[發(fā)明專利]一種可穿戴足底陣列式三維測(cè)力系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810043855.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN108041764A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭玉鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 彭玉鑫
• 主分類號(hào): A43D1/02
• 分類號(hào): A43D1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于一種可穿戴足底陣列式三維測(cè)力系統(tǒng)，所述的可穿戴足底陣列式三維測(cè)力系統(tǒng)設(shè)置有三維力傳感器單元，三維力傳感器單元包括十字梁、十字梁中部的受力桿和十字梁四端的固定端，受力桿與固定端之間的十字梁上表面設(shè)置有應(yīng)變片，十字梁下表面設(shè)置有應(yīng)變片；本發(fā)明提供的可穿戴足底陣列式三維測(cè)力系統(tǒng)的三維力傳感器單元的固定端首尾相連進(jìn)行共用時(shí)，結(jié)構(gòu)緊湊，陣列密集，可以對(duì)足底各個(gè)區(qū)域進(jìn)行三維力的精細(xì)檢測(cè)，同時(shí)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)合理的布置壓阻參數(shù)和組橋方式，提高測(cè)量精度，減少了電路的復(fù)雜性，使得三個(gè)方向的力的完全解耦，消除了三個(gè)緯度的力或位移之間的交叉干擾問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可檢測(cè)人體在行走過(guò)程中足底各區(qū)域的多點(diǎn)、三維受力全息數(shù)據(jù)的可穿戴足底陣列式三維測(cè)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)

足部作為人體站立、步行時(shí)唯一同地面接觸的器官，其作用包括支撐體重、緩沖、推動(dòng)身體向各方向運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)及維持人體的平衡等，因此，對(duì)人體的姿勢(shì)控制能力起著非常重要的作用。身體姿勢(shì)偏離正常狀態(tài)時(shí)，足底同地面的接觸分區(qū)及其各個(gè)方向的受力也將發(fā)生變化，足底受力恢復(fù)穩(wěn)定的過(guò)程是人體平衡功能的一種較為公認(rèn)的評(píng)價(jià)內(nèi)容。同時(shí)，足底的受力狀態(tài)直接影響著近端髖、膝、踝的運(yùn)動(dòng)，其受力變化表征了人體姿勢(shì)變化的過(guò)程，是靜態(tài)及動(dòng)態(tài)姿勢(shì)變化最明顯的參數(shù)。目前，常用測(cè)力臺(tái)、測(cè)力平板來(lái)了解姿勢(shì)控制調(diào)節(jié)中人體受力特征和平衡狀況，無(wú)法在日常活動(dòng)中對(duì)足底受力狀況進(jìn)行連續(xù)測(cè)量和分析，而傳統(tǒng)的測(cè)力鞋/鞋墊則主要針對(duì)足底垂直方向壓力進(jìn)行測(cè)量。因此，利用可穿戴式三維足底測(cè)力系統(tǒng)，可對(duì)人體在自然狀態(tài)及日常活動(dòng)中，對(duì)其足底與支撐面的足底各個(gè)分區(qū)的三維受力進(jìn)行全息測(cè)量、連續(xù)記錄和分析，獲取人體姿態(tài)變化乃至全身的生理、結(jié)構(gòu)及功能等方面的大量信息，對(duì)人體靜態(tài)及動(dòng)態(tài)姿勢(shì)及生理功能的研究，有著重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)量及評(píng)價(jià)足底受力及壓力分布三種儀器是測(cè)力臺(tái)、壓力平板、測(cè)力鞋及鞋墊系統(tǒng)。測(cè)力臺(tái)可用來(lái)測(cè)量人體足部對(duì)地面作用的集中矢量力，其力學(xué)敏感單元的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)相對(duì)成熟。基于足底的測(cè)力臺(tái)在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)產(chǎn)品都很多。如英國(guó)SMS Healthcare的Balance performance monitor，美國(guó)Micro Medical Tech.的SportKat和BalanceQuest，美國(guó)NeuroCom Inc的Balance Master和EquiTest，法國(guó)Synapsys的SYNAPSYS platform，以色列的Tetrax系統(tǒng)。具有代表性的產(chǎn)品是KISTLER(瑞士)和AMTI(美國(guó))測(cè)力臺(tái)兩大測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)力臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)可靠性高，能測(cè)量前后、左右及垂直方向上的三維受力。缺點(diǎn)是具有一定的電延遲性，不利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)，它無(wú)法對(duì)足底進(jìn)行分區(qū)測(cè)量、不具備對(duì)不同下肢病變和解剖結(jié)構(gòu)的區(qū)分度，從而難以探究足底各部位在不同狀態(tài)下的生物力學(xué)特征。

壓力平板則通過(guò)陣列排布的觸覺傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)壓強(qiáng)的測(cè)量，可以表現(xiàn)出足底接觸面的分布?jí)毫徒佑|形狀。這一測(cè)量過(guò)程相當(dāng)于多個(gè)觸覺傳感器分別測(cè)量對(duì)應(yīng)區(qū)域的壓強(qiáng)。基于足底分布力的足底測(cè)量系統(tǒng)主要有比利時(shí)Rsscan公司的平板系統(tǒng)，美國(guó)TEKSCAN公司的F-Scan系統(tǒng)，德國(guó)Novel公司的Pedar-X測(cè)量系統(tǒng)等。它們可以記錄其表面所承受的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力。其不足之處在于只能測(cè)量一維數(shù)據(jù)，且測(cè)量的精確度和可靠性稍遜于測(cè)力臺(tái)。另外，測(cè)力臺(tái)和壓力平板由于其體積大、重量沉、不宜攜帶，所以只能測(cè)量站立時(shí)、或步行一步的步態(tài)參數(shù)，不能測(cè)量連續(xù)步態(tài)下的足底壓力分布，無(wú)法在自然環(huán)境中如室外、日常活動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，這樣就限制了其使用范圍。