一种飞行员前庭功能训练系统的制作方法

1.本发明属于前庭系统训练技术领域，具体涉及一种飞行员前庭功能训练系统。


背景技术：

2.在空中操纵飞机进行飞行的人员处于一种三维空间运动模式，这种运动状态与地面上的行走、跑步等二维空间内的运动模式相差很大，空中飞行的复杂性对飞行员的前庭系统负荷很大，要求具有较强的空间定向能力。而很多飞行事故是由飞行员对飞机的位置和运动状态出现错误感觉导致的，发生空间定向障碍仍然是飞行事故发生的主要因素。因此飞行员的空间定向能力至关重要，目前预防和避免空间定向障碍的措施主要是通过有规律地对飞行员的前庭系统施加一定强度的刺激，让飞行员更能适应空中飞行对前庭系统产生的影响，从而提高飞行员的空间定向能力。
3.目前飞行员的前庭系统功能训练设备可以分为两种类型，一种是主动型，包括滚轮、旋梯等，另一种是被动型，包括电动转椅和四柱电动秋千。主动型设备的缺点在于训练强度和训练量难以定量控制；而被动型设备的缺点在于提供的前庭性刺激单一，如电动转椅仅能刺激半规管，四柱电动秋千仅能刺激耳石。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种飞行员前庭功能训练系统。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种飞行员前庭功能训练系统，包括，
7.伺服电机；
8.十字固定架，其交叉处与所述伺服电机的转轴连接；
9.四个座椅，分别滑动设于所述十字固定架的四个端部；
10.上位机，与所述伺服电机电连接；用于控制所述伺服电机的转速、转动方向和转动时长，以引导飞行员进行前庭功能训练。
11.优选的，所述上位机包括：半规管稳定性训练模块，其具体包括，
12.体验正转模式，第一阶段，转速10转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段正转、转速12.5转/分钟、持续时长1分钟；
13.第一正转模式，第一阶段，转速10转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段正转、转速12.5转/分钟、持续时长5分钟；
14.第二正转模式，第一阶段转速12.5转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速15转/分钟、持续时长5分钟；
15.第三正转模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速17.5转/分钟、持续时长5分钟；
16.第四正转模式，第一阶段转速17.5转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速20转/
分钟、持续时长5分钟。
17.优选的，所述上位机包括：反旋转错觉训练模块，其具体包括，
18.体验反旋转错觉模式，转速10转/分钟、持续时长1分钟，之后速度迅速降至0转/分钟；
19.第一反旋转错觉模式，转速10转/分钟、持续时长5分钟，之后速度迅速降至0转/分钟；
20.第二反旋转错觉模式，转速20转/分钟、持续时长5分钟，之后速度迅速降至0转/分钟。
21.优选的，所述上位机包括：俯仰错觉训练模块，其具体包括，
22.体验俯仰错觉模式，第一阶段转速10转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速10转/分钟、持续时长20秒；
23.第一俯仰错觉模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速15转/分钟、持续时长20秒。
24.优选的，所述上位机包括：倾斜错觉训练模块，其具体包括，
25.体验倾斜错觉模式，第一阶段转速10转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速10转/分钟、持续时长20秒；
26.第一倾斜错觉模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速15转/分钟、持续时长20秒。
27.优选的，还包括，
28.电机伺服驱动器，与所述伺服电机电连接，用于控制伺服电机转动；
29.通讯控制器，用于将所述上位机发出的控制指令传递给所述电机伺服驱动器；其一端通过can总线与所述伺服电机电连接，另一端与所述上位机电连接。
30.设备运行状态监控系统，与所述伺服电机电连接，用于监测所述伺服电机的工作状态。
31.优选的，
32.所述十字固定架的每个支杆上设置有若干通孔；
33.每个所述座椅的下端设置有筒状连接件，所述筒状连接件侧壁上开设有固定孔；
34.每个所述筒装连接件穿过一个所述十字固定架的支杆，通过固定杆穿过对应位置的所述固定孔和一个所述通孔，将四个所述座椅固定在每个所述支杆的端部。
35.优选的，
36.所述座椅上设置有安全紧固带、置脚板、前后俯仰角度调节机构
37.所述安全紧固带包括脚带及肩腰部安全带。
38.优选的，还包括，生理数据采集系统，用于采集脑活动数据、心电数据、眼动数据。
39.本发明提供的一种飞行员前庭功能训练系统具有以下有益效果：与现有技术对比，本发明的转椅能够容纳四人同时训练，可以通过预编程软件实现对转椅的转动角速度、转动角加速度、线加速度的精确控制，能够为飞行员提供躯体旋转错觉刺激、科里奥利加速度刺激等，由于转椅的转动半径和转动俯仰角度能够调节，能够模拟不同体位下科里奥利加速度对飞行错觉的影响，同时生理数据采集系统记录的脑活动数据、心电数据、眼动数据也能为训练和实验提供客观分析的基础。考虑到转椅属于较大型的转动设备而特殊增加了
安全护栏设施，从而在保证人员安全的情况下提高飞行员的前庭感觉能力。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例1的一种飞行员前庭功能训练设备的俯视图；
42.图2为本发明实施例1的一种飞行员前庭功能训练设备的主视图；
43.图3为本发明实施例1的上位机的系统框图。
44.附图标记说明：
45.1.座椅；2.十字固定架；3.围栏。
具体实施方式
46.为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
49.实施例1
50.下面结合附图对本发明的实施技术方案进行详细说明。显然，此处所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.如图1和图2所示，一种飞行员前庭功能训练系统，包括转动组件和控制柜。转动组件包括十字固定架2、四个座椅1和伺服电机。十字固定架2的每个支杆上设置有若干通孔，每个座椅1活动设置在一个支杆上，通过一个固定杆与一个支杆固定，伺服电机电连接有减速器并且输出轴与十字固定架2传动连接。控制柜内设置有上位机，上位机与伺服电机电连接；用于控制伺服电机的转速、转动方向和转动时长，以引导飞行员进行前庭功能训练。当要改变转动半径时，滑动座椅1到合适位置，通过固定杆将座椅1底固定在对应的通孔上完成转动半径调节。
52.在本实施例中控制柜内还设置有，控制柜柜体、设备运行状态监控系统、上位机系统、安装于控制柜柜体正面的运行状态指示灯、启动按钮、正反转选择按钮、转速调节旋钮。上位机发送驱动指令控制伺服电机转动，从而调节转椅主机的转动，以提供前庭感觉刺激。设备运行状态监控系统用于监测伺服电机的工作状态。
53.还包括电气柜，电气柜内设置有电气柜柜体、总电源开关、380v电源开关、220v电源开关、启动继电器、通讯控制器、稳流卸荷电阻、电机伺服驱动器、固定于电气柜柜体上的电源状态指示灯、急停系统。380v电源开关是伺服电机的电源开关。220v电源开关是上位机的电源开关。启动继电器的作用是保持系统电路。通讯控制器安装于电气柜柜体中部右侧，用于通过网络端口接收上位机系统发出的驱动指令，电机伺服驱动器，用于控制伺服电机转动，电机伺服驱动器与通讯控制器通过can总线通讯；稳流卸荷电阻接入电机伺服驱动器进行过载保护，避免启动电流过大，避免伺服电机失速。电源状态指示灯能反映出总电源的运行状态，在总电源正常时为绿色，在总电源异常时自动关闭。急停系统，通过急停按钮手动控制急停系统，用于在系统运行状态异常时由操作人员切断总电源从而关闭运行，系统正常运行时应保持旋开。
54.座椅1上设置有安全紧固带、置脚板、前后俯仰角度调节机构、旋筒状连接件。安全紧固带包括脚带及肩腰部安全带，脚带用于固定飞行员的小腿，避免旋转过程中甩出。置脚板固定于座椅1下方，用于飞行员放置脚部。前后俯仰角度调节机构利用座椅1前后机械倾斜的方法实现座椅1前后倾斜。当要改变转动半径时，可拉出固定杆，滑动座椅1到合适位置，将固定杆依次穿过固定孔和一个通孔完成座椅1的转动半径调节。
55.在本实施例中还包括，采集脑活动数据、心电数据、眼动数据的生理数据采集系统。脑活动数据采集装置具有记录飞行员脑部的电活动和血氧浓度的功能，心率数据采集装置具有记录飞行员心率变化数据的功能，眼动数据采集装置具有记录飞行员眼球转动数据的功能。当人的前庭系统向大脑传送复杂和矛盾的刺激时就会产生飞行错觉，飞行错觉进而会对心脏跳动和眼球转动产生影响，因此飞行错觉可能会伴随着大脑活动异常、心率变化、反射性眼跳等反应。
56.进一步的，还包括安全护栏包括喷漆的金属质围栏3、金属质进出门、以及一个金属质门闩，安全护栏围绕转动组件固定放置，用于在设备周围隔离出运行影响区域，避免人员被运行设备刮碰和撞击的危险。
57.进一步的，上位机包括：半规管稳定性训练模块，通过多种模式两个阶段不同转速的转动训练进行半规管稳定性训练，转速恒定后使用者匀速左右摆头；反旋转错觉训练模块，通过多种模式转速转动时迅速停止进行反旋转错觉训练；俯仰错觉训练模块，通过多种模式三个阶段不同转速的转动训练进行俯仰错觉训练，使用者将头部左倾或右倾，转速恒定后，头部向反方向倾斜并保持，产生俯仰或前后翻转的错觉；倾斜错觉训练模块，通过多种模式三个阶段不同转速的转动训练进行倾斜错觉训练，使用者抬头或低头，转速恒定后保持相反状态，产生右左倾或向右向左滚转的错觉。
58.具体的，半规管稳定性训练的模式包括：体验正转模式，第一阶段，转速10转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段正转、转速12.5转/分钟、持续时长1分钟；第一正转模式，第一阶段，转速10转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段正转、转速12.5转/分钟、持续时长5分钟；第二正转模式，第一阶段转速12.5转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速15转/分钟、持
续时长5分钟；第三正转模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速17.5转/分钟、持续时长5分钟；第四正转模式，第一阶段转速17.5转/分钟、持续时长1分钟，第二阶段，转速20转/分钟、持续时长5分钟。
59.第一次训练时选择第一正转模式；第二次训练时选择第二正转模式；第三次训练时选择第三正转模式；第四次训练时选择第四正转模式。随着训练次数的增加，训练强度进行增加，在后续每日巩固训练中都保持第四次训练的强度，每周的巩固训练保持第三次训练的强度。
60.具体的，反旋转错觉训练的模式包括：体验反旋转错觉模式，转速10转/分钟、持续时长1分钟，之后速度迅速降至0转/分钟；第一反旋转错觉模式，转速10转/分钟、持续时长5分钟，之后速度迅速降至0转/分钟；第二反旋转错觉模式，转速20转/分钟、持续时长5分钟，之后速度迅速降至0转/分钟。
61.第一次训练时选择第一反旋转错觉模式；第二次训练时选择第二反旋转错觉模式。在后续每日巩固训练中都保持第二次训练的强度，每周的巩固训练保持第一次训练的强度。
62.具体的，俯仰错觉训练的模式包括：体验俯仰错觉模式，第一阶段转速10转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速10转/分钟、持续时长20秒；第一俯仰错觉模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速15转/分钟、持续时长20秒。座椅1转动前，飞行员需要头部左倾，在转速恒定后向右摆头保持右倾，此时可产生“上仰”或“向后翻转”错觉。待错觉消失，且无其他不适感时，飞行员头部再由右倾摆动到左倾，保持不动，此时可产生“下俯”或“向前翻转”错觉。
63.在后续每日巩固训练中都保持第一俯仰错觉模式的强度，每周的巩固训练保持体验俯仰错觉模式的强度。
64.具体的，倾斜错觉训练的模式包括：体验倾斜错觉模式，第一阶段转速10转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速10转/分钟、持续时长20秒；第一倾斜错觉模式，第一阶段转速15转/分钟、持续时长20秒，第二阶段转速5转/分钟、持续时长20秒，第三阶段转速15转/分钟、持续时长20秒。座椅1转动前，飞行员需要抬头靠在座椅1上，在转速恒定后向下低头，并保持低头位置，此时可产生“右倾”或“向右滚转”错觉。待错觉消失，且无其他不适感时，头部再由低头位置抬头到靠在座椅1，此时可产生“左倾”或“向左滚转”错觉。
65.在后续每日巩固训练中都保持第一俯仰错觉模式的强度，每周的巩固训练保持体验俯仰错觉模式的强度。
66.同时，在所有模式中均支持正向旋转和反向旋转，其中正向旋转指当从转椅正上方往下看时，其做顺时针转动，反向旋转指当从转椅正上方往下看时，其做逆时针转动。
67.设备运行参数监控模块安装于设备运行状态监控系统，包括设备运行参数监控软件，具备通讯控制器参数设置、通讯控制器态监控、伺服状态监控功能。
68.以上实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。