CN107137062A - 测试人类平衡感知能力的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试人类平衡感知能力的装置及方法，包括测试台，其下方设有半圆球体，围绕半圆球体设有支撑柱，测试台底部上均布设有支撑轮架，各支撑轮架上设有牛眼轮，测试台通过牛眼轮组水平坐落在半圆球体的球面上，各支撑柱上设有对测试台形成辅助支撑的压缩弹簧；测试台与半圆球体之间设有使测试台作俯仰、或横滚、或偏航运动的驱动机构；测试台上设有座椅，座椅的扶手上设有可按照测试台运动方向进行操纵的全向遥控手柄。本发明测试方法是将患者操纵全向遥控手柄的操作轨迹与测试台预先设定好的运动轨迹进行对比，计算出两者的误差等相关参数，根据平衡感的评估模型，求解出患者平衡感知能力指数。
Description
技术领域
本发明涉及人体平衡感检测技术，具体为一种测试人类平衡感知能力的装置及方法。
背景技术
在日常生活中，不论是简单的走路或是从事复杂性的运动(比如跑、跳、跳舞、打球、游泳等各种运动)都需要平衡感，特别是对于运动选手来说，动态平衡感就显得格外重要。
虽然平衡感是重要的基本动作能力之一，但人到了老年以后，随着身体机能的萎缩，人体平衡感知能力也会逐渐降低。一旦人体的平衡感退化或者缺失到某种程度，在人们行走时，非常容易出现倾斜摔倒等问题，这将对其生活质量、健康等造成极大的不良影响。
目前，针对老年人或肢体病患者的人体平衡感知能力缺失和不足的问题，现实生活中尚且缺少一种检测装置和方法对其进行定量的检测和评估。
因此，亟待开发一种能够有效测试人体平衡感知能力的装置，以便及时准确地了解患者的状态，便于进一步采取对应的措施或开展针对性的康复训练。
发明内容
为此，本发明提出了一种测试人类平衡感知能力的装置及方法。
本发明测试人类平衡感知能力的装置，其技术方案包括测试台，所不同的是：
1、所述测试台下方设有半圆球体，围绕半圆球体圆周均布设有支撑柱，所述测试台的底部上圆周均布设有支撑轮架，各支撑轮架上均设有牛眼轮，测试台通过牛眼轮组水平坐落在半圆球体的球面上，各支撑柱上设有对测试台形成辅助支撑的压缩弹簧。
2、所述测试台与半圆球体之间设有使测试台作俯仰、或横滚、或偏航运动的驱动机构，所述驱动机构包括通过驱动轮架圆周均布安装于测试台底部的三个单排全向轮，各单排全向轮通过其上的摩擦节辊抵触在半圆球体的球面上，各单排全向轮轮体的中心面均通过半圆球体的球心且三个单排全向轮的轴线向上汇交于一点。
3、各驱动轮架上均设有驱动单排全向轮转动的电机和检测单排全向轮转动参数的编码器。
4、所述测试台上设有座椅，所述座椅的扶手上设有可按照测试台运动方向进行操纵的全向遥控手柄。
上述结构中，三个单排全向轮采用三个电机分别驱动，三个单排全向轮各自产生三个不同方向的速度矢量，三个不同方向的速度矢量可以合成为空间中任意方向的速度矢量，该速度矢量最终可以使测试台在半圆球体的球面上作横滚、或俯仰、或偏航运动。
上述结构中，压缩弹簧形成的辅助支撑不仅可以起到减震缓冲作用，还可确保测试台不脱离半圆球体的球面而起到保护作用。
为分担测试台对半圆球体球面的部分压力，所述牛眼轮通过弹簧压装于支撑轮架上从而与半圆球体的球面形成柔性支撑。
牛眼轮常规上设置三个，三个牛眼轮间隔设置在三个单排全向轮之间。
进一步，各压缩弹簧均向内斜置而形成对测试台的斜向支撑。
为进一步提高安全性，所述电机通过蜗轮蜗杆传动副驱动单排全向轮转动，在未通电时可形成自锁。
本发明测试人类平衡感知能力的方法，其操作步骤为：
1、指引并帮助患者坐在座椅上并系好安全带，通过示教指导患者学习操纵全向控制手柄的正确方法。
2、设置测试台的轨迹，启动电机驱动单排全向轮转动，测试台在三个单排全向轮摩擦驱动下于半圆球体的球面上按预先设定的轨迹运动。
3、随着测试台的运动，患者在感受到身体有倾斜时会按要求有意识去操作全向遥控手柄而追踪测试台运动的轨迹方向，系统自动记录患者操纵全向遥控手柄的操作轨迹。
4、改变测试台设置的轨迹，重复上述2、3步骤。
5、将患者操纵全向遥控手柄的操作轨迹与测试台预先设定好的运动轨迹进行对比，计算出两者的误差(比如绝对误差、相对误差、平均误差、均方差等)等相关参数，并根据平衡感的评估模型，求解出患者平衡感知能力指数。
本发明的有益效果：
1、本发明装置中，测试台在三个单排全向轮与半圆球体的球面的摩擦驱动下按预先设定的轨迹运动，如俯仰运动、或横滚运动、或偏航运动等。
2、本发明装置中，将患者操作全向控制手柄的操作轨迹与预先设定好的测试台运动轨迹进行对比，计算误差(绝对误差、相对误差、平均误差、均方差)等相关参数，再根据平衡感的评估模型，求解出患者平衡感知能力指数，其操作简单，方便实用。
3、本发明装置中，采用的压缩弹簧能起到缓冲减震作用，驱动电机组件内含蜗轮蜗杆机构，在未通电时可以自锁，两者都有助于保护患者安全使用。
4、本发明能快速有效测试人体平衡感知能力，有利于医生及时准确地了解患者的状态，为进一步采取对应的防护措施或开展针对性的康复训练提供依据。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的轴测图。
图2为图1实施方式中测试台安装组件的结构示意图。
图3为图1实施方式中全向轮的结构示意图。
图号标识：1、测试台；2、半圆球体；3、支撑柱；4、支撑轮架；5、牛眼轮；6、压缩弹簧；7、座椅；8、全向遥控手柄；9、单排全向轮；10、驱动轮架；11、电机；12、编码器；13、蜗轮蜗杆传动副；14、底座。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明测试人类平衡感知能力的装置，其结构包括测试台1，所述测试台1通过滚轮机构水平设置在半圆球体2的球面上，并由辅助支撑机构形成保护，测试台1与半圆球体2之间设有可使测试台1作俯仰运动、或横滚运动、或偏航运动的驱动机构，测试台1上设有一把座椅7，所述座椅7的扶手上设有可操控的全向遥控手柄8，操纵全向遥控手柄8可追踪测试台1的运动轨迹方向，如图1所示。所述滚轮机构包括圆周均布的三个牛眼轮5，各牛眼轮5于对应的支撑轮架4上通过弹簧压装，三个支撑轮架4于测试台1的底部安装，所述测试台1通过三个牛眼轮5构成的滚轮组水平坐落在半圆球体2的球面上，如图1所示。
所述辅助支撑机构包括围绕半圆球体2布置的六根支撑柱3，六根支撑柱3于底座14上设立，所述底座14为与半圆球体2相连的整体结构，各支撑柱3上设有向内上方倾斜的压缩弹簧6，六根压缩弹簧6的上端固定连接在测试台1的底部，如图1、图2所示。
所述驱动机构包括圆周均布于三个牛眼轮5之间的三个单排全向轮9，各单排全向轮9通过各自对应的驱动轮架10安装于测试台1的底部，各单排全向轮9通过其上的摩擦节辊抵压接触在半圆球体2的球面上，各单排全向轮9轮体的中心面(与轮体轴线垂直)均通过半圆球体2的球心且三个单排全向轮9的轴线向上汇交于一点；各驱动轮架10上均设有电机11，所述电机11通过蜗轮蜗杆传动副13驱动对应单排全向轮9的一端轮轴转动，各驱动轮架10上还设有通过另一端轮轴检测单排全向轮9转动参数的编码器12，如图1、图3所示。
本发明测试人类平衡感知能力的方法，其操作步骤为：
1、指引并帮助患者坐在座椅7上，帮其系好安全带，通过示教指导患者学习操纵全向遥控手柄8的正确方法。
2、设置测试台1的运动轨迹，启动电机11驱动单排全向轮9转动，测试台1在三个单排全向轮9摩擦驱动下于半圆球体2的球面上按预先设定的轨迹运动。
3、随着测试台1的运动，在患者感受到身体有倾斜时会按要求有意识去操纵全向遥控手柄8而追踪测试台1运动的轨迹方向，系统自动记录患者操纵全向遥控手柄8的操作轨迹。
4、改变测试台1设置的轨迹，重复上述2、3步骤。
5、将患者操纵全向遥控手柄8的操作轨迹与测试台1预先设定好的运动轨迹进行对比，计算出两者的绝对误差、或相对误差、或平均误差、或均方差等相关参数，根据平衡感的评估模型，求解出患者平衡感知能力指数。
Claims (6)
1.测试人类平衡感知能力的装置，包括测试台(1)，其特征在于：
①、所述测试台(1)下方设有半圆球体(2)，围绕半圆球体(2)圆周均布设有支撑柱(3)，所述测试台(1)底部上圆周均布设有支撑轮架(4)，各支撑轮架(4)上均设有牛眼轮(5)，测试台(1)通过牛眼轮组水平坐落在半圆球体(2)的球面上，各支撑柱(3)上设有对测试台(1)形成辅助支撑的压缩弹簧(6)；
②、所述测试台(1)与半圆球体(2)之间设有使测试台(1)作俯仰、或横滚、或偏航运动的驱动机构，所述驱动机构包括通过驱动轮架(10)圆周均布安装于测试台(1)底部的三个单排全向轮(9)，各单排全向轮(9)通过其上的摩擦节辊抵触在半圆球体(2)的球面上，各单排全向轮(9)轮体的中心面均通过半圆球体(2)的球心且三个单排全向轮(9)的轴线向上汇交于一点；
③、各驱动轮架(10)上均设有驱动单排全向轮(9)转动的电机(11)和检测单排全向轮(9)转动参数的编码器(12)；
④、所述测试台(1)上设有座椅(7)，所述座椅(7)的扶手上设有可按照测试台(1)运动方向进行操纵的全向遥控手柄(8)。
2.根据权利要求1所述的测试人类平衡感知能力的装置，其特征在于：所述牛眼轮(5)通过弹簧压装于支撑轮架(4)上从而与半圆球体(2)的球面形成柔性支撑。
3.根据权利要求1所述的测试人类平衡感知能力的装置，其特征在于：三个牛眼轮(5)间隔在三个单排全向轮(9)之间。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的测试人类平衡感知能力的装置，其特征在于：各压缩弹簧(6)均向内斜置而形成对测试台(1)的斜向支撑。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的测试人类平衡感知能力的装置，其特征在于：所述电机(11)通过蜗轮蜗杆传动副(13)驱动单排全向轮(9)转动。
6.测试人类平衡感知能力的方法，其特征在于采用了如权利要求1～3中任意一项所述的测试人类平衡感知能力的装置，其操作步骤为：
①、指引并帮助患者坐在座椅(7)上并系好安全带，通过示教指导患者学习操纵全向遥控手柄(8)的正确方法；
②、设置测试台(1)的运动轨迹，启动电机(11)驱动单排全向轮(9)转动，测试台(1)在三个单排全向轮(9)摩擦驱动下于半圆球体(2)的球面上按预先设定的轨迹运动；
③、随着测试台(1)的运动，患者在感受到身体有倾斜时会按要求有意识去操作全向遥控手柄(8)而追踪测试台(1)运动的轨迹方向，系统自动记录患者操纵全向遥控手柄(8)的操作轨迹；
④、改变测试台(1)设置的轨迹，重复上述②、③步骤；
⑤、将患者操纵全向遥控手柄(8)的操作轨迹与测试台(1)预先设定好的运动轨迹进行对比，计算出两者的误差等相关参数，并根据平衡感的评估模型，求解出患者平衡感知能力指数。
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