一种人体平衡动态测评方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种人体平衡动态测评方法及其装置。本发明专利技术测力板、摆动支架、长轴、左右支撑架、直流电机、传动机构和底座。对测试平台进行复位后通过力传感器得到初始位置的信号输出，测力板摆动过程中通过力传感器得到测试周期内所有时刻的信号输出，将周期内所有时刻的信号输出转换为参考坐标系下的信号输出后上位机通过力学关系得出质心坐标，根据质心变化轨迹图判断病患的患病状况。本发明专利技术适用范围广泛在保证强度的要求下，结构简单，容易操作，设备轻便，成本低。摆动装置中间采用镂空设计，既可以防止电机触碰上板，又可以减轻重量。且测试方法简单，在保证了平台稳定性和安全性的基础上，提供了一种更精确的测试实验方法。

Method and device for dynamic evaluation of human body balance

The invention relates to a method and device for dynamic evaluation of human body balance. The force measuring plate, the swing bracket, the long shaft, the left and right support frames, the DC motor, the transmission mechanism and the base are provided. Reset the test platform through the force sensor output signal of the initial position, force plate swing process by force sensor signal output all the time in the test period, the signal output of all time period is converted to a signal reference coordinates of the output after the host computer through the mechanical relation between the centroid coordinates, according to the centroid change trajectories judgment the prevalence of disease. The invention has wide application range, and has the advantages of simple structure, easy operation, light equipment and low cost under the requirement of guaranteeing strength. The center of the swing device is hollowed out, which can prevent the motor from touching the upper plate and reducing the weight. The test method is simple, and it provides a more accurate test experimental method on the basis of ensuring the stability and security of the platform.

【技术实现步骤摘要】
一种人体平衡动态测评方法及其装置
本专利技术属于步态检测设备
，涉及一种人体平衡动态测评方法及其装置。
技术介绍
我国是脑血管病的高发国，近年来检测结果显示脑卒中发病年死亡人数超过近200万，并有发展年轻化的趋势。大多数脑卒中患者由于中枢神经系统受损，会出现平衡功能障碍，导致患者躯体及肢体控制力差，日常生活无法自理。因此，探寻一种准确有效的脑卒中患者运动平衡能力检测方法对患者病情评估、治疗具有非常重要的指导作用。目前最普遍的是利用三维测力平台系统来评定脑卒中类神经疾病患者的平衡能力。利用测力平台测量患者的步态信息，分析患者身体的重心分布轨迹，可以从客观上评价脑卒中类神经疾病患者平衡功能情况。随着运动生物力学的发展以及在相关领域的应用需要，越来越多的研究人员开始从事该类测量设备的研究，在平台的灵敏性和稳定性方面有了很大提高，但目前现有的三维测力平台都是静置于平面上的，平衡算法和分析也是基于静态的，对于患者病情的区分度较低，对于阿兹海默症等早期平衡能力受损的鉴别度不足，不能从预防及萌发期诊断方面给予充分的临床判别信息。因此设计一种人体平衡动态测评装置是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种人体平衡动态测评方法及其装置。本专利技术包括下述步骤：第一步、插入测试平台电源，对测试平台进行复位，使测力板与地面平行；此时测力板所在的坐标系为参考坐标系(X1,Y1,Z1)。测试者站立在测力平台上，上位机实时监测测力板；通过设置在测力板1上的力传感器得到初始坐标下的六路信号输出为：其中，力F和力矩M的单位分别为N和N*m。第二步、启动测试平台，测力板以正弦规律x＝Asinθ做摇摆运动。设t时刻下测力板的运动坐标系为(Xt,Yt,Zt)，在t时刻下的坐标系相对于参考坐标系产生角度θ＝ωt的改变。其中，ω为角速度，A为幅度。上位机通过力传感器实时监测测力板在运动坐标系内的力与力矩；得到在t时刻下的信号输出为：得到测试周期内所有时刻的信号输出，其中测力板摆动一次得到5000～7500组信号输出。第三步、上位机将第二步中得到的所有t时刻运动坐标系下的信号输出转换为参考坐标系下的信号输出。得出下述关系式：得到所有t时刻的信号输出在参考坐标系下的信号输出为：第四步、上位机通过力学关系，将第一步中的初始信号输出代入分析得出初始质心在参考坐标系上的平面坐标为：其中,h为测力盖板的厚度。同样的将第三步中得到的t时刻的所有信号输出在参考坐标系下的信号输出带入分析得出质心在参考坐标系上的平面坐标为：第五步、上位机将第四步中得到的所有质心点画在平面极坐标图上，得到质心变化轨迹图。根据质心变化轨迹图判断病患的患病状况。一种人体平衡动态测评装置，包括测力板、摆动支架、长轴、左右支撑架、直流电机、传动机构和底座。所述的测力板为上表面光滑的平板，沿测力板下表面设置有摆动支架，摆动支架包括三根支架，三根支架以“工”字型设置在测力板下表面；其中左摆动支架和右摆动支架沿测力板下表面两侧边设置，左右摆动支架的长度与测力板两侧边长度相同；中部摆动支架设置在测力板下表面中部偏没有安装支架侧5～20cm处，两端分别设置在左摆动支架和右摆动支架的内侧。沿测力板下表面的四个角靠左右摆动支架内壁均设有力传感器。左摆动支架和右摆动支架的上表面与测力板下表面贴合，左摆动支架和右摆动支架的下表面中部设置有左右摆动支架轴承座。左右支撑架通过直角连接件固定在底座两侧中部，左右支撑架顶端对应左右摆动支架轴承座位置设置有左右支撑架轴承座；长轴的一端穿过左摆动支架轴承座和左支撑架轴承座通过螺母固定，长轴的另一端穿过右摆动支架轴承座和右支撑架轴承座通过螺母固定，起到承重的作用。底座的中部设置有直流电机，直流电机通过螺栓螺母固定在底座上。传动机构包括连接块、连杆和固定座；连接块的一个端面设置有轴孔与直流电机的输出轴固定连接；连接块与直流电机的输出轴固定侧的对侧设置有传动轴；连杆的一端与传动轴连接，连杆的另一端通过固定座固定安装在中部摆动支架的中部。所述的测力板每10～15秒完成摇摆一次。所述的测试周期为1～3分钟。所述的测力板上表面设置有测力盖板。所述的测力盖板采用任意材料的板材。所述的传动机构各部件间通过螺栓螺母连接。所述的底座由周围四根底座支架和中间两根底座支架组成。所述的周围四根底座支架和中间两根底座支架直角连接件固定连接。所述的测力板相对水平面±3°～15°摇摆。本专利技术的摆动平台采用直流电机带动，角速度ω和摆动幅度A均可以调节，因此适用范围广泛。整个装置材料采用铝合金，在保证强度的要求下，结构简单，容易操作，设备轻便，同时缩短了制造周期，降低成本。摆动装置中间采用镂空设计，既可以防止电机触碰上板，又可以减轻重量。计算方法基于动态测力平台装置，在数据处理中，在原坐标系基础上，只需测量出坐标轴之间相对转动的角度，将所得转换矩阵带入几何关系式和力学公式中，就可得到在动态平台装置下的重心坐标,通过对比患者两次重心轨迹分布，判断其恢复情况。在保证了平台稳定性和安全性的基础上，提供了一种更精确的测试实验方法。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图；图2为传动机构中连接块的结构示意图；图3为传动机构中连杆的结构示意图；图4为传动机构中固定座的结构示意图；图5为运动坐标系相对参考坐标系的旋转角度示意图；图6为实施例中正常人的质心变化轨迹图；图7为实施例中轻度患者的质心变化轨迹图；图8为实施例中重度患者的质心变化轨迹图。具体实施方式如图1～4所示,一种人体平衡动态测评装置包括测力盖板(图中未画出)、测力板1、摆动支架2、长轴3、左右支撑架4、直流电机5、传动机构6和底座7。测力盖板设置在测力板1的上表面；测力板1是上表面为光滑平面的平板，沿测力板1下表面设置有摆动支架2，摆动支架2包括三根支架，三根支架以“工”字型设置在测力板1下表面；其中左摆动支架和右摆动支架沿测力板1下表面两侧边设置，左右摆动支架的长度与测力板1两侧边长度相同；中部摆动支架(图中不能显示)设置在测力板1下表面中部偏没有安装支架侧10cm处，两端分别设置在左摆动支架和右摆动支架的内侧。沿测力板1下表面的四个角靠左右摆动支架内壁均设有力传感器(图中未画出)。左摆动支架和右摆动支架的上表面与测力板1下表面贴合，左摆动支架和右摆动支架的下表面中部设置有左右摆动支架轴承座。左右支撑架4通过直角连接件固定在底座7两侧中部，左右支撑架4顶端对应左右摆动支架轴承座位置设置有左右支撑架轴承座；长轴3的一端穿过左摆动支架轴承座和左支撑架轴承座通过螺母固定，长轴3的另一端穿过右摆动支架轴承座和右支撑架轴承座通过螺母固定，起到承重的作用。底座7的中部设置有直流电机5，直流电机5通过螺栓螺母固定在底座7上。传动机构6包括连接块6-1、连杆6-2和固定座6-3；连接块6-1为块状连接件，连接块6-1的一个端面设置有轴孔与直流电机5的输出轴固定连接；连接块6-1与直流电机5的输出轴固定侧的对侧设置有传动轴；连杆6-2的一端与传动轴连接，连杆6-2的另一端通过固定座6-3固定安装在中部摆动支架的中部。测力盖板采用任何材料的板材，测力板1与测力盖板作为测力平台，用来支撑人体站立。中间支架通过螺栓螺母与固定座6-3连接，连杆6-2与固定座6-3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体平衡动态测评方法，其特征在于：包括下述步骤：第一步、插入测试平台电源，对测试平台进行复位，使测力板与地面平行；此时测力板所在的坐标系为参考坐标系(X1,Y1,Z1)；测试者站立在测力平台上，上位机实时监测测力板；通过设置在测力板1上的力传感器得到初始坐标下的六路信号输出为：

【技术特征摘要】
1.一种人体平衡动态测评方法，其特征在于：包括下述步骤：第一步、插入测试平台电源，对测试平台进行复位，使测力板与地面平行；此时测力板所在的坐标系为参考坐标系(X1,Y1,Z1)；测试者站立在测力平台上，上位机实时监测测力板；通过设置在测力板1上的力传感器得到初始坐标下的六路信号输出为：其中，力F和力矩M的单位分别为N和N*m；第二步、启动测试平台，测力板以正弦规律x＝Asinθ做摇摆运动；设t时刻下测力板的运动坐标系为(Xt,Yt,Zt)，在t时刻下的坐标系相对于参考坐标系产生角度θ＝ωt的改变；其中，ω为角速度，A为幅度；上位机通过力传感器实时监测测力板在运动坐标系内的力与力矩；得到在t时刻下的信号输出为：得到测试周期内所有时刻的信号输出，其中测力板摆动一次得到5000～7500组信号输出；第三步、上位机将第二步中得到的所有t时刻运动坐标系下的信号输出转换为参考坐标系下的信号输出；得出下述关系式：得到所有t时刻的信号输出在参考坐标系下的信号输出为：第四步、上位机通过力学关系，将第一步中的初始信号输出代入分析得出初始质心在参考坐标系上的平面坐标为：其中,h为测力盖板的厚度；同样的将第三步中得到的t时刻的所有信号输出在参考坐标系下的信号输出带入分析得出质心在参考坐标系上的平面坐标为：第五步、上位机将第四步中得到的所有质心点画在平面极坐标图上，得到质心变化轨迹图；根据质心变化轨迹图判断病患的患病状况。2.一种人体平衡动态测评装置，包括测力板、摆动支架、长轴、左右支撑架、直流电机、传动机构和底座；其特征在于：所述的测力板为上表面光滑的平板，沿测力板下表面设置有摆动支架，摆动支架包括三根支架，三根支架以“工”字型设置在测力板下表面；其中左摆动支架和右摆动支架沿测力板下表面两侧边设置，左右摆动支架的长度与测力板两侧边长度相同；中部摆动支架设置在测力板下表面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧颖，陈凯，吴参，罗正生，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33