CN108939455A - 一种平衡训练仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平衡训练仪，包括底座、铰接于底座上的活动支架、设于活动支架上的预设数量的压力传感器以及设于压力传感器上且用于跟随活动支架倾斜的踏板，还包括数据采集模块、控制模块以及设于活动支架上且用于带动活动支架倾斜运动的支架电机模块，压力传感器与数据采集模块连接，控制模块分别与数据采集模块和支架电机模块连接，压力传感器检测踏板传递的压力输出压力信号至数据采集模块，数据采集模块接收压力信号并输出压力数据至控制模块，控制模块能够根据压力数据计算测试者的重心偏移量，进而对测试者的平衡性进行检测，能够得到准确的平衡能力评估结果。

Description

一种平衡训练仪

技术领域

本发明涉及运动设备技术领域，尤其涉及一种平衡训练仪。

背景技术

人体平衡系统是一个非常复杂的系统，涉及人体多重神精感知及运动器官，包控前庭、视觉、大脑、小脑、脑干、肌肉等等。所以，在人体某一平衡相关部位受伤后或年长导致人体机能退化后，很容易造成平衡能力问题。对于60岁以上的老年人来说，半数以上都有平衡机能退化等问题，从而很容易造成跌倒损伤。随着年龄增大，这个问题越来越严重。目前，临床检验是找出失衡原因的唯一方法，而且因为人体平衡系统涉及人体众多器官系统，所以平衡评估需要相当精密的系统来进行。目前一般采用人工检验的方式来实现人体平衡评估，但是由于人为主观因素影响导致人体平衡评估结果不准确以及难以定量评估的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种平衡训练仪，旨在解决现有技术中由于人为主观因素影响导致人体平衡评估结果不准确以及难以定量评估的问题。

本发明实施例提供了一种平衡训练仪，包括底座、铰接于底座上的活动支架、设于活动支架上的预设数量的压力传感器以及设于压力传感器上且用于跟随活动支架倾斜的踏板。

平衡训练仪还包括数据采集模块、控制模块以及设于活动支架上且用于带动活动支架倾斜运动的支架电机模块，压力传感器与数据采集模块连接，控制模块分别与数据采集模块和支架电机模块连接。

压力传感器检测踏板传递的压力输出压力信号至数据采集模块，数据采集模块接收压力信号并输出压力数据至控制模块，控制模块根据压力数据得到平衡能力评估结果。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括设于活动支架上的角度传感器，角度传感器与控制模块连接，角度传感器检测活动支架的倾斜角度输出支架角度信号至控制模块。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块连接的支架限位模块，支架限位模块检测到活动支架倾斜至预设位置则输出支架限位信号至控制模块，控制模块接收到支架限位信号控制支架电机模块停止运行。

在一个实施例中，支架电机模块包括电机驱动器、电机和编码器，电机分别与电机驱动器和编码器连接，电机驱动器和编码器分别与控制模块连接。

在一个实施例中，底座包括底板、设于底板上且用于沿底板上的滑轨平移的平动板以及设于平动板上且用于自转的旋转板。

在一个实施例中，平动板上设有平动板限位模块，平动板限位模块与控制模块连接。

在一个实施例中，旋转板上设有旋转板限位模块，旋转板限位模块与控制模块连接。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块连接的报警指示模块。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块连接的上位机。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括与上位机连接的人机交互模块。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：当测试者站在踏板上时，踏板受力并将压力传递至压力传感器和活动支架，压力传感器检测到踏板传递的压力之后输出压力信号至数据采集模块，然后，数据采集模块输出压力数据至控制模块，控制模块能够根据压力数据计算测试者的重心偏移量，进而对测试者的平衡性进行检测，能够得到准确的平衡能力评估结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的平衡训练仪的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的平衡训练仪的模块结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本方案，下面将结合本方案实施例中的附图，对本方案实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本方案一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本方案保护的范围。

本方案的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他任何变形，是指“包括但不限于”，意图在于覆盖不排他的包含。此外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细地描述。

实施例1：

图1示出了本发明一实施例所提供的一种平衡训练仪的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本发明实施例所提供的一种平衡训练仪，包括底座100、铰接于底座100上的活动支架200、设于活动支架200上的预设数量的压力传感器210以及设于压力传感器210上且用于跟随活动支架200倾斜的踏板300。

还包括数据采集模块400、控制模块500以及设于活动支架200上且用于带动活动支架200倾斜运动的支架电机模块220，压力传感器200与数据采集模块400连接，控制模块500分别与数据采集模块400和支架电机模块220连接。

压力传感器210检测踏板300传递的压力输出压力信号至数据采集模块400，数据采集模块400接收压力信号并输出压力数据至控制模块500，控制模块500根据压力数据得到平衡能力评估结果。

本实施例中，所述信号为连续的模拟信号，所述数据为离散的数字数据。

本实施例中，踏板300通过设在其下面的压力传感器210连接活动支架200，预设数量的压力传感器210均匀分布在活动支架200的四周位置和中心位置，当有测试者站在踏板300上时，压力传感器210可以快速检测踏板300传递的压力，控制模块500根据压力数据可以计算出人体压力重心从而分析得到需要活动支架200倾斜的角度，控制模块500通过电机控制信号控制支架电机模块220的运行过程，支架电机模块220带动活动支架200移动至所需的倾斜角度，同时，踏板300跟随活动支架200倾斜，测试者跟随动作。

在本发明实施例中，平衡训练仪的工作过程为：最上面的踏板300用于支撑人体，测试者站在踏板300上，踏板300受力并将压力传递至压力传感器210和活动支架200，压力传感器210检测到踏板300传递的压力之后输出压力信号至数据采集模块400，然后，数据采集模块400输出压力数据至控制模块500，从而使控制模块500控制支架电机模块220运行，支架电机模块220带动活动支架200围绕其与底座100之间的铰接位置上下倾斜一定角度，同时，踏板300跟随活动支架200倾斜。

在本发明的一个实施例中，底座100包括底板、设于底板上且用于沿底板上的滑轨平移的平动板以及设于平动板上且用于自转的旋转板。

本实施例中，旋转板可以相对于平动板做水平旋转运动。平动板可以沿滑轨相对底板做水平直线运动。底板为位于整个装置最底部的承重板，用于支撑所有其它零部件。

在本发明的一个实施例中，平动板上设有平动板限位模块，平动板限位模块与控制模块连接。

在本发明的一个实施例中，旋转板上设有旋转板限位模块，旋转板限位模块与控制模块连接。

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括设于活动支架200上的角度传感器230，角度传感器230与控制模块500连接，角度传感器230检测活动支架200的倾斜角度输出支架角度信号至控制模块500。

在一个实施例中，支架角度信号包括活动支架200的倾斜角度、方向以及加速度信息。

本实施例中，控制模块500根据支架角度信号计算活动支架200的倾斜角度从而得到活动支架200的姿态数据，控制模块500可以根据姿态数据对测试者进行平衡评估，还可以根据姿态数据通过支架电机模块220调整活动支架200的倾斜角度。

如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块500连接的支架限位模块240，支架限位模块240检测到活动支架200倾斜至预设位置则输出支架限位信号至控制模块500，控制模块500接收到支架限位信号控制支架电机模块220停止运行。

在一个实施例中，支架限位模块240包括支架限位开关。

在一个实施例中，控制模块500通过给支架电机模块220断电控制其停止运行。

本实施例中，当活动支架200倾斜至预设位置时，例如极限位置，将触发支架限位模块240，控制模块500接收到支架限位信号后立刻控制支架电机模块220停止运行，从而使活动支架200停止移动，可以起到保护机构的作用。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括设于活动支架200侧边的支架动滑轮250和下方的支架定滑轮260，支架动滑轮250和支架定滑轮260之间通过钢丝绳270连接，活动支架200与底座100之间的铰接位置上设有万向节280，支架限位模块240固定设于活动支架200的下方。

在一个实施例中，钢丝绳270一端从底座100一端的固定点开始，穿过支架动滑轮250，再穿过支架定滑轮260，穿过支架电机模块220的电机轴后再穿过另一侧的支架定滑轮260、支架动滑轮250，最后到达底座100另一侧的固定点。如图1所示，因为万向节280可以使活动支架200在图1所示平面转动，当支架电机模块220的电机顺时针转动时，电机轴左侧钢丝绳270释放，右侧钢丝绳270收紧，整个活动支架200将作顺时针运动。当电机逆时针运动时，电机轴左侧钢丝绳270收紧，右侧钢丝绳270释放，整个活动支架200将作逆时针转动。当活动支架200顺时针或逆时针转动到极限角度时，将触发支架限位模块240，控制模块500接收到支架限位信号后立刻控制活动支架200停止移动。

在本发明的一个实施例中，支架电机模块220包括电机驱动器、电机和编码器，电机分别与电机驱动器和编码器连接，电机驱动器和编码器分别与控制模块500连接。

本实施例中，在电机上装有编码器，可以精度的检测电机转的角度，形成闭环控制保证转动的角度。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块500连接的报警指示模块和按键输入模块。报警指示模块包括用于在工作异常时发出声光报警的报警单元和指示工作状态的指示单元。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括与控制模块500连接的上位机。

在一个实施例中，控制模块500与上位机通过通信接口连接，通信接口包括串口、USB口、并口等。

本实施中，上位机用于运行上位机软件，发送指令至控制模块，显示实时数据等和人机交互等功能。控制模块可以由单片机、数据采集芯片、电源芯片以及相关电路组成。控制模块用于接收上位机指令，采集各个传感器的数据并传送给上位机，直接控制电机模块。

如图2所示，在本发明的一个实施例中，平衡训练仪还包括与上位机连接的人机交互模块。

在一个实施例中，人机交互模块包括输入设备，例如触摸屏、键盘、鼠标等，还包括输出设备，例如显示器、打印机等。

在一个实施例中，平衡训练仪还包括电源模块，电源模块包括UPS电源和电压转换电路，UPS电源用于给平衡训练仪提供不间断电源，电压转换电路用于将UPS电源提供的交流电转换为控制模块和电机驱动所需的直流电。

实施例2：

所述控制模块根据压力数据得到平衡能力评估结果包括：

1)所述控制模块记录静态的压力数据，根据所述静态的压力数据计算静态重心偏移量，根据所述静态重心偏移量得到静态平衡能力评估等级，其中，所述静态为所述平衡训练仪保持静止。

2)所述控制模块记录动态的压力数据，根据所述动态的压力数据计算动态重心偏移量，根据所述动态重心偏移量得到动态平衡能力评估等级，其中，所述动态为所述平衡训练仪按照预设模式动作。

3)根据所述静态平衡能力评估等级和所述动态平衡能力评估等级，得到平衡能力评估结果。

本实施例中，平衡训练仪按照预设模式动作包括：活动支架按照预设角度倾斜和/或按照预设频率做往复倾斜晃动、旋转板按照预设角度沿中心轴自转和/或按照预设频率做往复水平旋转，和/或，平动板按照预设移动量水平移动和/或按照预设频率往复水平移动。其中，在活动支架、旋转板和/或平动板的动作过程中，均使踏板相应动作。

下面以具体应用场景为例对本发明实施例进行说明。

1.初始化：上位机和下位机(即控制模块)完成初使化后，利用鼠标或键盘选择人体平衡能力评估模式，测试者站上平衡训练仪的踏板后，按下开始按键即可开始。

2.平衡能力评估分为静态评估和动态评估，先进入静态评估模式。

3.第一静态评估模式，测试者睁开眼睛，在踏板上站直，等待30秒。由控制模块记录静态的压力数据(包括所有压力传感器传输的眼里数据)，并计算第一静态重心偏移量，根据第一静态重心偏移量进行评估得到第一静态平衡能力评估等级。

可选地，静态平衡能力评估等级一共分为五个等级，以A、B、C、D和E来表示。其中，若静态重心偏移量属于第一预设静态偏移值区间，则静态平衡能力评估等级为第一级静态等级；若静态重心偏移量属于第二预设静态偏移值区间，则静态平衡能力评估等级为第二级静态等级；若静态重心偏移量属于第三预设静态偏移值区间，则静态平衡能力评估等级为第三级静态等级；若静态重心偏移量属于第四预设静态偏移值区间，则静态平衡能力评估等级为第四级静态等级；若静态重心偏移量属于第五预设静态偏移值区间，则静态平衡能力评估等级为第五级静态等级。

例如，静态重心偏移量<3CM，则为A级；3CM≤静态重心偏移量<5CM，则为B级；5CM≤静态重心偏移量<7CM，则为C级；7CM≤静态重心偏移量<10CM，则为D级；10CM≤静态重心偏移量，则为E级。

控制模块记录此次的评估等级进入下一个评估模式。

4.第二静态评估模式，测试者闭上眼睛或带上眼罩，在踏板上站直，等待30秒。同第一静态评估模式，控制模块记录静态的压力数据得到第二静态平衡能力评估等级，记录评估等级，进入下一个模式。

5.第一动态评估模式，测试者睁开眼睛，控制模块通过活动支架控制踏板按照1Hz的频率以及±5°的角度进行前后和左右倾斜，运行30秒，控制模块记录动态的压力数据，进行计算和评估等级，得到第一动态平衡能力评估等级，记录评估等级。

可选地，动态平衡能力评估等级也可以用A、B、C、D和E来表示。

可选地，如果第一动态平衡能力评估等级为A级，控制模块控制踏板的倾斜频率增加0.2Hz，角度增加1°，再次评估第一动态平衡能力评估等级并更新。如果第一动态平衡能力评估等级为E级，控制模块控制踏板的倾斜频率减少0.2Hz，角度减少1°,再次评估第一动态平衡能力评估等级并更新。如果第一动态平衡能力评估等级为B、C或D级，进入下一个评估模式。

6.第二动态评估模式，测试者睁天眼睛，控制模块通过旋转板控制踏板按照0.5Hz的频率以及±30°的角度进行水平旋转，运行30秒，控制模块记录动态的压力数据，进行计算和评估等级，得到第二动态平衡能力评估等级，记录评估等级。

可选地，如果第二动态平衡能力评估等级为A级，控制模块控制踏板的旋转频率增加0.1Hz，角度增加5°，再次评估第二动态平衡能力评估等级并更新。如果第二动态平衡能力评估等级为E级，控制模块控制踏板的倾斜频率减少0.1Hz，角度减少5°,再次评估第二动态平衡能力评估等级并更新。如果第二动态平衡能力评估等级为B、C或D级，进入下一个评估模式。

7.第三动态评估模式，测试者睁天眼睛，控制模块通过平动板控制踏板按照0.5Hz的频率以及±5CM的移动量进行水平移动，运行30秒，控制模块记录动态的压力数据，进行计算和评估等级，得到第三动态平衡能力评估等级，记录评估等级。

可选地，如果第三动态平衡能力评估等级为A级，控制模块控制踏板的移动频率增加0.1Hz，移动量增加0.5CM，再次评估第三动态平衡能力评估等级并更新。如果第三动态平衡能力评估等级为E级，控制模块控制踏板的移动频率减少0.1Hz，移动量减少0.5CM，再次评估第二动态平衡能力评估等级并更新。如果第三动态平衡能力评估等级为B、C或D级，根据测试者的实际情况和之前评估记录，判断是否进入下一个评估模式。

8第四动态评估模式，控制模块控制踏板按照上述的倾斜、水平旋转和水平移动三种方式联动的模式进行动作，以综合评估测试者的平衡能力，运行30秒，控制模块记录动态的压力数据，进行计算和评估等级，得到第四动态平衡能力评估等级，记录评估等级。然后根据测试者的实际情况和之前评估记录，判断是否进入下一个评估模式。

可选地，第四动态评估模式的初始配置条件为前三个动态评估模式中最终评定使用的参数，包括频率、角度和移动量等。

9.分别根据前一次情况决定是否进入第五、六、七、八动态评估模式，第五，六，七，八次均是闭眼睛或带眼罩的情况下，参数分别对应第一、二、三、四动态评估模式。

10.评估过程中任何情况下当重心偏移量超过预警值(一般为20cm)时，则说明测试者有跌倒趋势。平衡训练仪会立刻进行重心补偿并减小动作幅度，以保护测试者，同时记录下情况供医生评估。

11.综合所有模式的评估等级，计算得到测试者的平衡能力评估结果。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种平衡训练仪，其特征在于，包括底座、铰接于所述底座上的活动支架、设于所述活动支架上的预设数量的压力传感器以及设于所述压力传感器上且用于跟随所述活动支架倾斜的踏板；

还包括数据采集模块、控制模块以及设于所述活动支架上且用于带动所述活动支架倾斜运动的支架电机模块，所述压力传感器与所述数据采集模块连接，所述控制模块分别与所述数据采集模块和所述支架电机模块连接；

所述压力传感器检测所述踏板传递的压力输出压力信号至所述数据采集模块，所述数据采集模块接收所述压力信号并输出压力数据至所述控制模块，所述控制模块根据所述压力数据得到平衡能力评估结果。

2.如权利要求1所述的平衡训练仪，其特征在于，还包括设于所述活动支架上的角度传感器，所述角度传感器与所述控制模块连接，所述角度传感器检测所述活动支架的倾斜角度输出支架角度信号至所述控制模块。

3.如权利要求1或2所述的平衡训练仪，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的支架限位模块，所述支架限位模块检测到所述活动支架倾斜至预设位置则输出支架限位信号至所述控制模块，所述控制模块接收到所述支架限位信号控制所述支架电机模块停止运行。

4.如权利要求1或2所述的平衡训练仪，其特征在于，所述支架电机模块包括电机驱动器、电机和编码器，所述电机分别与所述电机驱动器和所述编码器连接，所述电机驱动器和所述编码器分别与所述控制模块连接。

5.如权利要求1所述的平衡训练仪，其特征在于，所述底座包括底板、设于所述底板上且用于沿所述底板上的滑轨平移的平动板以及设于所述平动板上且用于自转的旋转板。

6.如权利要求5所述的平衡训练仪，其特征在于，所述平动板上设有平动板限位模块，所述平动板限位模块与所述控制模块连接。

7.如权利要求5所述的平衡训练仪，其特征在于，所述旋转板上设有旋转板限位模块，所述旋转板限位模块与所述控制模块连接。

8.如权利要求1所述的平衡训练仪，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的报警指示模块。

9.如权利要求1所述的平衡训练仪，其特征在于，还包括与所述控制模块连接的上位机。

10.如权利要求9所述的平衡训练仪，其特征在于，还包括与所述上位机连接的人机交互模块。