，根据动作完成情况提供图文和音效提示，每一次体验结束后，评价用户体验得分；用户完成一次体验后，在人机交互设备8上选择是否进行下一次体验；如果选择进行下一次体验，用户回到静态测试区，根据兴趣更改体验参数，进行下一次体验；完成体验，人机交互设备8存储用户体验数据，输出体验结果，将独木桥调至水平和最低高度位置。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，包括压力足迹采集带、桥横木、电控升降支架、高速数据采集处理卡、穿戴式惯性模块、人机交互设备、显示屏幕、音箱；

所述的压力足迹采集带包裹在所述桥横木的上表面，用于获取用户在所述桥横木的上面行走、完成指定动作时的压力足迹信息；

所述的电控升降支架用于支撑所述桥横木，并调节所述桥横木的离地高度和倾斜坡度；

所述的高速数据采集处理卡与所述压力足迹采集带电连接，所述高速数据采集处理卡用于采集、传输并处理所述的压力足迹采集带获取的压力足迹信息；

所述的穿戴式惯性模块穿戴在用户的被测部位，用于获取身体姿态信息，所述身体姿态信息包括加速度、角速度、肢体倾角和位移信息；

所述的人机交互设备作为所述智能独木桥的信息处理终端和用户交互设备，对所述智能独木桥进行设置和控制，与所述穿戴式惯性模块、压力足迹采集带通信连接，接收所述压力足迹信息、身体姿态信息，对压力足迹信息和身体姿态信息进行计算和分析，并将分析结果输出给所述显示屏幕和音箱，提供平衡测评功能，同时提供多媒体和平衡游戏体验功能；

所述的蓝牙收发器接插在所述人机交互设备的USB接口上，将所述穿戴式惯性模块与所述人机交互设备进行通信连接；

所述的显示屏幕作为所述智能独木桥的显示设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下展示测试或体验过程中的压力足迹信息、身体姿态信息、测评结果、配套文字、配套图片和视频；

所述的音箱作为所述智能独木桥的音响设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下播报语音提示和播放音乐、游戏音效；

所述的缓冲防护地垫作为所述智能独木桥的防护配件，安装在所述智能独木桥下方四周的软垫，用户跌落时起缓冲作用。

2.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述压力足迹采集带包括设于上层的防滑防水皮垫与下层的柔性压力传感器阵列，所述防滑防水皮垫和柔性压力传感器阵列通过可撕双面胶粘接成一体，所述压力足迹采集带也通过可撕双面胶粘附在所述桥横木的上表面。

3.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述电控升降支架数量为两个，所述电控升降支架包括A字伸缩架、电控液压杆、直线导轨滑块、铰链和支架座，所述直线导轨滑块固定在桥横木的下表面，所述A字伸缩架的上端通过铰链分别与直线导轨滑块阻尼机械连接，A字伸缩架的下端通过铰链与支架座阻尼机械连接，电控液压杆安装在A字伸缩架的中部，电控液压杆的电动伸缩带动A字伸缩架沿着直线导轨有阻尼地展开或缩小，从而实现智能独木桥的高度自动升降；当电控液压杆伸长时，A字伸缩架随之展开，A字伸缩架变矮，智能独木桥的高度也随之降低；当电控液压杆缩短时，A字伸缩架随之收缩，A字伸缩架变高，智能独木桥的高度也随之升高；当所述两个电控升降支架升降不一样的高度，实现独木桥不同方向和坡度的倾斜。

4.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述穿戴式惯性模块包括三轴加速计、三轴陀螺仪和磁力计三种姿态检测传感器，所述三种姿态检测传感器获取的身体姿态信息通过内置的蓝牙模块传输到所述人机交互设备上。

5.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101，智能独木桥接通电源，上电操作；

步骤102，对智能独木桥进行初始化设置，初始化智能独木桥，通过所述电控升降支架将独木桥的桥横木调至水平位置，离地高度调到最低；

步骤103，在用户腰部和双手腕部穿戴上穿戴式惯性模块，用于测试或体验过程中获取用户的身体姿态信息，用户在人机交互设备上输入用户信息；

步骤104，用户进行模式选择，智能独木桥具有测评模式和体验模式，所述测评模式包括静态测评模式和动态测评模式；选择测评模式则执行步骤105，若选择体验模式则执行步骤116；

步骤105，进入测评模式，进一步选择静态测评模式或者动态测评模式，若选择静态测评模式则执行步骤106，若选择动态测评模式则执行步骤110；

步骤106，用户登上智能独木桥的桥横木，音箱播报静态测试指令，用户双脚并拢站立在桥横木的静态测试区10秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成双脚站立测试；

步骤107，用户原地休息2秒后，进入左脚站立测试，右脚抬起，左脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成左脚站立测试；

步骤108，用户原地休息2秒后，进入右脚站立测试，左脚抬起，右脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成右脚站立测试；

步骤109，静态测试完成，人机交互设备分别处理和计算双脚站立测试、左脚站立测试和右脚站立测试步骤获取的压力足迹和身体姿态信息，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积，评估静态平衡得分，通过显示屏幕显示和音箱播报静态测试结果，完成静态平衡测评；

步骤110，进入动态测评模式，用户登上桥横木并在静态测试区等待2秒，音箱播报动态测试指令，用户进行动态平衡测试，向桥横木的另一端行走，获取并传输行走时的压力足迹信息和身体姿态信息；

步骤111，人机交互设备通过分析压力足迹信息是否有超过时间阈值的断裂判断用户是否从桥横木上跌落，跌落则执行步骤112，未跌落则执行步骤113；

步骤112，如果判断出用户有从桥横木上跌落，每跌落一次，动态平衡得分就减掉h分，用户爬上桥横木，从跌落位置继续往前行走；

步骤113，行走到桥横木的另一端，完成一次动态测试，人机交互设备处理和计算本次行走的压力足迹和身体姿态信息，评估本次动态平衡得分，显示屏幕显示和音箱播报动态测试结果；

步骤114，将桥横木离地高度升高5×N cm，重复执行步骤110至步骤113，完成第N+1次动态平衡测试，得到桥横木在该离地高度下的动态平衡得分，将N+1次动态测试的动态平衡得分累加得到总的动态平衡得分，完成动态平衡测评；

步骤115，人机交互设备根据静态平衡得分和动态平衡得分综合评价用户的平衡能力，给出综合平衡得分，完成平衡能力测评，输出测评结果，存储用户静态平衡和动态平衡的测试数据及结果，建立用户数据库，供对比分析和查询；

步骤116，进入体验模式，用户在人机交互设备上选择体验游戏、设定独木桥离地高度、独木桥倾斜方向和坡度等体验参数，独木桥自动到达设定状态，显示屏幕显示体验游戏画面，音箱播放音效；

步骤117，用户登上桥横木，根据游戏引导，在独木桥上完成相应动作或行走；

步骤118，人机交互设备通过本次体验过程中获取的压力足迹信息和身体姿态信息的计算，实时评判动作完成情况，根据动作完成情况提供图文和音效提示，每一次体验结束后，评价用户体验得分；

步骤119，用户完成一次体验后，在人机交互设备上选择是否进行下一次体验，是则执行步骤120，否则执行步骤121；

步骤120，用户回到静态测试区，根据兴趣更改体验参数，从步骤117开始，进行下一次体验；

步骤121，完成体验，人机交互设备存储用户体验数据，输出体验结果，将独木桥调至水平和最低高度位置。