專利名稱：自助式平衡與步態訓練系統及方法
技術領域：
本發明涉及人體運動參數測試設備領域，具體為一種自助式平衡與步態訓練系統及方法。
背景技術：
目前國內一線康復醫療機構對于基于平衡和步態的康復訓練和治療主要依賴于康復治療師的現場肢體語言引導和協助，這種傳統的訓練和治療方法比較古老，隨著中國工業的迅速發展和老齡化社會的加速，越來越無法滿足社會發展的需求；雖然部分前瞻性的科研機構引進了國外的一些趣味性康復訓練設備，但這些設備是作為一種研究和嘗試， 與規模性的使用尚有一段距離。
因此，傳統的康復治療師和國外新興訓練設備的訓練方法存在以下缺點
I、傳統的康復訓練是將訓練對象當作病人，當訓練對象較多或動作完成不規范時，康復治療師難免出現不耐煩情緒，這種情況容易造成訓練對象和康復治療師的情緒對立，影響康復效果；同時訓練動作難度大、重復、枯燥、乏味，較難引起重復訓練的興趣，影響康復訓練的效果。
2、國外訓練設備(含軟件)均為外文版本，訓練對象在訓練時無法離開康復治療師的幫助(且一般康復治療師都不易上手)，且訓練流程復雜、訓練功能單一、訓練效果不佳。
3、國外訓練設備均是基于力傳感器原理，不能對訓練對象接觸面的局部區域的動力學和運動學參數進行提取、表征和體現，因此無法進行局部微觀區域的多目標跟蹤和訓練。
4、訓練對象在訓練過程中無法獲得自身姿態的實時反饋，不可及時糾正訓練姿態。
5、訓練設備均應用于特定部位或姿態的訓練，無法滿足多部位多姿態訓練的要求。
6、軟件系統的使用終端單一(目前只能運行在Windows操作系統上)，不便于攜帶。 發明內容
本發明的目的是提供一種自助式平衡與步態訓練系統及方法，以解決現有技術康復訓練設備存在的問題。
為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為
自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于包括有上位機操作終端、網絡交換機、 多個供人體站立或平躺的訓練感測板、佩戴在人體上的無線九軸姿態測量組件、多個分別從不同角度拍攝人體的無線網絡攝像機，多個訓練感測板沿平面一字排開并拼接為一體， 每個訓練感測板由陣列式壓強傳感器感測單元、模擬信號采集處理單元、數字信號采集處理單元、數據集成轉換單元構成，每個訓練感測板中，陣列式壓強傳感器感測單元的輸出端與模擬信號采集處理單元輸入端連接，模擬信號采集處理單元輸出端與數字信號采集處理單元輸入端連接，數字信號采集處理單元輸出端與數據集成轉換單元輸入端連接，多個訓練感測板中的數據集成轉換單元、無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機分別通過網絡交換機與上位機操作終端通訊連接。
所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于每個訓練感測板中，陣列式壓強傳感器感測單元由金屬基板、多個呈陣列分布在金屬基板上的接觸式壓阻傳感器、覆蓋在多個接觸式壓阻傳感器上的柔性面膜構成，模擬信號采集處理單元、數字信號采集處理單元、數據集成轉換單元亦分別設置在金屬基板上。
所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于所述模擬信號采集處理單元由信號調理采集電路構成，所述數字信號采集處理單元由模數轉換模塊和噪聲濾波器構成， 所述數據集成轉換單元由數據收發模塊構成。
所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于多個訓練感測板中的數據集成轉換單元分別以級聯方式接入網絡交換機，多個訓練感測板、無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機分別通過網絡交換機以Ethernet方式與上位機操作終端通訊連接，以實現單一訓練、任意組合訓練、一體化訓練。
所述無線網絡攝像機為基于WIFI的無線網絡攝像機，所述無線九軸姿態測量組件包括基于WIFI的無線三軸磁場計、基于WIFI的三軸加速度計和基于WIFI的三軸陀螺儀，上位機操作終端為普通PC機,或者是手機,或者是平板電腦,或者是觸摸屏電腦,或者是電子白板。
所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于還包括配合使用的訓練輔具，所述訓練輔具由平衡球、平衡板、海綿墊、踏凳、跨凳，以及供最邊上的一個訓練感測板安裝的可調節高度的坐凳構成。
所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于所述上位機操作終端中設置有評估軟件，評估軟件由信息管理模塊、通訊接口模塊、數據實時獲取轉換模塊、數據倉庫管理模塊、數據提取分析模塊、虛擬場景引導訓練模塊、訓練計時打分模塊、報表打印輸出模塊構成，其中
信息管理模塊管理訓練對象個人信息和訓練成績的綁定關聯；
通訊接口模塊用于建立訓練感測板中數字信號采集處理單元、無線網絡攝像機、 無線九軸姿態測量組件與上位機操作終端之間的通信約定和數據交換；
數據實時獲取轉換模塊實時獲得從數字信號采集處理單元傳送來的經校準計算后的訓練感測板的壓強數據、無線網絡攝像機的反饋影像數據、無線九軸姿態測量組件的體位姿態數據；
數據倉庫管理模塊存儲訓練對象的個人信息、訓練時間、訓練實時得分、訓練步驟得分、訓練階段得分、訓練總成績；
數據提取分析模塊對基于平衡和步態參數的特征提取和分析；
虛擬場景引導訓練模塊對多種姿態的平衡和步態的訓練方法通過虛擬游戲場景、 語音、動畫的方式引導提示用戶完成訓練；
訓練計時打分模塊用于多種姿態的平衡和步態訓練的實時計分、訓練步驟計分、 訓練階段計分、訓練總成績計分及多次訓練結果進行對比分析；
報表打印輸出模塊用于對訓練成績和結果進行打印輸出。5
自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于訓練對象按臥姿、躺坐轉移、坐姿、坐站轉移、站姿、站走轉移、步行這七種姿態在在訓練感測板上進行平衡功能和步態訓練時，人體的背部、臀部或足底與緊固在金屬基板上的接觸式壓阻傳感器和柔性面膜進行充分接觸使傳感器受力，此時接觸式壓阻傳感器透過柔性面膜感測到人體背部、臀部或足底與接觸式壓阻傳感器的接觸面壓強的電壓信號，該電壓信號輸出至模擬信號采集處理單元，經模擬信號采集處理單元解碼、放大、阻抗、濾噪處理后，再輸出至數字信號采集處理單元，經數字信號采集處理單元掃描驅動、A/D轉換、數字信號濾噪、數據包整合，最后將整合后的數據包輸出至數據集成轉換單元，經數據集成轉換單元接收、異常處理、校驗、轉發后與無線網絡攝像機實時獲取的高清影像數據、無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據一并通過網絡交換機以Ethernet通訊方式將數據包按十六進制數據格式約定傳輸至上位機操作終端；
所述上位機操作終端中通訊接口模塊按約定對數據包進行解包并將解包后的每個接觸式壓阻傳感器原始電壓值傳遞給數據實時獲取轉換模塊，數據實時獲取轉換模塊按先后順序依次獲得每個接觸式壓阻傳感器的原始電壓值與校準系數進行關聯計算后，得出接觸面上每個受力傳感器的壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據，數據倉庫管理模塊對每個接觸式壓阻傳感器的位置和輸出壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據進行存取、賦值傳遞，數據提取分析模塊依據受力傳感器的位置和壓強值進行單壓力中心或多壓力中心多參數的提取分析，提取分析后的數據與數據實時獲取轉換模塊中的無線網絡攝像機實時獲取的高清反饋影像和無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據一并同步傳遞給虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊，虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊根據各訓練階段目標控制參數的復雜性利用虛擬游戲場景和設定的訓練目標依照語音、動畫、計時要求的引導完成各種姿態體位的訓練并得到訓練過程的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分和訓練總成績計分及歷次訓練結果對比分析，進而形成全新的自助式平衡與步態的訓練方法。
所述的自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于所述單壓力中心或多壓力中心多參數包括地面反作用力、壓力圖像、壓力等級圖、接觸面作用點及其軌跡、接觸面積、速度、加速度。
所述的自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于所述體位姿態數據包括角度、角速度、角加速度、運動速度、運動加速度、航向。
本發明優點為
I、與現有技術相比，本發明基于陣列式壓強傳感器和線(角)加速度的原理，實現對訓練過程的分姿態(部位)選擇(可以對人體的多個部位和不同姿態進行選擇)、多階段訓練(可將訓練過程按難易程度分等級)、多目標跟蹤(如壓力中心、局部分壓力中心、線加速度、角加速度)、多參數表征(如壓力中心、速度、加速度、關節角度、身體姿態等);
2、與現有技術相比，本發明采用虛擬場景式的游戲情景訓練方式對訓練過程進行引導，使訓練過程更具真實性、趣味性，讓訓練對象對基于平衡和步態的訓練過程有身臨其境之感，訓練游戲均是以現行成熟的訓練方案為設計基礎，全面保證訓練對象的安全和便利，以實現系統的“自助式”功能(無需康復治療師的任何協助，可放在訓練對象家里使用)。
3、采用訓練實時打分機制，以打分的方式來衡量實時訓練時與訓練目標要求的符合程度，有利于提高用戶的訓練興趣。
4、解決與第三方廠商康復平臺的對接及設備同步觸發使用。
5、采用九軸姿態測量組件和網絡攝像機對訓練對象的關節角度和身體姿態進行實時視覺反饋，以便及時調整訓練姿態。
6、用戶訓練數據通過移動操作終端共享至云存儲服務端，可對訓練數據進行定性定量分析，并可與其他用戶交流訓練經驗。
7、硬件訓練裝置可根據用戶的訓練要求實現自行拆分或任意組合以完成對基于平衡功能和步態的不同部位的訓練和功能障礙的改善。
8、采用Ethernet通訊方式,可以極大提高通訊速率、通訊距離、同步性能,可根據用戶的需要將通訊方式轉換為wifi，實現無線，省去現場線纜纏繞的煩惱。
9、用戶使用終端:解決跨平臺(Windows、Linux、Android、iOS)在多終端(PC、手機、平板電腦、觸摸屏電腦、電子白板)上的使用。
圖I為本發明系統硬件結構圖。
圖2為本發明訓練感測板結構圖。
圖3為本發明單壓力中心和多壓力中心關系示意圖。
圖4本發明訓練目標方向示意圖。
圖5為本發明臥姿訓練及目標示意圖。
圖6為本發明躺坐轉移訓練及目標示意圖。
圖7為本發明坐姿訓練及目標示意。
圖8為坐站轉移訓練及目標示意圖。
圖9為站姿訓練及目標示意圖。
圖10為站走轉移訓練及目標示意圖。
圖11為步行訓練及目標示意圖。
圖12為自助式平衡與步態訓練系統信號采集原理圖。
圖13為自助式平衡與步態訓練系統軟件功能模塊圖。
圖14為自助式平衡與步態訓練系統用戶操作流程圖。
具體實施方式
如圖I、圖2所示。本發明中，系統由訓練感測板、無線網絡攝像機9、無線九軸姿態測量組件10、訓練輔具、網絡交換機8和上位機操作終端16組成；訓練感測板由陣列式壓強傳感器感測單元I、模擬信號采集處理單元2、數字信號采集處理單元3、數據集成轉換單元4構成；陣列式壓強傳感器感測單元I由若干接觸式壓阻傳感器呈陣列分布構成敏感感測單元，將傳感器感測單元緊固在鋁質基板6上，再在感測單元上覆蓋柔性面膜7 ;模擬信號采集處理單元2由信號調理采集電路構成；數字信號采集處理單元3由模數轉換模塊和噪聲濾波模塊構成；數據集成轉換單元4由數據收發模塊構成。
無線網絡攝像機9即基于WIFI的無線網絡攝像機；無線九軸姿態測量組件10包括基于WIFI的無線三軸磁場計、基于WIFI的三軸加速度計和基于WIFI的三軸陀螺儀。
訓練輔具包括平衡球13、平衡板14、海綿墊15、可調節高度坐凳5、踏凳11、跨凳 12 ;網絡交換機8即高速千兆網絡交換機；上位機操作終端16可為普通PC機，或者是手機， 或者是平板(Android、iOS)電腦,或者是觸摸屏電腦,或者是電子白板。
如圖13所示。上位機訓練系統的評估軟件包括信息管理模塊、通訊接口模塊、數據實時獲取轉換模塊、數據倉庫管理模塊、數據提取分析模塊、虛擬場景引導訓練模塊、訓練計時打分模塊、報表打印輸出模塊。
信息管理模塊用于管理訓練對象個人信息和訓練成績的綁定關聯。通訊接口模塊用于建立數字信號采集處理單元、無線網絡攝像機、無線九軸姿態測量組件與上位機操作終端之間的通信約定和數據交換。數據實時獲取模塊用于實時獲得從數字信號采集處理單元傳上來的經校準計算后的壓力感測板的壓強數據、無線網絡攝像機的反饋影像數據、無線陀螺儀的體位姿態數據。數據倉庫管理模塊用于存儲訓練對象的個人信息、訓練時間、訓練實時得分、訓練步驟得分、訓練階段得分、訓練總成績。數據提取分析模塊用于對基于平衡和步態參數的特征提取和分析。虛擬場景引導訓練模塊是對多種姿態的平衡和步態的訓練方法通過虛擬游戲場景、語音、動畫的方式引導提示用戶完成訓練。訓練計時打分模塊用于多種姿態的平衡和步態訓練的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分、訓練總成績計分及多次訓練結果進行對比分析。報表打印輸出模塊用于對訓練成績和結果進行打印輸出。
如圖12、圖14所示。本發明中，陣列式壓強傳感器感測單元信號輸出端與模擬信號采集處理單元信號輸入端連接，模擬信號采集處理單元信號輸出端與數字信號采集處理單元輸入端連接，數字信號采集處理單元輸出端與數據集成轉換單元輸入端連接，數據集成轉換單元輸出端、無線網絡攝像機輸出端、無線九軸姿態測量組件輸出端均通過網絡交換機以Ethernet方式與上位機操作終端進行通訊，上位機操作終端接收到數據包后對其進行解包、整合、轉換、系數校準計算，得到每個受力傳感器的壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據，再根據接觸面每個受力傳感器的值進行單壓力中心或多壓力中心多參數(地面反作用力、壓力圖像、壓力等級圖、接觸面作用點及其軌跡、接觸面積、速度、加速度)的提取分析，同時結合無線網絡攝像機實時獲取的高清反饋影像和無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據(角度、角速度、角加速度、運動速度、運動加速度、航向)，最后根據各訓練階段目標控制參數的復雜性利用虛擬游戲場景和設定的訓練目標依照語音、動畫、計時要求的引導完成各種姿態體位的訓練并得到訓練過程的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分和訓練總成績計分及歷次訓練結果對比分析，進而形成全新的自助式平衡與步態的訓練方法。
本發明中，訓練感測板基于壓阻式陣列壓強傳感器原理，故可根據傳感器受力大小實時獲得按觸面壓力彩色圖像(印跡)。無線網絡攝像機用于對訓練對象的身體姿態進行實時視覺反饋，采用WIFI通訊方式，2臺，分別放置在訓練對象的兩側，兩臺攝像機與訓練對象的距離相等且鏡頭間的夾角為90度(即兩臺攝像機和訓練對象三者間的位置構成等腰直角三角形)。無線九軸姿態測量組件用于對訓練對象軀干和關節姿態的追蹤測量，采用 InvenSense公司的MPU-9150姿態追蹤組件，WIFI通訊方式，7只，分別用測量組件內附的綁帶緊固在左踝關節、右踝關節、左膝關節、右膝關節、左髖關節、右髖關節、背部軀干。訓練輔具用于訓練過程中的輔助訓練和安全防護，采用直徑45cm可承重150kg的平衡球、8直徑30cm可承重150kg的陀螺狀鋼化塑料平衡板、40cmX40cmX IOcm的高回彈海綿墊、 70cmX 50cm可調節高度坐竟、40cmX 15cmX IOcm的木質踏竟、40cmX 15cmX 15cm的木質跨竟。
每塊訓練感測板、網絡攝像機和九軸姿態測量組件分別以級聯方式接入高速千兆網絡交換機，并以Ethernet方式與上位機進行通訊，可根據現場需要將Ethernet (有線)方式通過無線交換機轉換為wifi (無線)方式，實現無線通訊；同時可通過Ethernet通訊或 TTL電平與第三方廠商的康復平臺設備實現同步輸入輸出觸發使用，其同步誤碼差6小時內小于等于I毫秒。
本發明中自助式人體平衡功能與步態訓練方法如下當訓練對象按所述的七種訓練姿態(臥姿、躺坐轉移、坐姿、坐站轉移、站姿、站走轉移、步行)在訓練裝置上進行平衡功能和步態訓練時，人體的背部、臀部或足底與緊固在鋁質基板上的壓阻式陣列壓強傳感器和柔性面膜進行充分接觸使傳感器受力，此時傳感器透過柔性面膜感測到人體背部、臀部或足底與傳感器的接觸面壓強的電壓信號，該電壓信號輸出至模擬信號采集處理單元經模擬信號解碼、放大、阻抗、濾噪處理后，再輸出至數字信號采集處理單元經掃描驅動、A/D轉換、數字信號濾噪、數據包整合，最后將整合后的數據包輸出至數據集成轉換單元經接收、 異常處理、校驗、轉發后與無線網絡攝像機實時獲取的高清影像數據、無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據一并通過高速千兆網絡交換機以Ethernet通訊方式將數據包按十六進制數據格式約定傳輸至上位機操作終端通訊接口模塊，通訊接口模塊按約定對數據包進行解包并將解包后的每個壓強傳感器原始電壓值傳遞給數據實時獲取轉換模塊，數據實時獲取轉換模塊按先后順序依次獲得每個傳感器的原始電壓值與校準系數進行關聯計算后，得出接觸面每個受力傳感器的壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據，數據倉庫管理模塊對每個傳感器的位置和輸出壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據進行存取、賦值傳遞，數據提取分析模塊依據受力傳感器的位置和壓強值進行單壓力中心或多壓力中心多參數(地面反作用力、壓力圖像、壓力等級圖、接觸面作用點及其軌跡、接觸面積、速度、加速度等)的提取分析，提取分析后的數據與數據實時獲取轉換模塊中的無線網絡攝像機實時獲取的高清反饋影像和無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據(角度、角速度、角加速度、運動速度、運動加速度、航向)一并同步傳遞給虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊，虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊根據各訓練階段目標控制參數的復雜性利用虛擬游戲場景和設定的訓練目標依照語音、動畫、計時要求的引導完成各種姿態體位的訓練并得到訓練過程的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分和訓練總成績計分及歷次訓練結果對比分析，進而形成全新的自助式平衡與步態的訓練方法。
本發明中，訓練感測板根據訓練功用的不同分為坐姿訓練感測板、站姿訓練感測板和步行訓練感測板。坐姿訓練感測板用于坐姿訓練和坐站轉移訓練，站姿訓練感測板和步行訓練感測板組合后用于臥姿訓練、躺坐轉移訓練、站姿訓練、站走轉移訓練、步行訓練。 坐姿訓練感測板由一塊40cm*50cm的長方形壓強傳感器陣列構成；站姿訓練感測板由一塊 40cm*50cm的長方形壓強傳感器陣列構成；步行訓練感測板由三塊40cm*50cm的長方形壓強傳感器陣列構成，且每塊壓強傳感器陣列之間用金屬塊和螺栓進行連接緊固，可自行拆分進行單一訓練或任意合并進行組合訓練。
如圖3所示，本發明中，訓練感測板的陣列式壓強傳感器感測單元的傳感器密度為I只傳感器/cm~2，故接觸面的受力傳感器數量即為接觸面積，因此可進行單壓力中心 (重心，即單目標)和局部微觀分壓力中心(分重心，即多目標)的拆分計算，進而完成局部微觀區域的多目標跟蹤和多目標訓練。
圖3中，A為單壓力中心(即單目標)示意圖黑色腳印代表壓強傳感器的受力印跡，白色圓點代表受力印跡的壓力中心點。B為單壓力中心轉換為多壓力中心(即多目標) 示意圖黑色腳印代表壓強傳感器的受力印跡，兩道白線將受力印跡分為三個局部區域，三個白色圓點分別代表三個局部區域的分壓力中心。
轉換方法受力印跡是由每個受力壓強傳感器所組成，每個受力壓強傳感器包含三個信息輸出值、所在的列位置(即X方向的力臂)、所在的行位置(即Y方向的力臂)、根據公式:
權利要求
1.自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于包括有上位機操作終端、網絡交換機、多個供人體站立或平躺的訓練感測板、佩戴在人體上的無線九軸姿態測量組件、多個分別從不同角度拍攝人體的無線網絡攝像機，多個訓練感測板沿平面一字排開并拼接為一體，每個訓練感測板由陣列式壓強傳感器感測單元、模擬信號采集處理單元、數字信號采集處理單元、數據集成轉換單元構成，每個訓練感測板中，陣列式壓強傳感器感測單元的輸出端與模擬信號采集處理單元輸入端連接，模擬信號采集處理單元輸出端與數字信號采集處理單元輸入端連接，數字信號采集處理單元輸出端與數據集成轉換單元輸入端連接，多個訓練感測板中的數據集成轉換單元、無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機分別通過網絡交換機與上位機操作終端通訊連接。
2.根據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于每個訓練感測板中，陣列式壓強傳感器感測單元由金屬基板、多個呈陣列分布在金屬基板上的接觸式壓阻傳感器、覆蓋在多個接觸式壓阻傳感器上的柔性面膜構成，模擬信號采集處理單元、數字信號采集處理單元、數據集成轉換單元亦分別設置在金屬基板上。
3.根據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于所述模擬信號采集處理單元由信號調理采集電路構成，所述數字信號采集處理單元由模數轉換模塊和噪聲濾波器構成，所述數據集成轉換單元由數據收發模塊構成。
4.根據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于多個訓練感測板中的數據集成轉換單元分別以級聯方式接入網絡交換機，多個訓練感測板、無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機分別通過網絡交換機以Ethernet方式與上位機操作終端通訊連接，以實現單一訓練、任意組合訓練、一體化訓練。
5.根據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于所述無線網絡攝像機為基于WIFI的無線網絡攝像機，所述無線九軸姿態測量組件包括基于WIFI的無線三軸磁場計、基于WIFI的三軸加速度計和基于WIFI的三軸陀螺儀，上位機操作終端為普通PC機，或者是手機，或者是平板電腦，或者是觸摸屏電腦，或者是電子白板。
6.根 據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于還包括配合使用的訓練輔具，所述訓練輔具由平衡球、平衡板、海綿墊、踏凳、跨凳，以及供最邊上的一個訓練感測板安裝的可調節高度的坐凳構成。
7.根據權利要求I所述的自助式平衡與步態訓練系統，其特征在于所述上位機操作終端中設置有訓練軟件，評估軟件由信息管理模塊、通訊接口模塊、數據實時獲取轉換模塊、數據倉庫管理模塊、數據提取分析模塊、虛擬場景引導訓練模塊、訓練計時打分模塊、報表打印輸出模塊構成，其中信息管理模塊管理訓練對象個人信息和訓練成績的綁定關聯；通訊接口模塊用于建立訓練感測板中數字信號采集處理單元、無線網絡攝像機、無線九軸姿態測量組件與上位機操作終端之間的通信約定和數據交換；數據實時獲取轉換模塊實時獲得從數字信號采集處理單元傳送來的經校準計算后的訓練感測板的壓強數據、無線網絡攝像機的反饋影像數據、無線九軸姿態測量組件的體位姿態數據；數據倉庫管理模塊存儲訓練對象的個人信息、訓練時間、訓練實時得分、訓練步驟得分、訓練階段得分、訓練總成績；數據提取分析模塊對基于平衡和步態參數的特征提取和分析； 虛擬場景引導訓練模塊對多種姿態的平衡和步態的訓練方法通過虛擬游戲場景、語音、動畫的方式引導提示用戶完成訓練； 訓練計時打分模塊用于多種姿態的平衡和步態訓練的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分、訓練總成績計分及多次訓練結果進行對比分析； 報表打印輸出模塊用于對訓練成績和結果進行打印輸出。
8.自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于訓練對象按臥姿、躺坐轉移、坐姿、坐站轉移、站姿、站走轉移、步行這七種姿態在在訓練感測板上進行平衡功能和步態訓練時，人體的背部、臀部或足底與緊固在金屬基板上的接觸式壓阻傳感器和柔性面膜進行充分接觸使傳感器受力，此時接觸式壓阻傳感器透過柔性面膜感測到人體背部、臀部或足底與接觸 式壓阻傳感器的接觸面壓強的電壓信號，該電壓信號輸出至模擬信號采集處理單元，經模擬信號采集處理單元解碼、放大、阻抗、濾噪處理后，再輸出至數字信號采集處理單元，經數字信號采集處理單元掃描驅動、A/D轉換、數字信號濾噪、數據包整合，最后將整合后的數據包輸出至數據集成轉換單元，經數據集成轉換單元接收、異常處理、校驗、轉發后與無線網絡攝像機實時獲取的高清影像數據、無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據一并通過網絡交換機以Ethernet通訊方式將數據包按十六進制數據格式約定傳輸至上位機操作終端； 所述上位機操作終端中通訊接口模塊按約定對數據包進行解包并將解包后的每個接觸式壓阻傳感器原始電壓值傳遞給數據實時獲取轉換模塊，數據實時獲取轉換模塊按先后順序依次獲得每個接觸式壓阻傳感器的原始電壓值與校準系數進行關聯計算后，得出接觸面上每個受力傳感器的壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據，數據倉庫管理模塊對每個接觸式壓阻傳感器的位置和輸出壓強值、無線網絡攝像機的影像數據、無線九軸姿態測量組件的姿態監測數據進行存取、賦值傳遞，數據提取分析模塊依據受力傳感器的位置和壓強值進行單壓力中心或多壓力中心多參數的提取分析，提取分析后的數據與數據實時獲取轉換模塊中的無線網絡攝像機實時獲取的高清反饋影像和無線九軸姿態測量組件實時獲取的體位姿態數據一并同步傳遞給虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊，虛擬場景引導訓練模塊和訓練計時打分模塊根據各訓練階段目標控制參數的復雜性利用虛擬游戲場景和設定的訓練目標依照語音、動畫、計時要求的引導完成各種姿態體位的訓練并得到訓練過程的實時計分、訓練步驟計分、訓練階段計分和訓練總成績計分及歷次訓練結果對比分析，進而形成全新的自助式平衡與步態的訓練方法。
9.根據權利要求8所述的自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于所述單壓力中心或多壓力中心多參數包括地面反作用力、壓力圖像、壓力等級圖、接觸面作用點及其軌跡、接觸面積、速度、加速度。
10.根據權利要求8所述的自助式平衡與步態訓練方法，其特征在于所述體位姿態數據包括角度、角速度、角加速度、運動速度、運動加速度、航向。
全文摘要
本發明公開了一種自助式平衡與步態訓練系統及方法，系統由訓練感測板、上位機操作終端、網絡交換機、無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機構成，訓練感測板檢測到的信號，以及無線九軸姿態測量組件、無線網絡攝像機得到的信號分別通過網絡交換機傳輸至上位機操作終端，受訓對象根據操作終端軟件(訓練游戲)的引導完成平衡功能和步態的訓練，最后生成訓練報告。
文檔編號A63B22/00GK102921162SQ20121041795
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月27日 優先權日2012年10月27日
發明者宋箭, 莊建海, 張偉, 劉元標, 黃澎, 龍希文 申請人:安徽埃力智能科技有限公司