一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置制造方法及图纸

一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，涉及电子信息识别技术领域,主要由支撑框架、柔性压力阵列传感器、数据处理模块以及与其相匹配的电脑应用程序组成，训练者通过体感来控制支撑框架的倾斜方向，通过安装在支撑框架表面的柔性压力传感器阵列来采集其表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑应用程序游戏中角色的运动轨迹。为了适应不同的训练阶段，游戏也分为不同的难度等级。每个训练者还可以创建自己的账户，每次的训练信息都会保存在个人账号信息中，实现个性化推送。

An interaction device of proprioception promoting training for the elderly based on plantar pressure perception

【技术实现步骤摘要】
一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置
本专利技术涉及电子信息识别
，具体是涉及一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置。
技术介绍
平衡是人体的一项不可或缺的生理机能，它使得人们在进行正常的生活活动的同时保持一些特定的姿势，在力学范畴内，平衡是指当两个以及两个以上的力作用于一个物体上，各个力互相抵消，使得物体达成相对的静止状态。人体的平衡能力是指人们活动时感知身体重心，然后通过肢体等各部位的运动将身体的重心、控制在支撑面内。人体的平衡分成三种状态，分别是静态、自我动态和他人动态，下面分别说明：1、静态平衡：它主要是指人体保持某种姿势静止不动的过程，在这一过程中不会受到外力的干扰，常见的静态平衡有坐姿的平衡以及站姿的平衡；2、自我动态平衡：它主要是指人主动调节自己的姿势的过程，人体在不同的姿势下相互调节，在调节过程中不会受到外界作用力的干扰，例如行走、跑步和跳跃时的平衡就都需要自我动态平衡能力；3、他人动态平衡：它主要是指人被动的调节自己的姿势的过程，在这一过程中会突然受到外界作用力的干扰，例如人突然受到撞击时保持平衡。当人体平衡发生变化时，人体通常通过以下三种调节机制，即踝关节调节机制—适用于较大且坚固的支持面同时外界的干扰较小时的情况；髋关节调节机制--适用于较小的支持面(小于双足面积)同时受到较大的外界干扰时的情况；跨步调节机制—适用于外界干扰过大时的情况。通过以上三种调节机制来应对姿势的变化，防止跌倒。目前用于平衡能力检测方法主要可以分为以下三大类：临床观察法、量表评估法和仪器定量测量法。目前静态平衡测试系统大多采用压力传感器采集数据，对动态平衡的测试方法多种多样，有使用倾角传感器、可穿戴式惯性传感器、基于CCD摄像头的图像处理方法等，不同的方法采集的数据特点不同，例如压力传感器和惯性传感器采集的数据单一，仅能拟合的压力中心进行分析，目前的参数也大多以压力中心为基础而扩展；可穿戴的惯性传感器和CCD摄像头的人体动作捕捉算法还需要完善，精度较低，特别是针对人体微小的动作识别率不高。由于年纪的增长，很多老人的平衡能力慢慢减弱，导致行走不便，很容易在行走过程中不小心就摔倒，而这不经意间的摔倒往往会对老人带来很严重的伤害。为了尽可能避免这种伤害的发生，本专利技术提出了一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，能够及时达到对老年人的身体平衡能力做到预警监测。
技术实现思路
本专利技术针对已有所存在的不足之处，提供一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，主要由支撑框架、柔性压力阵列传感器、数据处理模块以及与其相匹配的电脑应用程序组成，训练者通过体感来控制支撑框架的倾斜方向，通过安装在支撑框架表面的柔性压力传感器阵列来采集其表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑应用程序游戏中角色的运动轨迹。作为本专利技术的优选技术方案，该基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置中：所述支撑框架主要由上底板、下底板以及置于两者之间并沿上底板中心位置对称排布的四组支撑组件构成，所述上底板的底部通过螺栓固定有4块沿上底板中心位置对称排布的上固定板，上固定板的下部与上套管连接，套设于上套管外部的弹簧的顶端与上固定板连接；所述下底板的上部通过螺栓固定有4块沿上底板中心位置对称排布的下固定板，下固定板的上部与下连接管连接，下连接管上部向内侧凹陷形成空腔，所述弹簧的底端置于该空腔中并与空腔底部连接。所述数据处理模块对柔性压力阵列传感器的足部压力数据的自动提取、左右脚区分、足印旋转和足部区域压力提取，根据传感器的实时数据，计算出人体重心在水平面上的投影；准确地显示出人体重心投影的位置、形态以及移动的面积。按照两条中轴线将柔性压力阵列传感器划分为4个区域，分别为上下两个区域和左右两个区域，对每帧传感器数据，分别计算上下两个区域和左右两个区域压力和的差，比较这两个差值，如果上下两个区域的压力差在一定程度上大于左右区域的压力差，那么再比较上下两个区域的压力大小，对应应用程序中哪个区域的压力大则向对应的方向移动角色。所述柔性压力阵列传感器呈直径为40cm的圆形，其中内部直径36cm的区域为有效测量区域，外侧边缘附有双面胶，用以与下层支架进行固定，柔性压力阵列传感器点阵密度为5个/cm2，压力区域面积为1071.36cm2，由5087个压力敏感点按行列方式印刷构成传感器阵列，采样频率为100HZ。所述数据处理模块中的数据采集电路以单片机作为控制核心，实时获取当前时间戳下受测者在传感器留下的足印压力阵列，然后通过通信模块把足印压力阵列传输给计算机，进行数据处理与分析；柔性压力阵列传感器的行列数为80×80，共计5087个压力点，数据采集模块采用Ethernet通信方式，基于TCP/IP协议，实现数据的实时传输。所述柔性压力阵列传感器的通过以太网TCP与数据处理模块进行数据通信，每帧数据为88个字节，没有压力的列不发数据，有压力的列才发数据，可以根据数据帧中的列号来判断。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：1)、训练者通过体感来控制平衡装置的倾斜方向，通过安装在装置表面的柔性压力传感器阵列来采集装置表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑游戏中角色(如小球等)的运动。为了适应不同的训练阶段，游戏也分为不同的难度等级。每个训练者还可以创建自己的账户，每次的训练信息都会保存在个人账号信息中，实现个性化推送。2)、根据足部生物学结构以及前人的经验设计算法实现对柔性压力阵列传感器的足部压力数据的自动提取、左右脚区分、足印旋转和足部区域压力提取。提出小波熵和相对小波熵概念，对足底各区域在动态平衡测试中的规律性进行了说明。数据处理分析模块根据传感器的实时数据，计算出人体重心在水平面上的投影。非常准确地显示出人体重心投影的位置、形态以及移动的面积，通过以上参数来评定人体平衡能力。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为支撑框架的结构示意图。图3为柔性压力阵列传感器的实物照片。图4为传感器坐标轴变换示意图。图5为传感器区域划分示意图。图6为游戏界面的示意图，a，b分别对应简单、困难两种难度级别。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术的作出进一步的详述。请参阅图1所示，一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，主要由支撑框架1、柔性压力阵列传感器2、数据处理模块3以及与其相匹配的电脑应用程序4组成，训练者通过体感来控制支撑框架的倾斜方向，通过安装在支撑框架表面的柔性压力传感器阵列来采集其表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑应用程序游戏中角色的运动轨迹。请一并参阅图2，支撑框架1主要由上底板10、下底板11以及置于两者之间并沿上底板10中心位置对称排布的四组支撑组件构成，上底板10的底部通过螺栓14固定有4块沿上底板10中心位置对称排布的上固定板12，上固定板12的下部与上套管15连接，套设于上套管15外部的弹簧18的顶端与上固定板12连接；下底板11的上部通过螺栓14固定有4块沿上底板10中心位置对称排布的下固定板13，下固定板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，其特征在于，主要由支撑框架(1)、柔性压力阵列传感器(2)、数据处理模块(3)以及与其相匹配的电脑应用程序(4)组成，训练者通过体感来控制支撑框架的倾斜方向，通过安装在支撑框架表面的柔性压力传感器阵列来采集其表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑应用程序游戏中角色的运动轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，其特征在于，主要由支撑框架(1)、柔性压力阵列传感器(2)、数据处理模块(3)以及与其相匹配的电脑应用程序(4)组成，训练者通过体感来控制支撑框架的倾斜方向，通过安装在支撑框架表面的柔性压力传感器阵列来采集其表面的压力分布信息，经过对压力信息的分析产生控制信号，从而控制电脑应用程序游戏中角色的运动轨迹。2.如权利要求1所述的基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，其特征在于，所述支撑框架(1)主要由上底板(10)、下底板(11)以及置于两者之间并沿上底板(10)中心位置对称排布的四组支撑组件构成，所述上底板(10)的底部通过螺栓(14)固定有4块沿上底板(10)中心位置对称排布的上固定板(12)，上固定板(12)的下部与上套管(15)连接，套设于上套管(15)外部的弹簧(18)的顶端与上固定板(12)连接；所述下底板(11)的上部通过螺栓(14)固定有4块沿上底板(10)中心位置对称排布的下固定板(13)，下固定板(13)的上部与下连接管(16)连接，下连接管(16)上部向内侧凹陷形成空腔(17)，所述弹簧(18)的底端置于该空腔(17)中并与空腔(17)底部连接。3.如权利要求1所述的基于足底压力感知的老年人本体感促进训练交互装置，其特征在于，所述数据处理模块(3)对柔性压力阵列传感器(2)的足部压力数据的自动提取、左右脚区分、足印旋转和足部区域压力提取，根据传感器的实时数据，计算出人体重心在水平面上的投影；准确地显示出人体重心投影的位置、形态以及移动的面积。4.如权利要求3所述的基于足底...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋全军，马婷婷，陈康裕，朱道俊，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34