[實用新型]一種用于人體零力矩點測量的測力鞋

無效

• 申請號: 200820042263.9
• 申請日: 2008-07-29
• 公開（公告）號: CN201233287Y
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 王興松;伏春乾
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/04
• 分類號: G01L1/04;G01L1/22;G01L5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術領域

本實用新型涉及機器人及傳感器的技術領域；尤其涉及用于人體零力矩點測量的測力鞋，可測得人體行走過程中的足底分布正壓力、摩擦力等參數的技術領域。

背景技術

零力矩點(Zero?Moment?Point，簡稱ZMP)的概念最早由南斯拉夫的M.伍科布拉托維奇提出，經過幾十年的發展現在已經成為機器人穩定行走的重要判據，是機器人步態規劃的重要工具。研究真人行走ZMP軌跡，可以為雙足機器人穩定行走設計提供參考數據，另外還能為人體行走機理和相關模型的研究提供重要的理論依據。

目前直接檢測ZMP的方式主要有：六(多)維力/力矩傳感器和測力平臺。六維力/力矩傳感器可以獲得地面的六維反力信息，最成功的應用實例是日本本田公司的ASIMO，但是它過于笨重，用它來檢測真人行走的ZMP，將會大大影響人體的正常行走。而且六維傳感器一般存在維間耦合，需要通過復雜的方法解耦。測力平臺置于地面上，不會影響人體正常行走，但由于尺寸的原因，一般只能測得人體行走一個周期的數據，而且不能用于檢測不同路況下人體步行的數據。雖然目前ZMP的檢測方法多種多樣，但都存在一些不足，如存在維間耦合、過于笨重、影響人體正常行走、不能適應長時間及不同路況下的行走要求等。

發明內容

本實用新型提供了一種結構簡單、檢測效果好、使用范圍廣的用于人體零力矩點測量的測力鞋，可在滿足在不同路況下的行走要求，且不影響人體正常行走。

本實用新型為實現上述目的，采用如下的技術方案：

本實用新型包括兩個鞋體，每個鞋體的下端設置若干個鞋釘式傳感器，其特征在于所述鞋釘式傳感器包括彈性體、電路板、底板，彈性體與底板連接，底板與鞋體連接，電路板設置在彈性體內。

比較好的是，本實用新型利用分布布置的鞋釘式傳感器測得人體行走過程中腳底的分布正壓力，再由計算得到零力矩點。

比較好的是，本實用新型的電路板包括半橋雙臂惠斯通電橋和放大濾波電路，彈性體的橫梁上分別對稱設置四塊電阻應變片，四塊電阻應變片相互連接成半橋雙臂惠斯通電橋。

比較好的是，本實用新型的彈性體的受力柱的外周設置橡膠套。

本實用新型通過測量腳底的分布正壓力，再由計算得到零力矩點。為此本實用新型由2個鞋體和22個鞋釘式傳感器構成，鞋體為可換鞋釘式運動跳鞋，每個鞋體底部分別安裝11個鞋釘式傳感器。鞋釘式傳感器由彈性體、電路板、底板和橡膠套構成。彈性體與地面直接作用，獲取地面反力信息。彈性體受力柱上包了橡膠套，用以吸收地面的沖擊和增大摩擦力。底板通過螺釘與彈性體連接，并由一沉頭螺釘連接到鞋體上，調節底板的方向可以改變傳感器的水平測力方向。電路板內嵌在鞋釘式傳感器內，為應變片組橋及放大電路，采用AD620作為放大芯片。采用4片電阻應變片R1、R2、R3、R4，對稱布置在彈性體兩側，R1與R2、R3與R4左右對稱，R1與R3、R2與R4上下對稱。采用半橋雙臂測量電路，R1與R2、R3與R4分別構成一個橋臂時，可以測量作用在彈性體上的正壓力F_Ni；R1與R3、R2與R4分別構成一個橋臂時，可以測量作用在彈性體上的與彈性體橫梁平行的摩擦力F_fxi。基于各鞋釘式傳感器測得的分布正壓力F_Ni，經計算可以得到人體行走過程中的總體ZMP。

本實用新型采用上述技術方案，與現有技術相比具有如下優點：

1、不僅可以得到人體行走過程中的零力矩點，而且可以測得人體行走過程中腳底的分布正壓力以及摩擦力。

2、采用專業運動跳鞋作為鞋體，人體穿著舒適，整個測量裝置輕巧，對人體正常行走影響小。

3、測量用的鞋釘式傳感器為線性的，理論上不存在維間耦合，不需要進行解耦。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種結構示意圖。

圖2是本實用新型鞋釘式傳感器安裝位置圖。

圖3是本實用新型鞋釘式傳感器裝配圖主視圖。

圖4是本實用新型鞋釘式傳感器裝配圖俯視圖。

圖5是本實用新型彈性體受力及應變片布置示意圖。

圖6是本實用新型電阻應變片組橋示意圖。

圖7是本實用新型電路板原理圖。

圖8是本實用新型彈性體受力等效分析圖。

圖中1、鞋體；2、鞋釘式傳感器，21、彈性體；22、電路板；23、底板；3、橡膠套；221、電阻應變片。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明：