[發明專利]一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201610259538.3
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105662419B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 邱靜;鄧清龍;岳春峰;林西川;鄭曉娟;陳曄
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;A61H3/00;B25J9/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，包括測量裝置壓力鞋，其特征在于：所述的測量裝置壓力鞋的內部對應跖骨和距骨的位置分別設置有四片壓力傳感器（202），所述的壓力傳感器（202）產生微弱電信號，中央處理器對所述微弱電壓信號進行采集并進行處理；所述處理包括利用零力矩點解算出外骨骼的重心位置及變化情況，然后將外骨骼站立和行走時所處的不同模式進行劃分：將靜止站立模式細分為雙腳支撐、左腳支撐和右腳支撐模式；將行走模式細分為邁左腿行走和邁右腿行走模式；對應不同模式下對不同壓力傳感器數據采用不同權值的方法測量外骨骼足底壓力；

所述測量裝置壓力鞋從下到上依次為底層（103）、中間層（102）和頂層（101），其中中間層（102）和底層（103）分別由不同材質的橡膠制成，中間層（102）的橡膠相對底層（103）較硬，中間層（102）為臺階形，前半部分高，后半部分低，后半部分用于和頂層（101）配合；底層（103）相對中間層（102）較軟，頂層（101）的后半部分為金屬，前半部分為中間層（102）的突起部分，頂層（101）外側邊緣有固定裝置，用于將壓力鞋固定在外骨骼小腿上支撐整個外骨骼；壓力傳感器（202）嵌入在中間層（102）和底層（103）接觸的一面，壓力傳感器（202）上面墊有導壓墊圈（201）。

2.根據權利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于：所述的壓力傳感器（202）由四層構成，從上到下依次為背膠層、基材層、隔離膜、基材層。

3.根據權利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于：所述的壓力傳感器（202）與電阻R1串聯接入電路中，電阻R1的另一端接地，壓力傳感器（202）的另一端與+5V連接，壓力傳感器（202）與電阻R1的公共連接點輸出信號，壓力傳感器（202）類似滑動變阻，當壓力較小時，電阻較大，輸出電壓信號弱，當壓力增大時，電阻變小，輸出電壓信號增強；通過對應壓力下電阻、電壓信號的變化實現測量壓力的大小。

4.根據權利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于：所述的中央處理器和壓力傳感器（202）之間設置有四通道放大器，放大器將四路壓力傳感器輸出的電壓信號比較放大后傳給中央處理器處理。

5.如權利要求1~4中任意一項所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置的方法，其特征在于：包括以下子步驟：

S1：上電系統啟動，壓力傳感器（202）先采樣N次，求得壓力傳感器（202）的零偏，并在以后的數據中消去壓力傳感器（202）零偏值；

S2：分別求出左腳四個壓力傳感器（202）的總合F1和右腳四個壓力傳感器（202）的總和F2：如果在一定時間S內，F1和F2的波動超過了設定的閾值F，則判別當前外骨骼處于模式1：行走模式；如果F1和F2的波動沒有超過設定的閾值F，則判別外骨骼當前處于模式2：站立模式；

當判斷處于在行走模式中時，進一步進行判斷：

（1）如果F1的值大于F2，則外骨骼當前處于模式1.1：邁右腳模式；

（2）如果F1的值小于F2，則外骨骼當前處于模式1.2：邁左腳模式；

當判斷處于在站立模式中時，進一步進行判斷：

（1）如果F1與F2的值相等，則外骨骼當前處于模式2.1：雙腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器（202）所測得的值通過加權和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力；

（2）如果F1的值大于F2，則外骨骼當前處于模式2.2：左腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器（202）所測得的值通過加權和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力；

（3）如果F1的值小于F2，則外骨骼當前處于模式2.3：右腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器（202）所測得的值通過加權和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力。