[發明專利]一種人足動態力學實時檢測評估系統及方法

在審

• 申請號: 201610936200.7
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN106595912A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 李世明;莊建海;李強;許全盛;毛旭江;高雅楠;趙玥;宮煒男
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及身體檢測技術領域，特別涉及一種人足動態力學實時檢測評估系統及方法。

背景技術

目前對于人足在運動過程中的受力分析工具主要采用鞋墊式壓力分布或矩形壓力分布檢測板，此兩種設備的基本原理均采用壓力分布傳感器，用于采集足部與地面的接觸面壓強，進而計算地面反作用力中的垂直力及其他衍生參數，此兩種設備的缺點在于：

1.鞋墊式壓力分布是以鞋子為載體，在實際檢測時經常出現壓力分布與鞋子無法得到最佳適配而影響檢測結果的準確性；

2.鞋墊式壓力分布無法檢測到步行時步態的空間域參數；

3.矩形壓力分布板受空間限制大，無法做到長距離檢測，因而影響數據準確性；

4.二者均只能檢測垂直力，無法獲得足部的前后、左右方向剪切力及力矩等三維空間數據；

5.二者均無法獲得足部與地面接觸時的角度數據；

6.因上述檢測方法的局限性，故無法形成有效的人足動態力學信息評估方法；

7、無法獲取步態周期中的空間域數據、測量元件與人足測量位置無法形成最佳適配關系、不能進行長距離檢測、無法獲取人足動態力學(宏觀和微觀)多源信息(地面反作用力、力矩、步態周期數據、壓強、面積、角度、角加速度、線加速度等信息)等缺點和問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種適用范圍廣、能檢測步態的空間域參數、檢測數據準確、評估精準的人足動態力學實時檢測評估系統及方法。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種人足動態力學實時檢測評估系統，包括鞋體、數據處理傳輸模塊和上位機，所述鞋體的底部設置有第一傳感裝置和第二傳感裝置，所述鞋體的上部設置有運動感測追蹤組件；

所述第一傳感裝置，用于檢測足底的垂直力、前后方向剪切力、左右方向剪切力、前后方向力矩和左右方向力矩，生成第一檢測數據；

所述第二傳感裝置，用于檢測足底的壓強均值、壓強峰值和足部與地面接觸面積，生成第二檢測數據；

所述運動感測追蹤組件，用于檢測足底與地面實時接觸的角度、角加速度和線加速度，生成第三檢測數據；

所述數據處理傳輸模塊，用于實時同步對第一檢測數據、第二檢測數據和第三檢測數據進行分別封裝處理成數據包，將封裝后的數據包無線傳輸至上位機；

所述上位機，用于對數據包進行解包、整合、轉換、系數校準計算，再將數據進行提取分析和顯示，根據提取分析的數據進行數據特征建模，并對數據進行實時遞進和數據之間的關聯關系進行評估，得出人足動態力學特征；

人足動態力學特征包括雙腳在行走過程中與地面接觸時的三維空間垂直力、前后方向剪切力、左右方向剪切力、前后方向力矩、左右方向力矩、接觸面的壓強均值、接觸面的壓強峰值、接觸面積，以及足底與地面的接觸角度、角加速度、線加速度；

人足動態力學分布還包括步態周期時間參數和步態周期空間參數；步態周期時間參數為：站立相、擺動相、單支撐相、雙支撐相及其與時間的時序關系；步態周期空間參數為：步長、步寬、步距、步速及其與時間的時序關系。

本發明的有益效果是：第一傳感裝置、第二傳感裝置和運動感測追蹤組件對人足力學的多源信息進行實時檢測，能獲取步態的空間域數據，使人足運動狀態的信息數據更加多元化、立體化，第一傳感裝置和第二傳感裝置置于鞋底的位置形成適配且最大限度地提高檢測結果的準確性，適用范圍廣，檢測數據準確和評估精準，通過上位機的協調運作，能有效實現檢測數據的校準、建模分析得出人足動態力學特征。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述第一傳感裝置包括第一五軸宏觀力學傳感器、第二五軸宏觀力學傳感器、第三五軸宏觀力學傳感器和第四五軸宏觀力學傳感器，所述第一五軸宏觀力學傳感器置于所述鞋體對應人體足底第一跖骨位置處，所述第二五軸宏觀力學傳感器置于所述鞋體對應人體足底第五跖骨位置處，所述第三五軸宏觀力學傳感器置于所述鞋體對應人體的足中位置處，所述第四五軸宏觀力學傳感器置于所述鞋體對應人體的足跟位置處，人在行走或站立過程中足跟和第一、第五跖骨位置呈穩定的力學三角形，是應力的集中區域，且足跟和該兩跖骨在步態周期中處于地面反作用力的峰值位置，足中位置是步態周期中站立中期地面反作用力峰值最小的位置，所述第一五軸宏觀力學傳感器、第二五軸宏觀力學傳感器、第三五軸宏觀力學傳感器和第四五軸宏觀力學傳感器均用于測量其對應位置處的垂直力和剪切力。