[實用新型]一種基于足底壓力的步態檢測裝置

有效

• 申請號: 202022700851.0
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN213714591U
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 芮岳峰;楊亞;王春雷;范春輝;黃顯道;黃浩;蔡沂恒;馬保平;李昀佶
• 申請（專利權）人: 上海微電機研究所（中國電子科技集團公司第二十一研究所）
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;A61B5/11;A61B5/103;A61B5/00
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產權代理事務所(普通合伙) 11387
• 代理人: 劉春成

本申請提供了一種基于足底壓力的步態檢測裝置。該步態檢測裝置包括：足底板、足底氣囊和信號處理單元；足底板上設置有魔術帶，魔術帶用于將目標對象的腳部固定于足底板上；足底氣囊有多個，多個足底氣囊互不連通，且在足底板的底面上呈矩陣排列；每個足底氣囊上設有氣壓檢測孔，氣壓檢測孔處設置有氣壓傳感器，以對目標對象行走過程中足底氣囊受壓變形時，足底氣囊內的氣體壓力進行檢測；信號處理單元位于足底板上，與氣壓傳感器電連接，用于對氣壓傳感器檢測到的足底氣囊的壓力信號進行處理。該裝置足底氣囊的變形不會帶動氣壓傳感器的受力變形，不受目標對象的踝關節外翻或內翻的影響，降低了對檢測條件的要求，延長了使用壽命。

技術領域

本申請涉及機器人技術領域，特別涉及一種基于足底壓力的步態檢測裝置。

背景技術

穿戴式外骨骼機器人可以為人們的下肢提供諸如助力、保護、身體支撐等功能，其融合了傳感、控制、信息獲取、移動計算等機器人技術，是一種能在操作者的無意識控制下完成助力行走等功能和任務的人機一體化系統。而目前的下肢外骨骼機器人仍面臨著諸多問題，比如：在行走過程中，步態相位的不同將引起各助力關節所施加的扭矩不同，需要判別如單腿支撐、單腿擺動、雙腿支撐等相位來實施對各關節提供適當的扭矩，如沒有足夠的步態相位過渡，系統對力矩的分配就會產生突變，從而產生沖擊及振動，嚴重影響用戶體驗以及行走穩定性。

目前通常使用足底傳感器來判斷人體行走時的步態相位，使用較多的是基于電阻應變計的稱重力傳感器以及基于壓阻效應的薄膜型壓力傳感器來檢測足底壓力?；陔娮钁冇嫷姆Q重力傳感器精度較好，但是具有合適量程的稱重力傳感器的體積和重量相對較大，并且是剛性的，不適合布置在足底；基于壓阻效應的薄膜型壓力傳感器的體積和重量較小，可以粘貼在鞋墊下，應用方便，但是由于薄膜型壓力傳感器是基于柔性電路板制備工藝制作，只能在一維方向上進行一定曲率半徑彎曲，并無彈性，導致其在粘貼到鞋子內部后，由于粘貼位置不在鞋底中性層，隨著人體的運動，鞋底會彎曲，貼在鞋墊方向的薄膜型壓力傳感器將承受周期性壓應力，極易造成內部導線斷裂而使整個傳感器失效，使用壽命較短，且薄膜型壓力傳感器每片初始電阻值和受壓后電阻變化值不一致性也較大，并且需要腳掌觸地時嚴格與地面平行，否則將無法測到壓力數據，使用條件比較苛刻。

此外，由于薄膜型壓力傳感器厚度很薄，其檢測要求壓力方向垂直于傳感器平面，在薄膜型壓力傳感器貼在鞋子內部后，如有些人步態有輕微的足內外翻，將使壓力方向與傳感器平面形成一定角度而使傳感器無法檢測到信號，會產生步態的誤判，增加了檢測的困難。

基于薄膜型壓力傳感器壓力到達一定閾值后的值作為開關量來與設定好的步態模式進行匹配，由于薄膜型壓力傳感器出廠時，其電阻值偏差較大，而壓力傳感器的開關量的使用是基于電阻值的變化量，這就必須在使用壓力傳感器之前進行逐個進行標定才能使用，否則會出現很大誤差，大大增加了使用的難度和工作量。

因此，需要提供一種針對上述現有技術不足的改進技術方案。

實用新型內容

本申請的目的在于提供一種基于足底壓力的步態檢測裝置，以解決或緩解上述現有技術中存在的問題。

為了實現上述目的，本申請提供如下技術方案：

本申請提供了一種基于足底壓力的步態檢測裝置，所述步態檢測裝置包括：足底板、足底氣囊和信號處理單元；所述足底板上設置有魔術帶，所述魔術帶用于將目標對象的腳部固定于所述足底板上；所述足底氣囊有多個，多個所述足底氣囊互不連通，且在所述足底板的底面上呈矩陣排列；每個所述足底氣囊上設有氣壓檢測孔，所述氣壓檢測孔處設置有氣壓傳感器，以對所述目標對象行走過程中所述足底氣囊受壓變形時，所述足底氣囊內的氣體壓力進行檢測；所述信號處理單元位于所述足底板上，與所述氣壓傳感器電連接，用于對所述氣壓傳感器檢測到的所述足底氣囊的壓力信號進行處理。