[發明專利]一種測量足底三維應力狀態的便捷式鞋墊

在審

• 申請號: 201910085225.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109567315A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 代祥俊;張進;李征;張豪;石杰;王嘉昕
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: A43B17/00
• 分類號: A43B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種測量足底三維應力狀態的便捷式鞋墊，其特征在于采用分層組合結構，利用壓電陶瓷片的正壓電效應和直角應變花的應力應變關系，實時檢測足底應力大小，方向及分布。本發明結構簡單，可以有效測量不同地況下靜止、行走和跑動狀態的足底應力。

技術領域

本發明涉及足底應力檢測技術領域，是一種可精準測量足底應力大小，方向和分布的便捷式鞋墊。

背景技術

每個人腳的形狀都不盡相同，走路的姿勢習慣和用力點也不一樣。在走路的過程中，腳具有支撐身體，保持平衡的作用，并且在離地前腳掌對地施加一個力從而獲得一個反作用力作為動力，在落地時則要用腳掌承受一個沖擊力，因此，對足底受力研究具有現實意義。若我們把不同運動狀態下足底受力情況研究透徹，將為制鞋方面、體育運動方面、健康方面提供依據。如利用本發明測得的數據量身打造一雙鞋，可以讓人運動時更舒適，避免一些不合適的鞋子對腳的傷害，并且可以降低運動員因鞋子而引起的發揮失誤和生理病變。現有關于足底應力測量方面的技術多將采集單元理想化為點，只能測出足底單方向應力，不能對足底應力精確的進行大小和方向的分析。而本發明不僅實現了對垂直足底方向的應力的檢測，也實現了平行足底方向應力的檢測，最終測出受力點空間三維方向上應力的大小與方向。同時此發明具有技術簡便、靈活的特點。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種測量足底應力大小，方向，分布的便捷式鞋墊，能夠解決現有測量裝置結構復雜且無法有效測量出實際應力的大小及方向的問題。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：提供一種測量足底三維應力狀態的便捷式鞋墊，其特征在于采用組合分層結構，包括PVC薄膜、填充層、第一至第九應力采集單元、無線傳輸裝置。

應力采集單元由壓電陶瓷片和直角應變花組合構成，其結構形式是：應變花在上，中間為0.5mm厚度的pvc薄膜，底部是直徑9mm的壓電陶瓷片，他們之間用粘合劑粘合。

應力采集單元粘貼在pvc薄膜（10）上，通過導線與無線傳輸裝置連接。

pvc薄膜（10）為鞋墊的樣式。

所述的直角應變花的系數為2.11。 所述的壓電陶瓷片直徑為9mm。

所述PVC薄膜（10）的厚度為1.25mm，密度為1.30。

應力采集單元（1）粘貼在鞋墊的樣式pvc薄膜（10）上，與足底第一趾骨對應。

應力采集單元（2）（3）（4）（5）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜上與足底沿斜方肌對應處。

應力采集單元（6）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底前腳掌足弓外側對應處。

應力采集單元（7）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底后腳掌足弓外側對應處。

應力采集單元（8）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底足跟對應處。

應力采集單元（9）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底足跟內側對應處。

粘貼應力采集單元：在PVC薄膜（10）上作XY坐標軸，直角應變花0°與X軸垂直，90°與Y軸垂直。

PVC薄膜（10）邊緣用熱熔膠封閉，應力采集單元輸出的導線在鞋墊邊緣被熱熔膠固定并與無線傳輸裝置連接。

鞋墊內部以水晶滴膠（軟）為填充層，粘貼pvc薄膜（11）。

將本發明的鞋墊倒置（即將粘有應變花的pvc薄膜（10）朝上）放于穿戴者鞋子中，足底壓力傳遞到應變花上引起應變花電阻變化，經電橋電路處理，將電阻信號轉變為電壓信號無線傳輸至終端，經計算，可得到平面主應變大小及方向。足底壓力經應變花傳到壓電陶瓷片上，引起壓電陶瓷片電壓變化，采集電壓后，將電壓信號無線傳輸至終端，經計算，可得垂直足底應力分量。