CN112316388A - 人体平衡能力训练系统 - Google Patents

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邹治弢
赵鹏飞
盛健
李寿胜
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No 214 Institute of China North Industries Group Corp
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Abstract

本发明公开人体平衡能力训练系统，包括平衡能力台与计算机操作台，平衡能力台与计算机操作台通过USB总线相连；平衡能力台包含设置在安装平台内的MCU模块以及一组薄膜力传感器；计算机操作台内集成有和薄膜力传感器一一对应的操作界面；MCU模块集成DirectX指令集，训练时人体姿态通过踩踏板传递至薄膜力传感器，MCU模块收集人体姿态再通过DirectX指令集将人体姿态数据传导给USB总线，计算机操作台通过USB总线接收到姿态数据后与操作界面进行比对，若二者一致则进行下一步训练；该系统能够地对老人的平衡能力进行训练，并且设备简单，使用方便。

Description

人体平衡能力训练系统
技术领域
本发明涉及测控应用技术领域，具体是一种人体平衡能力训练系统。
背景技术
随着人口的老龄化，老年人的健康需求日益增多。老年人的平衡能力是判断老年人身体状况的重要指标。
目前市面上测量人体平衡能力的设备大多应用在人员平衡能力的测量，存在一定的局限性：
一、设备为落地式，结构过大一般为直径一米高度1.2～1.6米的大型设备，拆装、搬运不便利且强度过高。如果直接应用于老人的测量极易对老人的身体造成伤害。
二、设备专业性太强，造价高。
三、有机粘接胶引起蠕变、滞后、老化等不稳定因素。
发明内容
本发明的目的在于提供人体平衡能力训练系统，该系统能够地对老人的平衡能力进行训练，并且设备简单，使用方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
人体平衡能力训练系统，包括平衡能力台与计算机操作台，平衡能力台与计算机操作台通过USB总线相连；平衡能力台包含设置在安装平台内的MCU模块以及一组薄膜力传感器，安装平台表面设有与薄膜力传感器形成配合的踩踏板，薄膜力传感器呈矩阵分布形成导电路径；计算机操作台内集成有和薄膜力传感器一一对应的操作界面；MCU模块集成DirectX指令集，训练时人体姿态通过踩踏板传递至薄膜力传感器，MCU模块收集人体姿态再通过DirectX指令集将人体姿态数据传导给USB总线，计算机操作台通过USB总线接收到姿态数据后与操作界面进行比对，若二者一致则进行下一步训练。
本发明的有益效果是，薄膜力传感器主要特点在于其基于柔性材料制备而成，其柔韧性和可自由弯曲的特性，可以自由组装于许多模板中，由薄膜力传感器来构成平衡能力台，成本低廉又能够最大限度的避免训练人员的意外损伤的可能，也能保证较高的灵敏度；DirectX指令集是一种广泛流行基于windows系统的多媒体API，DirectX input用作游戏控制器可直接调用的人机接口是非常成熟的方案，最大优势在于一些控制器的USB驱动开发时间甚至控制器本体大幅度缩短；通过本系统能够地对老人的平衡能力进行训练，并且设备简单，使用方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明平衡能力台的俯视图；
图3是本发明计算机操作台的操作界面示意图。
具体实施方式
结合图1～3所示，本发明提供人体平衡能力训练系统，包括平衡能力台1与计算机操作台2，平衡能力台1与计算机操作台2通过USB总线相连；平衡能力台包含设置在安装平台3内的MCU模块5以及一组薄膜力传感器4，安装平台表面设有与薄膜力传感器形成配合的踩踏板6，薄膜力传感器呈矩阵分布形成导电路径；计算机操作台内集成有和薄膜力传感器一一对应的操作界面；MCU模块5集成DirectX指令集，训练时人体姿态通过踩踏板传递至薄膜力传感器，人体姿态可包含踏步、迈步、左右向垫歩等动作；MCU模块收集人体姿态再通过DirectX指令集将人体姿态数据传导给USB总线，计算机操作台通过USB总线接收到姿态数据后与操作界面进行比对，若二者一致则进行下一步训练。
在执行时，按以下步骤：
步骤一：初始化，扫描USB接口，是否存在DirectX设备；
步骤二：开始测试后按照可修改的ini中预定的第一档位逻辑调用标靶询问逻辑；
步骤三：点亮标靶，在DirectX中等待映射触发，判断触发的对错，确定是否中靶；
步骤四：当前档位调用ini逻辑对上一组中靶情况评估，软件判断调用的下一组档位的预定逻辑，而后重复步骤二、三。
本发明的平衡能力台由薄膜力传感器组成，成本低廉又能够最大限度的避免训练人员的意外损伤的可能，也能保证较高的灵敏度。这种敏感结构是基于图案化得聚合物基底做表面导电图层处理，将其复合到聚合物框架中，实现在不同物理环境中导电路径的变化，还可广泛应用于可穿戴领域以及电子皮肤上。
薄膜力传感器的微观结构相关工艺主要概括为：
步骤一：PET绝缘层/基底、NiCr合金电阻、Au焊盘、SiO2保护层构成的溅射薄膜；实心轴纵向柱状导体在受到压力后，截面积等效被压缩，因此其总电阻会发生变化，实现单向受力的检测；
步骤二：采用溅射、刻蚀工艺形成在特定安装位材质上电阻的阻值与电阻率呈比例关系，受力大小与电阻率在一定范围内也成线性关系，单点构成的敏感结构需要进行阵列化的复制，为保证成套系统的成品率以及较高的工艺成熟度，需要保证阵列中的每一个子测试点之间具备一致性，经过工艺优化以及旁路的补偿电阻条（机械调阻）将其一致性限定在1%FS以内；
步骤三：有机胶覆盖后的去应力处理，为保证阵列中的单元一致性，需要将涂覆工艺中的制具和设备进行优化设计，方法为在PET/绝缘层另一侧预先按照精细设计的中空带气源模具上铺装基底，管路喷射出覆盖胶后喷射嘴关闭，之后打开治具上部的气源，气源的压力变化非常缓慢，曲线的整个时长覆盖整个固化流程，曲线的终点端，气源与模具内部空洞压力刚好平衡，将本身固化过程中的粘接应力全部释放在模具的型变量上。
步骤四：无纺布覆盖，基本同步骤中工艺类似，但是简化了压力控制环节，工业化应用中也以机器匀胶作为首选。
关于对计算机操作台驱动接口层级的组态：
DirectInput和其他DirectX组成部分一样，是通过硬件抽象层（HAL）和硬件仿真层（HEL）来实现。但几乎所有的游戏控制器都有合适的驱动程序来支持，所以大多数的控制是通过DirectX调用驱动程序来完成的。
DirectInput8.0版中包括很多COM接口，而最主要的接口有两个：
IDirectInput8：启动DirectInput所必须创建的主COM接口。创建了这个接口，才可以创建其他的接口，设置DirectInput属性，创建或者获得想要的输入设备。
IDirectInputDevice8：由IDirectInput8接口创建而的，表示具体的输入设备(键盘、鼠标、游戏手柄、游戏操作杆)。
除鼠标键盘之外的外设都是windows系统中的非必要组件，因此，系统没有事先定义好GUID供用户调用，并且各种设备差异很大，因此只能用轮询来获得设备的ID。
因此，首先创建DirectInput对象，之后用这个对象来轮询设备，从而获得可用的设备ID，之后通过这个ID来创建设备。
DirectInput的使用简要概括为五步：
步骤一、创键DirectInput接口和设备；
步骤二、设置数据格式和协作级别；
步骤三、获取设备控制权；
步骤四、获取按键情况并做响应；
步骤五、释放控制权和接口对象。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.人体平衡能力训练系统，其特征在于，包括平衡能力台与计算机操作台，平衡能力台与计算机操作台通过USB总线相连；平衡能力台包含设置在安装平台内的MCU模块以及一组薄膜力传感器，安装平台表面设有与薄膜力传感器形成配合的踩踏板，薄膜力传感器呈矩阵分布形成导电路径；计算机操作台内集成有和薄膜力传感器一一对应的操作界面；MCU模块集成DirectX指令集，训练时人体姿态通过踩踏板传递至薄膜力传感器，MCU模块收集人体姿态再通过DirectX指令集将人体姿态数据传导给USB总线，计算机操作台通过USB总线接收到姿态数据后与操作界面进行比对，若二者一致则进行下一步训练。
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