CN116869486A - 一种基于多缸的可动静转换的平衡能力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于多缸的可动静转换的平衡能力测试装置，其中包括底板、设于底板上的活塞缸组和设于活塞缸组之上的传感器组件。活塞缸组包括多个动态刚度控制活塞缸和多个动静转换活塞缸，两组活塞缸呈环形均匀布置在所述底板上，每个活塞缸的活塞将缸体内腔分割为上腔和下腔，所有动态刚度控制活塞缸之间的下腔互相连通，所有动静转换活塞缸的下腔相互独立。本发明中，动态刚度控制活塞缸组提供的多个较小的缸腔，替代传统装置中的介质囊，可以显著降低整体介质囊腔体的尺寸。同时，通过缸腔内介质的压力调控，可以灵活设定动平衡测试时对人体施加的扰动强度。

Description

一种基于多缸的可动静转换的平衡能力测试装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及到一种用于人体平衡能力检测训练装置。

背景技术

平衡能力是指维持身体姿势的能力，特别在较小的支撑面上，控制身体重心的能力。平衡能力是人类一切静态与动态活动的基础能力。人任何运动几乎都是在维持身体平衡的状态下进行的，其受着诸多因素的影响，各因素间又相互补偿和相互影响。其作为人体的一项基本能力，对我们正常人的日常生活也起着非常重要的作用，尤其对于一些老年人或患有某些疾病的人员，提前对其平衡能力经测定和了解，会有助于对某些疾病的提前预警，并进行针对性的训练。比如可以提前预警老年人的跌倒，并进行对应的训练减少跌倒的发生。

目前的平衡能力检测设备主要分为静平衡和动平衡两种。静平衡检测多以足底压力传感器为基础，测定人静态非扰动情况的平衡能力，测试精度有限。为增加测试精度，通常需要测试者完成特定的测试动作，比如单脚站立，闭眼起蹲等，程序相对繁琐。另外静平衡检测设备因为较难产生运动，难以实现对平衡能力有缺陷的人进行改进训练。动平衡检测设备的检测平台在人体站立上后会自动地产生扰动，平衡能力的测定是通过评价被检测者控制人体以减小扰动幅度的能力来进行，该类测试设备相对测试精度较高。同时动平衡检测设备因为具有自由扰动的特性，可以通过特定动作曲线和程序的设置，实现对应平衡能力的康复训练。

动平衡的实现目前有通过惯性传感器或足底压力传感器结合相应的具有扰动功能的机构实现。如Korebalance的惯性传感器加气囊的方式，以及本发明者团队之前的专利ZL202111596258.9、CN202211475757.7和CN202210804826.8基于水囊和足底压力传感器的模式提出的介质囊方式。但该类设备采用的气囊和水囊尺寸相对较大，容易占用较大的空间，不利于相关零部件的布局，使得设备的尺寸较大。同时，设备该类介质囊需要因较大的体积，需要介质填充和压力调整时，则需要较长的时间，不便于操作。

另外，目前无论动平衡和静平衡测试，除了简单的足底压力测试板式的测试设备，其他测试设备多为固定式设备，不便于移动。尤其是对于动平衡测试，其设备相对笨重，移动更为不便。简单的没有扶手的足底压力测试板，只能做简单的静平衡测试，而且对于老年人，没有扶手容易导致老年人测试过程摔倒等测试事故。针对这一情况，目前有些设备设置为分体式的扶手，扶手和设备分离设置，设备测试时扶手部分为可以随意移动和设置，该类设备对于静平衡测试尚可，但对于动平衡测试则相对位置的变化，可能会对测试结果造成干扰，而且目前也未见分离设置的动平衡测试。而对于社区化的老年人平衡能力的评估、以及各老年服务或体检机构，能够提供一台具有更高精度和功能的可便携的测试设备，以适应社区化或随时移动的转移性的测量，不仅可以大幅节省设备购置成本，也可以是不同的测试结果具备更好的一致性和可比对性。而对于便携式设备，较大的介质囊需要的较长介质填充和调整时间更不利于便携操作。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于多缸的可动静转换的平衡能力测试装置，其中包括底板、设于底板上的活塞缸组和设于活塞缸组之上的传感器组件，其中传感器组件包括用来采集或反映平衡能力的薄膜压力传感器和/或加速度计。活塞缸组包括多个动态刚度控制活塞缸和多个动静转换活塞缸，两组活塞缸呈环形均匀布置在所述底板上，每个活塞缸包括缸体、活塞和与活塞一体连接且向上延伸的活塞杆，活塞将缸体内腔分割为上腔和下腔，所有动态刚度控制活塞缸之间的下腔互相连通，并由第一电磁阀41控制压力，所有动静转换活塞缸的下腔相互独立，并由第二电磁阀统一控制压力。

在一种优选的实施方式中，本发明的装置包括显示控制模块、扶手模块以及测试模块，其中测试模块包括前述底板、活塞缸组和传感器组件。

本发明中，动态刚度控制活塞缸组用于对测试者提供扰动，动静转换活塞缸组用于进行测试系统动态和静态测试的转换。动态刚度控制活塞缸组提供的多个较小的缸腔，替代传统装置中的介质囊，可以限制降低整体介质囊腔体的尺寸。同时，通过缸腔内介质的压力调控，可以灵活设定动平衡测试时对人体施加的扰动强度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的装置安装后的示意图；

图2是图1所示装置另一个角度的视图；

图3是图1实施例中的扶手模块的视图；

图4是图1所示实施例装置的测试模块的外观图；

图5是一实施例中所用支撑杆的示意图；

图6是图4所示测试模块移除外壳35后的示意图；

图7是图6所示测试模块移除传感器组件后的示意图；

图8是本发明装置在动平衡测试模式下的气路图；

图9是本发明装置在静平衡测试模式下的气路图；

图10是本发明一实施例中所用活塞杆的结构示意图；

图11是本发明装置拆卸后状态的示意图；

图12是本发明装置拆卸并封装后状态的示意图。

具体实施方式

下面通过一个优选的实施例，例举说明本发明的构思。

在图示出的实施例中，本发明的可动静转换功能的便携式平衡能力测试装置包括：显示控制模块1、扶手模块2以及测试模块3，三个模块间连接结构通过单个连接结构实现快速的拆装。

图2所示的实施例中，显示控制模块包括显示屏11和显示屏固定杆12，显示屏与显示屏固定杆12之间设置显示屏万向节13，便于显示屏在上下、左右方向的调整，以适应不同测试人员的需求。也可以根据实际情况不设置万向节，而是将显示屏直接固定到显示屏固定杆上。

测试模块3和扶手模块2之间通过支撑杆5连接；显示屏固定杆12、支撑杆5共同插入扶手模块的连接孔23内，然后通过带螺纹的旋钮6一次性将两个模块固定。显示屏固定杆12和支撑杆5弯成相同的角度，上下并排插入扶手模块对应的连接孔23内，然后通过带螺纹的旋钮6通过对应的螺纹孔24同时对显示屏固定杆12和支撑杆5进行固定。旋钮6的设置以便于裸手操作为宜。扶手模块设置有侧扶手22、前扶手21，其中侧扶手22设置在左右两侧，用于防止被测者向左右两侧的倾倒，前扶手21设置在扶手模块前方，用于防止被测试者前后的倾倒。

支撑杆5下端插入测试模块3的连接部36，同样采用通过带螺纹的旋钮，一次性将其与连接部固定。为便于设备便携和拆解，连接部36突出设置在测试模块上。支撑杆插入到连接部上，并通过带螺纹的旋钮6将两者固定。

在图6和7示出的实施例中，测试模块3包括底板33、设于底板上的活塞缸组和传感器组件31，其中传感器组件31包括支撑板37和设于支撑板上的用来采集或反映平衡能力的薄膜压力传感器和/或加速度计。传感器组件31设置在活塞缸组的上方。图6中可看出，传感器组件31直接设置到支撑板37上，传感器采用了薄膜压力传感器，其具体的固定结构不做限定，可参照申请人在先申请CN202211475757.7和CN202210804826.8公开的技术。传感器的数据出口与测试模块的控制主电路板连接。

参见图7，活塞缸组包括多个动态刚度控制活塞缸38和多个动静转换活塞缸39，(为了方便，本文中标记符号38和39既指代活塞缸，也可指代相应的活塞缸组)，两组活塞缸呈环形均匀布置在所述底板33上。每个活塞缸包括缸体、活塞和与活塞一体连接且向上延伸的活塞杆，活塞缸的内腔被活塞分割为上腔和下腔，其中，所有动态刚度控制活塞缸38的下腔之间互相连通，并由第一电磁阀41控制压力，所有动静转换活塞缸39的下腔不连通，并由第二电磁阀42统一控制压力。本发明通过动态刚度控制活塞缸组38的联动提供动态测试模式下的扰动，通过动静转换活塞缸组39实现动/静态两种测试模式之间切换。

在另一种实施方式中，上述第一电磁阀和第二电磁阀可以由阀代替。

图9为动平衡测试模式下的气路图，本实施例中，动态刚度控制活塞缸组38和动静转换活塞缸组39共用一个气泵43进行压力调节。此状态下，切换第二电磁阀42使得动静转换活塞缸组39的下腔与大气连通或者压力小于上腔，使得活塞位于最下端，动静转换活塞缸组39的活塞杆不再支持支撑板37。同时，用第一电磁阀41控制动态刚度控制活塞缸组38的下腔具有一定气压P1，支撑板全部支持在动态刚度控制活塞缸组38的活塞杆上，由于人站在支撑板37上，动态刚度控制活塞缸组38的各上腔容积此消彼长，出现联动，向人体提供扰动。动态刚度控制活塞缸组38的各上腔连通在一起，其效果相当于一个整体气囊。气压P1的值可以控制，其大小决定该“气囊”上下扰动的强度，P1值越小，扰动越强。

图10为静平衡测试模式下的气路图，此状态下，切换第二电磁阀42给动静转换活塞缸组39的下腔供压，并且上腔与大气连通或者压力小于下腔，使得活塞位于最上端，同时，第一电磁阀41使得动态刚度控制活塞缸组38的各下腔与大气连通或者压力小于上腔。这样，支撑板全部支持在动静转换活塞缸组39的活塞杆上。由于动静转换活塞缸组39的各下腔之间不连通，各活塞杆水平地支撑起支撑板37，支撑板不再运动。

本发明中，动态刚度控制活塞缸可设置2-9个，优先选择设置3-4个；动静转换活塞缸可设置3-9个，优先设置3-4个。如图8示出的动态刚度控制活塞缸、动静转换活塞缸均为4个缸。

所述动态刚度控制活塞缸、动静转换活塞缸的腔体可以为气缸和液压缸，使用气缸是优选的，可以直接使用空气作为介质。

在图示出的实施例中，用第一电磁阀41和第二电磁阀42分别控制动态刚度控制活塞缸组38、动静转换活塞缸组39，用一个气泵为活塞缸供气。可以有其他变型的方式，例如每个活塞缸组用一个电子阀和一个气泵来控制。还可以用一个电子阀和一个气泵同时调节两个活塞缸组。

为进一步稳定静态下的测试支撑板，动静转换缸组的活塞杆顶端推荐为平面。而动态刚度控制活塞缸组的活塞杆顶端设置为圆弧状。进一步地，为了保证活塞杆顶端长时间磨损，其顶端设置为分体结构，并通过螺纹等方式与活塞杆固定。如图11所示。

本发明中，动态刚度控制活塞缸、动静转换活塞缸通过设置多个较小的缸，大幅降低整体介质囊腔体的尺寸，同时通过利用动态刚度控制的连通，实现各缸对应的活塞杆上下移动的联动，通过缸内介质压力的调节实现动平衡测试时对测试平面运动刚度的调整。同时通过对动静转换活塞缸介质压力方向的调整，实现对应活塞杆的升降，实现对测试平面的接触和脱离实现动静转换。本发明通过提供的平衡能力测试装置，能够使得设备同时具备动态和静态两种测试功能，同时又能够减少整体介质囊类设备面临的介质充填时间过长，介质囊体积较大不利于设备内部空间布局等问题。尤其是利于便携设备的设计。

在本发明优选的方案中，在活塞缸围成的环形的中心，设置有万向节40，万向节一端连接在测试模块的底板33上，一端连接支撑传感器组件的支撑板37，如图6、7所示。当设备设置在动平衡状态时，支撑板带动传感器组件31在万向节40的支撑下，可以随着测试者的晃动，实现任意方向的晃动，实现动平衡测试。

如图4所示，本发明的装置还可以包括一个外壳35，该外壳盖住装置中各活塞缸、气泵等等部件，仅露出传感器组件可以站立人的部分。外壳7优选具有适度的形变性，通过卡扣结构安装在底板33中，以方便其安装和拆。。

本发明中，可以通过一个控制器同步控制活塞缸组的协同的操作。该控制器可以设置在图4中示出的外壳35上，优选集成在显示控制模块，通过触摸屏输入指令。还可以是单独设置一个无线通信的控制器，例如蓝牙或者wifi通信的控制端。

显示控制模块与测试模块之间通过线束进行插拔连接。优选的实施方式是，支撑杆5为空心管，内部设有线束，支撑杆靠近两端设有电气连接出口51，该线束两端从该电气连接出口引出，并设有插接头，显示屏有线束接口，供线束上端插接，测试模块设有电气接口34，供线束下端插接。

如图11、12所示，本发明的装置可以包括一个收纳箱7，测试模块的底板33作为收纳箱7的底板，收纳箱7用来收纳拆解开的显示屏模块、扶手模块、支撑杆和测试模块。所有的收拢到箱体内后，盖上上盖，可实现设备的便携移动。箱体外可设置包括脚轮、拉杆在内的任何结构，以便于更方便的设备的移动。通过箱底底板既是设备底板的设置，可大大简化设备结构、降低重量，最大化节省设备移动后的安装和调试过程，最大化是设备便携。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种具备多缸可动静转换功能平衡能力测试装置，其特征在于，所述的装置包括：

底板(33)；

活塞缸组，设于底板上；

传感器组件(31)，设于活塞缸组上，

其中，活塞缸组包括多个动态刚度控制活塞缸(38)和多个动静转换活塞缸(39)，两组活塞缸呈环形均匀布置在所述底板(33)上，每个活塞缸包括缸体、活塞和与活塞一体连接且向上延伸的活塞杆，活塞将缸体内腔分割为上腔和下腔，所有动态刚度控制活塞缸(38)之间的下腔互相连通，所有动静转换活塞缸(39)的下腔相互独立。

2.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述传感器组件还包括支撑板(37)，所述薄膜压力传感器和/或加速度计布置在支撑板(37)上，所述活塞缸组通过活塞杆支持或脱离该支撑板发挥作用。

3.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，还包括万向节(32)，其支持在所述底板(33)与所述支撑板之间。

4.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，这些活塞缸为气缸。

5.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述动态刚度控制活塞缸组为3-9个，优选4-6个；动静转换活塞缸组为3-4个。

6.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述动态刚度控制活塞缸(38)的活塞杆顶端与底板接触处为圆弧面，所述动静转换活塞缸的活塞杆顶端与底板接触处为平面。

7.根据权利要求4所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述动态刚度控制活塞缸的活塞杆顶端与活塞为分体结构，两者通过连接结构固定在一起。

8.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述动态刚度控制活塞缸(38)由第一电磁阀(41)控制压力，所述动静转换活塞缸(39)由第二电磁阀(42)统一控制压力。

9.根据权利要求8所述的平衡能力测试装置，其特征在于，还包括控制主电路板以及与其相连的缸压力检测电路板，通过一气泵(43)供气，气泵(43)与所述第一电磁阀(41)和第二电磁阀(42)配合，分别用于控制给动态刚度控制活塞缸(38)、动静转换活塞缸(39)的供气压力。

10.根据权利要求1所述的平衡能力测试装置，其特征在于，包括显示控制模块(1)、扶手模块(2)以及测试模块(3)，其中测试模块(3)包括所述底板(33)、活塞缸组和传感器组件(3)。

11.根据权利要求10所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述显示控制模块包括显示屏(11)和固定杆(12)；测试模块(3)和扶手模块(2)之间通过支撑杆(5)插接；显示控制模块(1)的固定杆(12)、支撑杆(5)共同插入扶手模块(2)的连接孔(23)内，用带螺纹的旋钮(6)固定，支撑杆(5)下端插入测试模块的连接部(36)，也用带螺纹的旋钮(6)固定。

12.根据权利要求11所述的平衡能力测试装置，其特征在于，进一步包括收纳箱(7)，所述的测试模块(3)的底板(33)作为收纳箱(7)的底面，收纳箱(7)用来收纳拆卸开的显示屏模块、扶手模块、支撑杆和测试模块。

13.根据权利要求11所述的平衡能力测试装置，其特征在于，所述支撑杆(5)为空心管，内部设有线束，支撑杆靠近两端设有电气连接出口(51)，该线束两端从该电气连接出口引出，并设有插接头，显示屏有线束接口，供线束上端插接，测试模块设有电气接口(34)，供线束下端插接。