一种便携式Y平衡智能测试装置的制作方法

一种便携式y平衡智能测试装置
技术领域
1.本发明涉及一种便携式y平衡智能测试装置，尤其涉及一种能快速展开和收束，可自动监测y平衡测试数据，并可对实验者错误动作进行提示的测量仪器，属于体育测试领域。
技术背景
2.在体育领域，运动员平衡能力的检测评估是体质检定(例如fms检测)中的重要评估指标之一。y平衡测试是由国外兴起的一种操作十分简便的平衡测试方案。传统y平衡测试是由星型测试发展而来，主要测量工具是测量尺和滑块，3根测量尺沿周向均匀分布，尺间夹角120
°
，滑块安装在测量尺上。以下肢y平衡测试为例，受试者需完成3个特定动作，分别将起始位置上的滑块用脚趾向远离中心的方向推动。推动距离越长，则该受试者平衡能力越好。由于y平衡测试对运动员单腿动态平衡的测试效果好，设备简单，测试方法便于推广，目前在我国体育院校、运动队中有一定的认可度。
3.目前国内有关y平衡测试的专利主要针对测量尺和滑块在使用中的一些弊端进行改进，以提高其实用性。例如：cn210903024u和cn211243323u两份实用新型专利，主要改进在于：(1)增加了导轨拆卸功能，提升了携带便利性；(2)增加了位移测量装置，提高了测量精度；(3)改进了受试者单脚站立平板的形态，降低了操作误差。
4.随着我国“体医融合”理念的推进，全民体质检测对数据需求量大幅上升。传统y平衡的测试装置仅适合精英运动员测试使用，原因是(1)运动员数量较少，测试环境需求简单；(2)使用周期短，测试设备可临时搭建；(3)对实验观察者的操作水平有一定门槛。虽然目前专利改进了便携性，也通过采用传感器提升了测量精度，但y平衡测试设备依然是多个部件临时组合的测量装置，系统误差无法控制，难以称之为一种科学的测量系统。此外y平衡测试的准备和实施过程中实验观察者的劳动强度较大。目前的专利仅从受试者角度考虑技术改进，测量装置并未脱离传统测量的范畴，无法缓解人机工程上的负担。
5.为了使y平衡测试装置能向更大众化的体质监测领域兼容，需要采用更科学的测试方法，更规范的测试设备及更简便的操作方法。以优化测试装置准备、测试过程监控、测试结果分析与评估等各个环节的时效成本为主要出发点，结合智能化理念与手段，实现0门槛快速检测。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种便携式y平衡智能测试装置。该装置具有快速收放功能，可通过界面快速获取实验数据并进行简易的数据分析，并实时监控受试者动作，对错误操作进行提示。
7.为了实现发明目的，本发明采用的技术方案是：一种便携式y平衡智能测试装置，包括可收束滑轨1，滑块2以及中央站立基座3，其中滑轨和滑块分别有3个，中央站立基座 1个，三根滑轨围绕基座均匀分布，相邻滑轨的夹角为120
°
。滑块套在滑轨上，每个滑轨对应
一个滑块，每条滑轨及配套的滑块结构均相同。通过连接部位的合页结构，滑轨可以缩减长度并收束，测试装置可收束为桶装，方便放入布带或长盒中携带。使用时无需安装调试，展开滑轨并通电即可开始测试。通过获取足底压力数据监控受试者的姿态并连接报警装置及时发出提示。通过激光测距技术获取滑块移动距离，并转换为分值报送受试者。专利沿用传统y平衡测试的设备外形，主要考虑到用户的认可度和使用便利性。
8.滑轨1优化了对滑块2的引导功能，滑轨由滑轨前段4、滑轨后段5、合页6，m3平头螺钉7，调平旋钮8等主要组件组装而成，如图2所示。滑轨前段4、滑轨后段5的截面如图2下角所示(加深显示部分)，有左右各一个倒梯形凹槽9，以配合滑块沿轨道的直线移动。滑轨前段4、滑轨后段5截面宽度60mm，径向长度700mm，可适应各种腿长人群的测试。滑轨前段4近端(即靠近中心一端)底侧以及滑轨后段5左端底侧，各有一个1mm深凹槽，与合页6的叶片尺寸大小一致。叶片嵌入凹槽后，凹槽上的5个m3螺纹孔与合页6 的通孔一一对应，5个m3平头螺钉7对应每个螺纹孔拧紧，连接了滑轨前段4、滑轨后段 5，使滑轨长度加长，不用时合页可使滑轨对折，便于收束。调平螺母位于滑轨前段4的远端(即远离设备中心一端)，共有两个，主要功能是调整滑轨前段4、滑轨后段5与地面的水平倾角，保证滑块2的移动的驱动力中不包含滑块重力影响。滑轨前段4、滑轨后段5 的倒梯形凹槽9槽底宽度8mm，与滑块2内的滑轮宽度一致，设计为倒梯字形主要是为了减少滑轮12在槽内滚动时与侧壁的摩擦。
9.滑块2是检验平衡性的主要元件，其结构由上盖10，底盖11，滑轮12和轮轴13组成，如图3所示。上盖10内表面延伸出两个轮轴固定支点14，轮轴13分别穿过两个轮轴固定支点14，再与滑轮12过盈固定。轮轴13的长度与滑轨前段4、滑轨后段5上两个倒梯形凹槽9的中心间距等长。每个轮轴13的两端分别固定一个半径20mm的滑轮12。轮轴 13需要穿过轮轴固定支点14的区域进行抛光和打蜡处理，以保证滑轮12滚动时轮轴13 与轮轴固定支点14之间的转动顺滑。在上盖10，底盖11的四个角上分别有一个螺丝安装孔15，对应m3平头螺丝7，m3平头螺丝7由滑块2底侧首先穿入底盖11的螺丝安装孔 15，再与上盖10的螺丝安装孔15旋紧。上盖10，底盖11形成一个盒体16，有效保护内部的滑轮12。轮轴13与轮轴固定支点14又支撑了整个盒体16的重量。在盒体16的长边中央，设计了通透式的窗口17，窗口17为滑轨1穿出滑块2而设计，窗口尺寸比滑轨前段4、滑轨后段5的界面宽、高均增加2mm，防止滑块2移动中窗口17与滑轨1侧壁的摩擦。此外为了保证激光测距的准确性，在盒体16的长边上，面向中央站立基座3的一侧 (与导轨的近端测方向一致)窗口17的下方还设计了一个3mm直径的反光镜面18，反光镜面18采用反光薄膜材料裁剪并粘合在盒体16上。
10.中央站立基座3是本专利的核心器件，其主要功能有：a、为受试者提供单脚站立位置；b、检测受试者单腿站立时，脚的局部部位是否翘起，并提供报警提示；c、利用激光测距检测滑块2的移动距离。d、连接滑轨1，进一步实现专利所述装置的收束功能。由外侧观看中央站立基座3其外形呈圆柱形，包括壳体19、玻璃压敏平板20、压力传感器21 等主要构件。壳体19是中央站立基座3的主要结构支撑构件，其上表面的边缘设计了三个向外突出的平台，分别为前向平台22，左后向平台23和右后向平台24，平台上表面有与滑轨前段4、滑轨后段5底侧类似的长方形1mm深凹槽，便于安装合页6，安装方法与滑轨1中相关叙述相同，在此不再累述。三个平台(22、23、24)之间的相互夹角为120
°
，受试者站立时面向前向平台22的指向方向。并以此方向为基准参考方向。壳体上表面向下凹陷为圆柱形槽，槽深20mm，槽面底部有四个圆型卡槽25，每个圆型卡槽25分别安装一个压力传感器21，四个圆型卡槽25呈
菱形排列，位置恰好位于人足的前后左右侧，在此处设置压力传感器21的主要功能是检测在y平衡测试中人足的边缘是否翘起，若发生这种情况，对应方向的压力传感器21读数会发生明显变化，通过阈值检测可帮助受试者判断实验数据是否有效。在壳体19侧壁上电源插头26的引线穿出，电源插头26为ac220v供电，主要为中央站立基座3内部的电子器件和电路提供电力。
11.中央站立基座内部还包括：电源模块27、激光测距模块28、固定盖板29、数字电路板30等构件。电源模块27与电源插头26的引线相连，可将市电转换为5v和3.3v的直流信号，为其他电气构件的正常工作提供电力。每个平台(22、23、24)的底侧的壳体19 侧壁上还分别设计一个小天窗31，天窗31的尺寸可恰好使激光测距模块28的镜头露出，并与滑块2上的反光镜面18的高度近似一致。激光测距模块28通过加装固定盖板29进行固定，固定螺栓同样为m3平头螺钉7。数字电路板30外形设计为圆型，通过m3平头螺钉7固定在壳体19的立柱32上。电源模块27、激光测距模块28分别与数字电路板30特定接口连接，压力传感器21的数据线通过壳体19上的引导孔33穿过壳体19，并连接数字电路板30特定接口。
12.数字电路板30主要通过stm32芯片搭载信号放大、功放等模拟模块，实现如下功能：一、采集压力信号，并根据设定阈值，指挥蜂鸣器发出报警信号，提示受试者的支撑腿站姿是否合乎y平衡测试要求；二、收集激光测距模块28的信号并转换为滑块2移动距离信号；三、根据内存中保存的表现量表给出测量表现分值；四、将数据通过wifi上位端口传输。由4个压力分别测量的模拟信号经过a/d转换34变为数字信号，输入压力数值检测模块35，该模块预设了压力变换的阈值比例(20％)，当相邻两次采集压力值的变化比例超过阈值，则向发声器36发出指令，产生固定频率的音频信号，最后由蜂鸣器37将音频信号转换为声音放出。若蜂鸣器37功能被激活，则压力数值检测模块35也会发出指令，终止激光测距模块28后续信号处理的执行，实现的效果是：若受试者支撑腿的站姿出现倾斜，足部与玻璃压敏平板20没有完全贴合，则认为此次的测试数据无效，并蜂鸣警告受试者。若压力数值检测模块35判断压力变化未超出阈值，则激光测距模块28输出的距离数字信号将输入滑块移动距离测算模块38，根据实验开始和结束时滑块的位置数据的差值计算出滑块的实际移动距离。滑块移动距离测算模块38的数据将输入测试表现评估模块39 估算出成绩分值以五分制(1
‑
5)计算。测试表现评估模块39的评分依据是一个评分模板，评分模板是通过机器学习的分类器分析了1000位受试者的实验测试成绩和专业评分人的主观打分数据后获得的标准模板，包含滑块移动距离和分值的映射数据库。根据移动距离测算模块38传输来的滑块移动距离即可输出分值。由于利用机器学习简化了人工打分环节，评估效率得到了提升。最后将数据输入无线传输模块40，批量发送数据至上位端口：如pc机、手机或平板，通过编写程序进行进一步处理或可视化显示。这些功能不属于专利所述装置的范畴，因此不再深入叙述。
13.本专利的有益处在于：
14.(1)节省了装置的组装时间，无需系统误差调试实现了快速检测的需要。
15.(2)装置可进行收束，节省搬运空间，方便携带，提升了便携性。
16.(3)利用激光雷达和压力检测实现了装置的自动检测功能，降低了装置操作人员的负担。
17.(4)利用前期预设的评估模块，突出了装置“即检、即测，即出结果”的特征，解决了快速检测技术的最后一道门槛。
18.(5)无线数据传输更适合当今云计算和大数据分析的需要。
附图说明
19.图1为便携式y平衡智能测试装置整体装配图，。
20.其中：图a为展开状态，图b为收束状态
[0021]1‑
滑轨；2
‑
滑块；3
‑
中央站立基座。
[0022]
图2为滑轨组装及界面构造示意图。
[0023]
其中：4滑轨前段；5滑轨后段；6合页；7m3平头螺钉；8调平旋钮；9倒梯形凹槽。
[0024]
图3为滑块结构示意图。
[0025]
其中：10
‑
上盖；11
‑
底盖；12
‑
滑轮；13
‑
轮轴；14
‑
轮轴固定支点；15
‑
螺丝安装孔；16
‑ꢀ
盒体；17
‑
窗口；18
‑
反光镜面。
[0026]
图4为中央站立基座俯视图。
[0027]
其中：19
‑
壳体；20
‑
玻璃压敏平板；21
‑
压力传感器；22
‑
前向平台；23
‑
左后向平台；24
‑ꢀ
右后向平台；25
‑
圆型卡槽；26
‑
电源插头。
[0028]
图5为中央站立基座内部结构示意图。
[0029]
其中：27
‑
电源模块；28
‑
激光测距模块；29
‑
固定盖板；30
‑
数字电路板；31
‑
天窗；32
‑ꢀ
立柱；33
‑
引导孔。
[0030]
图6为数字电路板功能模块示意图。
[0031]
其中：34
‑
a/d转换；35
‑
压力数值检测模块；36
‑
发声器；37
‑
蜂鸣器；38
‑
滑块移动距离测算模块；39
‑
测试表现评估模块；40
‑
无线传输模块。
具体实施方式
[0032]
下面将结合附图和实施例对本发明加以详细说明。同时也叙述了本发明技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0033]
一种便携式y平衡智能测试装置由中央的站立基座3，和三根滑轨1、滑块2组成的传导机构组成，滑轨可分为滑轨前段4与滑轨后段5,相互间利用合页6结构连接。由图1、 2、4所示，由于合页6的存在，滑轨前段4和滑轨后段5可相互折叠至180
°
，滑轨后段 5与中央站立基座3也可在合页6的辅助下折叠100
°
。滑块2安装在滑轨1上，因为受窗口17的限制，不会从倒梯形凹槽9中脱落，且受重力影响可自动划至滑轨1底端。此时装置处于收束状态，可用束缚带束紧滑轨，方便放入收纳袋搬运。
[0034]
当合页6完全展开，滑轨1与地面平行，三根滑轨相互间夹角120度，组成y字形的展开状态，如图1(a)。使用前，整滑轨1远端的调平螺母8，并使用水平仪等标定仪器测量滑轨1的水平度，防止滑轨1向任意方向倾斜。同时保证滑轨前段4和滑轨后段5的倒梯形凹槽9对位准确，不影响滑块1的移动。通电前将滑块2推至滑轨1的近端，保证滑块无法再向中心位置移动，此时为测试时滑块的初始位置。然后将电源插头26插入对应的市电插座中，电流经导线流入电源模块27，电源模块27将提供两种规格的直流电：5v dc 为压力传感器21、数字电路30供电，3.3vdc为激光测距模块28供电。
[0035]
该装置的主要功能改进有两点：1)可以精确检测滑块的移动距离；2)保证在检测
时对人体姿态稳定性的监控。
[0036]
测试时，受试者面向其中一根滑轨1的延伸方向站立。滑块2的滑轮12与滑轨1上倒梯形凹槽9相互配合，滑轮12的轮轴13通过轮轴固定支点14支撑起滑块2的重量。由于滑块预留了窗口17可以让滑轨1通过，并且滑轮12的半径略大于倒梯形凹槽9，因此滑轨1在穿过窗口17时，滑轨1与滑块2之间有足够的间隙，降低了滑块2移动中的摩擦和碰撞。在滑轨前段4的远端设置了一个挡板，防止滑块2在移动中脱落。在滑轨1 的底部，是激光测距模块28的工作区域。激光测距模块28安装在中央站立基座3的前向平台22、左后向平台23及右后向平台24的下方，激光测距模块28的镜头通过天窗31指向工作区域，其中激光发射端发出一道不可见的激光光束，光束沿直线照向滑块2底部的反光镜面18，光线经反射后返回至激光测距模块28，并被接收端获取。经过激光测距模块 28内部电路转换，可输出滑块2与中央基座3之间相对距离。
[0037]
当进行y平衡测试时，激光测距模块28采集初始距离l1。受试者需单脚站立在玻璃压敏平板20上，并用另外一只脚在不失衡的前提上触碰滑块1。由于滑块1内滑轮12、轮轴13、轮轴固定支点14之间的连接与配合，滑块1的移动由滑轮12在倒梯形凹槽9中滚动来实现。当滑块1被推动时，反光镜面8位置也随之发生移动，激光测距模块28可重新测量与反光镜面8之间的距离l2，因此滑块的实际移动距离即为l2
‑
l1。通常激光测距模块28均有最小可辨识距离，本装置选择的激光测距模块参数为：识别距离0.03
‑
8m，精度 1mm。由于安装合页6的需要，滑块1初始位置与激光测距模块28大于0.03m，因此测量数据均有效。由于激光测距模块28集成了数字信号预处理功能，输出结果为数字信号形式的距离数据，可直接被数字电路30读取。
[0038]
数字电路30读取到距离信息后，由stm32芯片内部的滑块移动距离测算模块38计算出滑块移动距离l，测试表现评估模块39将根据l的数值与stm32内存中保存的分值模板进行对比，以获取对平衡测试表现的分值(分值0
‑
4分整数)。模板通过分析1000人的测试结果及专家主观评分获得。利用装置获得1000份数据样本，包括距离数据l以及专家根据l给出的评分p(必为1
‑
5整数)，以l为横坐标、p为纵坐标，绘制样本散点图，并通过随机抽样建立训练集，对贝叶斯分类器进行优化，获得五分制下对应分值的阈值范围 k1、k2、k3、k4、k5。测试表现评估模块39会判断l位于哪个阈值kx范围内，则x即为对应的分值。受试者需在3根滑轨上分别进行测试，获得一组数据，包含三个分值：xf、xl、xr，对应前向、左后向和右后向。3个分值再进行累加即可获得一次完整y平衡测试的实际分值x，若xf、xl、xr中任意分值不存在，则累加操作无法完成，直至各分值补全。分值x将以数字信号传输至wifi无线传输模块40，由网络将数据上传至云端或对应终端进行后续处理。
[0039]
中央基座3的上表面是一块玻璃压敏平板20，当玻璃压敏平板20受到压力时会产生微小形变，并通过四根立柱，传递到其下方对应的四个压力传感器21上。当受试者站立在玻璃压敏平板20中央并试图推动滑块2时，由于人体姿态为了保持平衡处于动态调整中，足底在各个方向压力是不稳定的，因此会导致每个方向上的压力传感器21读数产生差别。数字电路板30连接了压力传感器21和激光测距模块28，其中压力传感器21的数据线通过引导孔33引至数字电路板30进行焊接。电路板30通过螺栓固定在中央基座1的内部三颗立柱上，获得良好固定和接地。数字电路板30包含两个主要模块：压力数值检测模块 35和滑块移动距离测算模块38。压力传感器21连接的压力数值检测模块35负责实施监视各个压力传感器
的读数变化：当受试者双脚站立静止不动时，测得四个传感器读数作为基准值，当任意压力传感器21实时采集数据的波动与基准值相比大于15
‑
20％(具体数值可设置)，则认为数据采集过程中人体稳定性较差，数据可信度较低，压力数值检测模块35 连接的发声器36和蜂鸣器37相互配合发出高频报警蜂鸣，说明本次测试无效，需重新进行实验。
[0040]
y平衡测试过程中需保证身体不失衡，传统测试中主要判断方式是观察受试者的脚是否有离开平板的趋势。这种判断极度依赖经验，判定过程不准确。本装置，利用玻璃压敏平板20对压力的敏感性，将足底施加在玻璃压敏平板20的压力，转化为玻璃压敏平板20 对接的四块压力传感器21。设置4块压力传感器21是为了方便判定失衡发生的方向。当身体失衡使，会向前、后、左、右、前左、前右、后左、后右等八个方向倾斜，因此对应倾斜方向反方向的足底会脱离玻璃压敏平板20，从而引起相邻压力传感器21的显著变化。由于不同人的体重差别，需采用相对压力变化率作为检测标准判断是否失衡。相对压力变化率，是对同一压力传感器21的读数进行差分运算并计算斜率l，由于差分运算需采用数字信号，因此需将压力传感器21测量的电压信号，先通过a/d转换34转化为数字信号。然后在压力数值检测模块35中进行信号检测，假设相邻两次压力信号为f1和f2，则斜率 l为
[0041]
l＝|(f1
‑
f2)|/f1
[0042]
l取值为0
‑
1之间。通过设置阈值l，并判断l与l的数值大小，来判断下一步的程序执行，若l<l，则压力数值检测模块35无输出；若l>l，则压力数值检测模块35有两种输出：一种输出为低电平信号，低电平信号输入36发声器和37蜂鸣器，产生持续蜂鸣声。当受试者听到蜂鸣，即在提示站立脚姿态有错误，测试无效，需进行调整。另一种输出为高电平信号，用于屏蔽滑块移动距离测算模块38的功能，持续5秒。在此期间激光测距模块28获取的任何数据均无法被滑块移动距离测算模块38获取，此时距离数据l在数字电路30中对应的评分x为null(无定义)，数据无法保存。若压力数值检测模块35的输出不停止，则x无法计算，会继续等待数据。
[0043]
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种便携式y平衡智能测试装置，其特征在于，包括可收束滑轨(1)，滑块(2)以及中央站立基座(3)，其中滑轨和滑块分别有3个，中央站立基座1个，三根滑轨围绕基座均匀分布，相邻滑轨的夹角为120
°
；滑块套在滑轨上，每个滑轨对应一个滑块，每条滑轨及配套的滑块结构均相同；通过连接部位的合页结构，滑轨可以缩减长度并收束，测试装置可收束为桶装，方便放入布带或长盒中携带；使用时无需安装调试，展开滑轨并通电即可开始测试；通过获取足底压力数据监控受试者的姿态并连接报警装置及时发出提示；通过激光测距技术获取滑块移动距离，并转换为分值报送受试者。2.按照权利要求1所述的便携式y平衡智能测试装置，其特征在于：滑轨(1)优化了对滑块(2)的引导功能，滑轨由滑轨前段(4)、滑轨后段(5)、合页(6)，m3平头螺钉(7)，调平旋钮(8)等主要组件组装而成；滑轨前段(4)、滑轨后段(5)的截面有左右各一个倒梯形凹槽(9)，以配合滑块沿轨道的直线移动；滑轨前段(4)、滑轨后段(5)截面宽度60mm，径向长度700mm，可适应各种腿长人群的测试；滑轨前段(4)近端(即靠近中心一端)底侧以及滑轨后段(5)左端底侧，各有一个1mm深凹槽，与合页(6)的叶片尺寸大小一致；叶片嵌入凹槽后，凹槽上的5个m3螺纹孔与合页(6)的通孔一一对应，5个m3平头螺钉(7)对应每个螺纹孔拧紧，连接了滑轨前段(4)、滑轨后段(5)，使滑轨长度加长，不用时合页可使滑轨对折，便于收束；调平螺母位于滑轨前段(4)的远端(即远离设备中心一端)，共有两个，主要功能是调整滑轨前段(4)、滑轨后段(5)与地面的水平倾角，保证滑块(2)的移动的驱动力中不包含滑块重力影响；滑轨前段(4)、滑轨后段(5)的倒梯形凹槽(9)槽底宽度8mm，与滑块(2)内的滑轮宽度一致，设计为倒梯字形主要是为了减少滑轮(12)在槽内滚动时与侧壁的摩擦。3.按照权利要求1所述的便携式y平衡智能测试装置，其特征在于：滑块(2)是检验平衡性的主要元件，其结构由上盖(10)，底盖(11)，滑轮(12)和轮轴(13)组成；上盖(10)内表面延伸出两个轮轴固定支点(14)，轮轴(13)分别穿过两个轮轴固定支点(14)，再与滑轮(12)过盈固定；轮轴(13)的长度与滑轨前段(4)、滑轨后段(5)上两个倒梯形凹槽(9)的中心间距等长；每个轮轴(13)的两端分别固定一个半径20mm的滑轮(12)；轮轴(13)需要穿过轮轴固定支点(14)的区域进行抛光和打蜡处理，以保证滑轮(12)滚动时轮轴(13)与轮轴固定支点(14)之间的转动顺滑；在上盖(10)，底盖(11)的四个角上分别有一个螺丝安装孔(15)，对应m3平头螺丝(7)，m3平头螺丝(7)由滑块(2)底侧首先穿入底盖(11)的螺丝安装孔(15)，再与上盖(10)的螺丝安装孔(15)旋紧；上盖(10)，底盖(11)形成一个盒体(16)，有效保护内部的滑轮(12)；轮轴(13)与轮轴固定支点(14)又支撑了整个盒体(16)的重量；在盒体(16)的长边中央，设计了通透式的窗口(17)，窗口(17)为滑轨(1)穿出滑块(2)而设计，窗口尺寸比滑轨前段(4)、滑轨后段(5)的界面宽、高均增加2mm，防止滑块(2)移动中窗口(17)与滑轨(1)侧壁的摩擦；此外为了保证激光测距的准确性，在盒体(16)的长边上，面向中央站立基座(3)的一侧(与导轨的近端测方向一致)窗口(17)的下方还设计了一个3mm直径的反光镜面(18)，反光镜面(18)采用反光薄膜材料裁剪并粘合在盒体(16)上。4.按照权利要求1所述的便携式y平衡智能测试装置，其特征在于：中央站立基座(3)是本专利的核心器件，其主要功能有：a、为受试者提供单脚站立位置；b、检测受试者单腿站立时，脚的局部部位是否翘起，并提供报警提示；c、利用激光测距检测滑块2的移动距离；d、连接滑轨(1)，进一步实现专利所述装置的收束功能；由外侧观看中央站立基座(3)其外形呈圆柱形，包括壳体(19)、玻璃压敏平板(20)、压力传感器(21)等主要构件；壳体(19)是中央
站立基座(3)的主要结构支撑构件，其上表面的边缘设计了三个向外突出的平台，分别为前向平台(22)，左后向平台(23)和右后向平台(24)，平台上表面有与滑轨前段(4)、滑轨后段(5)底侧类似的长方形1mm深凹槽，便于安装合页(6)，安装方法与滑轨(1)中相关叙述相同，在此不再累述；三个平台(22、23、24)之间的相互夹角为120
°
，受试者站立时面向前向平台(22)的指向方向；并以此方向为基准参考方向；壳体上表面向下凹陷为圆柱形槽，槽深20mm，槽面底部有四个圆型卡槽(25)，每个圆型卡槽(25)分别安装一个压力传感器(21)，四个圆型卡槽(25)呈菱形排列，位置恰好位于人足的前后左右侧，在此处设置压力传感器(21)的主要功能是检测在y平衡测试中人足的边缘是否翘起，若发生这种情况，对应方向的压力传感器(21)读数会发生明显变化，通过阈值检测可帮助受试者判断实验数据是否有效；在壳体(19)侧壁上电源插头(26)的引线穿出，电源插头(26)为ac220v供电，主要为中央站立基座(3)内部的电子器件和电路提供电力。5.按照权利要求4所述的便携式y平衡智能测试装置，其特征在于：中央站立基座(3)内部还包括：电源模块(27)、激光测距模块(28)、固定盖板(29)、数字电路板(30)等构件；电源模块(27)与电源插头(26)的引线相连，可将市电转换为5v和3.3v的直流信号，为其他电气构件的正常工作提供电力；每个平台(22、23、24)的底侧的壳体(19)侧壁上还分别设计一个小天窗(31)，天窗(31)的尺寸可恰好使激光测距模块(28)的镜头露出，并与滑块(2)上的反光镜面(18)的高度近似一致；激光测距模块(28)通过加装固定盖板(29)进行固定，固定螺栓同样为m3平头螺钉(7)；数字电路板(30)外形设计为圆型，通过m3平头螺钉(7)固定在壳体(19)的立柱(32)上；电源模块(27)、激光测距模块(28)分别与数字电路板(30)特定接口连接，压力传感器(21)的数据线通过壳体(19)上的引导孔(33)穿过壳体(19)，并连接数字电路板(30)特定接口。6.按照权利要求1所述的便携式y平衡智能测试装置，其特征在于：数字电路板(30)主要通过stm32芯片搭载信号放大、功放等模拟模块，实现如下功能：一、采集压力信号，并根据设定阈值，指挥蜂鸣器发出报警信号，提示受试者的支撑腿站姿是否合乎y平衡测试要求；二、收集激光测距模块(2)8的信号并转换为滑块(2)移动距离信号；三、根据内存中保存的表现量表给出测量表现分值；四、将数据通过wifi上位端口传输；由4个压力分别测量的模拟信号经过a/d转换(34)变为数字信号，输入压力数值检测模块(35)，该模块预设了压力变换的阈值比例(20％)，当相邻两次采集压力值的变化比例超过阈值，则向发声器(36)发出指令，产生固定频率的音频信号，最后由蜂鸣器(37)将音频信号转换为声音放出；若蜂鸣器(37)功能被激活，则压力数值检测模块(35)也会发出指令，终止激光测距模块(28)后续信号处理的执行，实现的效果是：若受试者支撑腿的站姿出现倾斜，足部与玻璃压敏平板(20)没有完全贴合，则认为此次的测试数据无效，并蜂鸣警告受试者；若压力数值检测模块(35)判断压力变化未超出阈值，则激光测距模块(28)输出的距离数字信号将输入滑块移动距离测算模块(38)，根据实验开始和结束时滑块的位置数据的差值计算出滑块的实际移动距离；滑块移动距离测算模块38的数据将输入测试表现评估模块(39)估算出成绩分值以五分制(1
‑
5)计算；测试表现评估模块(39)的评分依据是一个评分模板，评分模板是通过机器学习的分类器分析了1000位受试者的实验测试成绩和专业评分人的主观打分数据后获得的标准模板，包含滑块移动距离和分值的映射数据库；根据移动距离测算模块(38)传输来的滑块移动距离即可输出分值；由于利用机器学习简化了人工打分环节，评估效率得到了
提升；最后将数据输入无线传输模块(40)，批量发送数据至上位端口：如pc机、手机或平板，通过编写程序进行进一步处理或可视化显示。
技术总结
本发明公开了一种便携式Y平衡智能测试装置，属于体育测试领域。该装置主要包括可收束滑轨，滑块及中央站立基座。通过滑轨上以及滑轨与基座之间的合页结构，该装置可在收束与展开状态间快速变换，以适应携带和测量的需要；该装置还内置单腿站立时的姿态检测功能，通过测量压力读数，根据阈值变化，判断足底与玻璃平板的接触是否发生明显变化，并对错误的姿态予以声音提示；该装置采用激光测距技术检测滑块的移动距离，并可通过内置的评估模板对测量结果进行评分，并通过无线传输模块上传数据。该装置在保留传统Y平衡测试特点的基础上，降低了装置操作和数据分析的负担，提升便携性，并赋予装置智能评估能力，可以用于平衡能力测试。试。试。


技术研发人员：田寅生 钱德省 张开宇
受保护的技术使用者：北京体育大学
技术研发日：2021.04.26
技术公布日：2021/6/29