[发明专利]具有平衡测评和体验功能的智能独木桥及其工作方法

摘要

本发明提供了一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其包括压力足迹采集带、桥横木、电控升降支架、高速数据采集处理卡、数据线、穿戴式惯性模块、蓝牙收发器、人机交互设备、显示屏幕、音箱、缓冲防护地垫，本发明通过智能独木桥采集和分析用户从独木桥上行走、完成指定动作时的压力足迹信息和身体姿态信息测评其平衡能力，给出平衡得分；还通过视觉场景、音效刺激和智能独木桥坡度、离地高度的调节等元素结合的平衡游戏，给用户提供平衡体验及训练，本发明集平衡测评、娱乐体验和科普教育功能于一身，应用广泛。 1

主权项

1.一种具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，包括压力足迹采集带、桥横木、电控升降支架、高速数据采集处理卡、数据线、穿戴式惯性模块、蓝牙收发器、人机交互设备、显示屏幕、音箱、缓冲防护地垫；

所述的压力足迹采集带包裹在所述桥横木的上表面，用于获取用户在所述桥横木的上面行走、完成指定动作时的压力足迹信息；

所述的电控升降支架用于支撑所述桥横木，并调节所述桥横木的离地高度和倾斜坡度；

所述的高速数据采集处理卡与所述压力足迹采集带电连接，所述高速数据采集处理卡用于采集、传输并处理所述的压力足迹采集带获取的压力足迹信息；

所述的数据线与所述的高速数据采集处理卡和所述的人机交互设备连接，用于高速数据采集处理卡和人机交互设备之间的通讯；

所述的穿戴式惯性模块穿戴在用户的被测部位，用于获取身体姿态信息，所述身体姿态信息包括加速度、角速度、肢体倾角和位移信息；

所述的人机交互设备作为所述智能独木桥的信息处理终端和用户交互设备，对所述智能独木桥进行设置和控制，与所述穿戴式惯性模块、压力足迹采集带通信连接，接收所述压力足迹信息、身体姿态信息，对压力足迹信息和身体姿态信息进行计算和分析，并将分析结果输出给所述显示屏幕和音箱，提供平衡测评功能，同时提供多媒体和平衡游戏体验功能；

所述的蓝牙收发器接插在所述人机交互设备的USB接口上，将所述穿戴式惯性模块与所述人机交互设备进行通信连接；

所述的显示屏幕作为所述智能独木桥的显示设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下展示测试或体验过程中的压力足迹信息、身体姿态信息、测评结果、配套文字、配套图片和视频；

所述的音箱作为所述智能独木桥的音响设备，与所述人机交互设备连接，在所述人机交互设备的控制下播报语音提示和播放音乐、游戏音效；

所述的缓冲防护地垫作为所述智能独木桥的防护配件，安装在所述智能独木桥下方四周的软垫，用户跌落时起缓冲作用。

2.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述压力足迹采集带包括设于上层的防滑防水皮垫与下层的柔性压力传感器阵列，所述防滑防水皮垫和柔性压力传感器阵列通过可撕双面胶粘接成一体，所述压力足迹采集带也通过可撕双面胶粘附在所述桥横木的上表面。

3.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述电控升降支架数量为两个，所述电控升降支架包括A字伸缩架、电控液压杆、直线导轨滑块、铰链和支架座，所述直线导轨滑块固定在桥横木的下表面，所述A字伸缩架的上端通过铰链分别与直线导轨滑块阻尼机械连接，A字伸缩架的下端通过铰链与支架座阻尼机械连接，电控液压杆安装在A字伸缩架的中部，电控液压杆的电动伸缩带动A字伸缩架沿着直线导轨有阻尼地展开或缩小，从而实现智能独木桥的高度自动升降；当电控液压杆伸长时，A字伸缩架随之展开，A字伸缩架变矮，智能独木桥的高度也随之降低；当电控液压杆缩短时，A字伸缩架随之收缩，A字伸缩架变高，智能独木桥的高度也随之升高；当所述两个电控升降支架升降不一样的高度，实现独木桥不同方向和坡度的倾斜。

4.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥，其特征在于，所述穿戴式惯性模块包括三轴加速计、三轴陀螺仪和磁力计三种姿态检测传感器，所述三种姿态检测传感器获取的身体姿态信息通过内置的蓝牙模块传输到所述人机交互设备上。

5.如权利要求1所述的具有平衡测评和体验功能的智能独木桥的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101，智能独木桥接通电源，上电操作；

步骤102，对智能独木桥进行初始化设置，初始化智能独木桥，通过所述电控升降支架将独木桥的桥横木调至水平位置，离地高度调到最低；

步骤103，在用户腰部和双手腕部穿戴上穿戴式惯性模块，用于测试或体验过程中获取用户的身体姿态信息，用户在人机交互设备上输入用户信息；

步骤104，用户进行模式选择，智能独木桥具有测评模式和体验模式，所述测评模式包括静态测评模式和动态测评模式；选择测评模式则执行步骤105，若选择体验模式则执行步骤116；

步骤105，进入测评模式，进一步选择静态测评模式或者动态测评模式，若选择静态测评模式则执行步骤106，若选择动态测评模式则执行步骤110；

步骤106，用户登上智能独木桥的桥横木，音箱播报静态测试指令，用户双脚并拢站立在桥横木的静态测试区10秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成双脚站立测试；

步骤107，用户原地休息2秒后，进入左脚站立测试，右脚抬起，左脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成左脚站立测试；

步骤108，用户原地休息2秒后，进入右脚站立测试，左脚抬起，右脚单足站立6秒，压力足迹采集带获取压力足迹信息并通过高速数据采集处理卡传输到人机交互设备上，穿戴式惯性模块获取身体姿态信息并通过内置的蓝牙模块传输到人机交互设备上，人机交互设备通过软件同步压力足迹信息和身体姿态信息，完成右脚站立测试；

步骤109，静态测试完成，人机交互设备分别处理和计算双脚站立测试、左脚站立测试和右脚站立测试步骤获取的压力足迹和身体姿态信息，计算压力足迹中心包络面积和身体质心包络面积，评估静态平衡得分，通过显示屏幕显示和音箱播报静态测试结果，完成静态平衡测评；

步骤110，进入动态测评模式，用户登上桥横木并在静态测试区等待2秒，音箱播报动态测试指令，用户进行动态平衡测试，向桥横木的另一端行走，获取并传输行走时的压力足迹信息和身体姿态信息；

步骤111，人机交互设备通过分析压力足迹信息是否有超过时间阈值的断裂判断用户是否从桥横木上跌落，跌落则执行步骤112，未跌落则执行步骤113；

步骤112，如果判断出用户有从桥横木上跌落，每跌落一次，动态平衡得分就减掉h分，用户爬上桥横木，从跌落位置继续往前行走；

步骤113，行走到桥横木的另一端，完成一次动态测试，人机交互设备处理和计算本次行走的压力足迹和身体姿态信息，评估本次动态平衡得分，显示屏幕显示和音箱播报动态测试结果；

步骤114，将桥横木离地高度升高5×N cm，重复执行步骤110至步骤113，完成第N+1次动态平衡测试，得到桥横木在该离地高度下的动态平衡得分，将N+1次动态测试的动态平衡得分累加得到总的动态平衡得分，完成动态平衡测评；

步骤115，人机交互设备根据静态平衡得分和动态平衡得分综合评价用户的平衡能力，给出综合平衡得分，完成平衡能力测评，输出测评结果，存储