CN113663301A - 一种多维人体动态平衡训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多维人体动态平衡训练系统，包括十字滑台、升降机构、左右旋转机构、前后旋转机构、平旋机构、脚踏板、机架，机架包括台座、保护罩、电气箱、柱状架及扶手座，十字滑台设置于台座上，升降机构、左右旋转机构、前后旋转机构、平旋机构、脚踏板依次向上串连，安装在十字滑台上，保护罩设置在台座与脚踏板之间。本发明采用外驱动方式带动人体进行被动运动，能够实现人体0～6自由度的动态平衡训练，满足多种人体平衡功能训练要求，增强机体核心肌力、改进前庭觉、提高反应速度等，适用范围广，既可用于患者康复，又能供运动员训练，或模拟仿真各种作业环境，其模块化的设计，易于拆装组合及维修。

Description

一种多维人体动态平衡训练系统

技术领域

本发明涉及一种用于人体平衡功能评估与训练的医疗器械康复设备，尤其是涉及一种多维人体动态平衡训练系统。

背景技术

躯体平衡的康复训练是恢复人体身体协调能力的重要治疗手段，临床中多使用Berg平衡能力测量法(BBS)、Fulg-Meyer平衡功能评定表(FM-B)法和姿态评价指标(PASS)，而这些评测方法多以配备理疗师，多依赖理疗师的经验，一对一理疗师劳动强度大且效率低、客观性较差，难以量化等，从而，使用仪器进行评定及康复训练就显得更为客观、科学、精准，因此躯体平衡恢复有关的康复训练设备的重要性得以体现。目前，国内外研发的人体平衡训练装置多以Pro-kin视觉反馈系统等为主，需要康复者运用视觉来调整平衡，属于康复者进行主动的动、静态平衡训练。据报道，由于主动运动训练过程受到康复者的视觉、情感等多方面因素的影响，训练效果的分散程度较大，且对于脑卒中患者而言，运动、感官以及认知等大多受到不同程度的损伤，这类人群主动调配身体平衡的能力有限，而对患者进行被动运动平衡能力训练更符合人体解剖学原理，受到人为因素影响较小，被动运动平衡康复训练的效果更佳。市面上的平衡康复器械主要分为非机械产品和机械产品，非机械产品主要有平衡球、平衡训练板、平衡盘、平衡木等；机械产品常见的有法国Allcare Imoove系列3D复合运动训练台、德国Dr-Wolf的Balance-check动态平衡能力测试仪、共同医疗科技(北京)有限公司的多功能康复训练系统、永康泰的核心肌群训练系统等。现有动态平衡装置仍存在人主动运动训练动作单一、机械结构复杂、维修不便、不能完全还原人体的躯体平衡状态、疗效低等问题，需进一步改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种多维人体动态平衡训练系统，以满足多种人体平衡功能训练要求。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种多维人体动态平衡训练系统，包括十字滑台、升降机构、左右旋转机构、前后旋转机构、平旋机构、脚踏板、及机架，

所述机架包括台座，所述十字滑台设置于台座上，所述升降机构、左右旋转机构、前后旋转机构、平旋机构、脚踏板依次向上连接，安装在十字滑台上；

所述平旋机构、前后旋转机构、左右旋转机构、升降机构、十字滑台为提供0～6自由度的动态平衡训练的核心驱动机构，

所述十字滑台为所述升降机构及其上结构提供x向移动和y向移动，

所述升降机构为左右旋转机构及其上结构提供z向的上下升降运动，

所述左右旋转机构为前后旋转机构及其上结构提供绕y轴的转动，即实现左右摆动，

所述前后旋转机构为平旋机构及其上结构提供绕x轴的转动，即实现前后摆动，

所述平旋机构为脚踏板提供在XY面内旋转运动，即平旋机构为脚踏板提供绕z轴的转动，

所述脚踏板用于支撑人体，所述脚踏板受平旋机构、前后旋转机构、左右旋转机构、升降机构与十字滑台的驱动，能够实现在空间的0～6自由度的运动，或多个自由度的组合运动；

其中，x、y、z轴为笛卡尔坐标系的三个坐标轴，坐标轴方向也是人体参考坐标系的三个方向，x向即x轴方向的简称，x向为人体左右向，y向为人体前后向，z向为人体上下向，x向、y向为水平面上相垂直的两个方向，z向为垂直于x、y所在水平面的方向。

在本发明的一个实施方式中，所述十字滑台包括X向移动平台及Y向移动平台；

X向移动平台安装在X向滑轨上，并可相对滑动平移，所述X向移动平台由第一电机通过联轴器驱动X向丝杆螺母副在X向滑轨上左右移动；为人体训练提供左右向，即冠状轴x方向的水平平移运动。

Y向移动平台安装在Y向滑轨上，并可相对滑动平移，所述Y向移动平台由第二电机通过联轴器驱动Y向丝杆螺母副在Y向滑轨上前后移动；Y向移动平台为人体训练提供前后向，即矢状轴y方向的前后平移运动。

X向移动平台与Y向移动平台十字交叉，两者移动方向相垂直，X向移动平台位于Y向移动平台的上方，X向移动平台的X向滑轨及第一电机固定在Y向移动平台的上表面，使得X向移动平台可随Y向移动平台一起移动。

在本发明的一个实施方式中，十字滑台底部通过Y向滑轨固定安装在机架的台座内，十字滑台的第二电机也固定在台座上。

在本发明的一个实施方式中，所述升降机构包括下固定座、下移动座、移动导轨、上固定座、上移动座、X型铰链架及Z向升降平台；

所述移动导轨设有上下两对，下移动座与下方的移动导轨滑动连接，上移动座与上方的移动导轨滑动连接；

所述Z向升降平台由第三电机通过联轴器驱动Z向丝杆螺母副带动推板，进而推动下移动座在左右滑动，最终驱动X型铰链架变形使Z向升降平台上下升降；

所述升降机构的下固定座与下方的移动导轨固定在十字滑台上。

在本发明的一个实施方式中，所述升降机构的下固定座与下方的移动导轨固定在十字滑台的上表面X向移动平台上，使得升降机构可随X向移动平台一起移动，从而升降机构的Z向升降平台可获得沿x、y、z轴方向的移动。

在本发明的一个实施方式中，Z向升降平台安装在X型铰链架的上方，X型铰链架安装在十字滑台的上表面X向移动平台上，Z向升降平台可相对十字滑台上下升降，为人体训练提供竖直方向，即垂直轴z轴方向的上下升降运动。

在本发明的一个实施方式中，Z向升降平台通过联轴器Z向丝杆螺母副的丝杆相连接，推板的中间与Z向丝杆螺母副的螺母相固定，推板的两端与下移动座相固定，下移动座安装在移动导轨上，并可相对移动导轨滑动平移。

在本发明的一个实施方式中，所述左右旋转机构包括XZ面电机座、第四电机、XZ面啮合齿轮、XZ面转轴、XZ面轴承座、支座及XZ面转动平台；

所述第四电机安装在XZ面电机座上，第四电机通过联轴器驱动XZ面啮合齿轮运动，带动与XZ面啮合齿轮所固定连接的XZ面转轴运动，从而驱动与XZ面转轴上固定连接的XZ面转动平台左右摆动，即在xz面内旋转运动，也即在人体的冠状面内摆动运动；

所述左右旋转机构的XZ面轴承座及XZ面电机座安装在升降机构上表面，与Z向升降平台固定连接，从而左右旋转机构可随Z向升降平台的上升下降而随之升降，从而左右旋转机构的XZ面转动平台可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y轴的转动。

在本发明的一个实施方式中，第四电机通过联轴器与XZ面啮合齿轮的其中一个齿轮相连接，XZ面转轴与XZ面啮合齿轮的另一个齿轮相固定，XZ面转轴上还固定有支座，支座上固定有XZ面转动平台。

在本发明的一个实施方式中，所述支座下部两侧均设有凸脚，凸脚与高度可调的可调支脚配合，用于限制支座的摆动范围，即限制XZ面转动平台的左右摆角范围。当可调支脚调高时，支座摆动范围变小，反之变大，从而采用可调支脚的高度控制或限制XZ面转动平台的左右摆角范围。

在本发明的一个实施方式中，所述前后旋转机构与所述左右旋转机构结构相似，前后旋转机构包括YZ面电机座、第五电机、YZ面啮合齿轮、YZ面转轴、YZ面轴承座及YZ面转动平台；

所述第五电机安装在YZ面电机座上，第五电机通过联轴器驱动YZ面啮合齿轮运动，带动与YZ面啮合齿轮上所固定连接的YZ面转轴运动，从而驱动与YZ面转轴固定连接的YZ面转动平台前后摆动，即在yz面内旋转运动，也即在人体的矢状面内摆动运动；

所述前后旋转机构的YZ面轴承座及YZ面电机座安装在左右旋转机构上表面，与XZ面转动平台固定连接，从而前后旋转机构可随XZ面转动平台的左右摆动而随之摆动，最终前后旋转机构的YZ面转动平台可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y轴、x轴的转动；

YZ面转动平台的中心设有平旋座孔，平旋座孔与平旋机构固定连接，YZ面转动平台的偏心位置设有平旋轴孔，平旋轴孔与平旋机构配合连接，从而平旋机构安装在YZ面转动平台上，能随YZ面转动平台一起做前后摆动。

在本发明的一个实施方式中，所述平旋机构包括牛眼轴承、大齿轮、平旋座、小齿轮、第六电机、小齿轮轴，所述大齿轮中央装有平旋座，大齿轮中部设有力传感器安装孔，所述牛眼轴承支撑在大齿轮下表面，大齿轮与所述小齿轮为一对啮合齿轮，第六电机通过联轴器与小齿轮轴固定相连，小齿轮轴又与小齿轮固定相连，从而第六电机通过驱动小齿轮可带动大齿轮平旋转动，即在xy面内旋转运动，也即在人体的水平面内平旋运动。

在本发明的一个实施方式中，平旋座固定在YZ面转动平台的平旋座孔上，从而平旋机构的大齿轮转动中心与YZ面转动平台的中心轴线相合；平旋机构的小齿轮轴穿过并可转动连接在YZ面转动平台的平旋轴孔内，平旋座孔与平旋轴孔的轴心距离，与大齿轮、小齿轮之间的齿轮啮合中心距相等。经连接后，平旋机构可随前后旋转机构的YZ面转动平台的前后摆动而随之摆动，最终平旋机构的大齿轮可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y、x、z轴的转动。

在本发明的一个实施方式中，另外，大齿轮中部设有力传感器安装孔，用于连接脚踏板。

在本发明的一个实施方式中，所述脚踏板包括踏板及设置于踏板下的力传感器，力传感器有若干，呈周向均布，用于检测站立在踏板上的人体重心位置，踏板通过力传感器与大齿轮连接，力传感器下端安装在平旋机构的力传感器安装孔上。

脚踏板可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕x、y、z轴的旋转，共6自由度。

在本发明的一个实施方式中，所述机架包括台座、保护罩、电气箱、柱状架及扶手座，所述扶手座端头设有上牙座。

所述保护罩设置在台座与脚踏板之间；所述柱状架及电气箱均固定在台座上，扶手及拉手均安装在柱状架的上部，扶手与扶手座活动相连；

触屏一体机设置于柱状架顶部；

急停开关设置于柱状架的顶端。

在本发明的一个实施方式中，所述扶手包括左右对称的两套多层握杆、锁定钮、伸缩杆、下牙座，

所述多层握杆安装在伸缩杆的一端，伸缩杆长度可伸缩并通过锁定钮锁定伸缩杆的伸长长度；

机架的扶手座上设有上牙座，所述扶手的下牙座与所述机架的上牙座上下配合组成可锁定连接；

通过调节伸缩杆的长度及下牙座的转向，从而可调整左右对称的多层握杆的张开角度和前后位置，以适应不同患者的握持需求。

扶手为训练者提供辅助支撑，防止患者跌倒，或为训练者的训练治疗动作提供帮助。

在本发明的一个实施方式中，所述拉手包括固定座、弹性绳索及把手，三者依次连接，所述弹性绳索长短可调整，弹性绳索可为弹性伸长的橡皮筋绳，也可非弹性绳子。

拉手为训练者提供支撑稳定或助力。

在本发明的一个实施方式中，所述保护罩包括依次相连接的下封箱、软连接、风琴罩。

在本发明的一个实施方式中，电气箱内部设置的控制及采集电路板，可对第一电机到第六电机进行控制，及采集力传感器信号，并与触屏一体机通信等，从而还能进行互动虚拟游戏训练。

在本发明的一个实施方式中，力传感器配合电气箱、触屏一体机可记录重心移动轨迹，对测试人员平衡能力做评估。

在本发明的一个实施方式中，所述多维人体动态平衡训练系统组成空间绕x、y、z轴旋转及沿x、y、z轴方向移动的6自由度运动机构，通过独立控制各个自由度，可实现脚踏板在空间的0～6自由度的运动或多个自由度的组合运动。

与现有技术相比，本发明的技术效果主要体现在以下方面：

(1)可实现人体0～6自由度的动态平衡训练，从而可模拟各种作业环境，即可供患者康复使用，也能作为平衡训练设备提供给儿童、运动员使用，功能强大，训练组合方式更灵活丰富，能更好的促进康复效果，可实现0～6自由度的动态平衡训练，如：

0自由度时为静态平衡，此时可实现平面及各方向倾斜斜面下的静态平衡训练；

1自由度时为沿x、y、z轴的移动——左右移动、前后移动、上下移动，或绕x、y、z轴的旋转——冠状面内转动、矢状面内转动、水平面内转动；

2自由度时共15种训练模式，分别为，二维移动：在xy平面、yz平面、xz平面内的移动——人体重心在水平面内二维移动、在矢状面内二维移动、在冠状面内的二维移动；或二维旋转：同时绕x+y、x+z、y+z轴的旋转；或移动+旋转：x向移动+x轴旋转、x向移动+y轴旋转、x向移动+z轴旋转、y向移动+x轴旋转、y向移动+y轴旋转、y向移动+z轴旋转、z向移动+x轴旋转、z向移动+y轴旋转、z向移动+z轴旋转。

3自由度时有20种运动训练模式，4自由度时有15种，5自由度时有6种，6自由度1种，即6自由度运动模式为空间全向运动训练。

(2)模块化设计，驱动原理简洁，组合样式多样，各自由度控制相对独立。

(3)即可做站位平衡训练，也能做坐位平衡训练。

(4)多层扶手设计可适应不同身高、体宽的患者，且扶手前后距离及张开角度均可调，以适应不同的治疗动作、训练模式。

附图说明

图1为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统总体结构示意图；

图2为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统的局部剖视结构示意图；

图4为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统核心驱动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的十字滑台的结构示意图；

图6为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的升降机构的结构示意图；

图7(a)为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的左右旋转机构的结构示意图一；

图7(b)为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的左右旋转机构的结构示意图二；

图7(c)为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的左右旋转机构的结构示意图三；

图8为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的前后旋转机构的结构示意图；

图9为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的平旋机构的结构示意图；

图10为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的脚踏板的结构示意图；

图11为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的扶手的结构示意图；

图12为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的拉手的结构示意图；

图13为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的机架的结构示意图；

图14为本发明实施例1中多维人体动态平衡训练系统中的保护罩的结构示意图。

图中标号：

1为脚踏板，101为踏板，102为力传感器；

2为平旋机构，201为牛眼轴承，202为大齿轮，2021为力传感器安装孔，203为平旋座，204为第六电机，205为小齿轮轴，206为小齿轮；

3为前后旋转机构，301为YZ面啮合齿轮，302为YZ面轴承座，303为YZ面转轴，304为YZ面电机座，305为第五电机，306为YZ面转动平台，3061为平旋轴孔，3062为平旋座孔；

4为左右旋转机构，401为支座，4011为凸脚，402为XZ面轴承座，403为XZ面转轴，404为XZ面电机座，405为第四电机，406为XZ面啮合齿轮，407为XZ面转动平台；

5为升降机构，501为上固定座，502为第三电机，503为Z向丝杆螺母副，504为下固定座，505为X型铰链架，506为下移动座，507为移动导轨，508为上移动座，509为推板，510为Z向升降平台；

6为十字滑台，601为第一电机，602为X向丝杆螺母副，603为X向滑轨，604为X向移动平台，605为第二电机，606为Y向丝杆螺母副，607为Y向滑轨，608为Y向移动平台；

7为机架，701为台座，702为保护罩，7021为下封箱，7022为软连接，7023为风琴罩，703为电气箱，704为柱状架，705为扶手座，7051为上牙座；

8为扶手，801为多层握杆，802为锁定钮，803为伸缩杆，804为下牙座；

9为拉手，901为把手，902为弹性绳索，903为固定座；

10为急停开关。

11为触屏一体机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，除非另有明确的限定。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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

为了区分人体坐标系即笛卡尔坐标系x、y、z轴及其方向x、y、z向与所述有编号的名称之间的差异，特用小写的x、y、z表示坐标轴或坐标方向，而大写的X、Y、Z则只用到名称定义中，如YZ面啮合齿轮301。

实施例

参考图3、图13，配合参见图1、图2、图4，本实施例提供一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，包括：十字滑台6、升降机构5、左右旋转机构4、前后旋转机构3、平旋机构2、脚踏板1、及机架7，

所述机架7包括台座701，所述十字滑台6设置于台座701上，所述升降机构5、左右旋转机构4、前后旋转机构3、平旋机构2、脚踏板1依次向上连接，安装在十字滑台6上；

所述平旋机构2、前后旋转机构3、左右旋转机构4、所述升降机构5、十字滑台6为提供0～6自由度的动态平衡训练的核心驱动机构，

所述十字滑台6为所述升降机构5及其上结构提供x向移动和y向移动，

所述升降机构5为左右旋转机构4及其上结构提供z向的上下升降运动，

所述左右旋转机构4为前后旋转机构3及其上结构提供沿x、y、z轴方向的移动及绕y轴的转动，绕y轴的转动指实现左右摇摆，

所述前后旋转机构3为平旋机构2及其上结构提供沿x、y、z轴方向的移动及绕y、x轴的转动，即实现前后摇摆，

所述平旋机构2为脚踏板1及其上结构提供沿x、y、z轴方向的移动及绕y、x、z轴的转动，

所述脚踏板1用于支撑人体，所述脚踏板1受平旋机构2、前后旋转机构3、左右旋转机构4、所述升降机构5与十字滑台6的驱动，能够实现在空间的0～6自由度的运动，或多个自由度的组合运动；

其中，x、y、z轴为笛卡尔坐标系的三个坐标轴，坐标轴方向也是人体参考坐标系的三个方向，x向即x轴方向的简称，x向为人体左右向，y向为人体前后向，z向为人体上下向，x向、y向为水平面上相垂直的两个方向，z向为垂直于x、y所在水平面的方向。

参见图5、配合参见图3、图4，本实施例中，所述十字滑台6包括X向移动平台604及Y向移动平台608；

X向移动平台604安装在X向滑轨603上，并可相对滑动平移，所述X向移动平台604由第一电机601通过联轴器驱动X向丝杆螺母副602在X向滑轨603上左右移动；为人体训练提供左右向，即冠状轴x方向的水平平移运动。

Y向移动平台608安装在Y向滑轨607上，并可相对滑动平移，所述Y向移动平台608由第二电机605通过联轴器驱动Y向丝杆螺母副606在Y向滑轨607上前后移动；Y向移动平台608为人体训练提供前后向，即矢状轴y方向的前后平移运动。

X向移动平台604与Y向移动平台608十字交叉，两者移动方向相垂直，X向移动平台604位于Y向移动平台608的上方，X向移动平台604的X向滑轨603及第一电机601固定在Y向移动平台608的上表面，使得X向移动平台604可随Y向移动平台608一起移动。

参见图3、配合参见图13，本实施例中，十字滑台6底部通过Y向滑轨607固定安装在机架7的台座701内，十字滑台6的第二电机605也固定在台座701上。

参见图6、配合参见图3、图4、图5，本实施例中，所述升降机构5包括下固定座504、下移动座506、移动导轨507、上固定座501、上移动座508、X型铰链架505及Z向升降平台510；

所述移动导轨507设有上下两对，下移动座506与下方的移动导轨507滑动连接，并可相对移动导轨507滑动平移，上移动座508与上方的移动导轨507滑动连接，并可相对移动导轨507滑动平移；

所述Z向升降平台510安装在X型铰链架505的上方，第三电机502通过联轴器驱动Z向丝杆螺母副503，推板509的中间与Z向丝杆螺母副503的螺母相固定，推板509的两端与下移动座506相固定，故可进而带动推板509及推动下移动座506在左右滑动，最终驱动X型铰链架505变形使Z向升降平台510可相对十字滑台6上下升降，从而为人体训练提供竖直方向，即垂直轴z轴方向的上下升降运动；

所述升降机构5的下固定座504、下方的移动导轨507及第三电机502均固定在十字滑台6的上表面X向移动平台604上，使得升降机构5可随X向移动平台604一起移动，从而升降机构5的Z向升降平台510可获得沿x、y、z轴方向的移动。

参见图7a、7b、7c，配合参见图3、图4、图6，本实施例中，所述左右旋转机构4包括XZ面电机座404、第四电机405、XZ面啮合齿轮406、XZ面转轴403、XZ面轴承座402、支座401及XZ面转动平台407；

所述第四电机405安装在XZ面电机座404上，第四电机405通过联轴器驱动XZ面啮合齿轮406运动，带动与XZ面啮合齿轮406所固定连接的XZ面转轴403运动，从而驱动与XZ面转轴403上固定连接的XZ面转动平台407左右摆动，即在xz面内旋转运动，也即在人体的冠状面内摆动运动；

所述左右旋转机构4的XZ面轴承座402及XZ面电机座404安装在升降机构5上表面，与Z向升降平台510固定连接，从而左右旋转机构4可随Z向升降平台510的上升下降而随之升降，从而左右旋转机构4的XZ面转动平台407可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y轴的转动。

所述第四电机405通过联轴器与XZ面啮合齿轮406的其中一个齿轮相连接，XZ面转轴403与XZ面啮合齿轮406的另一个齿轮相固定，XZ面转轴403上还固定有支座401，支座401上固定有XZ面转动平台407。

另外，本实施例中，所述支座401下部两侧均设有凸脚4011，凸脚4011与高度可调的可调支脚(未画出)配合，用于限制支座401的摆动范围，即限制XZ面转动平台407的左右摆角范围。当可调支脚调高时，支座401摆动范围变小，反之变大，从而采用可调支脚的高度控制或限制XZ面转动平台407的左右摆角范围。

参见图8，配合参见图3、图4、图7a，本实施例中，所述前后旋转机构3与所述左右旋转机构4结构相似，前后旋转机构3包括YZ面电机座304、第五电机305、YZ面啮合齿轮301、YZ面转轴303、YZ面轴承座302及YZ面转动平台306；

所述第五电机305安装在YZ面电机座304上，第五电机305通过联轴器驱动YZ面啮合齿轮301运动，带动与YZ面啮合齿轮301上所固定连接的YZ面转轴403运动，从而驱动与YZ面转轴403固定连接的YZ面转动平台306前后摆动，即在yz面内旋转运动，也即在人体的矢状面内摆动运动；

所述前后旋转机构3的YZ面轴承座302及YZ面电机座304安装在左右旋转机构4上表面，与XZ面转动平台407固定连接，从而前后旋转机构3可随XZ面转动平台407的左右摆动而随之摆动，最终前后旋转机构3的YZ面转动平台306可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y轴、x轴的转动；

YZ面转动平台306的中心设有平旋座孔3062，平旋座孔3062与平旋机构2固定连接，YZ面转动平台306的偏心位置设有平旋轴孔3061，平旋轴孔3061与平旋机构2配合连接，从而平旋机构2安装在YZ面转动平台306上，能随YZ面转动平台306一起做平旋运动，即绕z轴的旋转运动。

参见图9，配合参见图3、图4、图8，本实施例中，所述平旋机构2包括牛眼轴承201、大齿轮202、平旋座203、小齿轮206、第六电机204、小齿轮轴205，所述大齿轮202中央装有平旋座203，大齿轮202上设有力传感器安装孔2021，所述牛眼轴承201支撑在大齿轮202下表面，大齿轮202与所述小齿轮206为一对啮合齿轮，第六电机204通过联轴器与小齿轮轴205固定相连，小齿轮轴205又与小齿轮206固定相连，从而第六电机204通过驱动小齿轮206可带动大齿轮202平旋转动，即在xy面内或绕z轴旋转运动，也即在人体的水平面内平旋运动。

平旋座203固定在Z面转动平台306的平旋座孔3062上，从而平旋机构2的大齿轮202转动中心与YZ面转动平台306的中心轴线相合；平旋机构2的小齿轮轴205穿过并可转动连接在YZ面转动平台306的偏心位置处的平旋轴孔3061内，平旋座孔3062与平旋轴孔3061的轴心距离，与大齿轮202、小齿轮206之间的齿轮啮合中心距相等。经连接后，平旋机构2安装在YZ面转动平台306上，平旋机构2可随前后旋转机构3的YZ面转动平台306前后摆动而随之摆动，最终平旋机构2的大齿轮202可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕y、x、z轴的转动。

另外，大齿轮202上所设的力传感器安装孔2021用于连接脚踏板1。

参见图10，配合参见图3、图4、图9，本实施例中，所述脚踏板1包括踏板101及设置于踏板101下的力传感器102，力传感器102有若干，呈周向均布，用于检测站立在踏板101上的人体重心位置，踏板101通过力传感器102与大齿轮202连接，力传感器102下端安装在平旋机构2的力传感器安装孔2021上。

脚踏板1可获得沿x、y、z轴方向的移动及绕x、y、z轴的旋转，共6自由度。

参考图3、图13，配合参见图1、图2、图4，本实施例中，所述机架7包括台座701、保护罩702、电气箱703、柱状架704及扶手座705，所述扶手座705端头设有上牙座7051，

所述保护罩702设置在台座701与脚踏板1之间；所述柱状架704及电气箱703均固定在台座701上，

扶手8及拉手9均安装在柱状架704的上部，扶手8与扶手座705活动相连；

触屏一体机11设置于柱状架704顶部；

急停开关10设置于柱状架704的顶端。

参见图11、图13，配合参见图1、图3，本实施例中，所述扶手8包括左右对称的两套多层握杆801、锁定钮802、伸缩杆803、下牙座804，

所述多层握杆801安装在伸缩杆803的一端，伸缩杆803长度可伸缩并通过锁定钮802锁定伸缩杆803的伸长长度；

机架7的扶手座705上设有上牙座7051，所述下牙座804与所述机架7的上牙座7051上下配合组成可锁定连接；

通过调节伸缩杆803的长度及下牙座804的转向，从而可调整左右对称的多层握杆801的张开角度和前后位置，以适应不同患者的握持需求。

扶手8为训练者提供辅助支撑，防止患者跌倒，或为训练者的训练治疗动作提供帮助。

参见图12，配合参见图1、图3、图13，本实施例中，所述拉手9包括固定座903、弹性绳索902及把手901，三者依次连接，所述弹性绳索902长短可调整，弹性绳索902可为弹性伸长的橡皮筋绳，也可非弹性绳子。

拉手9为训练者提供支撑稳定或助力。

参见图13、图14，本实施例中，所述保护罩702包括依次相连接的下封箱7021、软连接7022、风琴罩7023。

本实施例中，电气箱703内部设置的控制及采集电路板，可对第一电机到第六电机进行控制，及采集力传感器102信号，并与触屏一体机11通信等，从而还能进行互动虚拟游戏训练。

本实施例中，力传感器102配合电气箱703、触屏一体机11可记录重心移动轨迹，对测试人员平衡能力做评估。

本实施例中，所述多维人体动态平衡训练系统组成空间绕x、y、z轴旋转及沿x、y、z轴方向移动的6自由度运动机构，通过独立控制各个自由度，可实现脚踏板1在空间的0～6自由度的运动或多个自由度的组合运动。

汇总可实现0～6自由度的动态平衡训练运动模式具体如下：

0自由度共1个，此时所有第一～六电机均不运动，人体此时站在脚踏板1进行的是静态平衡训练，但所站立的平面可以为水平面，也可以为倾斜平面。控制第四～六电机使踏板101水平放置，则为水平面下的静态平衡训练；如果控制第四～六电机使踏板101朝各个方向倾斜放置，此时为倾斜斜面下的静态平衡训练。

1自由度时共6种训练模式，分别为沿x、y、z轴的移动——左右移动、前后移动、上下移动，或绕x、y、z轴的旋转——冠状面内转动、矢状面内转动、水平面内转动。

2自由度时共15种训练模式，分别为：(1)二维移动：在xy平面、yz平面、xz平面内的移动——人体重心在水平面内移动、矢状面内移动、冠状面内的二维移动；(2)或二维旋转：同时绕x+y、x+z、y+z轴的旋转；(3)沿轴移动+绕轴旋转：x向移动+x轴旋转、x向移动+y轴旋转、x向移动+z轴旋转、y向移动+x轴旋转、y向移动+y轴旋转、y向移动+z轴旋转、z向移动+x轴旋转、z向移动+y轴旋转、z向移动+z轴旋转。

3自由度时一半电机运动，一半不运动，此时共有20种训练模式，分别为：x向移动+x轴旋转+y轴旋转、x向移动+x轴旋转+z轴旋转、x向移动+y轴旋转+z轴旋转，y向移动+x轴旋转+y轴旋转、y向移动+x轴旋转+z轴旋转、y向移动+y轴旋转+z轴旋转，z向移动+x轴旋转+y轴旋转、z向移动+x轴旋转+z轴旋转、z向移动+y轴旋转+z轴旋转；x向移动+y向移动+x轴旋转、x向移动+y向移动+y轴旋转、x向移动+y向移动+z轴旋转，x向移动+x轴旋转+z向移动、x向移动+y轴旋转+z向移动、x向移动+z轴旋转+z向移动，x轴旋转+y向移动+z向移动、y轴旋转+y向移动+z向移动、z轴旋转+y向移动+z向移动；x向移动+y向移动+z向移动、x轴旋转+y轴旋转+z轴旋转。

4自由度时是在6个第一～六电机中选出4个电机控制运动，此时共有15种训练模式，分别为：x、y、z向移动+x轴旋转，x、y、z向移动+y轴旋转，x、y、z向移动+z轴旋转；x向移动+x、y、z轴旋转，y向移动+x、y、z轴旋转，z向移动+x、y、z轴旋转；x、y向移动+x、y轴旋转，x、y向移动+x、z轴旋转，x、y向移动+y、z轴旋转，x、z向移动+x、y轴旋转，x、z向移动+x、z轴旋转，x、z向移动+y、z轴旋转，y、z向移动+x、y轴旋转，y、z向移动+x、z轴旋转，y、z向移动+y、z轴旋转。

5自由度时第一～六电机中仅有一个不动，此时共有6种训练模式，分别为：x、y、z向移动+x、y轴旋转，x、y、z向移动+x、z轴旋转，x、y、z向移动+y、z轴旋转；x、y向移动+x、y、z轴旋转，x、z向移动+x、y、z轴旋转，y、z向移动+x、y、z轴旋转。

6自由度时仅有1种训练模式，即第一～六电机均在运动，此时人体可做空间6自由度的运动。

本发明应用采用模块化设计，易于拆装组合及维修，更经济实用。本发明能够实现人体0～6自由度的动态平衡训练，或控制成本而把核心驱动机构的6个部分拆开自由组合，能因人而异满足多种人体平衡功能训练要求，增强机体核心肌力、改进前庭觉、提高反应速度等，其适用范围广，既可用于患者康复，又能供运动员训练，或模拟仿真各种作业环境，可根据训练者的要求制定个性化的训练方案，及时调整训练难度，以更好适应不同训练者、不同康复阶段对因平衡能力差异做出治疗方案的调整，提高康复效率，有效改善平衡能力。下面仅就其个别应用举例说明：

可模拟身体左右摆动，此时由第四电机405控制晃动左右旋转机构4做左右摇摆，其他电机均不动。

可模拟人体站立下的右前/左后摔倒，此时由第四电机405控制左右旋转机构4摆动，并由第五电机305控制前后旋转机构3同时摆动。

可模拟乘坐电梯，此时由第三电机502控制升降机构5的升降。

可模拟人体向前/后滑倒，此时由第五电机305控制前后旋转机构3摆动，同时由第二电机605控制十字滑台6的Y向移动平台608前后加速移动。

另外，在脚踏板1的踏板101上设置座位和扶手，并在机架7的柱状架704上设置汽车方向盘，可模拟汽车驾驶情况的各种路况。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，包括：十字滑台(6)、升降机构(5)、左右旋转机构(4)、前后旋转机构(3)、平旋机构(2)、脚踏板(1)、及机架(7)，

所述机架(7)包括台座(701)，所述十字滑台(6)设置于台座(701)上，所述升降机构(5)、左右旋转机构(4)、前后旋转机构(3)、平旋机构(2)、脚踏板(1)依次向上连接，安装在十字滑台(6)上；

所述平旋机构(2)、前后旋转机构(3)、左右旋转机构(4)、升降机构(5)、十字滑台(6)为提供0～6自由度的动态平衡训练的核心驱动机构，

所述十字滑台(6)为所述升降机构(5)及其上结构提供x向移动和y向移动，

所述升降机构(5)为左右旋转机构(4)及其上结构提供z向的上下升降运动，

所述左右旋转机构(4)为前后旋转机构(3)及其上结构提供绕y轴的转动，即实现左右摆动，

所述前后旋转机构(3)为平旋机构(2)及其上结构提供绕x轴的转动，即实现前后摆动，

所述平旋机构(2)为脚踏板(1)提供在xy面内旋转运动，即平旋机构(2)为脚踏板(1)提供绕z轴的转动，

所述脚踏板(1)用于支撑人体，所述脚踏板(1)受平旋机构(2)、前后旋转机构(3)、左右旋转机构(4)、升降机构(5)与十字滑台(6)的驱动，能够实现在空间的0～6自由度的运动，或多个自由度的组合运动；

其中，x、y、z轴为笛卡尔坐标系的三个坐标轴，坐标轴方向也是人体参考坐标系的三个方向，x向即x轴方向的简称，x向为人体左右向，y向为人体前后向，z向为人体上下向，x向、y向为水平面上相垂直的两个方向，z向为垂直于x、y所在水平面的方向。

2.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述十字滑台(6)包括X向移动平台(604)及Y向移动平台(608)；

X向移动平台(604)安装在X向滑轨(603)上，并可相对滑动平移，所述X向移动平台(604)由第一电机(601)通过联轴器驱动X向丝杆螺母副(602)在X向滑轨(603)上左右移动；

Y向移动平台(608)安装在Y向滑轨(607)上，并可相对滑动平移，所述Y向移动平台(608)由第二电机(605)通过联轴器驱动Y向丝杆螺母副(606)在Y向滑轨(607)上前后移动；

X向移动平台(604)与Y向移动平台(608)十字交叉，两者移动方向相垂直，X向移动平台(604)位于Y向移动平台(608)的上方，X向移动平台(604)的X向滑轨(603)及第一电机(601)固定在Y向移动平台(608)的上表面。

3.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述升降机构(5)包括下固定座(504)、下移动座(506)、移动导轨(507)、上固定座(501)、上移动座(508)、X型铰链架(505)及Z向升降平台(510)；

所述移动导轨(507)设有上下两对，下移动座(506)与下方的移动导轨(507)滑动连接，上移动座(508)与上方的移动导轨(507)滑动连接；

所述Z向升降平台(510)由第三电机(502)通过联轴器驱动Z向丝杆螺母副(503)带动推板(509)，进而推动下移动座(506)在左右滑动，最终驱动X型铰链架(505)变形使Z向升降平台(510)上下升降；

所述升降机构(5)的下固定座(504)与下方的移动导轨(507)固定在十字滑台(6)上。

4.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述左右旋转机构(4)包括XZ面电机座(404)、第四电机(405)、XZ面啮合齿轮(406)、XZ面转轴(403)、XZ面轴承座(402)、支座(401)及XZ面转动平台(407)；

所述第四电机(405)安装在XZ面电机座(404)上，第四电机(405)通过联轴器驱动XZ面啮合齿轮(406)运动，带动与XZ面啮合齿轮(406)所固定连接的XZ面转轴(403)运动，从而驱动与XZ面转轴(403)上固定连接的XZ面转动平台(407)左右摆动；

所述左右旋转机构(4)的XZ面轴承座(402)及XZ面电机座(404)安装在升降机构(5)上表面，与Z向升降平台(510)固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述支座(401)下部两侧均设有凸脚(4011)，凸脚(4011)与可调支脚配合，用于限制支座(401)的摆动范围，即限制XZ面转动平台(407)的左右摆角范围。

6.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述前后旋转机构(3)包括YZ面电机座(304)、第五电机(305)、YZ面啮合齿轮(301)、YZ面转轴(303)、YZ面轴承座(302)及YZ面转动平台(306)；

所述第五电机(305)安装在YZ面电机座(304)上，第五电机(305)通过联轴器驱动YZ面啮合齿轮(301)运动，带动与YZ面啮合齿轮(301)上所固定连接的YZ面转轴(303)运动，从而可驱动与YZ面转轴(303)上固定连接的YZ面转动平台(306)前后摆动；

所述前后旋转机构(3)的YZ面轴承座(302)及YZ面电机座(304)安装在左右旋转机构(4)上表面，与XZ面转动平台(407)固定连接，从而前后旋转机构(3)可随XZ面转动平台(407)的左右摆动而随之摆动；

YZ面转动平台(306)的中心设有平旋座孔(3062)，平旋座孔(3062)与平旋机构(2)固定连接，YZ面转动平台(306)的偏心位置设有平旋轴孔(3061)，平旋轴孔(3061)与平旋机构(2)配合连接，从而平旋机构(2)安装在YZ面转动平台(306)上，能随YZ面转动平台(306)一起做前后摆动。

7.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述平旋机构(2)包括牛眼轴承(201)、大齿轮(202)、平旋座(203)、小齿轮(206)、第六电机(204)、小齿轮轴(205)，

所述大齿轮(202)中央装有平旋座(203)，大齿轮(202)中部设有力传感器安装孔(2021)，所述牛眼轴承(201)支撑在大齿轮(202)下表面，大齿轮(202)与所述小齿轮(206)为一对啮合齿轮，第六电机(204)通过联轴器与小齿轮轴(205)固定相连，小齿轮轴(205)又与小齿轮(206)固定相连。

8.根据权利要求7所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述脚踏板(1)包括踏板(101)及设置于踏板(101)下的力传感器(102)，力传感器(102)有若干，呈周向均布，踏板(101)通过力传感器(102)与大齿轮(202)连接，力传感器(102)下端安装在平旋机构(2)的力传感器安装孔(2021)上。

9.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述机架(7)包括台座(701)、保护罩(702)、电气箱(703)、柱状架(704)及扶手座(705)，

所述保护罩(702)设置在台座(701)与脚踏板(1)之间；所述柱状架(704)及电气箱(703)均固定在台座(701)上，

扶手(8)及拉手(9)均安装在柱状架(704)的上部，扶手(8)与扶手座(705)活动相连；

触屏一体机(11)设置于柱状架(704)顶部；

急停开关(10)设置于柱状架(704)的顶端。

10.根据权利要求1所述的一种多维人体动态平衡训练系统，其特征在于，所述多维人体动态平衡训练系统组成空间绕x、y、z轴旋转及沿x、y、z轴方向移动的6自由度运动机构，通过独立控制各个自由度，可实现脚踏板(1)在空间的0～6自由度的运动或多个自由度的组合运动。

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