【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人体行走动态平衡测试与训练领域领域，具体涉及一种人体行走平衡训练测试系统及动态平衡干扰方法。
技术介绍
1、双足直立行走方式因较小的足底支撑区域和较高的身体质心位置，给维持人体姿态平衡带来巨大挑战，创伤性脑损伤、脑血管意外、肢体残疾，以及老龄化造成的平衡感知和多肢体运动协调能力下降是导致平衡功能障碍的主要原因，致使患者面临极高的跌倒风险。双足直立行走平衡能力的补充增强和康复重建是改善运动平衡障碍患者生活质量、降低跌倒风险、回归社会生活的重要手段。平衡干扰训练是目前临床上重要的平衡能力康复治疗方法并已形成专家共识：通过在被试坐立、站立或行走过程中，对其躯干、上肢或腿部施加外部干扰，诱发人体失稳恢复应激动作，从而锻炼人体平衡能力。
2、目前，国内外用于人体站立平衡能力测试与训练的系统相对成熟，但尚缺乏用于人体行走动态平衡能力测试和训练的方法和系统，由于造成人体行走失稳摔倒的主要原因包括外力推倒、滑倒和绊倒等多种情况，因此为了全面评估人体维持动态行走的平衡能力，急需一种能够模仿推倒、滑倒和绊倒等多种失稳情况的行走动态平衡干扰方法和平衡训练系统。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有人体行走动态平衡能力测试和训练的方法和系统无法进行人体行走失稳摔倒时外力推倒、滑倒和绊倒等多种情况的干扰的训练测试，因此，提供一种人体行走平衡训练测试系统及动态平衡干扰方法。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种人体行走平衡训练测试系统，平衡训练测试系统包
4、所述伺服电机安装在实验平台支架的上方，伺服电机的输出轴与钢丝绳的一端连接，钢丝绳的另一端与人体的腰部缠带和脚部缠带连接，伺服电机带动钢丝绳通过腰部缠带和脚部缠带对人体腰部和腿部施加干扰力；
5、所述拉力传感器和滑轮机构与钢丝绳连接，拉力传感器测量和控制干扰力的大小；
6、所述跑步机安装在实验平台支架的内部下方位置，且所述跑步机为左右两条可独立控制的跑步带；
7、所述运动捕捉摄像头安装在实验平台支架的上方拐角处，所述运动捕捉摄像头记录人体行走时的肢体姿态数据。
8、进一步的，所述伺服电机具体包括m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机、m4伺服电机、m5伺服电机和m6伺服电机；
9、m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机安装在实验平台支架的两根长梁上，m5伺服电机和m6伺服电机安装在实验平台支架的两根短梁上。
10、进一步的，m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机上的钢丝绳与腰部缠带连接，主要对人体腰部随机施加干扰力。
11、进一步的，m5伺服电机和m6伺服电机上的钢丝绳与脚部缠带连接，主要对在人体摆动腿踝部随机施加干扰力。
12、进一步的，所述实验平台支架包括纵梁、长横梁、短横梁、侧支撑梁和尾部支撑梁；
13、纵梁的上下两端分别与长横梁和短横梁垂直连接组成实验平台支架的矩形主体框架，所述长横梁与侧支撑梁垂直对称连接，所述短横梁与尾部支撑梁垂直对称连接。
14、进一步的，所述侧支撑梁的高度高于尾部支撑梁的高度，侧支撑梁和尾部支撑梁的上方安装有滑轮机构，滑轮机构中的滑轮与钢丝绳之间滑动连接。
15、进一步的，所述跑步机的皮带起始端中心点处为xyz坐标系的原点o，y轴方向与跑步机皮带方向相同，z轴方向垂直于跑步机皮带，x轴方向根据右手定则确定。
16、进一步的，xy平面为水平面，且xy平面内的人体腰部的干扰力施加方向和干扰力施加的步态相位阶段；
17、进一步的，zy平面为矢状面，且zy平面内的人体支撑脚滑动速度干扰施加方向和滑动干扰施加的步态相位阶段。
18、进一步的，人体行走平衡训练测试系统的动态平衡干扰方法，该方法包括如下步骤：
19、步骤一：模拟人体行走时被推倒的失稳情况时的方法：
20、每台伺服电机的输出轴均连接钢丝绳，并且在电机输出轴和钢丝绳之间还安装了拉力传感器，用于测量和控制干扰力的大小；
21、m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机负责在人体腰部随机施加干扰力f1、f2、f3和f4，腰部收到的总干扰力fp由下列计算式得出：
22、fp＝f1+f2+f3+f4；
23、通过在人体行走支撑相的初期、中期和末期阶段，随机施加不同大小和方向的fp，模拟人体行走时被推倒的失稳情况；人体运动捕捉摄像头实时记录人体行走时的肢体姿态数据，用于评估人体维持行走动态平衡的能力；
24、步骤二：模拟人体行走时足底打滑的失稳情况时的方法：
25、跑步机支持实验被试以恒定速度行走或跑步，并且跑步机具有左右两条可独立控制的跑步带，通过控制跑步带加速度as的大小和方向来模拟足底打滑的失稳情况，跑步机可以在人体行走支撑相的初期、中期和末期阶段，随机施加不同方向的加速度as，从而模拟人体行走时足底打滑的失稳情况时的方法；人体运动捕捉摄像头实时记录人体行走时的肢体姿态数据，用于评估人体维持行走动态平衡的能力；
26、同时，跑步机进行实时测量和记录人体行走过程中的足底压力信息，用于评估人体维持行走动态平衡的能力；
27、步骤三：模拟人体行走时被障碍物绊倒的失稳情况时的方法：
28、m5伺服电机和m6伺服电机负责在人体摆动腿踝部施加随机干扰力ft，通过在人体行走支撑相的初期、中期和末期阶段，随机施加与人体行走方向相反的干扰力ft，从而模拟人体行走时被障碍物绊倒的失稳情况，人体运动捕捉摄像头安装于实验平台支架，实时记录人体行走时的肢体姿态数据，用于评估人体维持行走动态平衡的能力
29、本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
30、1.本专利技术通过设置伺服电机、拉力传感器、钢丝绳、滑轮机构和跑步机等结构，能够在人体行走过程中对人体施加不同方向外力，从而模拟推倒、滑倒和绊倒等失稳情况，同时系统可以测量人体在失稳恢复过程中的身体运动姿态和足底压力信息，用于评估人体的行走动态平衡能力。
31、2.本专利技术通过设置伺服电机、拉力传感器、钢丝绳、滑轮机构和跑步机等结构，能够模拟推倒、滑倒和绊倒等多种人体行走失稳场景，可用于评估人体维持行走稳定的能力，并且可作为康复训练设备锻炼人体的平衡能力，弥补了我国目前在人体行走平衡干扰方法和系统设备方面的空白。
32、3.本专利技术通过设置伺服电机、拉力传感器、钢丝绳、滑轮机构和跑步机等结构，能够模拟人体行走时被推倒的失稳情况，每台伺服电机的输出轴均连接钢丝绳，并且在电机输出轴和钢丝绳之间还安装了拉力传感器，用于测量和控制干扰力的大小，m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机负责在人体腰部随机施加干扰力f1、f2、f3和f4，腰部收到的总干扰力fp由下列计算式得出：fp＝f1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，平衡训练测试系统包括伺服电机(1)、拉力传感器(2)、钢丝绳(3)、滑轮机构(4)，跑步机(5)、运动捕捉摄像头(6)和实验平台支架(7)；
2.根据权利要求1所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，所述伺服电机(1)具体包括m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机、m4伺服电机、m5伺服电机和m6伺服电机；
3.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机上的钢丝绳(3)与腰部缠带(8)连接，主要对人体腰部随机施加干扰力。
4.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，m5伺服电机和m6伺服电机上的钢丝绳(3)与脚部缠带(9)连接，主要对在人体摆动腿踝部随机施加干扰力。
5.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，所述实验平台支架(7)包括纵梁(7-1)、长横梁(7-2)、短横梁(7-3)、侧支撑梁(7-4)和尾部支撑梁(7-5)；
6.根据权利要求2所
7.根据权利要求1所述的人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，所述跑步机(5)的皮带起始端中心点处为XYZ坐标系的原点O，Y轴方向与跑步机(5)皮带方向相同，Z轴方向垂直于跑步机(5)皮带，X轴方向根据右手定则确定。
8.根据权利要求6所述的人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，XY平面为水平面，且XY平面内的人体腰部的干扰力施加方向和干扰力施加的步态相位阶段。
9.根据权利要求6所述的人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，ZY平面为矢状面，且ZY平面内的人体支撑脚滑动速度干扰施加方向和滑动干扰施加的步态相位阶段。
10.根据权利要求1至9中任意一项权利要求所述的一种人体行走平衡训练测试系统的动态平衡干扰方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，平衡训练测试系统包括伺服电机(1)、拉力传感器(2)、钢丝绳(3)、滑轮机构(4)，跑步机(5)、运动捕捉摄像头(6)和实验平台支架(7)；
2.根据权利要求1所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，所述伺服电机(1)具体包括m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机、m4伺服电机、m5伺服电机和m6伺服电机；
3.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，m1伺服电机、m2伺服电机、m3伺服电机和m4伺服电机上的钢丝绳(3)与腰部缠带(8)连接，主要对人体腰部随机施加干扰力。
4.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，m5伺服电机和m6伺服电机上的钢丝绳(3)与脚部缠带(9)连接，主要对在人体摆动腿踝部随机施加干扰力。
5.根据权利要求2所述的一种人体行走平衡训练测试系统，其特征在于，所述实验平台支架(7)包括纵梁(7-1)、长横梁(7-2)、短横梁(7-3)、侧支撑梁(7-4)和尾部支撑梁(7-5)；...
【专利技术属性】
技术研发人员：丘世因，刘源，黄帅飞，冀逢锐，卫金泽，张宇剑，明东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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