人體靜態(tài)平衡測試方法及測試儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種人體靜態(tài)平衡測試方法和人體靜態(tài)平衡測試儀，屬于體育或醫(yī)療 器械領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前國內(nèi)測試平衡的儀器主要是閉雙眼單腳獨(dú)立測試儀器，通過研制板式開關(guān)傳 感器達(dá)到自動測試閉眼單腳站立時間來表現(xiàn)人體的平衡能力?，F(xiàn)有技術(shù)中多采用一個平面 下的三個支撐點(diǎn)來測算人體的重心，受試者站在該平面上，采用三個點(diǎn)來計(jì)算人體重心不 夠精確，且重心的計(jì)算公式也未公布，此外上述設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)單一，不能體現(xiàn)人體重 心的移動軌跡，亦不能給出直觀的平衡能力分析和平衡調(diào)節(jié)方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種人體靜態(tài)平衡測試儀，能夠更加精確的得到 人體的重心，找出人體重心的偏移方向和幅度，精確的表征人體平衡能力，體現(xiàn)人體重心的 移動軌跡，給出直觀的平衡能力分析和平衡調(diào)節(jié)方向。
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供一種人體靜態(tài)平衡測試方法，包括：
[0006] 步驟一、使受試者站在一邊長為L的正方形平面中心處，所述正方形平面所受重 力完全由正方形的四個頂點(diǎn)作為支撐點(diǎn)提供支撐；步驟二、取得所述重力在該平面四個頂 點(diǎn)處產(chǎn)生的分力，分別記為A、B、C、D，所述正方形平面頂點(diǎn)按照從左到右和從上到下的順序 依次記為第一、第二、第三、第四頂點(diǎn)，以第三頂點(diǎn)為原點(diǎn)〇,第三、第四頂點(diǎn)連線建立X軸， 第一、第三頂點(diǎn)連線建立Y軸而建立第一坐標(biāo)系Χ0Υ，記受試者重心在該坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 第一重心坐標(biāo)（X，Y)，則：
[0007] X = [A/ (A+B) +C/ (D+C) ] /2 X L ；
[0008] Y = [A/ (A+C) +B/ (B+D) ] /2 X L ；
[0009] 然后，將第一坐標(biāo)系XOY平移構(gòu)成第二坐標(biāo)系X' 0' Y'，第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)0'在 第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（L/2, L/2)，記受試者重心在第二坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為第二重心坐標(biāo) (X'，Y'），則，X' = X-L/2 ;Y' = Y-L/2 ;測定多組第二重心坐標(biāo)（X' n，Y' n)，并取其平均值 得到平均重心坐標(biāo)（XTis，YTis)，然后判斷受試者的重心偏移方向、計(jì)算最終偏移幅度，平均 重心坐標(biāo)（X Tis，Ytjs)偏離第二坐標(biāo)系原點(diǎn)0'的方向即為受試者重心的偏移方向。最終 偏移幅度為X tjs的平方與Ytjs的平方之和的正平方根。
[0010] 為了直觀的反應(yīng)人體平衡能力給出平衡調(diào)節(jié)方向，還可記錄重心隨時間移動的軌 跡來反應(yīng)人體平衡能力。
[0011] 本發(fā)明還提供一種人體靜態(tài)平衡測試儀，包括重力支架、支撐架、數(shù)據(jù)采集器，以 及依次按照從左到右和從上到下的順序排布分別構(gòu)成一邊長為L的正方形的第一、第二、 第三、第四頂點(diǎn)的第一、第二、第三、第四傳感器，所述傳感器為重力傳感器，所述重力支架 和所述支撐架水平間隔設(shè)置，所述數(shù)據(jù)采集器和四個傳感器位于重力支架與支撐架之間， 所述數(shù)據(jù)采集器分別與第一、第二、第三、第四傳感器電性連接，重力支架完全由四個傳感 器提供支撐。
[0012] 優(yōu)選的，數(shù)據(jù)采集器采集多組重力分力信息并計(jì)算得到第二重心坐標(biāo)，數(shù)據(jù)采集 器與計(jì)算機(jī)連接，通過計(jì)算機(jī)軟件處理第二重心坐標(biāo)，得到平均重心坐標(biāo)，計(jì)算并顯示受試 者的重心偏移方向、最終偏移幅度和重心移動軌跡。
[0013] 優(yōu)選的，所有的數(shù)據(jù)采集、處理和顯示部分都在人體靜態(tài)平衡測試儀中。
[0014] 本發(fā)明使用壓力傳感器測量重力，數(shù)據(jù)采集器外圍電路及單片機(jī)芯片將傳感器所 受重力進(jìn)行轉(zhuǎn)換、收集、計(jì)算得出受試者的重心偏移方向和幅度，精確的表征人體平衡能 力，還可體現(xiàn)人體重心移動軌跡，通過重心移動軌跡來反應(yīng)人體平衡能力，讓受試者對自身 的平衡能力及調(diào)節(jié)方向有更直觀的認(rèn)識。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明平衡測試儀的立體示意圖；
[0016] 圖2是圖1所示平衡測試儀的剖示圖；
[0017] 圖3是圖2所示傳感器的坐標(biāo)位置圖；
[0018] 圖4是圖3所不第一坐標(biāo)系平移后的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明分為測試儀部分與計(jì)算機(jī)軟件部分，測試儀與計(jì)算機(jī)通過無線或有線來傳 輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行平衡測試時受試者以正確姿勢站立于測試儀中心根據(jù)相應(yīng)的測試流程進(jìn)行測 試，數(shù)據(jù)采集器外圍電路將測試時傳感器所受到的重力變?yōu)殡娦盘栠M(jìn)行處理后變?yōu)閿?shù)字信 號，將數(shù)字信號再通過數(shù)據(jù)采集器的單片機(jī)芯片進(jìn)行計(jì)算得到在第二坐標(biāo)系中重心的坐 標(biāo)，每50毫秒將重心偏移值通過有線或無線傳輸方式上傳給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理 部分將順次接收到的坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算并顯示最終得到人體重心偏移方向和幅度。
[0020] 圖1為本發(fā)明平衡測試儀的立體示意圖，圖2是圖1所示平衡測試儀的剖示圖，如 圖1結(jié)合圖2所示，平衡測試儀包括重力支架6,支撐架7、數(shù)據(jù)采集器5、以及依次按照從 左到右和從上到下的順序排布分別構(gòu)成一邊長為L的正方形的第一、第二、第三、第四頂點(diǎn) 的第一、第二、第三、第四傳感器1、2、3、4,所述傳感器為重力傳感器，所述重力支架6和所 述支撐架7水平間隔設(shè)置，所述數(shù)據(jù)采集器5和四個傳感器位于重力支架6與支撐架7之 間；所述數(shù)據(jù)采集器5包括單片機(jī)芯片及外圍電路，分別與第一、第二、第三、第四傳感器1、 2、3、4電性連接，重力支架6完全由四個傳感器提供支撐，數(shù)據(jù)采集器5的外圍電路采集四 個傳感器1、2、3、4產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并處理為數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)由所述單片機(jī)處理后得到 下述的第二重心坐標(biāo)后經(jīng)由無線方式或有限方式傳送給計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。本實(shí) 施例中L為450mm，數(shù)據(jù)采集器位于該正方形平面的中心0。
[0021] 圖3是圖2所示傳感器的坐標(biāo)位置圖，如圖3所示，以傳感器3為坐標(biāo)原點(diǎn)0,以第 三、第四傳感器3、4所在的直線作為X軸，以第一、第三傳感器1、3所在的直線作為Y軸建 立第一坐標(biāo)系Χ0Υ，則傳感器3的坐標(biāo)為（0,0)，第一、第二、第四傳感器1、2、4的坐標(biāo)分別 為：(0, L)、（L，L)、（L，0)，數(shù)據(jù)采集器5所在的重力支架平面中心0'的坐標(biāo)為（L/2, L/2)。
[0022] 讓受試者站在重力支架6中心，重力支架6所受重力分布在四個傳感器1、2、3、4 上產(chǎn)生的分力分別為重力A、重力B、重力C、重力D，數(shù)據(jù)采集器采集重力A、B、C、D并轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號進(jìn)行處理，經(jīng)過公式計(jì)算得到第一重心坐標(biāo)（X，Y)。第一重心坐標(biāo)為受試者重 心在第一坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo),其中X, Y的計(jì)算公式為：
[0023] X = [A/ (A+B) +C/ (D+C) ] /2 X L ；
[0024] Y = [A/ (A+C) +B/ (B+D) ] /2 X L ；
[0025] 圖4是圖3所TK第一坐標(biāo)系平移后的TK意圖，如圖4所TK，將第一坐標(biāo)系XOY平移 構(gòu)成第二坐標(biāo)系X' 0' Y'，第二坐標(biāo)系的原點(diǎn)0'在第一坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（L/2，L/2)，記受 試者重心在第二坐標(biāo)系X' 0' Y'中的坐標(biāo)為第二重心坐標(biāo)（X'，Y'），則，
[0026] X，= X-225 ;
[0027] Y，= Y-225 ;
[0028] 為使重心的測定結(jié)果更加精確，需測定多組第二重心坐標(biāo)（X' n，Y' n)，并取其平均 值得到平均重心坐標(biāo)（XTtt，，其中，
[0031] 其中，η為正整數(shù)。
[0032] 然后，判斷受試者的重心偏移方向、計(jì)算最終偏移幅度，平均重心坐標(biāo)
偏離第二坐標(biāo)系原點(diǎn)〇'的方向即為受試者重心的偏移方向。
[0033] 本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述的多組第二重心坐標(biāo)包括4組，分別采用四種模式測量 所得。具體來說，測試流程分為四種模式："雙足睜眼"、"雙足閉眼"、"單足睜眼"、"單足閉 眼"，即受試者睜開雙眼或者閉著雙眼雙腳或者單腳站在重力支架中心處，每種模式測量時 間為10S，數(shù)據(jù)采集器每50ms采集并向計(jì)算機(jī)發(fā)一次數(shù)據(jù)，則每種模式測量完成發(fā)送200 組數(shù)據(jù)，四種模式測量完成共發(fā)送800組數(shù)據(jù)，在第二坐標(biāo)系X' 0' Y'中重心橫坐標(biāo)依次為 X' i、X' 2、