一种基于陀螺仪的平衡分析器

1.本发明属于人体体态数据分析装置技术领域，具体涉及一种基于陀螺仪的平衡分析器。


背景技术：

2.随着生活水平的不断提高，身体健康数据越来越受到人们的重视。
3.公开号为cn207755284u的专利文件公开了一种步态平衡分析仪，通过检测人体在行走时的各项数据来判断人体的足底压力、平衡控制能力等各项健康数据，然而人体在正常行走时并非均是在水平地面上，并且在跌倒方式中，向前倾倒和向后倾倒是对人体损伤最大的两种方式，该两种方式的倾倒多与在倾斜路面上行走有关，因此在研究在倾斜路面上人体行走时候的各项动态数据具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于陀螺仪的平衡分析器，为研究人体在倾斜路面上行走时的各项数据提供硬件基础。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于陀螺仪的平衡分析器，包括铰接架、调节板和安装板；
7.所述铰接架包括前置套管、中置套管和后置套管；所述前置套管、中置套管和后置套管内部分别转动套设有传动轴、主动轴和从动轴；所述中置套管上设有第一缺口和第二缺口；第一缺口处设有用于与动力组件传动连接的第一齿轮；第二缺口处设有第一皮带轮，所述第一齿轮与所述第一皮带轮均套设在所述主动轴上；
8.所述后置套管上左右间隔设有两个第三缺口，第三缺口处设有第二齿轮，第二齿轮套设在所述从动轴上；所述后置套管上设有第四缺口，所述第四缺口上设有第二皮带轮，所述第二皮带轮与所述第一皮带轮通过皮带相互连接；所述前置套管上左右间隔设有两个第五缺口，第五缺口处设有第三齿轮，第三齿轮套设在所述传动轴上；旋转架上设有用于使用者行走的输送带，所述输送带绕设在第二齿轮和第三齿轮中；
9.所述中置套管铰接设置在所述调节板的上侧；所述中置套管长度方向与左右方向一致；
10.所述调节板上设有避免输送带与调节板接触的缓冲器；
11.所述安装板位于所述调节板的下方，所述调节板下侧中部设有铰接轴，所述铰接轴长度方向与前后方向一致，所述调节板通过铰接轴转动设置在所述安装板的上侧；所述安装板上设有用于调整调节板左右倾斜程度的第一螺栓；
12.所述安装板的前后两端分别设有前置摄像机、前置红外测距传感器和后置摄像机、后置红外测距传感器。
13.进一步优选，所述动力组件包括电机、减速机，所述电机与减速机传动连接，所述电机设置在所述调节板上；所述减速机的转轴上设有第四齿轮，所述第四齿轮与所述第一
齿轮啮合传动。
14.进一步优选，所述平衡分析器还包括控制电路板、电源、计算机；所述电路板上设有平衡感应组件；所述电源与所述控制电路板、所述控制电路板与所述计算机电性连接；
15.所述前置摄像机、前置红外测距传感器、后置摄像机、后置红外测距传感器均与所述计算机信号连接。
16.进一步优选，所述平衡分析器还包括左侧扶手和右侧扶手，左侧扶手和右侧扶手中分别设有用于检测左右手压设程度的压力传感器；所述压力传感器与所述计算机信号连接；
17.所述平衡分析器还包括用于使用者穿戴的压力测量鞋；所述压力测量鞋与计算机信号连接。
18.进一步优选，所述前置套管与所述传动轴、所述中置套管与所述主动轴、所述后置套管与所述从动轴均通过轴承连接。
19.进一步优选，所述中置套管的两端设有轴承座；所述轴承轴的底部垂直向下设有卡接柱，所述安装板上对应卡接柱设有卡接孔；所述轴承通过卡接柱和卡接孔插接设置在所述安装板上；所述卡接孔的前后两侧设有第二螺栓，所述第二螺栓旋设在所述安装板上，所述第二螺栓用于整体抬升所述旋转架的高度。
20.进一步优选，所述调节板上设有气泡水准仪。
21.进一步优选，所述缓冲器共设有四个，分别位于所述前置套管的两端和所述后置套管的两端；
22.所述缓冲器安装处设有用于弹簧，所述弹簧的下端固定设置在所述调节板上。
23.进一步优选，所述安装板上设有前支撑杆和后支撑杆，所述前置摄像机、前置红外测距传感器设置在所述前支撑杆上；所述后置摄像机，后置红外测距传感器设置在所述后支撑杆上。
24.进一步优选，所述第一螺栓共设有两组，每组设有两个，两组第一螺栓左右间隔设置在所述铰接轴的两侧。
25.本发明的有益效果：
26.该平衡分析器中，输送带可以在人体的控制下进行前倾、后倾、向前运动和向后运动，调节板可以在第一螺栓的作用下进行左右方向的倾斜，从而模拟出各种倾斜的路面状况，从而来检测人体行走时的步态压力数据、左右倾斜支撑数据、倾斜路面上身体倾斜程度等动态数据，从而可以更好地研究倾斜路面上影响人体平衡的因素，特别是对于前倾跌倒和后仰跌倒的研究提供了一种硬件支持。
附图说明
27.图1是本发明整体结构示意图；
28.图2是本发明整体结构另一大角度结构示意图(输送带未示出)；
29.图3是图2中a处局部放大示意图；
30.图4是图2中b处局部放大示意图；
31.图5是图2中c处局部放大示意图；
32.图6是图2中d处局部放大示意图；
33.图7是本发明中另一角度示意图(右侧视角；输送带未示出)；
34.图8是图7中e处局部放大示意图；
35.图9是图7中f处局部放大示意图；
36.图10是图7中g处局部放大示意图。
37.图中各标记对应的名称：
38.1、铰接架，10、前置套管，100、传动轴，101、第三齿轮，11、中置套管， 110、主动轴，111、第一齿轮，112、第一皮带轮，12、后置套管，120、从动轴，121、第二齿轮，122、第二皮带轮，13、输送带，2、调节板，20、左侧扶手，21、右侧扶手，22、电机，23、电源，24、第四齿轮，25、铰接轴，26、轴承座，27、第二螺栓，28、缓冲器，19、弹簧，3、安装板，30、前支撑杆， 31、后支撑杆，310、下套管，311、上连接柱，312、前置摄像机，313、前置红外测距传感器，32、第一螺栓，5、气泡水准仪。
具体实施方式
39.下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
40.本发明的实施例：
41.如图1-2所示，一种基于陀螺仪的平衡分析器，包括铰接架1、调节板2和安装板3。
42.铰接架1包括前置套管10、中置套管11和后置套管12；前置套管10、中置套管11和后置套管12内部分别转动套设有传动轴100、主动轴110和从动轴 120；前置套管10、中置套管11和后置套管12之间采用钢管焊接连接，使整个连接架成为一个整体；中置套管11上设有第一缺口和第二缺口；第一缺口实质上会把中置套管11相互隔断，由于中置套管11与其内部主动轴110之间的连接作用，隔断后的中置套管11与未隔断前的位置相同，仅仅是隔断出第一缺口用于在主动轴110上设置相应的工件；下述第二缺口、第三缺口、第五缺口均是如此，每一个缺口处均采用轴承将套管和相应的轴连接在一起；第一缺口处设有用于与动力组件传动连接的第一齿轮111；第二缺口处设有第一皮带轮112，第一齿轮111与第一皮带轮112均套设在主动轴110上；后置套管12上左右间隔设有两个第三缺口，第三缺口处设有第二齿轮121，第二齿轮121套设在从动轴120上；后置套管12上还设有第四缺口，第四缺口设置在两个第三缺口的右侧，第四缺口处设有第二皮带轮122，第二皮带轮122固定套设在从动轴120上；前置套管10上左右间隔设有两个第五缺口，第五缺口处设有第三齿轮101，第三齿轮101套设在传动轴100上；旋转架上设有用于使用者行走的输送带13，输送带13绕设在第二齿轮121和第三齿轮101中。
43.如图3-6所示，本实施例中，前置套管10和传动轴100、中置套管11和主动轴110、后置套管12和从动轴120之间均采用轴承进行传动，当第一齿轮111 在动力组件的作用下开始转动时，第一齿轮111带动主动轴110转动，主动轴 110的转动带动第一皮带轮112的转动，第一皮带轮112和第二皮带轮122皮带传动，从而带动第二皮带轮122转动，第二皮带轮122通过从动轴120同步带动第二齿轮121进行转动。
44.本实施例中的输送带13设置在由两个第二齿轮121和两个第三齿轮101相互支撑，第二齿轮121和第三齿轮101上的齿牙与输送带13的内圈相互抵接，可以保证输送带13在第二齿轮121和第三齿轮101上发生打滑，为了保证使用者在上面行走时的稳定性，在输送带13的下方设置了两组辅助支撑轮，其中一组支撑轮位于前置套管10和中置套管11之间，另
一组支撑轮位于中置套管11 和后置套管12之间，两组支撑轮均设置在相应的转轴上，转轴的两端固定焊接在连接前置套管10和中置套管11的钢管和连接中置套管11和后置套管12的钢管上。支撑轮在图中未示出。
45.如图7-10所示，中置套管11铰接设置在调节板2的上侧；中置套管11长度方向与左右方向一致；中置套管11的两端设有轴承座26；轴承座26的底部垂直向下设有卡接柱，安装板3上对应卡接柱设有卡接孔；轴承通过卡接柱和卡接孔插接设置在安装板3上；卡接孔的前后两侧设有第二螺栓27，第二螺栓 27旋设在安装板3上，第二螺栓27用于整体抬升旋转架的高度。轴承座26共设有两个，卡接孔、卡接柱对应两个轴承座26设有两组，当正向旋转第二螺栓 27时，卡接柱会在卡接孔中逐渐向上运动，从而抬升整个旋转架，当反向旋转第二螺栓27时，卡接柱会在卡接孔中逐渐向下运动，从而放低整个旋转架，旋转架与调节板2之间的距离越大，旋转架在调节板2上可以转动的幅度就越大。需要说明的是，第二螺栓27的调节需要整体调节。
46.如图7和图10所示，调节板2上设有避免输送带13与调节板2接触的缓冲器28；缓冲器28共设有四个，分别位于前置套管10的两端和后置套管12的两端，旋转架和调节板2之间的距离调整幅度以旋转架中的前置套管10和后置套管12在运动过程中始终与缓冲器28接触为准。为了保证旋转架在转动过程中更加稳定，在安装缓冲器28的位置处又设置了弹簧19，弹簧19的下端固定设置在调节板2上。
47.安装板3位于调节板2的下方，调节板2下侧中部设有铰接轴25，铰接轴 25长度方向与前后方向一致，调节板2通过铰接轴25转动设置在安装板3的上侧；安装板3上设有用于调整调节板2左右倾斜程度的第一螺栓32；第一螺栓 32共设有两组，每组设有两个，两组第一螺栓32左右间隔设置在铰接轴25的两侧。当需要调整调节板2的左右倾斜程度时，需要分别调整两组第一螺栓32 伸出安装板3的长度，需要说明的是，一组第一螺栓32伸长时另一组第一螺栓 32需要缩短。
48.安装板3的前后两端分别设有前置摄像机312、前置红外测距传感器313和后置摄像机、后置红外测距传感器，前置摄像机312、后置摄像机用于采集使用者的行走过程，前置红外测距传感器313和后置红外测距传感器用于检测使用者在行走过程中距离是否发生变化。
49.如图3所示，动力组件包括电机22、减速机，电机22与减速机传动连接，电机22设置在调节板2上；减速机的转轴上设有第四齿轮24，第四齿轮24与第一齿轮111啮合传动。
50.平衡分析器还包括控制电路板、电源23、计算机；电路板上设有平衡感应组件；平衡感应组件包括陀螺仪传感器，电源23与控制电路板、控制电路板与计算机电性连接；前置摄像机312、前置红外测距传感器313、后置摄像机、后置红外测距传感器均与计算机信号连接。
51.当使用者站立在输送带13上时，当其站立的位置位于中置套管11和后置套管12之间时，旋转架前倾，平衡感应组将向控制电路板发送信号，控制电路板收到信号后控制电机22转动，在第一齿轮111、第四齿轮24和皮带的作用下，输送带13的上侧面向后运动，使用者可以在该情况下模拟下坡行走；当使用者站立的位置位于中置套管11和前置套管10之间时，输送带13的上侧向前运动，使用者可以模拟倒走下坡的行走；过程中电机22、减速机、控制电路板、平衡感应组件之间的作用机理与平衡车的作用机理相同，为现有技术。
52.平衡分析器还包括左侧扶手20和右侧扶手21，左侧扶手20和右侧扶手21 中分别设有用于检测左右手压设程度的压力传感器；压力传感器与计算机信号连接；当通过调整第一螺栓32来改变调节板2的左右倾斜程度时，使用者在行走的过程中身体本身的倾斜需要通过左右手扶持左侧扶手20和右侧扶手21来平衡，在左倾和右倾的过程中，在左侧扶手20和右侧扶手21上受到的压力不完全相同，通过分别采集左侧扶手20和右手扶手上的压力传感器的压力数据，为在人体在倾斜路面上行走时的平衡分析提供数据支持。
53.平衡分析器还包括用于使用者穿戴的压力测量鞋；压力测量鞋与计算机信号连接，压力测量鞋用于采集使用者在行走过程中左右脚的压力数据，压力测量鞋为现有技术(可参考公开号为cn206659811u公开的一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置的专利文件)，其详细结构在本实施例中不再额外赘述。
54.当需要将调节板2调平，为了便于确定调节板2是否调平，在调节板2上设有气泡水准仪5。
55.安装板3上设有前支撑杆30和后支撑杆31，前置摄像机312、前置红外测距传感器313设置在前支撑杆30上；后置摄像机，后置红外测距传感器设置在后支撑杆31上；前支撑杆30包括下套管310和上连接柱311，上连接柱311的下端套设在下套管310中，在下套管310上设置了用于定位上连接柱311的旋钮，旋转贯穿旋设在下套管310的管壁中；上连接柱311的上端铰接设有安装杆，安装杆的铰接通过螺丝螺母控制，安装杆可以前后转动，前置摄像机312 设置在安装杆的上端，前置红外测距传感器313设置在上连接杆上。后支撑杆 31与前支撑杆30结构相同。
56.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。