一种步态脚底压力分布测量方法技术

本发明专利技术公开了一种步态脚底压力分布测量方法，其特征是：将视觉传感器与步态测量装置相结合，利用视觉传感器获取脚底位置及外形，并获取脚底各主要压力作用位置的信息；利用步态测量装置检测获得脚底各主要压力的大小。

Gait foot pressure distribution measuring method

The invention discloses a gait plantar pressure distribution measurement method, which is characterized in that the sensor and the gait vision measuring device combination, get foot position and profile using vision sensor, and obtain the sole major pressure position information; detecting device access to all the major pressure foot size using gait measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种步态脚底压力分布测量方法
本专利技术属于传感
，更具体地说是一种步态脚底压力分布测量方法。
技术介绍
对于步态脚底压力分布的测量，目前主要的方法是在某一平面上黏附多个微小的压力传感器来确定脚底压力的分布位置和大小。压力分布测量传感器的典型代表有采用电容传感技术的Xsensor压力测量系统、采用压阻传感技术的Tekscan压力分布测量系统和采用压电电阻压力传感技术的FSA(ForceSensingArray)压力测试系统，这些传感器都需要由成千个微小压力传感器组成，每个传感器单元只能测一个压力的大小，位置精度由各个传感器单元的面积决定，而当位置精度要求越高，微小压力传感器单元的体积必须越小，成本更高，同时，这类传感器对于切向力无法进行测量。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种步态脚底压力分布测量方法，既利用多个测力单元阵列排布组成，又利用每个测力单元可测多个压力，提高精度的同时成本较低，而且可以对切向力进行测量。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术步态脚底压力分布测量方法的特点是：将视觉传感器与步态测量装置相结合，利用视觉传感器获取脚底位置及外形，并获取脚底各主要压力作用位置的信息；利用步态测量装置检测获得脚底各主要压力的大小。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：所述脚底各主要压力作用位置分别为：趾骨区域有一个压力作用位置为脚底第一趾骨区域，或趾骨区域有两个压力作用位置分别为脚底第一趾骨区域、第二到五趾骨区域；跖骨区域有两个压力作用位置分别为第一跖骨区域、第二到第五跖骨区域，或跖骨区域有三个压力作用位置分别为第一跖骨区域、第二跖骨区域、第三到第五跖骨区域；足跟区域有一个压力作用位置为足跟总区域，或足跟区域有两个压力作用位置分别为足跟内侧区域、足跟外侧区域。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：所述步态测量装置是由多个测力单元阵列分布组成，每个测力单元结构相同，相邻的测力单元相互贴近但无连接；步态运动时，一个或多个所述测力单元同时受到脚底压力作用，所述测力单元能够受到一个到七个作用力；若脚底主要压力作用位置的区域同时覆盖于多个测力单元上，则认为被覆盖的每个测力单元均受到一个分力，各测力单元所受分力的总和不变。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：所述测力单元上所需测量的各作用力F为：F＝(F1,…,Fi)T，i＝1,…,7，Fi为测力单元上作用力的大小，测力单元的输出信号M＝(u1,…,ui)T，建立测力单元的输出信号与作用力的数学模型：C·F＝M，C是通过对测力单元进行标定获得的i×i的系数矩阵；根据所述数学模型推导出测力单元上各个作用力的大小F＝C-1·M；针对某个脚底主要压力作用位置的区域同时覆盖多个测力单元，将属于同一个脚底主要压力作用位置的区域的分力求和，获得脚底压力大小。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：所述测力单元是由平板和结构相同的四个支撑梁构成，所述四个支撑梁分别是第一梁、第二梁、第三梁和第四梁；所述四个支撑梁关于平板中心呈十字对称，支撑梁的首端呈竖向与平板固定连接，支撑梁的末端为固定端；在所述支撑梁上设置应变片，根据应变片的检测信号计算获得平板上所受力的大小与分布；在所述测力单元上建立三维坐标系，是以平板的底面中心为坐标原点，第一梁和第二梁处在X轴向上，第三梁和第四梁处在Y轴向，沿平板的厚度方向为Z轴向。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：在所述第一梁和第二梁上沿Y轴向设置有双通孔，在所述第三梁和第四梁上沿X轴向设置有双通孔；所述双通孔是指相互平行的两只单通孔相连通，所述两只单通孔分别是近支撑梁首端的首端孔和近支撑梁末端的末端孔；设置在支撑梁上的应变片是分处在对应于首端孔和末端孔的中心线所在位置的支撑梁的下表面和上表面，包括：第一梁上，对应于首端孔中心线位置在第一梁的下表面和上表面分别设置应变片R11和R12；第一梁上，对应于末端孔中心线位置在第一梁的下表面和上表面分别设置应变片R13和R14；第二梁上，对应于首端孔中心线位置在第二梁的下表面和上表面分别设置应变片R21和R22；第二梁上，对应于末端孔中心线位置在第二梁的下表面和上表面分别设置应变片R23和R24；第三梁上，对应于首端孔中心线位置在第三梁的下表面和上表面分别设置应变片R31和R32；第三梁上，对应于末端孔中心线位置在第三梁的下表面和上表面分别设置应变片R33和R34；第四梁上，对应于首端孔中心线位置在第四梁的下表面和上表面分别设置应变片R41和R42；第四梁上，对应于末端孔中心线位置在第四梁的下表面和上表面分别设置应变片R43和R44；所述应变片R11、R12、R13和R14，以及应变片R21、R22、R23和R24沿X轴向设置；所述应变片R31、R32、R33和R34，以及应变片R31、R32、R33和R34沿Y轴向设置；利用所述应变片R11和R12、应变片R13和R14、应变片R21和R22、应变片R23和R24、应变片R31和R32、应变片R33和R34、应变片R41和R42，以及应变片R43和R44分别组成惠斯通半桥电路，一一对应获得检测信号为U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41和U42，共计八个检测信号，其中U11和U12为第一梁检测信号；U21和U22为第二梁检测信号；U31和U32为第三梁检测信号；U41和U42为第四梁检测信号；利用所述检测信号计算获得测力单元(1)上各作用力的大小。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：在各支撑梁的首端呈“T”连接周向梁，所述支撑梁在首端是以周向梁的两端呈竖向与平板固定连接，在所述周向梁的两端对称设置一对首端Z向通孔，所述一对首端Z向通孔是分处在周向梁左端的左端Z向通孔和分处在周向梁右端的右端Z向通孔，所述周向梁分别是：位于第一梁的首端的第一周向梁；位于第二梁的首端的第二周向梁；位于第三梁的首端的第三周向梁；位于第四梁的首端的第四周向梁；在各支撑梁的末端设置一末端Z向通孔；或是在各支撑梁的末端设置一段浮动梁，所述浮动梁与支撑梁在同一直线上，并且浮动梁的宽度小于支撑梁的宽度，形成支撑梁的细颈部；所述应变片也设置在周向梁上、对应于各周向梁上右端Z向通孔所在位置，并朝上周向梁中心偏离右端Z向通孔中心、分处在周向梁的外表面和内表面，包括：分处在第一周向梁的外表面和内表面上的应变片R51和R52；分处在第二周向梁的外表面和内表面上的应变片R53和R54；分处在第三周向梁的外表面和内表面上的应变片R61和R62；分处在第四周向梁的外表面和内表面上的应变片R63和R64；应变片R51、R52、R53和R54沿Y轴向设置；所述应变片R61、R62、R63和R64沿X轴向设置。由所述应变片R51、R52、R53和R54组成一组惠斯通全桥电路，用于检测X轴向的作用力Fx；由所述应变片R61、R62、R63和R64组成另一组惠斯通全桥电路，用于检测Y轴向的作用力Fy。本专利技术步态脚底压力分布的测量方法的特点也在于：针对包括第一趾骨区域、第二到五趾骨区域、第一跖骨区域、第二跖骨区域、第三到第五趾骨区域、足跟内侧区域以及足跟外侧区域的共七个脚底主要压力作用位置，按如下方式进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步态脚底压力分布测量方法，其特征是：将视觉传感器与步态测量装置相结合，利用视觉传感器获取脚底位置及外形，并获取脚底各主要压力作用位置(5)的信息；利用步态测量装置检测获得脚底各主要压力的大小。

【技术特征摘要】
1.一种步态脚底压力分布测量方法，其特征是：将视觉传感器与步态测量装置相结合，利用视觉传感器获取脚底位置及外形，并获取脚底各主要压力作用位置(5)的信息；利用步态测量装置检测获得脚底各主要压力的大小。2.根据权利要求1所述的步态脚底压力分布的测量方法，其特征是：所述脚底各主要压力作用位置(5)分别为：趾骨区域有一个压力作用位置为脚底第一趾骨区域，或趾骨区域有两个压力作用位置分别为脚底第一趾骨区域、第二到五趾骨区域；跖骨区域有两个压力作用位置分别为第一跖骨区域、第二到第五跖骨区域，或跖骨区域有三个压力作用位置分别为第一跖骨区域、第二跖骨区域、第三到第五跖骨区域；足跟区域有一个压力作用位置为足跟总区域，或足跟区域有两个压力作用位置分别为足跟内侧区域、足跟外侧区域。3.根据权利要求2所述的步态脚底压力分布测量方法，其特征是：所述步态测量装置是由多个测力单元(1)阵列分布组成，每个测力单元(1)结构相同，相邻的测力单元(1)相互贴近但无连接；步态运动时，一个或多个所述测力单元(1)同时受到脚底压力作用，所述测力单元(1)能够受到一个到七个作用力；若脚底主要压力作用位置(5)的区域同时覆盖于多个测力单元(1)上，则认为被覆盖的每个测力单元(1)均受到一个分力，各测力单元(1)所受分力的总和不变。4.根据权利要求3所述的步态脚底压力分布测量方法，其特征是：所述测力单元(1)上所需测量的各作用力F为：F＝(F1,…,Fi)T，i＝1,…,7，Fi为测力单元(1)上作用力的大小，测力单元(1)的输出信号M＝(u1,…,ui)T，建立测力单元(1)的输出信号与作用力的数学模型：C·F＝M，C是通过对测力单元进行标定获得的i×i的系数矩阵；根据所述数学模型推导出测力单元(1)上各个作用力的大小F＝C-1·M；针对某个脚底主要压力作用位置(5)的区域同时覆盖多个测力单元(1)，将属于同一个脚底主要压力作用位置(5)的区域的分力求和，获得脚底压力大小。5.根据权利要求3所述的步态脚底压力分布测量方法，其特征是：所述测力单元(1)是由平板(2)和结构相同的四个支撑梁(3)构成，所述四个支撑梁(3)分别是第一梁(1a)、第二梁(2a)、第三梁(3a)和第四梁(4a)；所述四个支撑梁(3)关于平板(2)中心呈十字对称，支撑梁(3)的首端呈竖向与平板(2)固定连接，支撑梁(3)的末端为固定端；在所述支撑梁(3)上设置应变片，根据应变片的检测信号计算获得平板(2)上所受力的大小与分布；在所述测力单元上建立三维坐标系，是以平板(2)的底面中心为坐标原点，第一梁(1a)和第二梁(2a)处在X轴向上，第三梁(3a)和第四梁(4a)处在Y轴向，沿平板(2)的厚度方向为Z轴向。6.根据权利要求5所述的步态脚底压力分布测量方法，其特征是：在所述第一梁(1a)和第二梁(2a)上沿Y轴向设置有双通孔(4)，在所述第三梁(3a)和第四梁(4a)上沿X轴向设置有双通孔(4)；所述双通孔(4)是指相互平行的两只单通孔相连通，所述两只单通孔分别是近支撑梁首端的首端孔和近支撑梁末端的末端孔；设置在支撑梁(3)上的应变片是分处在对应于首端孔和末端孔的中心线所在位置的支撑梁的下表面和上表面，包括：第一梁(1a)上，对应于首端孔中心线位置在第一梁的下表面和上表面分别设置应变片R11和R12；第一梁(1a)上，对应于末端孔中心线位置在第一梁的下表面和上表面分别设置应变片R13和R14；第二梁(2a)上，对应于首端孔中心线位置在第二梁的下表面和上表面分别设置应变片R21和R22；第二梁(2a)上，对应于末端孔中心线位置在第二梁的下表面和上表面分别设置应变片R23和R24；第三梁(3a)上，对应于首端孔中心线位置在第三梁的下表面和上表面分别设置应变片R31和R32；第三梁(3a)上，对应于末端孔中心线位置在第三梁的下表面和上表面分别设置应变片R33和R34；第四梁(4a)上，对应于首端孔中心线位置在第四梁的下表面和上表面分别设置应变片R41和R42；第四梁(4a)上，对应于末端孔中心线位置在第四梁的下表面和上表面分别设置应变片R43和R44；所述应变片R11、R12、R13和R14，以及应变片R21、R22、R23和R24沿X轴向设置；所述应变片R31、R32、R33和R34，以及应变片R31、R32、R33和R34沿Y轴向设置；利用所述应变片R11和R12、应变片R13和R14、应变片R21和R22、应变片R23和R24、应变片R31和R32、应变片R33和R34、应变片R41和R42，以及应变片R43和R44分别组成惠斯通半桥电路，一一对应获得检测信号为U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41和U42，共计八个检测信号，其中U11和U12为第一梁检测信号；U21和U22为第二梁检测信号；U31和U32为第三梁检测信号；U41和U42为第四梁检测信号；利用所述检测信号计算获得测力单元(1)上各作用力的大小。7.根据权利要求6所述的步态脚底压力分布测量方法，其特征是：在各支撑梁(3)的首端呈“T”连接周向梁(6)，所述支...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，张春涛，胡珊珊，陈恩伟，刘正士，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34