[發明專利]一種主動式的人體動態平衡能力評測與訓練系統

在審

• 申請號: 201910165557.3
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109700468A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 劉艷紅;高鵬彬;任海川;岳宗曉;張家銘
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A63B26/00;A63B71/06;A63F13/807;G16H20/30
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本發明公開了一種主動式的人體動態平衡能力評測與訓練系統，其結構包括信號采集模塊、數據處理與顯示模塊、安全模塊；信號采集模塊由平衡板、慣性傳感器組成，可準確獲取平衡板的姿態信息，基于藍牙通信發送給數據處理與顯示模塊；數據處理與顯示模塊可根據平衡板的姿態信息，計算出人體的動態重心坐標，根據人體平衡能力分析方法，自動給出人體平衡能力評價結果，在上位機中顯示，并記錄與保存使用者的測試數據，建立其個人檔案；基于VR頭盔和Unity設計的高沉浸感虛擬現實游戲，實現人體動態平衡能力評測與訓練，從而充分調動使用者主動參與訓練的積極性，有效提高人體平衡能力訓練效率；本發明結構簡單易用，可靠性高，具有良好的市場推廣價值。

技術領域

本發明涉及人體平衡能力評測與訓練領域，具體涉及到一種主動式的人體動態平衡能力評測與訓練系統。

背景技術

人體出現平衡能力障礙的原因有很多，如腦卒中、骨質疏松、腦外傷、下肢損傷等疾病，以及隨著年齡的增長，相當一部分老年人出現的平衡能力障礙，我國每年都有大量患者需要進行人體平衡能力的評測與訓練。

人體的平衡能力可分為兩類，一類是靜態平衡，人體或人體的某一部分保持某種姿勢的能力，一類是動態平衡，包括人體主動進行姿勢轉換的能力和受到外力干擾時，重新恢復平衡的能力，平衡能力是衡量人體健康程度的重要指標，與人們的日常生活息息相關，人體平衡能力越好，越能快速對突發的平衡干擾做出響應，表現出更好的平衡控制能力，因此，對人體的平衡能力進行評測和訓練具有重要的現實意義。

目前，國內外用于靜態平衡能力評測與訓練的系統已經相對成熟，而專門用于動態平衡能力評測和訓練的設備多存在于醫院的康復科室，并且，動態平衡能力評測和訓練系統多為被動式的，如使用電機驅動，給使用者突發的平衡干擾，從而進行平衡能力評測和訓練，所以結構復雜，價格昂貴，不便于移動、不適合推廣，因此，急需一種結構簡單、價格相對便宜、又適合推廣的人體動態平衡能力評測與訓練系統。

針對現有的不足，本發明設計了一種主動式的人體動態平衡能力評測與訓練系統，采用相對簡單的結構設計，引入虛擬現實技術，改善了當前人體動態平衡能力評測與訓練系統的結構復雜、價格昂貴、不便于移動、不適合推廣等缺點。

發明內容

本發明的目的是針對當前人體動態平衡能力評測與訓練系統的不足，設計出一種主動式的人體動態平衡能力評測與訓練系統，為患有平衡功能障礙的人群提供平衡能力評測與訓練服務。

本發明的技術解決方案如下：

所述系統結構包括信號采集模塊，安全模塊，數據處理與顯示模塊；信號采集模塊由平衡板、慣性傳感器構成，使用者站立于平衡板上，完成基于Unity設計的虛擬現實任務，信號采集模塊可實時采集平衡板的姿態信息，以藍牙通信方式發送給數據處理與顯示模塊；數據處理與顯示模塊對平衡板的姿態信息進行解算，計算出人體的動態重心坐標，基于時域分析方法，分析人體的動態重心坐標信息，給出人體平衡能力的評測結果，在數據處理與顯示模塊中顯示，并自動記錄和保存使用者的評測和訓練數據，為使用者建立個人檔案；數據處理與顯示模塊還為使用者提供高沉浸感的虛擬現實訓練游戲，使用者通過自身重心控制虛擬場景中物體的運動，實現平衡能力的訓練。

所述系統的信號采集模塊由平衡板、慣性傳感器構成，平衡板形狀為標準球體的一部分，慣性傳感器可測得各軸向的加速度值，人體站立于平衡板上保持平衡時，信號采集模塊可實時采集平衡板的空間姿態信息，并以藍牙通信的方式，將平衡板的姿態信息發送給數據處理與顯示模塊。