CN108324254A - 双模态视觉反馈动静态平衡训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，属于人体动静态平衡训练方法学及人体平衡功能评估技术领域。包括支撑底座组件，在支撑底座下方四角处安装有万向脚轮，在支撑底座上方设有动静态运动平台，在支撑底座前端设有阻尼可调功能的站立支撑架。本发明根据平衡康复训练的需求，结合人体工程学特点，设计阻尼可调式站立支撑架；设计结构紧凑、安全性较高的运动平台。可实现各模式下动静态站立平衡训练，满足患者群各阶段站立平衡姿态稳定性训练需求。

Description

双模态视觉反馈动静态平衡训练装置

技术领域

本发明涉及人体动静态平衡训练方法学及人体平衡功能评估技术领域，特别涉及一种双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，具有两种训练模式，可实现动静态多级别视觉反馈平衡能力康复训练以及训练效果的精准评估。

背景技术

人体平衡是指人体自发、无意识或反射性地控制身体构建直立姿态，并在一定时间内保持该姿态稳定的身体功能。良好的站立平衡能力是人们维持日常生活的基础，如果人体的站立平衡功能出现障碍，不但会严重地影响人体的站立机能，降低或丧失独立生活的能力，还可能引起其它一系列并发症。人体平衡功能分为静态平衡、动态平衡以及反应性平衡。静态平衡是指身体不动时，维持身体处于某种姿势的能力；动态平衡是指运动过程中调整和控制身体姿势稳定性的能力，动态平衡从另外一个角度反映了人体随意运动控制的水平；反应性平衡是指当身体受到外力干扰而使平衡受到威胁时，人体做出保护性调整反应，以维持或建立新的平衡。因此，人体平衡控制是一种复杂的运动技能，人体平衡的维持取决于正常的肌张力、适当的感觉输入、大脑的整合作用、交互神经支配或抑制、骨骼肌系统，因此平衡过程是一整套错综复杂的过程。与静态平衡控制能力相比，动态平衡控制能力恢复起来难度系数较大，良好的动态平衡控制能力是下肢行走能力的前提和基础，动态平衡控制能力的康复训练对恢复行走能力具有重要的意义。

现有技术中，人体平衡功能康复训练产品通常分为静态和动态平衡训练两种训练产品，可对患有平衡功能障碍患者进行静态平衡能力训练和动态平衡能力训练，主要通过平台压力传感器实时采集平衡训练过程中人体重心数据，最终通过计算得出人体重心在支撑平面内的投影坐标，这类平衡训练产品只能对患者静态平衡控制能力定性分析，不能定量分析出患者平衡能力的好坏程度；而对于人体动态平衡训练的产品，训练时患者站立于运动平台上随着平台运动，进行不同状态下的自动态或他动态运动平衡训练，但训练模式较少，动态视觉环境单一，存在人体动态平衡控制能力训练不充分的情况。

目前，市场上成熟的人体平衡功能康复训练产品有很多，价格昂贵，功能单一，使用范围受限，多数产品都只适合于有较强的动作协调能力病人，对于下肢活动能力差的患者，则无法进行多功能训练等问题。因此，十分有必要提出一种简单、高效、多功能的平衡康复训练与评估检测设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明根据平衡康复训练策略的需求和人体工程学特点，设计阻尼可调式站立架；利用并联机器人结构特点，设计开发结构紧凑、安全性较高的动静态运动平台。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，包括支撑底座组件，运动平台组件和站立支撑架组件，支撑底座组件用于承载运动平台组件及站立支撑架组件，在支撑底座组件底部安装有四个可锁紧固定的万向脚轮4，便于整个装置运输和固定；运动平台组件通过基座5与支撑底座组件螺栓固定连接；站立支撑架组件通过圆柱底托25与支撑底座组件螺栓固定连接。

所述的支撑底座组件是：前支撑底座1通过三角固定件16安装在过渡连接件17上，所述过渡连接件17与中央支撑平台2通过螺栓连接，同时，所述中央支撑平台2的另一端通过过渡连接件17与后支撑底座3相连接，万向脚轮4通过螺栓固定安装在前支撑底座1和后支撑底座3上。

所述的运动平台组件是：基座5与支撑底座组件的中央支撑平台2固定连接，同时，所述基座5上呈120°圆周分布设有三个运动链单元6和一个承重固定链单元7，所述运动链单元6一端固定安装在涡轮减速器18的输出端上，形成转动副，另一端通过球铰21与动平台8的下侧相连接，所述涡轮减速器18的输入端与伺服电机19的轴相连，所述伺服电机19安装在电机支座20上；所述电机支座20呈120°圆周分布在基座5上；所述承重固定链单元7下端固定安装在基座5的中心位置处，上端通过球铰21与中心连接件22连接，所述中心连接件22通过螺钉固定在动平台8的下侧中心位置处；所述动平台8上侧设有双足站立单元9。

所述的运动链单元6是：曲柄601通过球铰21与第一连杆602一端相连，所述第一连杆602的另一端与拉压力传感器603下端连接，所述拉压力传感器603的上端与第二连杆604相连；所述的曲柄601另一端与涡轮减速器18轴连接。

所述的动平台8下侧设有三个姿态传感器24，所述姿态传感器24分别安装在三个运动链单元6与动平台8的连接处。

所述的双足站立单元9上设有脚部绑带23和薄膜压力传感器31，所述薄膜压力传感器31设置在双脚站立的位置上，在薄膜压力传感器31上覆盖一层橡胶保护垫32，以保护薄膜压力传感器31不受破坏。

所述的站立支撑架组件是：阻尼可调平衡单元10通过圆柱底托25固定在中央支撑平台2上，另一端与高度可调立杆11相连，所述高度可调立杆11通过口形导套26与矩形管14相连，所述矩形管14分别与膝盖固定托12、扶手桌面15相连，所述扶手桌面15与臀部固定托13相连；通过调整阻尼可调平衡单元10的相对位置以及径向限位挡块，实现扶手桌面15的两个方向斜切角度0°、6°、11°可调。

所述的膝盖固定托12通过口形导套26与矩形管14连接，实现高度方向的直线调整，侧面通过手轮螺栓27实现调节到位并锁定；同样，臀部固定托13的高度调整方式与膝盖固定托12调整方式一致，二者均能够进行两个方向的直线调整；所述膝盖固定托12、臀部固定托13上设有圆角海绵垫28；扶手桌面15与矩形管14螺栓连接，通过矩形管14固定连接在高度可调立杆11上，同时，扶手桌面15在靠近患者部分设有弧形开口29，弧形开口29上粘接有软垫30。

所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，包括站立支撑架静态平衡训练和运动平台动态平衡训练两种平衡训练模式：

所述站立支撑架静态平衡训练：在静态平衡训练期间，将运动平台设置为静止状态，通过调节阻尼可调平衡单元设置训练强度级别，患者站立于静止状态的运动平台上，由于站立支撑架处于不同阻尼状态，患者此时将随着站立支撑架处于不同方向上的斜切程度，此时进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动平衡能力训练；

所述运动平台动态平衡训练：在动态平衡训练期间，将站立支撑架设置为静止状态，通过设置运动平台控制器控制参数，设定运动平台轨迹运动任务，患者站立于运动平台上，在训练过程中运动平台按设定轨迹运动，患者随运动平台运动进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动训练，在运动过程中患者调整和控制身体姿势进行平衡能力训练。

双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，

本发明的有益效果在于：

1、站立支撑架具有阻尼可调、角度可调功能，可实现多级强度可调的静态平衡能力训练。

2、运动平台可实现绕三坐标轴旋转运动，动态平衡训练时，平台控制器具有路径规划功能，可实现运动控制的姿态站立训练。

3、具有多种平衡训练模式，可满足多级别动静态站立训练模式的需求：如静态站立、动态站立、平衡姿态稳定性训练、稳定性极限训练等。

4、训练环境多样性，采用多种互动趣味游戏进行平衡能力训练，避免患者训练过程单一枯燥。

5、集生动的视觉反馈，与精准康复评估于一体，训练效果评估实时反馈与显示屏幕上，提高患者训练积极性。

6、站立支撑架具有水平和竖直两个直线方向可调功能，可满足不同患者群需求。

7、万向脚轮具有锁死功能，确保训练过程安全稳定。

8、具有紧急停止功能，保护患者安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的训练装置的整体结构等轴侧视图；

图2为本发明的训练装置的整体结构正视图；

图3为本发明的运动平台的结构示意图；

图4为本发明的运动链单元的结构示意图。

图中：1、前支撑底座；2、中央支撑平台；3、后支撑底座；4、万向脚轮；5、基座；6、运动链单元；7、承重固定链单元；8、动平台；9、双脚站立单元；10、阻尼可调平衡单元；11、高度可调立杆；12、膝盖固定托；13、臀部固定托；14、矩形管；15、扶手桌面；16、三角固定件；17、过渡连接件；18、涡轮减速器；19、伺服电机；20、电机支座；21、球铰；22、中心连接件；23、脚部绑带；24、姿态传感器；25、圆柱底托；26、口形导套；27、手轮螺栓；28、圆角海绵垫；29、弧形开口；30、软垫；31、薄膜压力传感器；32、橡胶保护垫；601、曲柄；602、第一连杆；603、拉压力传感器；604、第二连杆。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图4所示，本发明的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，根据平衡康复训练的需求，结合人体工程学特点，设计阻尼可调式站立支撑架；设计结构紧凑、安全性较高的运动平台；依据康复医学平衡评估标准，本发明是基于两种硬件系统支撑的双模态系统，可实现多级别视觉反馈动静态平衡训练以及对训练效果精准评估。可实现各模式下动静态站立平衡训练，满足患者群各阶段站立平衡姿态稳定性训练需求。

参见图1及图2所示，本发明的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，包括支撑底座组件，运动平台组件和站立支撑架组件，支撑底座组件用于承载运动平台组件及站立支撑架组件，在支撑底座组件底部安装有四个可锁紧固定的万向脚轮4，便于整个装置运输和固定；运动平台组件通过基座5与支撑底座组件螺栓固定连接；站立支撑架组件通过圆柱底托25与支撑底座组件螺栓固定连接。

所述的支撑底座组件包括前支撑底座1与中央支撑平台2后支撑底座3以及万向脚轮4，所述前支撑底座1通过三角固定件16安装在过渡连接件17上，所述过渡连接件17与中央支撑平台2通过螺栓连接，同时，所述中央支撑平台2的另一端通过过渡连接件17与后支撑底座3相连接，万向脚轮4通过螺栓固定安装在前支撑底座1和后支撑底座3上。

参见图1至图3所示，所述的运动平台组件包括基座5、运动链单元6、承重固定链单元7、动平台8及双脚站立单元9；所述基座5与支撑底座组件的中央支撑平台2固定连接，同时，所述基座5上呈120°圆周分布设有三个运动链单元6和一个承重固定链单元7，所述运动链单元6一端固定安装在涡轮减速器18的输出端上，形成转动副，另一端通过球铰21与动平台8的下侧相连接，所述涡轮减速器18的输入端与伺服电机19的轴相连，所述伺服电机19安装在电机支座20上，所述电机支座20呈120°圆周分布在基座5上；所述承重固定链单元7下端固定安装在基座5的中心位置处，上端通过球铰21与中心连接件22连接，所述中心连接件22通过螺钉固定在动平台8的下侧中心位置处；所述动平台8上侧设有双足站立单元9。

参见图4所示，所述的运动链单元6包括曲柄601、第一连杆602、拉压力传感器603以及第二连杆604，所述曲柄601通过球铰21与第一连杆602一端相连，所述第一连杆602的另一端与拉压力传感器603下端连接，所述拉压力传感器603的上端与第二连杆604相连；所述曲柄601另一端与涡轮减速器18轴连接。

参见图1至图3所示，所述的动平台8下侧设有三个姿态传感器24，所述姿态传感器24分别安装在三个运动链单元6与动平台8的连接处。

所述的双足站立单元9上设有脚部绑带23和薄膜压力传感器31，所述薄膜压力传感器31设置在双脚站立的位置上，在薄膜压力传感器31上覆盖一层橡胶保护垫32，以保护薄膜压力传感器31不受破坏。

参见图1至图3所示，所述的站立支撑架组件包括圆柱底托25、阻尼可调平衡单元10、高度可调立杆11、膝盖固定托12、臀部固定托13、矩形管14及扶手桌面15，所述阻尼可调平衡单元10通过圆柱底托25固定在中央支撑平台2上，另一端与高度可调立杆11相连，所述高度可调立杆11通过口形导套26与矩形管14相连，所述矩形管14分别与膝盖固定托12、扶手桌面15相连，所述扶手桌面15通过矩形管14与臀部固定托13相连；通过调整阻尼可调平衡单元10的相对位置以及径向限位挡块，实现扶手桌面15的两个方向斜切角度0°、6°、11°可调。

所述的膝盖固定托12通过口形导套26与矩形管14连接，实现高度方向的直线调整，侧面通过手轮螺栓27实现调节到位并锁定；同样，臀部固定托13的高度调整方式与膝盖固定托12调整方式一致，二者均能够进行水平和竖直两个方向的直线调整。所述的膝盖固定托12、臀部固定托13上设有多块圆角海绵垫28，与人体舒适接触，受力分散，能够提供支撑并保护作用。

所述的扶手桌面15与矩形管14螺栓连接，通过矩形管14固定连接在高度可调立杆11上，同时，扶手桌面15在靠近患者部分设有弧形开口29，弧形开口29上粘接有软垫30。以提高患者训练过程舒适度。

本发明的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，包括站立支撑架静态平衡训练和运动平台动态平衡训练两种平衡训练模式：

所述站立支撑架静态平衡训练：在静态平衡训练期间，将运动平台设置为静止状态，通过调节阻尼可调平衡单元设置训练强度级别，患者站立于静止状态的运动平台上，由于站立支撑架处于不同阻尼状态，患者此时将随着站立支撑架处于不同方向上的斜切程度，此时进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动平衡能力训练。

所述运动平台动态平衡训练：在动态平衡训练期间，将站立支撑架设置为静止状态，通过设置运动平台控制器控制参数，设定运动平台轨迹运动任务，患者站立于运动平台上，在训练过程中运动平台按设定轨迹运动，患者随运动平台运动进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动训练，在运动过程中患者调整和控制身体姿势进行平衡能力训练。

本发明的工作原理为：在患者进行任意一种平衡功能康复训练时，通过姿态传感器、拉压力传感器对人体训练过程中信号采集，实时监测人体重心位置变化而产生的压力测试点信号的变化，通过模数转换为数字信号发送至计算机系统，根据力矩平衡原理对数据进行分析计算，获得人体重心在水平面上的投影坐标，从而绘制出患者重心移动轨迹，进而进行人体平衡功能评价指标计算，定量反映出患者平衡能力。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：包括支撑底座组件，运动平台组件和站立支撑架组件，支撑底座组件承载运动平台组件及站立支撑架组件，在支撑底座组件底部安装有四个万向脚轮（4）；运动平台组件通过基座（5）与支撑底座组件螺栓固定连接；站立支撑架组件通过圆柱底托（25）与支撑底座组件螺栓固定连接。

2.根据权利要求1所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的支撑底座组件是：前支撑底座（1）通过三角固定件（16）安装在过渡连接件（17）上，所述过渡连接件（17）与中央支撑平台（2）通过螺栓连接，同时，所述中央支撑平台（2）的另一端通过过渡连接件（17）与后支撑底座（3）相连接，万向脚轮（4）通过螺栓固定安装在前支撑底座（1）和后支撑底座（3）上。

3.根据权利要求1所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的运动平台组件是：基座（5）与支撑底座组件的中央支撑平台（2）固定连接，同时，所述基座（5）上呈120°圆周分布设有三个运动链单元（6）和一个承重固定链单元（7），所述运动链单元（6）一端固定安装在涡轮减速器（18）的输出端上，形成转动副，另一端通过球铰（21）与动平台（8）的下侧相连接，所述涡轮减速器（18）的输入端与伺服电机（19）的轴相连，所述伺服电机（19）安装在电机支座（20）上，所述电机支座（20）呈120°圆周分布在基座（5）上；所述承重固定链单元（7）下端固定安装在基座（5）的中心位置处，上端通过球铰（21）与中心连接件（22）连接，所述中心连接件（22）通过螺钉固定在动平台（8）的下侧中心位置处；所述动平台（8）上侧设有双足站立单元（9）。

4.根据权利要求3所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的运动链单元（6）是：曲柄（601）通过球铰（21）与第一连杆（602）一端相连，所述第一连杆（602）的另一端与拉压力传感器（603）下端连接，所述拉压力传感器（603）的上端与第二连杆（604）相连；所述的曲柄（601）的另一端与涡轮减速器（18）轴连接。

5.根据权利要求3所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的动平台（8）下侧设有三个姿态传感器（24），所述姿态传感器（24）分别安装在三个运动链单元（6）与动平台（8）的连接处。

6.根据权利要求3所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的双足站立单元（9）上设有脚部绑带（23）和薄膜压力传感器（31），所述薄膜压力传感器（31）设置在双脚站立的位置上，在薄膜压力传感器（31）上覆盖一层橡胶保护垫（32），以保护薄膜压力传感器（31）不受破坏。

7.根据权利要求1所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的站立支撑架组件是：阻尼可调平衡单元（10）通过圆柱底托（25）固定在中央支撑平台（2）上，另一端与高度可调立杆（11）相连，所述的高度可调立杆（11）通过口形导套（26）与矩形管（14）相连，所述矩形管（14）分别与膝盖固定托（12）、扶手桌面（15）相连，所述扶手桌面（15）通过矩形管（14）与臀部固定托（13）相连；通过调整阻尼可调平衡单元（10）的相对位置以及径向限位挡块，实现扶手桌面（15）的两个方向斜切角度0°、6°、11°可调。

8.根据权利要求7所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：所述的膝盖固定托（12）通过口形导套（26）与矩形管（14）连接，实现高度方向的直线调整，侧面通过手轮螺栓（27）实现调节到位并锁定；同样，臀部固定托（13）的高度调整方式与膝盖固定托（12）调整方式一致，二者均能够进行水平和竖直两个方向的直线调整；所述膝盖固定托（12）、臀部固定托（13）上设有圆角海绵垫（28）；扶手桌面（15）与矩形管（14）螺栓连接，通过矩形管（14）固定连接在高度可调立杆（11）上，同时，扶手桌面（15）在靠近患者部分设有弧形开口（29），弧形开口（29）上粘接有软垫（30）。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的双模态视觉反馈动静态平衡训练装置，其特征在于：包括站立支撑架静态平衡训练和运动平台动态平衡训练两种平衡训练模式：

所述站立支撑架静态平衡训练：在静态平衡训练期间，将运动平台设置为静止状态，通过调节阻尼可调平衡单元设置训练强度级别，患者站立于静止状态的运动平台上，由于站立支撑架处于不同阻尼状态，患者此时将随着站立支撑架处于不同方向上的斜切程度，此时进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动平衡能力训练；

所述运动平台动态平衡训练：在动态平衡训练期间，将站立支撑架设置为静止状态，通过设置运动平台控制器控制参数，设定运动平台轨迹运动任务，患者站立于运动平台上，在训练过程中运动平台按设定轨迹运动，患者随运动平台运动进行具有视觉反馈性的趣味游戏互动训练，在运动过程中患者调整和控制身体姿势进行平衡能力训练。