CN113082613A - 一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，包括平台，平台上设置有动态训练机构、静态训练机构和受力检测机构，动态训练机构和静态训练机构之间设置有控制模块，控制模块用于切换动态训练机构和静态训练机构分别作业；控制模块与受力检测机构通信连接，控制模块接收受力检测机构检测的压力数据，并根据压力数据评定人体平衡状态，平台包括底座、设置于底座上部的支撑板和连接板，支撑板和连接板之间设置动态训练机构，底座与支撑板之间设置静态训练机构和受力检测机构，连接板的下部设置有支撑机构。本发明通过控制模块对动态训练机构和静态训练机构进行调节以及切换实现动态、静态平衡评估检测及训练，同时采用气控，阻尼柔和、检测精确高且舒适度强。

Description

一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置

技术领域

本发明涉及康复医疗器械技术领域，具体涉及一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置。

背景技术

康复训练是指损伤后进行有利于恢复或改善功能的身体活动，除严重的损伤需要休息治疗外，一般的损伤不必完全停止身体练习，适当的、科学的身体练习对于损伤的迅速愈合和促进功能的恢复有着积极的作用，康复医疗器械是在康复训练中用以评定使用者的身体状况和辅助训练的重要器械。

平衡训练以恢复或改善身体平衡能力为目的的康复性训练，并在平衡训练的过程中评定使用者的平衡能力，目前用以平衡训练的康复医疗器械主要分为两种，一是静态训练，二是动态训练，当前平衡评估和康复系统，大多数只有静态平台，无法进行动态测试与训练；拥有动态平台的设备无法作到动静态一体自由切换，目前采用的机械式动态调整的康复医疗器械，难以保证使用者站立或坐卧在医疗器械上的稳定性，无法准确的测试人体重点摇摆轨迹。

另外现有的平衡训练测评装置都是机械传动，阻尼不够柔和如公开号CN111803872A公开的《一种能够调节训练难度的平衡训练仪》采用换向装置与滑杆啮合连接，使滑杆左右移动，滑杆带动调速齿轮左右移动，调速齿轮与二号传动齿轮啮合时转动速度加快，与三号传动齿轮啮合时转动速度降低，从而达到了能够通过调节转动速度的快慢来提高锻炼难度的效果，机械结构换挡时设备的体验硬度大，患者使用舒适度低。

发明内容

本发明为解决现有平衡训练测评装置功能单一以及设备阻尼不够柔和的问题，提供了一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，设置有动态训练机构、静态训练机构，通过控制模块对二者进行调节以及切换实现动态、静态平衡评估检测及训练，同时采用气控，阻尼柔和、检测精确高且舒适度强。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，包括平台，所述平台上设置有动态训练机构、静态训练机构和受力检测机构，所述动态训练机构用于训练人体动态平衡能力，所述静态训练机构用于训练人体站立能力，所述受力检测机构用于分别检测动态训练及静态训练下平台的压力数据；

动态训练机构和静态训练机构之间设置有控制模块，所述控制模块用于切换动态训练机构和静态训练机构分别作业；

控制模块与受力检测机构通信连接，控制模块接收受力检测机构检测的压力数据，并根据所述压力数据评定人体平衡状态；

所述平台包括底座、设置于底座上部的支撑板和连接板，所述支撑板和连接板之间设置动态训练机构，所述底座与支撑板之间设置静态训练机构和受力检测机构，所述连接板的下部设置有支撑机构。

进一步地，所述静态训练机构包括气缸，所述气缸均布于支撑板和底座之间，气缸的缸体固定于支撑板的底面，气缸的活塞杆贯穿支撑板，且位于支撑板的上侧，所述活塞杆与连接板之间存有间隙；

气缸至少有4个，4个所述气缸分别位于支撑板底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板的中心轴为圆心呈圆周等距阵列。

进一步地，所述支撑板顶面设置支撑机构，所述支撑机构与支撑板固定、与连接板活动连接。

进一步地，所述支撑机构包括安装座和万向节，所述万向节一端与安装座连接、另一端连接所述连接板的底面中心，所述安装座远离万向节的一端设置于所述支撑板的顶面中心，连接板通过万向节与安装座活动连接，且活动角度为α，所述α≤15°。

进一步地，所述受力检测机构包括压力传感器、角度传感器以及躯干传感器，所述压力传感器与底座之间设置有垫板，压力传感器与底座通过垫板固定，压力传感器的另一端设置有连接座与支撑板连接，所述连接座包括水平设置的第一连接体和竖直设置的第二连接体，所述第一连接体连接在第二连接体的一侧构成“T”型块状体，所述第一连接体固定于压力传感器一端顶面，位于第一连接体下方的第二连接体的侧面贴合在压力传感器端面上；

压力传感器至少有4个，4个所述压力传感器分别位于支撑板底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板的中心轴为圆心呈圆周等距阵列；

所述角度传感器设置于连接板底面中心。

进一步地，所述第二连接体的顶端设置有缓冲橡胶垫，所述缓冲橡胶垫为橡胶材质制成的柱体，缓冲橡胶垫的底面与第二连接体固定，缓冲橡胶垫的顶面与支撑板通过螺栓固定。

进一步地，所述动态训练机构包括气囊、气囊挡板，所述气囊套设于气囊挡板外部，所述气囊为内环开口、内有空腔的环状体，气囊的内环开口贴靠在气囊挡板的外周壁上形成封闭状态；

所述气囊挡板为环形柱状结构，气囊挡板的上端面设置翻边，气囊挡板的内侧面套设于支撑机构的外部，气囊挡板下端面通过螺栓与支撑板固定。

进一步地，所述气囊内部设置有包裹在气囊挡板外周的挡环，所述气囊通过挡环与气囊挡板密封固定；

挡环包括A部和B部，所述A部为圆弧结构，所述B部与A部对称为圆弧结构，A部和B部结合后呈圆环状结构，A部和B部通过螺栓固定；

A部的侧面开设有腰型通孔，对应的所述气囊挡板开设有圆形通孔，所述气囊设置有气管接头，所述气管接头依次穿过A部的所述腰型通孔和气囊挡板的所述圆形通孔，置于气囊挡板的内环面外部。

进一步地，所述控制模块包括MCU芯片、驱动单元、通信单元以及上位机，

所述MCU芯片的ADC引脚分别连接所述压力传感器、角度传感器以及躯干传感器；

MCU芯片IO引脚连接驱动单元，MCU芯片通过所述驱动单元分别控制4个所述气缸以及气囊工作；

所述驱动单元包括驱动芯片、继电器的某一种或者多种组合。

进一步地，所述通信单元与MCU芯片通过UART串口通信，通信单元包括蓝牙模块、USB串口、Wifi模块、红外模块和RS232串口模块的某一种或者多种组合；

MCU芯片通过通信单元连接有上位机，所述上位机用于对MCU芯片发送控制指令，所述上位机之间通过物联网通信。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

1.本发明设置有平台，所述平台上设置有动态训练机构、静态训练机构和受力检测机构，所述动态训练机构用于训练人体动态平衡能力，所述静态训练机构用于训练人体站立能力，动态训练机构和静态训练机构之间设置有控制模块，所述控制模块用于切换动态训练机构和静态训练机构分别作业；

作业时，动态训练机构和静态训练机构通过控制模块自由切换，从而完成动态平衡检测及静态平衡检测，通过平台将二者结合在一起提高了使用的便捷性。

2.本发明的控制模块与受力检测机构通信连接，控制模块接收受力检测机构检测的压力数据，并根据所述压力数据评定人体平衡状态；

通过受力检测机构检测在动态训练机构或静态训练机构作业下平台的受力，结合训练指定动作，从而通过控制模块判断人体平衡状态为训练训练提供指导。

3．本发明的动态训练机构包括气囊，静态训练机构包括气缸，结合平台自身结构，优化阻尼效果，阻尼动态可变且柔和，提高了使用的舒适性。

附图说明

图1是本发明一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置的结构示意图之一；

图2是本发明一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置的结构示意图之二；

图3是本发明一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置的结构示意图之三；

图4是本发明一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置的控制模块原理图。

中标号为：1为压力传感器，2为底座，3为角度传感器，4为活塞杆，5为连接板，6为万向节，7为气囊挡板，8为躯干传感器，9为气缸，10为MCU芯片，11为缓冲橡胶垫，12为第二连接体，13为驱动单元，14为第一连接体，15为垫板，16为支撑板，17为安装座，18为通信单元，20为挡环，21为气囊。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

实施例1：

如图1～图2所示，一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，包括平台，所述平台上设置有动态训练机构、静态训练机构和受力检测机构，所述动态训练机构用于训练人体动态平衡能力，所述静态训练机构用于训练人体站立能力，所述受力检测机构用于分别检测动态训练及静态训练下平台的压力数据；

动态训练机构和静态训练机构之间设置有控制模块，所述控制模块用于切换动态训练机构和静态训练机构分别作业；

控制模块与受力检测机构通信连接，控制模块接收受力检测机构检测的压力数据，并根据所述压力数据评定人体平衡状态；

所述平台包括底座2、设置于底座2上部的支撑板16和连接板5，所述支撑板16和连接板5之间设置动态训练机构，所述底座2与支撑板16之间设置静态训练机构和受力检测机构，所述连接板5的下部设置有支撑机构。

本发明通过平台将动态训练机构和静态训练机构整合，在此基础上通过控制模块实现动态训练机构和静态训练机构自由切换及调节，从而提高了训练的便捷性，通过受力检测机构实现对平台进行受力检测，为训练工作提供指导。

实施例2：

在实施例1的基础上对静态训练机构进行优化，具体的：

如图2所示，所述静态训练机构包括气缸9，所述气缸9均布于支撑板16和底座2之间，气缸9的缸体固定于支撑板16的底面，气缸9的活塞杆4贯穿支撑板16，且位于支撑板16的上侧，所述活塞杆4与连接板5之间存有间隙；

气缸9至少有4个，4个所述气缸9分别位于支撑板16底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板16的中心轴为圆心呈圆周等距阵列。

如图3所示，作为一种可实施方式，所述支撑板16顶面设置支撑机构，所述支撑机构与支撑板16固定、与连接板5活动连接。

作为一种可实施方式，所述支撑机构包括安装座17和万向节6，所述万向节6一端与安装座17连接、另一端连接所述连接板5的底面中心，所述安装座17远离万向节6的一端设置于所述支撑板16的顶面中心，连接板5通过万向节6与安装座17活动连接，且活动角度为α，所述α≤15°。

当静态训练机构作业，气缸9通电工作，气缸9的活塞杆4受气压作用伸出气缸9顶在连接板5的下端，此时连接板5受4个气缸9限位，且连接板5与地面平行，连接板5为水平状态；

被测人员站在连接板5上，具有前倾、后倾趋势时，脚掌对平台施加的压力出现变动，以此完成静态平衡训练及检测。

实施例3：

在上述实施例的基础上对动态训练机构进行优化，具体的：

如图2所示，所述动态训练机构包括气囊21、气囊挡板7，所述气囊21套设于气囊挡板7外部，所述气囊21为内环开口、内有空腔的环状体，气囊21的内环开口贴靠在气囊挡板7的外周壁上形成封闭状态；

所述气囊挡板7为环形柱状结构，气囊挡板7的上端面设置翻边，气囊挡板7的内侧面套设于支撑机构的外部，气囊挡板7下端面通过螺栓与支撑板16固定。

作为一种可实施方式，所述气囊21内部设置有包裹在气囊挡板7外周的挡环20，所述气囊21通过挡环20与气囊挡板7密封固定；

挡环20包括A部和B部，所述A部为圆弧结构，所述B部与A部对称为圆弧结构，A部和B部结合后呈圆环状结构，A部和B部通过螺栓固定；

A部的侧面开设有腰型通孔，对应的所述气囊挡板7开设有圆形通孔，所述气囊21设置有气管接头，所述气管接头依次穿过A部的所述腰型通孔和气囊挡板7的所述圆形通孔，置于气囊挡板7的内环面外部。

当动态训练机构工作，控制模块控制气囊21进行充气，气囊21随充气膨胀，气囊21压紧气囊挡板7，同时顶起连接板5，其中气囊21的饱和程度与连接板5的活动角度α呈反比，当气囊21充满气时，连接板5极限接近水平状态；

由于气囊21存在，连接板5通过万向节6摆动时，受气囊21弹力作用，减少了连接板5作业产生的顿挫感，阻尼柔和。

在本实施例中，所述动态训练分为两种模式：

模式1：气缸9不动作，气囊21在充满气后，被测人员站在连接板5上，连接板5任意方向均可进行晃动，由于气囊21柔软，当人体肌肉、神经进行调节，脚掌对平台产生的压力改变；

模式2：通过控制模块使位于支撑板16左、右的两气缸9单独工作，此时连接板5的左、右方向被限位，连接板5通过万向节6可在前、后方向上晃动，所述活动角度α≤15°，当人体肌肉、神经进行调节，脚掌对平台产生的压力改变；

同理，通过控制模块使位于支撑板16前、后的两气缸9单独工作，此时连接板5的前、后方向被限位，连接板5通过万向节6可在左、右方向上晃动，所述活动角度α≤15°，当人体肌肉、神经进行调节，脚掌对平台产生的压力改变；

以此完成动态平衡训练及检测。

同时，由于气囊21存在，受力检测机构检测数据更加准确。

实施例4

基于上述实施例，本实施例中对受力检测机构进行优化，具体的：

如图2和3所示，所述受力检测机构包括压力传感器1、角度传感器3以及躯干传感器8，所述压力传感器1与底座2之间设置有垫板15，压力传感器1与底座2通过垫板15固定，压力传感器1的另一端设置有连接座与支撑板16连接，所述连接座包括水平设置的第一连接体14和竖直设置的第二连接体12，所述第一连接体14连接在第二连接体12的一侧构成“T”型块状体，所述第一连接体14固定于压力传感器1一端顶面，位于第一连接体14下方的第二连接体12的侧面贴合在压力传感器1端面上；

压力传感器1至少有4个，4个所述压力传感器1分别位于支撑板16底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板16的中心轴为圆心呈圆周等距阵列；

所述角度传感器3设置于连接板5底面中心。

作为一种可实施方式，所述第二连接体12的顶端设置有缓冲橡胶垫11，所述缓冲橡胶垫11为橡胶材质制成的柱体，缓冲橡胶垫11的底面与第二连接体12固定，缓冲橡胶垫11的顶面与支撑板16通过螺栓固定。

作业时，平台1的受力汇聚于支撑板16和底座2之间的压力传感器1位置，4个所述压力传感器1分别检测各个时刻的平台1压力值，同时结合角度传感器3检测连接板5活动状态以及躯干传感器8检测所做动作，从而评定人体平衡状态。

实施例5

基于上述多个实施例，对控制模块进行优化，如图4所示，具体的：

所述控制模块包括MCU芯片10、驱动单元13、通信单元18以及上位机，

所述MCU芯片10的ADC引脚分别连接所述压力传感器1、角度传感器3以及躯干传感器8；

MCU芯片10的IO引脚连接驱动单元13，MCU芯片10通过所述驱动单元13分别控制4个所述气缸9以及气囊21工作；

所述驱动单元13包括驱动芯片、继电器的某一种或者多种组合。

作为一种可实施方式，所述通信单元18与MCU芯片10通过UART串口通信，通信单元18包括蓝牙模块、USB串口、Wifi模块、红外模块和RS232串口模块的某一种或者多种组合；

MCU芯片10通过通信单元18连接有上位机，所述上位机用于对MCU芯片10发送控制指令，所述上位机之间通过物联网通信。

在本实施例中，通过上位机对MCU芯片10发送控制指令，指定MCU芯片10控制动态训练机构和静态训练机构中的一种进行作业，并通过上位机指令分别调节动态训练机构和静态训练机构的工作模式；

MCU芯片10通过驱动单元13使4个气缸9同步动作完成静态平衡训练；

MCU芯片10通过驱动单元13按上位机指令调节气囊21以及一对气缸9完成动态平衡训练；

另外，MCU芯片10实时接收压力传感器1、角度传感器3以及躯干传感器8检测信息，在进行算法分析后得出人体平衡检测结果，MCU芯片10通过通信单元18将所述人体平衡检测结果发送上位机，再由上位机经物联网传输至医院系统，从而完成病患训练记录，便于病患电子信息建档的数据管理。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施例，在不违背本发明的精神即公开范围内，凡是对发明的技术方案进行多种等同或等效的变形或替换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，包括平台，其特征在于，所述平台上设置有动态训练机构、静态训练机构和受力检测机构，所述动态训练机构用于训练人体动态平衡能力，所述静态训练机构用于训练人体站立能力，所述受力检测机构用于分别检测动态训练及静态训练下平台的压力数据；

动态训练机构和静态训练机构之间设置有控制模块，所述控制模块用于切换动态训练机构和静态训练机构分别作业；

控制模块与受力检测机构通信连接，控制模块接收受力检测机构检测的压力数据，并根据所述压力数据评定人体平衡状态；

所述平台包括底座（2）、设置于底座（2）上部的支撑板（16）和连接板（5），所述支撑板（16）和连接板（5）之间设置动态训练机构，所述底座（2）与支撑板（16）之间设置静态训练机构和受力检测机构，所述连接板（5）的下部设置有支撑机构。

2.根据权利要求1所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述静态训练机构包括气缸（9），所述气缸（9）均布于支撑板（16）和底座（2）之间，气缸（9）的缸体固定于支撑板（16）的底面，气缸（9）的活塞杆（4）贯穿支撑板（16），且位于支撑板（16）的上侧，所述活塞杆（4）与连接板（5）之间存有间隙；

气缸（9）至少有4个，4个所述气缸（9）分别位于支撑板（16）底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板（16）的中心轴为圆心呈圆周等距阵列。

3.根据权利要求2所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述支撑板（16）顶面设置支撑机构，所述支撑机构与支撑板（16）固定、与连接板（5）活动连接。

4.根据权利要求1所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述支撑机构包括安装座（17）和万向节（6），所述万向节（6）一端与安装座（17）连接、另一端连接所述连接板（5）的底面中心，所述安装座（17）远离万向节（6）的一端设置于所述支撑板（16）的顶面中心，连接板（5）通过万向节（6）与安装座（17）活动连接，且活动角度为α，所述α≤15°。

5.根据权利要求1所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述受力检测机构包括压力传感器（1）、角度传感器（3）以及躯干传感器（8），所述压力传感器（1）与底座（2）之间设置有垫板（15），压力传感器（1）与底座（2）通过垫板（15）固定，压力传感器（1）的另一端设置有连接座与支撑板（16）连接，所述连接座包括水平设置的第一连接体（14）和竖直设置的第二连接体（12），所述第一连接体（14）连接在第二连接体（12）的一侧构成“T”型块状体，所述第一连接体（14）固定于压力传感器（1）一端顶面，位于第一连接体（14）下方的第二连接体（12）的侧面贴合在压力传感器（1）端面上；

压力传感器（1）至少有4个，4个所述压力传感器（1）分别位于支撑板（16）底面的前部、后部、左部和右部，且以支撑板（16）的中心轴为圆心呈圆周等距阵列；

所述角度传感器（3）设置于连接板（5）底面中心。

6.根据权利要求5所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述第二连接体（12）的顶端设置有缓冲橡胶垫（11），所述缓冲橡胶垫（11）为橡胶材质制成的柱体，缓冲橡胶垫（11）的底面与第二连接体（12）固定，缓冲橡胶垫（11）的顶面与支撑板（16）通过螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述动态训练机构包括气囊（21）、气囊挡板（7），所述气囊（21）套设于气囊挡板（7）外部，所述气囊（21）为内环开口、内有空腔的环状体，气囊（21）的内环开口贴靠在气囊挡板（7）的外周壁上形成封闭状态；

所述气囊挡板（7）为环形柱状结构，气囊挡板（7）的上端面设置翻边，气囊挡板（7）的内侧面套设于支撑机构的外部，气囊挡板（7）下端面通过螺栓与支撑板（16）固定。

8.根据权利要求7所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述气囊（21）内部设置有包裹在气囊挡板（7）外周的挡环（20），所述气囊（21）通过挡环（20）与气囊挡板（7）密封固定；

挡环（20）包括A部和B部，所述A部为圆弧结构，所述B部与A部对称为圆弧结构，A部和B部结合后呈圆环状结构，A部和B部通过螺栓固定；

A部的侧面开设有腰型通孔，对应的所述气囊挡板（7）开设有圆形通孔，所述气囊（21）设置有气管接头，所述气管接头依次穿过A部的所述腰型通孔和气囊挡板（7）的所述圆形通孔，置于气囊挡板（7）的内环面外部。

9.根据权利要求1~8任一所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述控制模块包括MCU芯片（10）、驱动单元（13）、通信单元（18）以及上位机，

所述MCU芯片（10）的ADC引脚分别连接所述压力传感器（1）、角度传感器（3）以及躯干传感器（8）；

MCU芯片（10）IO引脚连接驱动单元（13），MCU芯片（10）通过所述驱动单元（13）分别控制4个所述气缸（9）以及气囊（21）工作；

所述驱动单元（13）包括驱动芯片、继电器的某一种或者多种组合。

10.根据权利要求9所述的一种适用于立体动态站式训练平衡评定装置，其特征在于，所述通信单元（18）与MCU芯片（10）通过UART串口通信，通信单元（18）包括蓝牙模块、USB串口、Wifi模块、红外模块和RS232串口模块的某一种或者多种组合；

MCU芯片（10）通过通信单元（18）连接有上位机，所述上位机用于对MCU芯片（10）发送控制指令，所述上位机之间通过物联网通信。

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