一种平衡桩用的系统及其平衡桩的制作方法

1.本发明涉及平衡力练习与评价技术领域，尤其涉及一种平衡桩用的系统及其平衡桩。


背景技术：

2.人体平衡能力是人体维持身体平衡时的一项基本功能，良好的平衡能力是进行日常活动、工作的基本条件，人体平衡能力作为抵抗破坏人体平衡的外力，以保持全身处于稳定状态的能力；人体平衡能力训练有利于提高运动器官的功能和前庭器官的机能，改善中枢神经系统对肌肉组织与内脏器官的调节功能，保证身体活动的顺利进行，提高自我保护的能力。因此，对人体的平衡能力进行评测和训练具重要的现实意义。
3.人体出现平衡能力障碍的原因有很多，平衡障碍容易造成站立或行走的不稳定，引起摔倒，因此，需要进行人体平衡能力的训练。以往的功能训练产品往往为单一的多轴多自由端的平衡板，由人们主动站立于平衡设备或设施上，激发用户的兴趣，提高用户的平衡力训练；采用此种训练产品无法及时对练习者动作进行反馈，也不利于基于每个练习者制定特定的练习计划，基于此，我们提出一种平衡桩用的系统及其平衡桩。


技术实现要素：

4.为解决现有练习产品无法及时对练习者动作进行反馈，也不利于基于每个练习者制定特定的练习计划的问题，本发明提供了一种平衡桩用的系统及其平衡桩。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供了如下的技术方案：
6.第一方面，在本发明提供的一个实施例中，提供了一种平衡桩用的系统，包括平衡桩服务器、数据采集模块、练习与评价服务器以及数据分析模块；
7.所述练习与评价服务器以与所述数据采集模块以及平衡桩服务器之间通讯连接，用于练习与评价数据的获取以及平衡桩调整指令的下达；
8.平衡桩服务器、数据采集模块之间电性连接，且平衡桩服务器、数据采集模块分别安装在平衡桩上，平衡桩服务器用于控制所述平衡桩运行，接收平衡桩调整指令，调整平衡桩的实时姿态；
9.所述数据采集模块用于实时采集练习人员产生的数据，初步整合练习与评价数据，并将练习与评价数据传输至平衡桩服务器；
10.所述数据分析模块与练习与评价服务器之间通讯连接，数据分析模块用于获取练习与评价服务器上传的训练数据，分析整合所述练习与评价数据，生成练习与评价分析报告，并将练习与评价分析报告反馈至平衡桩服务器。
11.上述方案设置了数据分析模块，通过数据分析模块对练习与评价服务器上传的练习与评价数据，分析整合所述练习与评价数据，生成练习与评价分析报告，从而针对个人定制个性化练习方案，同时对练习异常状况进行预警，保障了练习者的安全。
12.在本发明提供的一些实施例中，所述数据采集模块包括：
13.位移传感单元，安装在所述平衡桩内，用于采集桩体位移数据；
14.重力传感单元，用于采集桩体承重数据，并上传至平衡桩服务器；
15.角度传感单元，安装在桩体上，用于采集桩体角度偏移数据，并上传至平衡桩服务器。
16.在本发明提供的一些实施例中，所述数据采集模块还包括：
17.动作采集模块，用于采集练习者在平衡桩上的练习动作，并将练习动作信息发送至平衡桩服务器。
18.在本发明提供的一些实施例中，所述平衡桩服务器包括：
19.传感数据整合单元，用于加载桩体位移数据、桩体承重数据、桩体角度偏移数据，并调取历史练习与评价参数，其中，历史练习与评价参数包括桩体位移参数、桩体承重参数、桩体角度偏移参数；
20.传感数据判断单元，基于历史练习与评价参数，通过历史练习与评价参数和体位移数据、桩体承重数据、桩体角度偏移数据建立练习与评价数据偏差的函数关系式，实现练习与评价数据偏差的计算，发送偏差计算结果至练习与评价服务器。
21.在本发明提供的一些实施例中，平衡桩服务器还包括：
22.动作处理单元，用于实时收集练习者在平衡桩上的练习动作信息，基于预设的动作判断模型对是否需要调节平衡桩进行判断，并发送平衡桩调节结果至练习与评价服务器。
23.在本发明提供的一些实施例中，所述练习与评价服务器用于接收包含有平衡桩唯一识别码的平衡桩数据集，其中，平衡桩数据集包括偏差计算结果、平衡桩调节结果。
24.在本发明提供的一些实施例中，所述数据分析模块包括：
25.数据响应单元，用于响应练习与评价服务器发送的练习与评价数据接收指令；
26.动作识别单元，用于判断识别练习者的动作和姿态，获取动作信息，基于预设的动作识别算法提取动作特征向量，产生平衡桩调节指令；
27.动作预警单元，用于加载偏差计算结果，判断偏差计算结果是否超过设定阈值，若超过设定阈值，发出预警报告。
28.在本发明提供的一些实施例中，所述动作判断模型的判断方法，具体包括：
29.加载历史动作信息和练习动作信息，并将历史动作信息以及练习动作信息分为练习集和样本集，利用机器学习模型分别在历史动作信息和练习动作信息上练习，得到两个初始动作判断模型；
30.建立多级别学习模型，利用历史动作信息和练习动作信息对多个多级别练习与评价模型分别进行学习；
31.分别在历史动作信息和练习动作信息上学习多级别练习模型、初始模型和机器学习模型，得到在验证集上优化的动作判断模型；
32.学习多级集成模型以集成两个动作判断模型，达到最佳动作判断模型。
33.第二方面，在本发明提供的一个实施例中，提供了一种平衡桩，内部存储有如权利要求1-8中任意一项所述平衡桩用的系统；所述平衡桩包括：
34.可升降的桩体，所述桩体包括平衡桩罩，平衡桩罩内部中空，且平衡桩罩底部设置有支撑基座；
重力传感器、4-角度调节组件、41-六自由度调节平台。
具体实施方式
63.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
64.在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如10、20等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
65.下面将结合本发明示例性实施例中的附图，对本发明示例性实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
66.平衡能力是人体活动的基本能力，存在着个体差异；人生的过程中有时影响人的生活、生存质量。因此，需要进行人体平衡能力的提升。以往的功能练习产品往往为单一的多轴多自由端的平衡板，由人们主动站立于平衡设备或设施上，激发练习者的兴趣，提高练习者的平衡力训练；采用此种训练产品无法及时对练习者动作进行反馈，也不利于基于每个用户制定特定的练习计划，基于此，我们提出一种平衡桩用的系统及其平衡桩。
67.针对上述问题，本发明提供的平衡桩用的系统及其平衡桩，以解决现有练习产品无法及时对用户动作进行反馈，也不利于基于每个用户制定特定的练习计划的问题。
68.具体地，下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
69.实施例1
70.参见图1所示，本发明的一个实施例提供一种平衡桩用的系统，所述平衡桩用的系统包括平衡桩服务器200、数据采集模块100、练习与评价服务器300以及数据分析模块400。
71.所述练习与评价服务器300以与所述数据采集模块100以及平衡桩服务器200之间通讯连接，用于训练数据的获取以及平衡桩调整指令的下达；
72.平衡桩服务器200、数据采集模块100之间电性连接，且平衡桩服务器200、数据采集模块100分别安装在平衡桩上，平衡桩服务器200用于控制所述平衡桩运行，接收平衡桩调整指令，调整平衡桩的实时姿态；
73.所述数据采集模块100用于实时采集训练人员训练产生的数据，初步整合训练数据，并将训练数据传输至平衡桩服务器200；
74.所述数据分析模块400与训练服务器300之间通讯连接，数据分析模块400用于获取练习与评价服务器300上传的训练数据，分析整合所述训练数据，生成训练分析报告，并将训练分析报告反馈至平衡桩服务器200。
75.在本实施例中，通过练习与评价服务器300即可以远程控制平衡桩上的数据采集模块100以及平衡桩服务器200，对平衡桩上的位置调节机构2进行远程调节控制，也可以远
程控制数据采集模块100对需要采集的信息进行获取，数据分析模块400获取练习与评价服务器300上传的训练数据，分析整合所述练习数据，生成练习与评价分析报告，并将练习与评价分析报告反馈至平衡桩服务器200。
76.本发明实施例设置了数据分析模块400，通过数据分析模块400对练习与评价服务器300上传的训练数据，分析整合所述训练数据，生成训练分析报告，从而针对个人定制个性化训练方案，同时对训练异常状况进行预警，保障了训练者的安全。
77.本发明实施例提供了数据采集模块100，如图2所示，所述数据采集模块100具体包括：
78.位移传感单元110，安装在所述平衡桩内，用于采集桩体位移数据；
79.重力传感单元120，用于采集桩体承重数据，并上传至平衡桩服务器200；
80.角度传感单元130，安装在桩体上，用于采集桩体角度偏移数据，并上传至平衡桩服务器200。
81.动作采集模块140，用于采集训练者在平衡桩上的训练动作，并将训练动作信息发送至平衡桩服务器200。
82.示例性的，位移传感单元110电性连接有位移传感组31，用于接收位移传感组31传输的数据，重力传感单元120电性连接有重力传感器34，角度传感单元130电性连接有角度传感组，位移传感单元110、重力传感单元120、角度传感单元130采集到的数据还交互式传输至动作采集模块140，从而方便动作采集模块140对训练人员的动作进行识别和判断，位移传感单元110、重力传感单元120、角度传感单元130和动作采集模块140均搭载在数据采集模块100上，从而方便数据采集模块100对位移传感单元110、重力传感单元120、角度传感单元130和动作采集模块140进行操控。
83.具体的，当重力传感单元120采集训练人员的体重和平衡桩的承载力，数据采集模块100能够对练习人员的体重和身型进行判断和预估，再配合角度传感单元130以及动作采集模块140对采集到的数据进行处理，精准的预估训练人员的训练姿态，然后将练习姿态以数据形式发送上报，以供数据分析模块400分析和判断。
84.本发明实施例提供了平衡桩服务器200的方法，如图3所示，平衡桩服务器200具体包括：
85.传感数据整合单元210，用于加载桩体位移数据、桩体承重数据、桩体角度偏移数据，并调取历史练习参数，其中，历史练习参数包括桩体位移参数、桩体承重参数、桩体角度偏移参数；
86.传感数据判断单元220，基于历史练习参数，通过历史练习参数和体位移数据、桩体承重数据、桩体角度偏移数据建立练习与评价数据偏差的函数关系式，实现练习与评价数据偏差的计算，发送偏差计算结果至练习与评价服务器300。
87.动作处理单元230，用于实时收集训练者在平衡桩上的训练动作信息，基于预设的动作判断模型对是否需要调节平衡桩进行判断，并发送平衡桩调节结果至练习与评价服务器300。
88.在本实施例中，平衡桩服务器200设置有可连接外部的数据接收开关，用于多种采集数据的获取，同时可存储多组采集数据，用户可选择在平衡桩服务器200上连接外部传感器选择开关，即时调取相应的数据。
89.平衡桩服务器200所是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，上述处理器是上述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个用户终端的各个部分。
90.本发明实施例提供了动作判断模型的判断方法，如图4所示，动作判断模型的判断方法具体包括：
91.步骤s10，加载历史动作信息和练习动作信息，并将历史动作信息以及练习动作信息分为练习集和样本集，利用机器学习模型分别在历史动作信息和练习动作信息上学习，得到两个初始动作判断模型。
92.步骤s20，建立多级别学习模型，利用历史动作信息和练习动作信息对多个多级别训练模型分别进行学习。
93.步骤s30，分别在历史动作信息和练习动作信息上学习多级别练习模型、初始模型和机器学习模型，得到在验证集上优化的动作判断模型。
94.步骤s40，学习多级集成模型以集成两个动作判断模型，达到最佳动作判断模型。
95.在练习时，通过练习与评价服务器300向平衡桩服务器200传送历史动作信息，配合实时的练习动作信息，通过机器学习模型对数据进行多次学习，能够保证动作判断模型对练习人员的动作姿态进行精准的识别判断，从而利于个性化定制和分析。
96.示例性的，所述练习与评价服务器300用于接收包含有平衡桩唯一识别码的平衡桩数据集，其中，平衡桩数据集包括偏差计算结果、平衡桩调节结果，同时，练习与评价服务器300电性连接有显示单元，显示单元可以为液晶显示屏或触控式操控屏，通过显示单元能够模拟训练人员的虚拟姿态，进而便于对练习人员练习模式进行调整，同时，还能对平衡桩位置进行调节，满足不同练习模式的学习需求。
97.同时，为了保证练习人员的隐私，对每组平衡桩进行赋码操作，每组代码代表了唯一平衡桩以及平衡桩数据集，也利于对数据的分析处理，降低了系统的负载，提高系统的运行效率。
98.本发明实施例提供了数据分析模块400，如图5所示，数据分析模块400具体包括：
99.数据响应单元410，用于响应练习与评价服务器300发送的练习数据接收指令；
100.动作识别单元420，用于判断识别练习者的练习动作和姿态，获取练习动作信息，基于预设的动作识别算法提取动作特征向量，产生平衡桩调节指令；
101.动作预警单元430，用于加载偏差计算结果，判断偏差计算结果是否超过设定阈值，若超过设定阈值，发出预警报告。
102.示例性的，所述动作识别算法是根据动作特征向量实现对反馈调节的，具体的，需要练习与评价服务器300在采集到动作信息后，生成相应的动作特征向量并发送给位置调节机构2，此时位置调节机构2在接收到动作特征向量后，根据预设的自适应反馈调节算法进行处理。
103.应该理解的是，上述虽然是按照某一顺序描述的，但是这些步骤并不是必然按照
上述顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，本实施例的一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
104.实施例2
105.如图6-8所示，在本发明的实施例中还提供了一种平衡桩，该平衡桩可以内置控制器，控制器上存储有如上述实施例所述的一种平衡桩用的系统。
106.需要特别说明的是，平衡桩用的系统在执行时采用如前述的一种平衡桩用的方法的步骤，因此，本实施例中对平衡桩用的系统的运行过程不再详细介绍。
107.在一个实施例中，所述平衡桩可以包括：
108.可升降的桩体1，所述桩体1可以包括平衡桩罩11，平衡桩罩11内部中空，且平衡桩罩11底部可以设置有支撑基座12；
109.设置在桩体1一侧，用于调节桩体1位置的位置调节机构2，所述位置调节机构2包括：
110.高度调节组件21，用于调节所述桩体1的高度；
111.与高度调节组件21固定连接的角度调节组件4，角度调节组件4可以与支撑基座12之间连接；
112.平衡传感组件3，可以设置在所述桩体1上，用于实时获取人体训练数据，并上传至平衡桩用的系统。
113.在本实施例中，高度调节组件21具体为液压缸、气缸或电动推杆，且高度调节组件21的伸缩端通过紧固螺栓固定连接有升降座22，升降座22可以为矩形座或圆座，为了保证其硬度，采用不锈钢或铝合金材质，而高度调节组件21通过电性连接有平衡桩服务器200，角度调节组件4安装在升降座22上。
114.示例性的，角度调节组件4包括至少一组六自由度调节平台41，六自由度调节平台41均布在升降座22上，每组所述的六自由度调节平台41分别设置有六组气缸组成的角度调节系统，三组所述的六自由度调节平台41配合工作，能够实现对桩体1的倾斜角度进行灵活的调节，满足了不同训练计划的姿态调整需求。
115.在本实施例中，如图6-8所示，所述平衡传感组件3包括：
116.位移传感组31，安装在所述桩体1上，用于获取桩体位移数据；
117.重力传感器34，用于获取桩体承重数据，并上传至平衡桩用的系统；
118.角度传感组，可以安装在桩体1上，用于获取桩体角度偏移数据，并上传至平衡桩用的系统。
119.在本实施例中，重力传感组可以为重力传感器34，角度传感组具体为一组中心角度传感器32以及多组边缘角度传感器33。
120.需要强调的是，上述传感器类型可以根据实际情况进行选择，此处不再进行果过多的阐述。
121.示例性的，桩体1还包括有训练板13，练习板13和平衡桩罩11组合为分体式平衡桩，练习板13具体为圆板，练习板13中心位置处内嵌有重力传感器34，练习板13和平衡桩罩
11之间边缘位置处设置有用于感知练习板13倾斜角度的边缘角度传感器33，练习板13和平衡桩罩11中心位置连接处设置有中心角度传感器32，中心角度传感器32与边缘角度传感器33配合精准采集角度调整数据。
122.同时，在练习板13边缘位置处还可以设置有多组防滑部14，防滑部14可以为防滑凸起，从而起到防滑的效果，避免用户滑到，起到了保护使用者的作用。
123.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取计算机可读存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。
124.综上所述，本发明实施例设置了数据分析模块400，通过数据分析模块400对练习与评价服务器300上传的练习数据，分析整合所述练习数据，生成练习与评价分析报告，从而针对个人定制个性化练习方案，同时对练习异常状况进行预警，保障了练习者的安全。
125.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。