CN103230278B - 一种检测足底力的脚踏板装置 - Google Patents

一种检测足底力的脚踏板装置 Download PDF

Info

Publication number
CN103230278B
CN103230278B CN201310117737.7A CN201310117737A CN103230278B CN 103230278 B CN103230278 B CN 103230278B CN 201310117737 A CN201310117737 A CN 201310117737A CN 103230278 B CN103230278 B CN 103230278B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pedal
foot
hind paw
lower floor
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310117737.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103230278A (zh
Inventor
张立勋
秦涛
白大鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201310117737.7A priority Critical patent/CN103230278B/zh
Publication of CN103230278A publication Critical patent/CN103230278A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103230278B publication Critical patent/CN103230278B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

本发明的目的在于公开一种检测足底力的脚踏板装置，每只脚包括上下两层、前后两块共四块脚踏板、微型压力传感器、蝶形铰链、铰制孔螺杆、踏板边框、后延伸框、前后绑带以及数据采集模块。能通过安装在前、后脚掌踏板两层之间的压力传感器和数据采集模块获得必要的足底力数据；借助铰制孔螺杆限制上下两层脚踏板水平错动；借助踏板边框限定脚掌位置，借助后延伸框的调整适应脚掌尺码，并用前后绑带缚住脚面。其结构简单、耐用性强、测量方便、成本低；既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用，检测使用者步行状态下的足底力。

Description

一种检测足底力的脚踏板装置
技术领域
一种检测足底力的脚踏板装置，属于生物医学工程和康复医疗领域。
背景技术
目前，骨髓损伤、脑卒中、帕金森氏病等病变的发病率呈上升趋势，引起下肢运动功能障碍的患者越来越多，极大地影响患者的生活质量。客观准确的步态分析能够评定患者的行走功能，了解其功能障碍的程度及特点，及时指导治疗和康复训练。步行时足底压力的变化对作用在下肢各个关节上的力和力矩产生重要影响，基于足底压力的步态研究是定量步态分析的重要环节。足底压力分布能反映足的结构、功能及整个身体姿态控制等情况,当人体足部结构发生一些病变或功能障碍以及当人体运动状态发生变化时,足底压力和压强分布都会发生相应的改变。对不同患者在不同运动状态下足底力及相关时间参数的测量、数据处理和分析，不仅有益于医学临床诊断、确定疾患程度、评价康复治疗效果，且对体育训练、生物力学等方面的研究有重要意义。为此，国内外许多科研机构和医疗机构对足底力的测量方法进行了大量研究。
目前，常见的足底力测量装置主要有：光学压力测量仪、测力板及测力台、压力鞋及压力鞋垫。具有代表性的成果有瑞士Kistler测力台、美国Tekscan公司的F-Scan测力鞋垫系统、德国Novel公司的Emed测力板系统和Pedar测力鞋垫系统、比利时RSscan公司的USB/SCSI平板测力系统及鞋垫式测试系统等。这些成果都具有各自的优势，但是普遍价格昂贵，关键技术未被公开；测力板及测力台体积较大，不能很好地与现有的踏板式步态康复机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用；而压力鞋垫虽然能操作简单，能与康复机器人配合使用，但由于基体软，寿命有限，自身的变形可能造成测量误差。
发明内容
本发明的目的在于公开一种检测足底力的脚踏板装置，能通过安装在具有双层结构的前、后脚掌踏板之间的多个微型压力传感器和数据采集模块来获得必要的足底力数据；其结构简单、耐用性强、测量方便、成本低；既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的踏板式步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用，检测患者步行状态下足底关键区域力的变化情况。
本发明所涉及的一种检测足底力的脚踏板装置，包括相同的左右脚两部分，且每只脚分上下两层，每层由前后两块共四块，即前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板组成；此外还包括四个微型压力传感器，即第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器，以及蝶形铰链、铰制孔螺杆、前后踏板边框、后延伸框、前后绑带以及足底力数据采集模块。其中，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板之间利用蝶形铰链连接；前后踏板边框分别固定在前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板边沿上；第一压力传感器紧装在前脚掌下层踏板上的沉孔中，以防窜动；依据同样的方法，安装后脚掌下层踏板上按等腰三角形的三个顶点布置的另外三个压力传感器；前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板位于前后踏板边框内，且借助固定在后脚掌上层踏板上的3个位于等腰三角形顶点的铰制孔螺杆滑动地插入后脚掌下层踏板上对应分布的铰制孔内；用以限制上、下层踏板平行错动；前脚掌上层踏板与后脚掌上层踏板下表面上与压力传感器对应的位置采用中间凸起，周围凹陷的结构，以确保人踏压上层踏板后与压力传感器紧密接触和足底力测量值的精准性；后延伸框借助销钉和后踏板边框上的槽道前后移动，以适应大小不同的脚；前、后踏板边框上分别固定有前、后绑带用于缚住脚面。
单独使用本发明测量足底力时，每只脚的前、后脚掌分别位于前、后脚掌上层踏板上，尽量保证跖趾关节位于蝶形铰链的转轴处。前脚掌所受足底力为前脚掌上、下层踏板之间的第一压力传感器所测的力；后脚掌所受足底力为后脚掌上、下层踏板之间的三个压力传感器所测之力的合力，即：
设第二压力传感器位置坐标为(x2,y2,z2)，第三压力传感器位置坐标为(x3,y3,z3)，第四压力传感器位置坐标为(x4,y4,z4)，合力作用点的位置坐标为(xR,yR,zR)，且y2=y4,z2=z3=z4=zR。则，后脚掌所受足底力合力：FR=F2+F3+F4；合力作用点的位置：
x R = - M y ( F R ) F R = - ( F 2 + F 4 ) y 2 + F 3 y 3 F 2 + F 3 + F 4
y R = M x ( F R ) F R = - F 2 x 2 + F 3 x 3 + F 4 x 4 F 2 + F 3 + F 4
本发明亦可安装在踏板式步行康复训练机器人上，测量训练过程中的足底力。此时，脚踏板后端铰接在倾斜的滑轨上，以限制脚踏板的转动；脚踏板前端安装有导向滑轮，以便与康复训练机器人上的导轨相配合，实现足趾的运动状态。使用者面对仪表盘，双手握住把手，双脚踩在脚踏板上，用前、后绑带缚住脚面，保持站立姿势。电机驱动曲柄圆盘转动，带动连杆运动，进而带动与连杆连接的脚踏板运动，控制脚踏板的运动姿态与人正常行走时的足部姿态一致。整个训练过程中，四个压力传感器实时检测到的足底力信号通过信号放大模块进行放大，经过低通滤波器模块消噪处理，得到前脚掌和后脚掌足底力数据，可为研究人员和医生提供定量分析数据，进而对不同患者或者健康者行走时的足底力变化进行研究，亦可以评价患者康复训练效果。
本发明结构简单、耐用性强、测量简单、价格低，既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的踏板式步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等联合使用，检测患者步行状态下足底关键区域力的变化情况。
附图说明
图1一种检测足底力的脚踏板装置的分解示意图
图2一种检测足底力的脚踏板装置不含上层脚踏板的俯视图
图3一种检测足底力的脚踏板装置的A-A向剖视图
图4一种检测足底力的脚踏板装置后脚掌足底力检测坐标示意图
图5一种检测足底力的脚踏板装置与步行康复机器人联合使用示意图
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施方式并结合附图加以说明。
如图1至图3所示，本发明所涉及的一种检测足底力的脚踏板装置，包括左右脚相同的两部分，且每只脚分上下两层，每层由前后两块共四块，即前脚掌下层踏板1、前脚掌上层踏板2、后脚掌下层踏板9、后脚掌上层踏板10组成；此外还包括四个微型压力传感器，即第一压力传感器12、第二压力传感器13、第三压力传感器14、第四压力传感器15，以及蝶形铰链11、铰制孔螺杆8、前踏板边框3、后踏板边框6、后延伸框7、前绑带4、后绑带5以及足底力数据采集模块（图中未画出）。其中，前脚掌下层踏板1和后脚掌下层踏板9之间利用蝶形铰链11连接；前踏板边框3和后踏板边框6分别固定在前脚掌下层踏板1和后脚掌下层踏板9边沿上；第一压力传感器12紧装在前脚掌下层踏板1上的沉孔中，以防窜动；依照同样的方法安装后脚掌下层踏板9上按等腰三角形的三个顶点布置的另外三个压力传感器，即第二压力传感器13、第三压力传感器14、第四压力传感器15；前脚掌上层踏板2和后脚掌上层踏板10位于所述踏板边框内，且借助固定在后脚掌上层踏板10上的3个位于等腰三角形顶点的铰制孔螺杆8滑动地插入后脚掌下层踏板9上对应分布的铰制孔内；用以限制上、下层踏板平行错动；前脚掌上层踏板2和后脚掌上层踏板10的下表面上与四个微型压力传感器对应的位置采用中间凸起，周围凹陷的结构，以确保人脚踩压后的上层踏板与压力传感器紧密接触和足底力测量值的精准性；后延伸框7可借助销钉和后踏板边框6上的槽道前后移动，以适应大小不同的脚；前踏板边框3和后踏板边框6上分别固定有前绑带4和后绑带5，用于缚住脚面。
如图5所示，本发明可与踏板式步行康复训练机器人联合使用，此时，脚踏板后端铰接在倾斜的滑轨20上，以限制脚踏板的转动；脚踏板前端安装有导向滑轮22，以便与康复训练机器人上的导轨23相配合，实现足趾的运动状态。受训者受训者面对仪表盘，双手握住把手，双脚踩在脚踏板上，用前绑带4和后绑带5缚住脚面，保持站立姿势。
电机18驱动曲柄圆盘19转动，带动连杆21运动，进而带动与连杆21连接的脚踏板运动；控制整个运动过程使之符合人正常行走时足部的运动姿态。整个训练过程中，四个微型压力传感器实时检测到的足底力信号通过信号放大模块进行放大，经过低通滤波器模块消噪处理，得到前脚掌和后脚掌足底力数据，可为研究人员和医生提供定量分析数据，进而对不同使用者行走时的足底力变化进行研究，评价康复训练效果。
本发明结构简单、耐用性强、测量简单、价格低，既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的踏板式步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等联合使用，检测使用者步行状态下足底关键区域力的变化情况。

Claims (1)

1.一种检测足底力的脚踏板装置，包括左、右脚相同的两部分，且每只脚分上下两层，每层由前后两块共四块，即前脚掌下层踏板(1)、前脚掌上层踏板(2)、后脚掌下层踏板(9)、后脚掌上层踏板(10)组成；此外还包括四个微型压力传感器，即第一压力传感器(12)、第二压力传感器(13)、第三压力传感器(14)、第四压力传感器(15)，其特征在于：还包括蝶形铰链(11)、铰制孔螺杆(8)、前踏板边框(3)、后踏板边框(6)、后延伸框(7)、前绑带(4)、后绑带(5)和足底力数据采集模块；其中，前脚掌下层踏板(1)和后脚掌下层踏板(9)之间利用蝶形铰链(11)连接；前踏板边框(3)和后踏板边框(6)分别固定在前脚掌下层踏板(1)和后脚掌下层踏板(9)的边沿上；第一压力传感器(12)紧装在前脚掌下层踏板(1)上的沉孔中；依照同样的方法，安装后脚掌下层踏板(9)上按等腰三角形的三个顶点布置的另外三个压力传感器，即第二压力传感器(13)、第三压力传感器(14)、第四压力传感器(15)；前脚掌上层踏板(2)和后脚掌上层踏板(10)位于所述前、后踏板边框内，且借助固定在后脚掌上层踏板(10)上的3个位于等腰三角形顶点的铰制孔螺杆(8)滑动地插入后脚掌下层踏板(9)上对应分布的铰制孔内；前脚掌上层踏板(2)和后脚掌上层踏板(10)的下表面上与所述四个微型压力传感器对应的位置均采用中间凸起，周围凹陷的结构；后延伸框(7)借助销钉和后踏板边框(6)上的槽道前后移动；前踏板边框(3)和后踏板边框(6)上分别固定有前绑带(4)和后绑带(5)。
CN201310117737.7A 2013-04-07 2013-04-07 一种检测足底力的脚踏板装置 Expired - Fee Related CN103230278B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310117737.7A CN103230278B (zh) 2013-04-07 2013-04-07 一种检测足底力的脚踏板装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310117737.7A CN103230278B (zh) 2013-04-07 2013-04-07 一种检测足底力的脚踏板装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103230278A CN103230278A (zh) 2013-08-07
CN103230278B true CN103230278B (zh) 2014-10-22

Family

ID=48878404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310117737.7A Expired - Fee Related CN103230278B (zh) 2013-04-07 2013-04-07 一种检测足底力的脚踏板装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103230278B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103251420B (zh) * 2013-04-26 2014-10-22 哈尔滨工程大学 一种检测足底力的脚踏板及足底力检测装置
CN103750848B (zh) * 2014-01-25 2015-08-26 中国北方车辆研究所 一种用于下肢助力系统的足底力测量装置
CN106820407B (zh) * 2017-04-01 2021-10-29 合肥工业大学 足底压力测量鞋及足底压力测量方法
CN107741290B (zh) * 2017-10-11 2023-09-15 中国科学院深圳先进技术研究院 一种具有足底压力检测功能的机器人足部装置
CN110450159A (zh) * 2019-08-13 2019-11-15 之江实验室 一种双足机器人的足部状态检测装置以及基于该装置的斜面行走方法
CN110464358A (zh) * 2019-08-27 2019-11-19 南京伟思医疗科技股份有限公司 一种脚底多点压力测量组件
CN116712061B (zh) * 2023-06-28 2023-11-14 北京神州龙芯科技有限公司 一种糖尿病患者足底压力检测装置
CN117122326B (zh) * 2023-08-24 2024-02-20 上海市第四人民医院 足部肌力智能测试装置、方法及系统
CN117582213B (zh) * 2024-01-18 2024-04-02 佳木斯大学 一种帕金森病人运动障碍量化及识别的可穿戴设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2710223B2 (ja) * 1995-02-17 1998-02-10 アニマ株式会社 重心動揺計
CN100403984C (zh) * 2006-09-06 2008-07-23 哈尔滨工程大学 足底力传感器
CN201248696Y (zh) * 2008-06-24 2009-06-03 王培勇 人体平衡功能检测仪
CN102302359A (zh) * 2011-07-07 2012-01-04 上海帝诺医疗科技有限公司 重心检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103230278A (zh) 2013-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103230278B (zh) 一种检测足底力的脚踏板装置
CN103251420B (zh) 一种检测足底力的脚踏板及足底力检测装置
Sawacha et al. Integrated kinematics–kinetics–plantar pressure data analysis: A useful tool for characterizing diabetic foot biomechanics
Dusing et al. A normative sample of temporal and spatial gait parameters in children using the GAITRite® electronic walkway
Redmond et al. Development and validation of a novel rating system for scoring standing foot posture: the Foot Posture Index
Lott et al. Effect of footwear and orthotic devices on stress reduction and soft tissue strain of the neuropathic foot
Menz et al. Clinical determinants of plantar forces and pressures during walking in older people
Randolph et al. Reliability of measurements of pressures applied on the foot during walking by a computerized insole sensor system
US20080234107A1 (en) Electrical Signature Analysis to Quantify Human and Animal Performance on Fitness and Therapy Equipment such as a Treadmill
Nandikolla et al. Experimental gait analysis to study stress distribution of the human foot
Castro et al. Accuracy and repeatability of the gait analysis by the WalkinSense system
Kersting et al. Midsole material-related force control during heel–toe running
Hillstrom et al. Effect of shoe flexibility on plantar loading in children learning to walk
Pfaffen et al. Planipes: Mobile foot pressure analysis
Van den Berghe et al. Foot strike determines the center of pressure behavior and affects impact severity in heel-toe running
Fascione et al. Association of footprint measurements with plantar kinetics: a linear regression model
TWI384964B (zh) Lower limb muscle spasm measurement device
Kyriazis Gait analysis techniques
Hagen et al. Reliability of isometric subtalar pronator and supinator strength testing
Boyer et al. Medial longitudinal arch mechanics before and after a 45-minute run
Peruchon et al. Wearable unrestraining footprint analysis system. Applications to human gait study
AlGheshyan Comparison of ground reaction force in treadmill walking and in overground walking
Bruening et al. New Perspectives on Foot Segment Forces and Joint Kinetics—Integrating Plantar Shear Stresses and Pressures with Multi-segment Foot Modeling
Kasahara et al. Analysis of the repeated one-leg heel-rise test of ankle plantar flexors in manual muscle testing
Robles et al. Development of a monitoring system for vertical plantar pressure distribution during human walking

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141022

Termination date: 20200407

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee