控制其开关。
[0048] 控制器（由计算机或单片机实现）11设置在机架后部的箱体内并与操作显示器9、 鼓风机10以及步行器5电信相连；该控制器包括无线接收模块、主控电路、传感器接口电 路、步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路，无线接收模块与足底压力传感器无线通 信相连，主控电路的输入连接操作显示器，输出连接步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱 动电路；传感器接口电路的输入连接传感器变送器，输出连接操作显示器；步行器电机驱 动电路的输出连接步行器电机，鼓风机电机驱动电路的输出连接鼓风机电机。
[0049] 配合参见图3,左右测力鞋12用于穿在人的左右脚并踩在步行器上，
[0050] 左右测力鞋结构对称相同，各包括前半鞋121、后半鞋122、前鞋垫123、后鞋垫124 和缓冲器125,前半鞋和后半鞋滑套相连可相对滑动形成不同的尺码，鞋垫设置在后半鞋 内，缓冲器设置在前半鞋内，鞋垫内设有足底压力传感器126、127,该足底压力传感器与无 线发送模块128相连。并通过控制器的无线接收模块将人体施加在左右脚上的压力传进行 平衡功能评估并输至操作显示器显示，同时与平衡游戏功能相结合，实现平衡功能训练。图 中所示，129为定位旋钮，用于前半鞋和后半鞋之间滑动后的定位固定。
[0051] 电源模块13设置在机架后部的箱体内并与控制器电连接向控制器提供电源。
[0052] 气体压力传感器14设置在机架的底板上并与控制器电信相连，通过控制器将气 体压力传输至操作显示器显示。
[0053] 配合参见图2,在底板1上还设有传感器变送器16,承重压力传感器15和气体压 力传感器14分别与传感器变送器相连并通过传感器变送器与控制器电信相连。传感器变 送器还可以调节传感器的精度及量程，以满足实际的需求。
[0054] 本发明的工作过程原理如下：将气囊与底板密封连接并与气囊支架相连，让人穿 上紧身短裤，把气囊支架降低到最低位置，让人站进气囊支架内并站在步行机上，将紧身短 裤与气囊通过气密拉链密封连接。然后拉起气囊支架到达合适位置后用锁定机构将其锁 紧。用户在操作显示器上设置减重程度控制鼓风机充气或放气来调节气囊内的气压使人体 的下肢呈现浮起的状态从而达到减重的效果，并让其左右脚分别穿上测力鞋，首先使左右 脚踏板处于同一水平面上；被训者根据操作显示器上显示的左右下肢用力大小（以直观的 柱状图显示），可以了解到自己的实际情况，适当调节姿势和力度，维持站立平衡。计算机 (即控制器）进入静态平衡评定训练系统的测试评估模块，进行静态平衡测试，以得到各项 静态姿势图参数的测试评估结果；计算机进入静态平衡评定训练系统的功能训练模块，根 据测试评估结果，选择合适的训练时间和减重角度，进行静态平衡训练，训练成绩以重心落 在离正常重心零位±5%、±10%、±20%和±30%区域内的时间比和良好重心百分比表 示。然后启动步行机，最后可进行步行与平衡训练的游戏。
[0055] 平衡测试过程中的重心变化是姿势图参数评估的基础，在下面所述的七个参数的 计算中都要用到，一般人体重心（center ofgratitude，COG)在第二骶骨前。该系统中的重 心投影指的是人体重心在脚踏板上的投影，由于人体处于站立平衡过程中侧向力很小，因 此人体重心投影位置测试原理就可以简化为：
[0056] x = (Fa+Fb-Fc-Fd) · L/G
[0057] y=(FB+FD-FA-Fc) · M/G
[0058] 式中，L为0(0点为左右踏板检测平台中心）到传感器的X轴的距离，M为0点到 传感器的Y轴的距离，G为减重后的被训者人体的重量，F A，F B，F C，F D分别为四个传感 器的读数，传感器对称放置在左右脚踏板下方如附图2所示，受力大小通过传感器测得。
[0059] 被训者在气囊减重静止站立过程中评估额状面摆动频率变化，反映了在一定时间 内，重心投影在额状面即水平方向正负值的变化频率，在算法中仅表示重心投影位置沿X 轴方向变化的快慢，该参数值越大，即变化的频率越高，反映被训者抖动越严重，重心控制 越不稳。
[0060] 额状面摆动频率变化算法为：由上述静态平衡测试过程中的重心变化，再根据病 人重心投影从左侧区域移动到右侧区域以及从右侧区域移动到左侧区域的次数与时间之 比，即：
【主权项】
1. 一种基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于包括： 机架，包含底板、两立柱和两扶手，机架后部连接有箱体； 步行器，设置在机架的底板上并可独立运动，在步行器下设有承重压力传感器； 气囊支架，安装在机架的两立柱上并可沿两立柱上下移动； 气囊，其上部与气囊支架相连，下部与机架的底板密封相连并将步行器包围在内； 紧身短裤，用于穿在人身上并可与气囊密封连接； 操作显示器，连接在气囊支架上可随气囊支架一起运动； 鼓风机，安装在机架后部的箱体内并通过管路与气囊连接连通； 控制器，设置在机架后部的箱体内并与操作显示器、鼓风机以及步行器电信相连； 左右测力鞋，用于穿在人的左右脚并踩在步行器上，鞋内设有足底压力传感器，该足底 压力传感器与控制器无线通信相连； 电源模块，设置在机架后部的箱体内并与控制器电连接向控制器提供电源； 气体压力传感器，设置在机架的底板上并与控制器电信相连，通过控制器将气体压力 传输至操作显示器显示。
2. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述机架的两立柱上分别设有上下延伸的滑动槽，所述气囊支架与该滑动槽嵌套滑动相 连，气囊支架上设有锁定机构，可在任意位置将气囊支架锁紧。
3. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述左右测力鞋结构对称相同，各包括前半鞋、后半鞋、鞋垫和缓冲器，前半鞋和后半鞋滑 套相连可相对滑动形成不同的尺码，鞋垫设置在后半鞋内，缓冲器设置在前半鞋内，所述足 底压力传感器设置在鞋垫内。
4. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述底板上还设有传感器变送器，所述承重压力传感器和气体压力传感器分别与传感器变 送器相连并通过传感器变送器与控制器电信相连。
5. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述步行器设有电机控制器，该电机控制器的输入连接控制器，输出连接步行器的电机，电 机控制器接收控制器的信号以控制步行器电机的停止、启动、速度、正反转和转动时间。
6. 根据权利要求4所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述控制器包括无线接收模块、主控电路、传感器接口电路、步行器电机驱动电路和鼓风机 电机驱动电路，无线接收模块与足底压力传感器无线通信相连，主控电路的输入连接操作 显示器，输出连接步行器电机驱动电路和鼓风机电机驱动电路；传感器接口电路的输入连 接传感器变送器，输出连接操作显示器；步行器电机驱动电路的输出连接步行器电机，鼓风 机电机驱动电路的输出连接鼓风机电机。
7. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述气囊上面设有圆形开口，在圆形开口上设有半边气密拉链；下部设有进气口和出气口， 周围设有视窗，底部为敞口，敞口四周与机架的底板四周密封相连，所述气囊支架与圆形开 口处相连。
8. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述紧身短裤上部设有用于与气囊密封连接的半边气密拉链，以及用于固定整个紧身短裤 上部形状的铅丝套圈。
9. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述机架后部的箱体内设有进气管路和出气管路；进气管路的进口连接鼓风机的出气口， 出口连接气囊的进气口；出气管路的进口连接气囊的出气口，出口连接鼓风机的进气口，在 进气管路和出气管路上分别设有电磁控制阀，该电磁控制阀与控制器相连由控制器控制其 开关。
10. 根据权利要求1所述的基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，其特征在于： 所述操作显示器可由用户设置并显示步行器的运动速度、步行器的倾斜角度、气囊减重程 度、步行训练时间以及平衡功能训练及评估参数。
【专利摘要】一种基于平衡功能评估的气囊减重步行训练装置，包括由底板、两立柱和两扶手组成的机架，机架后部连接有箱体。还包括步行器、气囊支架、气囊、紧身短裤、操作显示器、鼓风机、控制器、左右测力鞋、电源模块和气体压力传感器。本发明装置结构简单、操作方便，由于采用了气囊减重结构，可以使被训者在步行训练时更好的左右、上下调整重心。气囊支架的高度可调，可实现个性化减重步态训练。可以使患者在舒适的减重环境下进行下肢康复训练，适用于脑卒中患者，肌肉萎缩、神经损伤、运动损伤等引起下肢运动障碍患者的康复训练。
【IPC分类】A63B22-02, A63B24-00
【公开号】CN104759059
【申请号】CN201410005225
【发明人】徐秀林, 邹任玲, 胡秀枋, 张东衡, 赵展, 安美君
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年1月6日