一种人体动平衡测试仪及测试方法与流程

本发明涉及一种人体动平衡测试仪。

背景技术：

平衡能力反映的是人体对前庭器官、肌肉、肌腱、关节内的本体感觉器以及视觉等各方面刺激的协调、综合能力。保持平衡是完成冰上、雪上多重运动技能的前提条件，是运动员身体机能的核心指标，是构建模型和选材标准的重要维度，现有设备大多都是采用压板下设置压力传感器的方式，但是整体结构复杂，设备体积过大，且压力传感器布置不合理，采集信息不够全面，另外，现有设备灵活性差，维修和更换等都不是十分方便。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提供一种人体动平衡测试仪，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种人体动平衡测试仪，包括压力传感器和控制主机，压力传感器与控制主机内的控制器数据连接，控制主机上方设置有上板，压力传感器设置在上板和控制主机之间，上板与压力传感器接触；

压力传感器为多个，多个压力传感器(中心)距离控制主机的中心连线(距离)相等，且相邻的两条连线(压力传感器中心距离控制主机的中心的连线)之间夹角相等。

压力传感器为八个，八个压力传感器(中心)距离控制主机的中心连线(距离)相等，且相邻的两条连线之间夹角相等(就是均匀等角分布)。

控制主机的底部设置有螺旋式调节支撑脚。

控制主机内的控制器连接有数据线。

在上板的上表面设置有方便测试者将脚放在中心的辅助对准印记。

控制主机的中心设置有中心圆槽，中心圆槽的侧壁设置有竖向键槽，中心圆槽的底部内壁设置有环形槽，环形槽的直径大于中心圆槽的直径(环形槽与中心圆槽同轴)；竖向键槽与环形槽连通；环形槽的上壁对称的设置有两个限位卡槽(所谓对称，就是如图8所示，两个限位卡槽之间连一条直线穿过中心圆槽的轴)；限位卡槽与竖向键槽不对应(上下相互错开)；

上板的底部中心设置有中筒，中筒为能伸入中心圆槽内且能沿着中心圆槽轴向上下移动的结构(中筒的直径与中心圆槽相适应，就是间隙要合适，不能过大，防止中筒倾斜，或者最好为接触动配合，为了保证移动的顺畅度，可以在中筒与中心圆槽之间的接触部分涂覆润滑油)；中筒的外侧壁设置有能够伸入竖向键槽内且与之配合的竖向键(其与竖向键槽的配合同样为接触式动配合，即能相对移动的接触，也可以涂覆润滑油)；

中筒的底部设置有旋转盘，旋转盘的中心设置有伸进中筒中心通孔内的移动柱，移动柱能在中心通孔内沿中心通孔轴向上下移动(移动柱与中心通孔之间为接触式动配合，中心通孔的底部为收口设置，即如图5所示，中心通孔的底部开口直径小于中心通孔上部的直径，而移动柱的上部直径同样大于下部，以使得移动柱的上部与中心通孔内壁接触动配合，同时，移动柱还不会从中心通孔内脱落，旋转盘的直径也大于中心通孔的底部开口)，移动柱也能在中心通孔内轴向转动(即以自身的轴为轴自转)，旋转盘的侧壁设置有能伸入竖向键槽和限位卡槽内的卡键；移动柱的中心带有钥匙孔(钥匙孔为传统的圆柱孔，在圆柱孔两侧带有豁口，如图6所示，这种形式在很多领域锁孔上都有应用，类似于马路上铺设的井盖上的那个锁孔)；

中心圆槽的底部设置有升降抬板，升降抬板的底部设置有升降弹簧。

控制主机上带有容纳压力传感器的凹槽。

还包括钥匙旋转杆，钥匙旋转杆顶部为旋转盘，钥匙旋转杆的底部设置有能伸进钥匙孔内的钥匙头(钥匙头的中部为与钥匙孔中部相适应的圆柱，钥匙头的两侧设置有能伸进钥匙孔侧壁豁口的键。如图11所示，就是传统的锁舌和锁孔的结构)。

优点效果：

本发明的目的在于针对背景技术中为运动员测试平衡能力水平所存在的弊端，提供一种能够评测平衡能力的八点星型平衡测试仪。本发明包括上板、压力传感器、控制主机和螺旋式调节支撑脚、数据线。所述上板有为方便测试者将脚放在中心的辅助对准印记。所述压力传感器为8个(也可以调整成其他的数量)，以星型分布的形式固定在上板与主机之间。所述控制主机内部为钢结构，起到支承和保护的作用，内部的微处理器实现对压力传感器的实时数据进行监控，并将所得数据通过数据线实时上传到电脑端。

螺旋式调节支撑脚为，内部有螺纹结构，通过旋转微调节支撑脚，消除由于地面不平而导致的测试仪支承不稳而导致的晃动。数据线为usb接口，可与电脑直接连接，由电脑usb接口提供测试仪所需电能，运用电脑软件实现对数据的分析。

另外，本发明的上板和控制主机采用可拆卸式的连接，一方面，当需要调整压力传感器的数量和位置的时候，可以将上板拆卸掉，使得其应用更加方便灵活，另一方面更换、拆卸和维护压力传感器时，也可以直接将上板拆卸掉，使得维护更加高效、方便。

综上，本发明的八点星型平衡测试仪优点在于：采用8个不同位置的压力传感器，测量精准；且将控制主机、上板和压力传感器进行自上而下的整合设置，使其体积缩小，且控制主机由钢结构支承，坚固耐用；通过usb连接电脑，并由电脑直接供电，运用电脑软件实现对数据的分析，操作简单，功能强大；可拆卸式结构，使其应用范围更宽、调整更加灵活(例如可以将压力传感器调整成6个、4个或2个等)，同时，使得其维护更加简洁，方便，适用范围更宽。

附图说明

图1为本发明的结构透视图；

图2为本发明的局部放大图；

图3为本发明的外观结构立体示意图；

图4为使用状态图；

图5为本发明的可拆卸实施方式的剖视图；

图6为图5的俯视图；

图7为控制主机的剖视示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为上板的立体图；

图10为显示中心圆槽结构的示意图；

图11为钥匙旋转杆的结构示意图；

图12为限位卡槽的另一种形式示意图；

图13为测试受力原理图；

附图标记：上板1，控制主机2，螺旋式调节支撑脚螺旋结构3，支撑脚4，上板辅助对准印记5，数据线6，压力传感器7。

具体实施方式

一种人体动平衡测试仪，包括压力传感器7和控制主机2，压力传感器7与控制主机2内的控制器数据连接，其特征在于：控制主机2上方设置有上板1，压力传感器7设置在上板1和控制主机2之间，上板1与压力传感器7接触；

压力传感器7为多个，多个压力传感器7(中心)距离控制主机2的中心连线(距离)相等，且相邻的两条连线之间夹角相等。

压力传感器7为八个，八个压力传感器7距离控制主机2的中心连线相等，且相邻的两条连线之间夹角相等(就是均匀等角分布)。

控制主机2的底部设置有螺旋式调节支撑脚4。

控制主机2内的控制器连接有数据线6。

在上板1的上表面设置有方便测试者将脚放在中心的辅助对准印记5。

控制主机2的中心设置有中心圆槽2-1，中心圆槽2-1的侧壁设置有竖向键槽2-2(就是其长度方向与中心圆槽2-1的轴向方向相同)，中心圆槽2-1的底部内壁设置有环形槽2-3，环形槽2-3的直径大于中心圆槽2-1的直径(环形槽2-3与中心圆槽2-1同轴)；竖向键槽2-2与环形槽2-3连通；环形槽2-3的上壁对称的设置有两个限位卡槽2-8(所谓对称，就是如图8所示，两个限位卡槽2-8之间连一条直线穿过中心圆槽2-1的轴)；限位卡槽2-8与竖向键槽2-2不对应(就是得错开，不能重合)；

上板1的底部中心设置有中筒1-1，中筒1-1为能伸入中心圆槽2-1内且能沿着中心圆槽2-1轴向上下移动的结构(中筒1-1的直径与中心圆槽2-1相适应，就是间隙要合适，不能过大，防止中筒1-1倾斜，或者最好为接触动配合，为了保证移动的顺畅度，可以在中筒1-1与中心圆槽2-1之间的接触部分涂覆润滑油)；中筒1-1的外侧壁设置有能够伸入竖向键槽2-2内且与之配合的竖向键1-2(其与竖向键槽2-2的配合同样为接触式动配合，即能相对移动的接触，也可以在接触的部位涂覆润滑油)；

中筒1-1的底部设置有旋转盘8，旋转盘8的中心设置有伸进中筒1-1中心通孔1-1-1内的移动柱8-1，移动柱8-1能在中心通孔1-1-1内沿中心通孔1-1-1轴向上下移动(移动柱8-1与中心通孔1-1-1之间为接触式动配合，中心通孔1-1-1的底部为收口设置，即如图5所示，中心通孔1-1-1的底部开口直径小于中心通孔1-1-1上部的直径，而移动柱8-1的上部直径同样大于下部，以使得移动柱8-1的上部与中心通孔1-1-1内壁接触动配合，同时，移动柱8-1还不会从中心通孔1-1-1内脱落，旋转盘8的直径也大于中心通孔1-1-1的底部开口)，移动柱8-1也能在中心通孔1-1-1内转动(即以自身的轴为轴自转)，旋转盘8的侧壁设置有能伸入竖向键槽2-2和限位卡槽2-8内的卡键8-2；移动柱8-1的中心带有钥匙孔8-1-1(钥匙孔8-1-1为传统的圆柱孔，在圆柱孔两侧带有豁口，如图6所示，这种形式在很多领域锁孔上都有应用，类似于马路上铺设的井盖上的那个锁孔)；

中心圆槽2-1的底部设置有升降抬板2-6，升降抬板2-6的底部设置有升降弹簧2-7。

控制主机2上带有容纳压力传感器7的凹槽2-5。

还包括钥匙旋转杆9，钥匙旋转杆顶部为旋转盘9-1，钥匙旋转杆9的底部设置有能伸进钥匙孔8-1-1内的钥匙头9-2(钥匙头的中部为与钥匙孔8-1-1中部相适应的圆柱，钥匙头的两侧设置有能伸进钥匙孔8-1-1侧壁豁口的键。如图11所示，就是传统的锁舌和锁孔的结构)。

综上，本发明涉及一种人体动平衡测试仪，该测试仪包括上板1、压力传感器7和控制主机2；压力传感器7设置在上板1和控制主机2之间，压力传感器7与控制主机2内的控制器数据连接；压力传感器7为八个，八个压力传感器7距离控制主机2的中心连线相等，且相邻的两条连线之间夹角相等。

控制主机2的底部设置有螺旋式调节支撑脚4。控制主机2内的控制器连接有数据线6。在上板1的上表面设置有方便测试者将脚放在中心的辅助对准印记5。

所述的上板与压力传感器直接接触固定，压力传感器固定在控制主机上，并对导线做隐藏式设计；主机内部设有微处理器，实时传输压力传感器数据，并由钢结构支承压力传感器以及保护主机电路板；螺旋式调节支撑脚用于调平。

使用方法：

将测试仪放在地面上，利用螺旋式调节支撑脚4调平调稳，将数据线6连接电脑，开始测试。首先测试者需要两脚合并，稳定的站在测试仪的上板1上，此时电脑端软件计算出测试者体重(测体重的原理属于公知技术，此处不赘述)；双脚站好可以测出人体的体重，然后再单脚支撑，单脚支撑反应人的平衡能力；测试者运用辅助印记将单脚尽量放在测试仪上板1的中心，单脚站立在测试仪上，保持30秒或保持不足导致中途掉落，上板1下压压力传感器7，每个压力传感器7数据通过数据线6实时传输给电脑端软件，软件进行记录；测试者离开测试仪，软件将每个压力传感器7的数据进行分析，通过算法消除体重对测试数据的影响(由于每个人体重的不同，人体摇晃所产生的力的大小也不同，将被测者体重作为一个影响因数考虑到后期力分析计算之中，将传感器测得的力乘以体重修正系数，从而消除体重对测试数据的影响。按照60kg为标准体重，用60除以被测者体重，所得再平方，即为体重修正系数)，得出每个传感器数据变化幅度以及变化速度，并且对数据进行分级，得出每个测试者的平衡能力等级，进而得出想要的结果。

具体被测者在单脚站立情况下，会不由自主的抖动以保持身体平衡，身体重心的位置也会随之发生变化，导致8个压力传感器的信号发生变化，传感器信号由adc模块采集，并通过usb与计算机进行通信，将8个压力传感器信号传输至计算机进行处理，通过计算机模拟被测者重心变化情况，分析重心变化的频率与幅值，评估被测者身体平衡能力。

如图13所示，本设备由8个方向的压力传感器进行数据采集，分别为f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8(这些是每个压力传感器的电压值，反应每个压力传感器所受压力大小，f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8是按次序依次采集，就是说第一个就是f1，紧挨着的就是f2以此类推)，其中f1、f3、f5、f7一组，为主传感器组(相互之间间隔一个)，f2、f4、f6、f8一组，为辅助校正传感器组。当人体晃动，对位压力传感器输出值相减(所谓对位就是两个传感器的连线为经过传感器所在平面中心的直线)，设x1＝f1-f5，y1＝f7-f3,x2＝f2-f6，y2＝f8-f4,当x1＞0，即可判定被测者重心向f1传感器侧偏移(以此类推)。以x1、y1构建平面二维坐标系，描述被测者重心位置变化情况，以x2、y2作为校正数据，舍弃偏差较大的数值(分别计算x1、y1与x2、y2平方和，并进行比较二者偏差相对于前者超过±10％，则视为误差较大，舍弃当前数据。例：a＝x1²+y1²，b＝x2²+y2²，比较a、b，即拿a同b相比较，如果a同b相比的结果相对于a的值超过±10％，则舍弃该a的值)。被测者由于单脚站立，分析重心变化的频率与幅值，评估被测者身体平衡能力，具体为：人单脚站立时会抖动，以调整自身重心位置从而保证平衡，这种抖动一般会呈现周期性，而平衡能力强的人重心变化的幅值小、频率低，通过对采集到的x1、y1，求得x1和y1的平方和，经校正(校正为舍弃偏差超过10％的数据)，再乘上体重修正系数后，进行快速傅里叶变换，从而得到频谱函数，分析出现峰值频率与幅值(通过绘制频谱图，可直接观测出来。)，由于平衡能力没有一个固定的标准，只能被测者相互比较，这里所测得的频谱函数出现峰值的频率f与幅值u，设平衡能力得数k＝0.3*f+u，k越小，平衡能力越强，即可评估被测者的平衡能力。

当上板1与控制主机2采用可拆卸的结构时，在测试前，先安装，如图5所示，先将压力传感器7置于控制主机2的凹槽2-5内，一般情况凹槽2-5的内壁形状是与要安装的传感器形状相适应的，也就是说压力传感器置入凹槽2-5内以后，压力传感器是刚好被限位临时固定的，而为了更好的防止压力传感器串位或者如果凹槽2-5略大或者形状稍有不合适，可以在凹槽2-5的底部设置粘胶层，防止压力传感器移动(串位)；

之后，取上板1，将钥匙旋转杆9下端伸入钥匙孔8-1-1内，将中筒1-1伸入中心圆槽2-1内，使得卡键8-2和竖向键1-2穿过竖向键槽2-2，当上板1落在压力传感器上时，向下压旋转盘9-1，使得旋转盘8继续下移(此时，上板1不动，旋转盘8的底部是封闭的，就是钥匙孔8-1-1不是一个通孔，所以才能顶住钥匙孔使得旋转盘8下移)，直至卡键8-2位于环形槽2-3内，此时，升降抬板2-6被旋转盘8顶住下压，升降弹簧2-7被压缩，然后拧动旋转盘9-1，使得旋转盘8带动卡键8-2在环形槽2-3内旋转，使得卡键8-2与竖向键槽2-2错开，之后松开旋转盘9-1，在升降抬板2-6向上顶力的作用下，使得卡键8-2的上表面顶住环形槽2-3的上壁，完成卡固，此时，上板1就不会脱落，而由于移动柱8-1与中心通孔1-1-1是能够相对移动的，所以此时上板1是留有一个上下移动的空间的，但这个空间不能太大，其要满足：使用者踩在上板1上时，上板1可以压在压力传感器上，使其触发，而如果将整个装置倒置过来时，即便上板1由于重力作用下移，压力传感器也不会从上板1和控制主机2之间脱落(因为如果上板移动距离过大，当倒置时，上板就会远离压力传感器，如果压力传感器没有固定的话，就会从凹槽2-5内脱落，而移动距离小的时候，即便要传感器下移也会被上板挡住)；

而为了更好的固定旋转盘8，可以将卡键8-2旋转至限位卡槽2-8处，这样在升降抬板2-6向上顶力的作用下，卡键8-2就会向上卡在限位卡槽2-8内，这样会更好的固定旋转盘8，而为了更好的校准限位卡槽2-8的位置，可以在上板1上设置相应的标识，然后在旋转盘9-1上表面也设置相应的标识，当上板1上的标识与旋转盘9-1上的标识对应时，卡键8-2对应限位卡槽2-8，此时，即可以松开旋转盘9-1，使得卡键8-2卡在限位卡槽2-8内(当然也可以采用其他现有的表示方法)；另外，为了使得卡键8-2更好的伸入位卡槽2-8内，可以将卡槽2-8设置成如图12所示的底端开口宽，上端窄的三角形，卡键8-2为与之对应的形状，这样就方便伸入；

当需要调整压力传感器时，或者进行其他的维修活动时，将钥匙旋转杆9下端伸入钥匙孔8-1-1内并下压旋转盘9-1，使得卡键8-2离开限位卡槽2-8，然后拧动旋转盘9-1，使得旋转盘8转动，卡键8-2转动至对应竖向键槽2-2的位置(也可以采用前述标识的方式来判断卡键8-2对应竖向键槽2-2的位置，就是说在旋转盘9-1设置另一个开锁的标识，在上板1上再设置一个开锁的标识，两个标识一对应时，卡键8-2对应竖向键槽2-2，另外，卡键8-2的宽度，也就是如图5所示的垂直于图面方向的长度，可以远小于竖向键槽2-2的宽度，使卡键8-2穿过竖向键槽2-2更灵活)，然后，松开旋转盘9-1，在升降抬板2-6的上顶力作用下，卡键8-2被推进竖向键槽2-2，然后提起上板1，便可完成上板的拆卸。

本发明测量精准，寿命长；直接连接电脑，运用电脑软件实现对数据的分析，功能强大。安装、拆卸、调整灵活且方便，利于推广应用。