一种用于评估平衡能力的装置

1.本发明涉及生物医学工程及康复医疗领域，具体的说是涉及一种用于评估平衡能力的装置。


背景技术：

2.人体的平衡能力是指人体维持自身稳定性的能力，包括维持某种姿势稳定的能力或受外作用力时调控机体保持平衡的能力，是人体重要的生理机能之一。人体的平衡能力与日常生活息息相关，平衡能力好的人，面对干扰能够快速反应，表现出更好的控制力；平衡能力差的人，面对突发的平衡干扰，容易发生跌倒事故，安全隐患更大。因此准确评估人体的平衡能力，对康复效果的评价具有重要意义。
3.在目前现有的平衡能力评估方法中，观察法和量表法的评估结果容易受到测试人员的主观影响，准确性不高，仅能用于初步筛查。仪器测试法主要是基于足底压力中心信息进行分析，受测者处于站立状态，对于平衡能力较好的人群缺乏挑战性，所以测试结果没有较好的区分度，具有一定的随机性。
4.在动态平衡研究中，研究人员给予受测者不同形式的干扰或使其处于不稳定的环境中，以测试其平衡能力，这种测试的内容在日常生活场景中较少出现，因此测试结果的参考价值通常不高。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于评估平衡能力的装置。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种用于评估平衡能力的装置，包括：
7.底板；
8.第一动平台，设置于所述底板上，所述第一动平台被装配为可相对于所述底板在水平方向滑动；
9.第二动平台，设置于所述第一动平台上，所述第二动平台被装配为可相对所述第一动平台在水平方向上滑动，所述第二动平台的滑动方向与所述第一动平台相对于所述底板的滑动方向成一预设夹角；
10.阻力装置，布置于所述底板与所述第一动平台之间以及所述第一动平台与所述第二动平台之间，所述阻力装置被装配为调节所述底板与所述第一动平台之间以及所述第一动平台与所述第二动平台之间的滑动阻力来模拟鞋底或脚底与地面之间的不同摩擦情况地面不同光滑程。
11.在本发明的一可选实施例中，所述用于评估平衡能力的装置还包括导向机构，所述导向机构设置于所述底板与所述第一动平台之间以及所述第一动平台与所述第二动平台之间。
12.在本发明的一可选实施例中，所述导向机构为线性滑轨滑块机构、或导向轴与直线轴承机构或轨道与导向轮机构。
13.在本发明的一可选实施例中，所述阻力装置为阻尼可调的阻尼器。
14.在本发明的一可选实施例中，所述底板与所述第一动平台之间的所述阻尼器与所述第一动平台或所述底板之间，以及所述第一动平台与所述第二动平台之间的所述阻尼器与所述第一动平台或所述第二动平台之间通过力传感器连接。
15.在本发明的一可选实施例中，所述第一动平台的滑动范围不小于200mm，所述第二动平台的滑动范围不小于50mm。
16.在本发明的一可选实施例中，所述用于评估平衡能力的装置还包括足底力测量组件，所述足底力测量组件安装于所述第二动平台上。
17.在本发明的一可选实施例中，所述足底力测量组件包括测力元件和托板，所述测力元件设置于所述托板与所述第二动平台之间。
18.在本发明的一可选实施例中，所述预设夹角为90度。
19.在本发明的一可选实施例中，所述用于评估平衡能力的装置还包括运动状态测量装置；
20.所述运动状态测量装置被装配为测量所述第一动平台相对于所述底板的滑动位移以及所述第二动平台相对于所述第一动平台的滑动位移，和/或所述第二动平台的加速度数据；
21.所述运动状态测量装置包括位移传感器和/或加速度传感器。
22.在本发明的一可选实施例中，所述阻力装置为气囊，包括第一气囊和第二气囊；所述第一气囊设置于所述底板与所述第一动平台之间，并固定安装于所述底板与所述第一动平台中的一个，通过调节所述第一气囊的气压来改变所述第一气囊与所述底板与所述第一动平台中的另一个之间的摩擦力；所述第二气囊设置于所述第一动平台与所述第二动平台之间，并固定安装于所述第一动平台与所述第二动平台中的一个，通过调节所述第二气囊的气压来改变所述第二气囊与所述第一动平台与所述第二动平台中的另一个之间的摩擦力。
23.本发明的用于评估平衡能力的装置，通过调整阻力装置，进而能够模拟鞋底或脚底与地面之间的不同摩擦情况，当受测者踏入测量装置后，对人体在调整姿势、维持身体平衡的过程中采集到的足底压力信息以及第一动平台和/或第二动平台的运动学数据设定一个或多个评价值，测量出受测者的平衡能力。这种测试过程贴近生活场景，评估结果具有较高的参考价值，并且操作简单，有利于进行临床推广。
附图说明
24.图1是本发明的实施例所提供的一种用于评估平衡能力的装置的立体图。
25.图2是本发明的实施例所提供的另一种用于评估平衡能力的装置的立体图。
26.图3是本发明的实施例所提供的又一种用于评估平衡能力的装置的立体图。
27.图4是本发明的实施例所提供的第四种用于评估平衡能力的装置的第一动平台的立体图。
具体实施方式
28.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
29.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.请参阅图1-4所示，本发明结合以下四种实施例来对本发明的技术方案来进行说明。
31.实施例1
32.请参阅图1所示，本实施例公开一种用于评估平衡能力的装置，包括底板1、第一动平台2、第二动平台3以及阻力装置。具体地，所述底板1位于所述用于评估平衡能力的装置的底部，作为整个装置的支撑平台；所述第一动平台2设置于所述底板1上，所述第一动平台2被装配为可相对于所述底板1在水平方向滑动；所述第二动平台3设置于所述第一动平台2上，所述第二动平台3被装配为可相对所述第一动平台2在水平方向上滑动，所述第二动平台3的滑动方向与所述第一动平台2相对于所述底板1的滑动方向成一预设夹角；所述阻力装置布置于所述底板1与所述第一动平台2之间以及所述第一动平台2与所述第二动平台3之间，所述阻力装置被装配为调节所述底板1与所述第一动平台2之间以及所述第一动平台2与所述第二动平台3之间的滑动阻力来模拟鞋底或脚底与地面之间的不同摩擦情况，从而模拟受测者踏入光滑程度不同的区域时的场景。
33.请参阅图1，在本实施例中，所述第一动平台2为中间向下凹陷形成的中间低两边高的弯折板结构，包括中间水平板以及位于两侧的水平侧板，所述水平侧板高于所述中间水平板，位于两侧的水平侧板与所述弯折板之间的空间用于安装下文将要介绍的第一阻力装置和第一导向机构，通过两侧的第一导向机构使所述中间水平板与所述底板1之间预留有间隙。
34.请参阅图1，在本实施例中，所述阻力装置包括第一阻力装置和第二阻力装置；所述第一阻力装置布置于所述底板1与所述第一动平台2之间，并位于所述第一动平台2的水平侧板与所述底板1之间，所述第二阻力装置布置于所述第一动平台2与所述第二动平台3之间。所述第一阻力装置为阻尼可调的阻尼器，作为第一阻尼器6a，所述第一阻尼器6a的伸缩方向与所述第一动平台2相对于所述底座的滑动方向平行。所述第二阻力装置也可为阻尼可调的阻尼器，定义为第二阻尼器6b，所述第二阻尼器6b的伸缩方向与所述第二动平台3相对于所述第一动平台2的滑动方向平行。阻尼器的阻尼大小可通过调整液压阀来调节。
35.请参阅图1，在本实施例中，所述底板1与所述第一动平台2之间的所述第一阻尼器6a与所述第一动平台2或所述底板1之间，以及所述第一动平台2与所述第二动平台3之间的所述第二阻尼器6b与所述第一动平台2或所述第二动平台3之间通过力传感器7连接。
36.在一具体示例中，所述第一阻尼器6a的固定端安装固定于所述底板1上，所述第一
阻尼器6a的自由端通过一力传感器7安装固定于所述第一动平台2的远离所述第一阻尼器6a的固定端的一端。所述第二阻尼器6b的固定端安装固定于所述第一动平台2上，所述第二阻尼器6b的自由端通过另一力传感器7安装固定于所述第二动平台3的远离所述第一阻尼器6a的固定端的一端。
37.可以理解的是，在一可选示例中，所述力传感器7也可安装于对应阻尼器的固定端与安装位置之间，例如所述第一阻尼器6a的固定端通过一力传感器与所述底板1连接。
38.需要说明的是，在其他实施例中，所述第一阻力装置和第二阻力装置中的一个采用阻尼器，而另一个采用实施例4中的气囊结构。
39.请参阅图1，在本实施例中，为了准确限定所述第一动平台2被相对于所述底板1的水平滑动，以及所述第二动平台3相对所述第一动平台2的水平滑动，所述用于评估平衡能力的装置还设置有导向机构，所述导向机构设置于所述底板1与所述第一动平台2之间以及所述第一动平台2与所述第二动平台3之间，用于起到导向作用。
40.具体地，请参阅图1，所述导向机构包括第一导向机构和第二导向机构。所述第一导向机构设置于所述底板1与所述第一动平台2之间，所述第一导向机构选用线性滑轨滑块机构，包括第一线性滑轨4a及第一滑块5a，所述第一线性滑轨4a沿平行于所述第一动平台2与所述底板1的滑动方向设置于所述底板1上，所述第一滑块5a设置于第一动平台2的底表面，所述第一滑块5a滑动安装于所述线性滑轨上，所述第一线性滑轨4a的两端设置有限制所述第一滑块5a滑动范围，防止所述第一滑块5a与所述第一线性滑轨4a分离的限位块8。可以理解的是，所述第一导向机构也可采用导向轴与直线轴承机构或轨道与导向轮机构。
41.请继续参阅图1，所述第二导向机构设置于所述第一动平台2与所述第二动平台3之间，并位于所述第一动平台2的中部凹陷区域，所述第二导向机构选用线性滑轨滑块机构，包括第二线性滑轨4b及第二滑块5b，所述第二线性滑轨4b沿平行于所述第二动平台3与所述第一动平台2的滑动方向设置于所述第一动平台2上，所述第二滑块5b设置于第二动平台3的底表面，所述第二滑块5b滑动安装于所述线性滑轨上，所述第二线性滑轨4b的两端设置有限制所述第二滑块5b滑动范围，防止所述第二滑块5b与所述第二线性滑轨4b分离的限位块8。所述第二线性滑轨4b与所述第一线性滑轨4a相互垂直，从而使所述第一动平台2相对于所述底板1在水平方向滑动方向与所述第二动平台3相对所述第一动平台2在水平方向上滑动方向相互垂直，也即所述预设夹角为90度。可以理解的是，所述第二导向机构也可采用导向轴与直线轴承机构或轨道与导向轮机构。
42.需要说明的是，在其他实施例中，所述预设夹角也可以是其他非90度，也即所述第一动平台2相对于所述底板1在水平方向滑动方向与所述第二动平台3相对所述第一动平台2在水平方向上滑动方向不垂直，而是成非90度夹角。
43.请参阅图1，在本实施例中，所述用于评估平衡能力的装置还包括用于检测足底应力足底力测量组件，所述足底力测量组件安装于所述第二动平台3上。所述足底力测量组件包括足底托板10和测力元件9，所述测力元件9设置于所述托板与所述第二动平台3之间。所述测力元件9至少应当能够检测垂向压力，所述测力元件9为力传感器，应当包含一形变部件，当上述足底托板10受压时，与足底托板10对应的应变部件应当能够产生形变，且在该形变区域上应当设置必要的能够识别该形变的电学元件，例如电阻应变片。
44.所述测力元件9例如三向力传感器，所述三向力传感器不仅不能够检测垂向(脚掌
的高度方向)的压力，还可以检测纵向(脚掌的前后方向)和横向(脚掌的宽度方向)的应力变化。在三向力传感器中，当形变部件受到纵向、横向和垂向的应力时，应当能够分别产生相应形变，且三个方向上的应力所导致的形变应当互不干扰，每一个形变区域应当分别设置能够识别各形变的电学元件，例如在每个形变区域设置独立的电阻应变片。
45.需要说明的是，为了实现更好的通过模拟地面不同光滑程度来进行平衡能力的评估，所述第一动平台2的滑动范围不小于200mm，譬如200mm、250mm、300mm、
……
；所述第二动平台3的滑动范围不小于50mm，譬如50mm、60mm、70mm、
……
。
46.在本实施例中，为了准确测量所述第一动平台2相对于所述底板1的滑动位移，以及所述第二动平台3相对于所述第一动平台2的滑动位移，和/或所述第二动平台3的加速度数据，所述用于评估平衡能力的装置还包括运动状态测量装置，所述运动状态测量装置被装配为测量所述第一动平台2相对于所述底板1的滑动位移以及所述第二动平台3相对于所述第一动平台2的滑动位移，和/或所述第二动平台3的加速度数据的运动状态测量装置，所述运动状态测量装置可以采用位移传感器或加速度传感器。
47.当所述运动状态测量装置为位移传感器时，所述位移传感器可包括至少两个，分别安装于所述底板1与所述第一动平台2之间以及所述第一动平台2与第二动平台3之间。
48.当所述运动状态测量装置为加速度传感器时，根据加速度传感器的种类安装方式也不同。当所述加速度传感器为单轴加速度传感器，所述单轴加速度传感器包括至少两个，分别安装于所述第一动平台2和所述第二动平台3上，且所述第一动平台2上的单轴加速度传感器的测量方向与所述第一动平台2相对于所述底板1的滑动方向相同，所述第二动平台3上的单轴加速度传感器的测量方向与所述第二动平台3相对于所述第一动平台2的滑动方向相同。而当所述加速度传感器为多轴加速度传感器，例如三轴加速度传感器时，可将所述多轴加速度传感器安装于所述第二动平台3上，可以利用加速度传感器获取的所述第一动平台2及第二动平台3的加速度数据，并且可以利用加速度传感器获取的所述第一动平台2及第二动平台3的加速度数据也可计算出所述第一动平台2相对于所述底板1的滑动位移，以及所述第二动平台3相对于所述第一动平台2的滑动位移。
49.在使用时，应将所述用于评估平衡能力的装置放置在低于其他区域的地面上，保证足底力测量组件的足底托班的上表面与其它区域地面位于同一水平面上。将阻尼器(上述第一阻尼器6a和第二阻尼器6b)的阻尼调整到预设值(不同地面光滑程度对应不同的预设值)后，受测者从正常地面步行至评估装置上，前脚踏入足底托板10上，以此模拟生活中从普通地面踏入浴室、冰面等光滑程度不同的区域，受测者需要经过一定调整来避免跌倒。通过对这一过程中各个传感器的信号进行分析，可对受测者的平衡能力进行评估。
50.实施例2
51.请参阅图2所示，本实施例与实施例1的区别仅在于本实施例在所述第二动平台3上未设置足底力测量组件。换句话说，所述足底力测量组件不安装在第二动平台3上，而是布置于受测者的足底，测试前应保证所述第二动平台3的上表面与其它区域地面处于同一水平面上。
52.实施例3
53.请参阅图3所示，本实施例与实施例1的区别仅在于足底力测量组件的具体结构不同，本实施例的足底力测量组件为分区足底力测量组件，而实施例1的足底力测量侧组件为
整体足底力测量组件。
54.请参阅图3所示，在本实施例中，所述足底力测量组件为分区足底力测量组件，包括分别安装于所述第二动平台3上的前掌外侧测力模块、前掌内侧测力模块和足跟测力模块。
55.所述前掌外测力模块用于检测前掌外侧应力，所述前掌内测力模块用于检测前掌内侧应力，在实际应用过程中，脚掌的纵向中心线应当与所述前掌外测力模块和所述前掌内测力模块之间的分界线大致对齐，即前脚掌靠外侧的一半的区域落于所述前掌外侧测力模块上，前脚掌靠近内侧的一半的区域落于所述前掌内侧测力模块上；可以理解的是，在本实施例的基础上，还可以对前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块进行进一步细分，以获得更加详细的足底应力分布数据。所述足跟测力模块用于检测足跟应力。所述足跟测力模块位于所述前掌外侧测力模块、前掌内侧测力模块的后端。
56.具体地，所述前掌外侧测力模块包括前掌外侧托板10a和前掌外测力元件9a，所述前掌外测力元件9a安装在所述前掌外侧托板10a与所述第二动平台3之间；所述前掌内侧测力模块包括前掌内侧托板10b和前掌内侧测力元件(未图示)，所述前掌内侧测力元件安装在所述前掌内侧托板10b与所述第二动平台3之间；所述足跟测力模块包括足跟托板10c和足跟力测力元件9c，所述足跟力测力元件9c安装在所述足跟托板10c与所述底板1之间。
57.实施例4
58.请参阅图4所示，本实施例与实施例1的区别仅在于阻力装置不同，本实施例中阻力装置采用气囊。
59.所述阻力装置为气囊，包括第一气囊11和第二气囊(未图示)；所述第一气囊11设置于所述底板1与所述第一动平台2之间，并固定安装于所述底板1与所述第一动平台2中的一个，通过调节所述第一气囊11的气压来改变所述第一气囊与所述底板1与所述第一动平台2中的另一个之间的摩擦力，从而实现对所述第一动平台2与所述底板1之间的滑动阻力的调节；所述第二气囊设置于所述第一动平台2与所述第二动平台3之间，并固定安装于所述第一动平台2与所述第二动平台3中的一个，通过调节所述第二气囊的气压来改变所述第二气囊与所述第一动平台2与所述第二动平台3中的另一个之间的摩擦力，从而实现对所述第一动平台2与所述第二动平台3中之间的滑动阻力的调节。
60.图4仅仅示出了底板1与所述第一动平台2之间的第一气囊11。所述第一气囊11的安装固定于所述第一动平台2的下表面，所述第一气囊11的表面为橡胶等增大摩擦力的材料，当所述第一气囊11内的气压增大时，所述第一气囊11表面与所述底板1接触的压力越大，摩擦力也越大，通过调整所述第一气囊11内的气压大小即可调整阻力的大小。
61.综上所述，本发明的用于评估平衡能力的装置，通过调整阻力装置，进而能够模拟鞋底或脚底与地面之间的不同摩擦情况，当受测者踏入测量装置后，对人体在调整姿势、维持身体平衡的过程中采集到的足底压力信息以及第一动平台和/或第二动平台的运动学数据设定一个或多个评价值，测量出受测者的平衡能力。这种测试过程贴近生活场景，评估结果具有较高的参考价值，并且操作简单，有利于进行临床推广。
62.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
63.在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。
64.在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。
65.还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
66.另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。
67.如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在
…
中”的意思包括“在
…
中”和“在
…
上”。
68.本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
69.本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
70.因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。