[發明專利]基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統

在審

• 申請號: 202010048600.0
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111256887A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 魏大鵬;楊俊;謝義;孫泰;史浩飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01L1/20
• 分類號: G01L1/20;A61B5/103;A61B5/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

本發明涉及一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，屬于人機交互領域。該系統包括足底壓力測量平臺，石墨烯納米墻觸覺傳感器，調節氣囊，信號采集單元，信號控制和處理單元，顯示器單元。信號采集單元通過采集電路對觸覺傳感器進行行列掃描，采用石墨烯納米墻柔性觸覺傳感器，使得傳感單元更為靈敏，壓力采集密度更高，足底信息更加豐富。采集電路將采集到的足底壓力圖像傳遞給信號控制和處理單元，信號控制單元能夠對信號進行硬件去噪、放大等穩定信號操作。本發明通過石墨烯納米墻觸覺傳感器得到豐富的足底壓力數據，通過大量的模型訓練恢復用戶的正常足底壓力分布，實現鞋墊定制的個性化和智能化。

技術領域

本發明屬于人機交互領域，涉及一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統。

背景技術

許多人遭受某種足部問題，一個人每天走大約15000-16000步。足部動作/步態問題反映至腳底、腳踝、膝部、腿部、背部等等；這也是為什么其治療和預防特別有利于整個人體健康。倘若足部位置是正確的，身體的負荷被均勻分配并且可避免由動作/步態引起的許多問題。

不同的(足弓)支撐鞋墊可用于矯正足部位置。現成的在鞋墊中的支撐通常不提供對任何人足部的完美匹配，因為人們通常不具有相同的足部形狀。因此，許多支撐鞋墊由于其糟糕的適合性終究被認為不合適。僅僅少數遭受足部問題的人有機會購買能緩解至少部分問題的鞋墊。傳統地，用戶定制的鞋和鞋墊由專業的鞋匠、理療醫師或足底醫生制作。測量足部和制作鞋墊需要專家或者昂貴的且專門的儀器。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于石墨烯納米墻觸覺傳感器的足底壓力監測系統，包括足底壓力測量平臺、石墨烯納米墻觸覺傳感、充氣氣囊、信號采集單元、信號控制和處理單元和顯示器單元；

足底壓力測量平臺包括充排氣緩沖層、石墨烯納米墻傳感層和充氣氣囊調節層；人靜止站立在平臺上，陣列傳感器采集人體對足底壓力測量平臺的足底壓力信息；調用系統模型對壓力分布進行評估、圖像重建，根據模型結果調節充氣氣囊的充氣量調整人體足底受力分布，使人足底感到站立舒適，從而實現個性化鞋墊定制；

石墨烯納米墻由二維的石墨烯進行三維堆疊生長形成的具有三維結構的石墨烯材料；石墨烯納米墻由于其特殊的結構和特殊的力學性能和電學性能，在眾多的領域內都有應用；石墨烯納米墻觸覺傳感器是將石墨烯納米墻作為電極材料；

信號采集單元包括石墨烯納米墻觸覺傳感器陣列和行列掃描電路；石墨烯納米墻傳感器通過用戶對足底壓力大小的感知改變其電阻的大小，行列掃描電路通過不斷的掃面陣列傳感器的每個敏感單元的電阻值采集到初始信息；石墨烯納米墻傳感器包括石墨烯納米墻和叉指電極，行列掃描電路包括基本的放大電路和數模轉換部分；

信號控制與處理單元包括圖像恢復重建系統和氣囊控制調節系統，采集的用戶足底壓力信息，在信號處理單元進行圖像恢復重建，將恢復重建的正常足底壓力圖像在顯示器中顯示，同時在顯示器中顯示對用戶足部的健康評價，用于用戶的健康評估；氣囊調節系統根據系統的評估信號調節氣囊的氣量，用戶此時感覺到足部壓力的變化，調節的實時壓力圖像在顯示器中進行顯示；

所述氣囊調節系統位于測量平臺之中，能夠根據系統的重建信號對用戶的足底壓力分布進行改善，調節充氣量直到用戶感受到舒適的壓力分布；

鞋墊定制系統通過采集人站立在測量區平臺上的足底壓力圖像，系統模型能夠對足底壓力分布進行再分布，即是調整鞋墊腳形下的氣囊，不同的區域充氣量不一樣，壓力分布不一樣，實現個性化調節。