CN106422153A - 一种基于柔性压力传感器的智能平衡木及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于柔性压力传感器的智能平衡木，其包括平衡木木板，所述平衡木木板上表面设有柔性压力传感器，所述压力传感器连接有数据采集模块，所述数据采集模块依次连接数据传输模块、外围处理设备以及音视频输出设备；所述采集由柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号传输给数据传输模块；并通过所述数据传输模块发送至外围处理设备，所述外围处理设备接收所述数字信号并控制所述音视频输出设备执行相应操作。本发明提供的基于柔性压力传感器的智能平衡木稳定可靠，可以实时通过语音与画面得到提示指导，保证了训练者的训练效率。

Description

一种基于柔性压力传感器的智能平衡木及其工作方法
技术领域
本发明涉及到电子体育器材技术领域，特别是一种基于柔性压力传感器的智能平衡木。
背景技术
在现有技术中，平衡木通常是一个长方体形状的木板，将其放置在地面上或离地面一定的高度或将这根平衡木吊起来或搭成有一定坡度(可以调整坡度)，以致增加不同的训练难度，其中只是规定平衡木的长度和宽度，如3米长，0.1米宽。在实际训练中，只能判断一个成功和失败的二个答案，没有什么实际的测试数据，例如训练者走完这样一根平衡木所需耗费了多少时间，在训练过程中所走的脚步是否稳健，与上次相比是否有所进步，进步的幅度如何，还有进一步的了解训练者真实平衡度的技术指标，再说这样也会在训练的时候，相对比较枯燥无味，训练者看不到自己的进步和相对鼓励的言语，也达不到娱乐运动教育的效果。
经检索专利号为CN201420063742.X公开了一种实用新型设计一种具有人体平衡状态的平衡木集平衡木检测系统，既具有教练语音指导功能，又具有裁判功能，包括平衡木、平衡度检测模块，平衡木的上端面置有多个触摸开关且多个触摸开关的信号输出端与信息处理器的信号输入端连接。优点：一是该实用新型即可以检测人体在平衡木上行走的稳定度和平衡程度的量化评价功能，有具有裁判功能，实现自我训练，达到客观裁判的目的；二是运动者通过平衡木，实现了对自我机体能力的客观评述。虽然该专利提供了一种实用新型的平衡木检测装置，比传统的平衡木的功能多，但是训练模式单一，采用的是触摸开关作为传感器用于检测，长时间的触摸会使得开关易坏和易变不灵敏，使得测量精度降低，测量稳定性低等，而且不可以储存用户的训练数据，不支持联网，在当今智能化的社会还是不能满足用户的需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种基于柔性压力传感器的智能平衡木，其包括平衡木木板，所述平衡木木板上表面设有柔性压力传感器，所述压力传感器连接有数据采集模块，所述数据采集模块依次连接数据传输模块、外围处理设备以及音视频输出设备；
所述采集由柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号传输给数据传输模块；
并通过所述数据传输模块发送至外围处理设备，所述外围处理设备接收所述数字信号并控制所述音视频输出设备执行相应操作。
较佳地，所述平衡木木板两侧分别安装有灯带。
较佳地，所述数据传输模块将数据采集模块采集到的数字信号以无线和以太网接口两种兼容的方式向外围处理设备传输。
较佳地，所述外围处理设备为具备计算和输入输出功能的智能终端，通过安装在其上的客户端软件处理和计算从数据传输模块输入的足底压力分布及压力足迹信息的数字信号，完成对音视频输出设备控制。
较佳地，所述音视频输出设备包括显示屏与音响。
本发明还提供了一种基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，包括以下步骤：
步骤101：智能平横木接通电源，上电操作；
步骤102：对智能平衡木进行初始化设置；
步骤103：用户根据需要进行模式选择，测试模式或者游戏模式；若选择测试模式，则执行步骤104，若选择则执行步骤107；
步骤104：用户对测试模式进行选择，用户根据需求选择静态测试或者动态测试，若选择静态测试则执行步骤105，若选择动态测试则执行步骤106；
步骤105：进入静态测试，用户分别单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上进行测试；
步骤106：进入动态测试，用户自由选择动作做直线运动通过平衡木，进行测试；
步骤107：进入游戏训练模式，用户按照所选的游戏要求在平衡木上进行平衡能力训练；
步骤108：由智能平衡木上表面的柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息，经数据采集模块采集和模数转化后，再经数据传输模块传输到外围处理设备；
步骤109:外围处理设备计算行走时间、停顿时间及压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力或动态平衡能力；
步骤110:外围处理设备同时存储用户测试数据，建立用户数据库，据此判断用户的平衡能力，指导科学训练。
较佳地，动态测试时，由数据采集模块采集从柔性压力传感器所获取的用户在平衡木上行走时的足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，经过A/D转换器转换成数字信号后，传输到数据传输模块，数据传输模块再以无线和以太网线接口两种兼容的方式向外围处理设备传输足底压力分布及压力足迹信息的数字信号，经安装在外围处理设备上的客户端软件处理和计算后，计算出用户行走通过智能平衡木的行走时间、停顿时间和压力中心轨迹包络面积，以此来评价动态平衡能力，在显示屏上显示实时的压力足迹和最终的测试分析结果。
较佳地，静态测试时，数据采集模块、数据传输模块和外围处理设备工作流程类似于动态测试，只是采集和处理的是用户单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上的足底压力分布及压力足迹信息，然后客户端软件计算用户的站立时间和压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力，在显示屏上显示实时的足底压力分布和最终的测试分析结果。
较佳地，选择游戏训练模式后，用户通过客户端软件选择训练游戏，根据显示屏上的游戏和音箱的音乐指引，在智能平衡木上完成游戏指定的移动、跳跃、行走等动作，通过游戏训练用户的静态和动态平衡能力。
本发明具有以下有益效果：
(1)采用柔性压力传感器作为平横木的传感检测元件，通过柔性压力传感器行列扫描以检测足底压力分布信息，高密度和阵列化的柔性压力传感器使得检测精度更高。采用一体化印刷成型的柔性阵列压力传感器作为平衡木的传感检测元件，不会出现粘结失效、接触不良误报等问题，确保了平衡木的可靠性和稳定性，维护更方便。
(2)智能平衡木具有测试模式和游戏训练模式，测试模式又可以选择静态测试或者动态测试，静态测试是指用户分别单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上，动态测试是指用户自由选择动作直线行走通过平衡木。进入测试模式后，系统播放动作示意动画和语音引导用户完成指定动作并评价；进入游戏训练模式后，用户可选是否查看游戏说明，之后确认难度、对抗等选项进入并开始游戏。测试和游戏中，系统会实时语音反馈，帮助和鼓励用户完成规定动作。
(3)和传统的平衡木相比，本发明的智能平衡木可以无线和以太网接口两种兼容的方式向外围处理设备传输数；外围处理设备是具备计算和输入输出功能的计算机或手持PAD等，通过显示屏显示用户使用平衡木的客户端软件、游戏画面等，更加生动形象地展示用户的平衡能力。
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基于柔性压力传感器的智能平衡木结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于柔性压力传感器的智能平衡木原理示意图；
图3为本发明实施例提供的基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法流程示意图。
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。
如图1所示，智能平衡木是由上表面安装有柔性压力传感器1以及双侧面安装灯带7的平衡木木板2和两个支撑腿8、数据采集模块3、数据传输模块4、外围处理设备5、显示屏和音箱组成。
其中，传感元件采用的是一体化印刷成型的大面积平面式的高密度阵列式柔性压力传感器，柔性阵列压力传感器基于电阻式结构，上、下层柔性基材采用耐高温聚酯薄膜，并经过电晕处理以防止静电干扰，然后在基材上分层依次印刷导线银浆层、绝缘层、粘合丝印胶层以及应变电阻浆料层构成敏感层。
上、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交叉节点处，通过银浆引线输出信号。数据采集模块3和数据传输模块4都隐蔽地安装在平衡木木板2的下方。平衡木木板2的两侧安装灯带，增强声光效果。平衡木木板2上表面覆合软质PVC运动地板，触感良好，耐磨性能好，圆角边设计了灯光系统，系统实时灯光反馈，效果更炫酷。平衡木顶面离地高度35cm，两根支撑腿8采用马蹄脚设计，外形美观，支撑更稳定。
本发明提供了基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，如图3所示的智能平衡木的工作流程图，其工作流程包括：
步骤101，智能平横木接通电源，上电操作。
步骤102，对智能平衡木进行初始化设置。
步骤103，用户根据需要进行模式选择，测试模式(a)或者游戏模式(b)；若选择测试模式(a)，则执行步骤104，若选择(b)则执行步骤107。
步骤104，用户对测试模式进行选择，用户根据需求选择静态测试(c)或者动态测试(d)，若选择静态测试(c)则执行步骤105，若选择动态测试(d)则执行步骤106。
步骤105，选择(c)则进入静态测试，用户分别单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上进行测试。
步骤106，选择(d)则进入动态测试，用户自由选择动作做直线运动通过平衡木，进行测试。
步骤107，选择(b)则进入游戏训练模式，用户按照所选的游戏要求在平衡木上进行平衡能力训练。
步骤108，由智能平衡木上表面的柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息，经数据采集模块采集和模数转化后，再经数据传输模块传输到外围处理设备。
步骤109，外围处理设备计算行走时间、停顿时间及压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力或动态平衡能力。
步骤110，外围处理设备同时存储用户测试数据，建立用户数据库，据此判断用户的平衡能力，指导科学训练。
本实施例中，首先，接通电源，进行上电操作，初始化智能平衡木；
用户进行使用模式选择，可以选择测试模式或者游戏训练模式两种使用模式，测试模式又可以选择静态测试或者动态测试，静态测试是指用户分别单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上进行测试，动态测试是指用户自由选择动作直线行走通过平衡木进行测试；动态测试时，由数据采集模块3采集从柔性压力传感器1所获取的用户在平衡木上行走时的足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，经过A/D转换器转换成数字信号后，传输到数据传输模块4，数据传输模块4再以无线和以太网线接口两种兼容的方式向外围处理设备5传输足底压力分布及压力足迹信息的数字信号，经安装在外围处理设备5上的客户端软件6处理和计算后，计算出用户行走通过智能平衡木的行走时间、停顿时间和压力中心轨迹包络面积，以此来评价动态平衡能力，在显示屏上显示实时的压力足迹和最终的测试分析结果；静态测试时，数据采集模块3、数据传输模块4和外围处理设备5工作流程类似于动态测试，只是采集和处理的是用户单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上的足底压力分布及压力足迹信息，然后客户端软件6计算用户的站立时间和压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力，在显示屏上显示实时的足底压力分布和最终的测试分析结果；选择游戏训练模式后，用户通过客户端软件6选择训练游戏，根据显示屏上的游戏和音箱的音乐指引，在智能平衡木上完成游戏指定的移动、跳跃、行走等动作，通过游戏训练用户的静态和动态平衡能力。
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 (9)

1.一种基于柔性压力传感器的智能平衡木，其特征在于，包括平衡木木板，所述平衡木木板上表面设有柔性压力传感器，所述压力传感器连接有数据采集模块，所述数据采集模块依次连接数据传输模块、外围处理设备以及音视频输出设备；
所述采集由柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，再将数字信号传输给数据传输模块；
并通过所述数据传输模块发送至外围处理设备，所述外围处理设备接收所述数字信号并控制所述音视频输出设备执行相应操作。
2.如权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木，其特征在于，所述平衡木木板两侧分别安装有灯带。
3.如权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木，其特征在于，所述数据传输模块将数据采集模块采集到的数字信号以无线和以太网接口两种兼容的方式向外围处理设备传输。
4.如权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木，其特征在于，所述外围处理设备为具备计算和输入输出功能的智能终端，通过安装在其上的客户端软件处理和计算从数据传输模块输入的足底压力分布及压力足迹信息的数字信号，完成对音视频输出设备控制。
5.如权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木，其特征在于，所述音视频输出设备包括显示屏与音响。
6.如权利要求1所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤101：智能平横木接通电源，上电操作；
步骤102：对智能平衡木进行初始化设置；
步骤103：用户根据需要进行模式选择，测试模式或者游戏模式；若选择测试模式，则执行步骤104，若选择则执行步骤107；
步骤104：用户对测试模式进行选择，用户根据需求选择静态测试或者动态测试，若选择静态测试则执行步骤105，若选择动态测试则执行步骤106；
步骤105：进入静态测试，用户分别单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上进行测试；
步骤106：进入动态测试，用户自由选择动作做直线运动通过平衡木，进行测试；
步骤107：进入游戏训练模式，用户按照所选的游戏要求在平衡木上进行平衡能力训练；
步骤108：由智能平衡木上表面的柔性压力传感器获取足底压力分布及压力足迹信息，经数据采集模块采集和模数转化后，再经数据传输模块传输到外围处理设备；
步骤109:外围处理设备计算行走时间、停顿时间及压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力或动态平衡能力；
步骤110:外围处理设备同时存储用户测试数据，建立用户数据库，据此判断用户的平衡能力，指导科学训练。
7.如权利要求6所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，其特征在于，动态测试时，由数据采集模块采集从柔性压力传感器所获取的用户在平衡木上行走时的足底压力分布及压力足迹信息的模拟信号，经过A/D转换器转换成数字信号后，传输到数据传输模块，数据传输模块再以无线和以太网线接口两种兼容的方式向外围处理设备传输足底压力分布及压力足迹信息的数字信号，经安装在外围处理设备上的客户端软件处理和计算后，计算出用户行走通过智能平衡木的行走时间、停顿时间和压力中心轨迹包络面积，以此来评价动态平衡能力，在显示屏上显示实时的压力足迹和最终的测试分析结果。
8.如权利要求6所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，其特征在于，静态测试时，数据采集模块、数据传输模块和外围处理设备工作流程类似于动态测试，只是采集和处理的是用户单脚站立和闭眼双脚站立在平衡木上的足底压力分布及压力足迹信息，然后客户端软件计算用户的站立时间和压力中心轨迹包络面积来评价静态平衡能力，在显示屏上显示实时的足底压力分布和最终的测试分析结果。
9.如权利要求6所述的基于柔性压力传感器的智能平衡木的工作方法，其特征在于，选择游戏训练模式后，用户通过客户端软件选择训练游戏，根据显示屏上的游戏和音箱的音乐指引，在智能平衡木上完成游戏指定的移动、跳跃、行走等动作，通过游戏训练用户的静态和动态平衡能力。
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