CN106473743A - 人体足端接触力测量装置 - Google Patents

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Abstract

人体足端接触力测量装置，它涉及一种测量装置。本发明解决了现有的测力平台和测力鞋垫造价昂贵，压力传感器无法对不同运动状态的接触力信息进行有效测量的问题。底层钢板与顶层钢板之间设置有三维力传感器和两个一维力传感器，两个一维力传感器中的一个的正上方与顶层钢板之间设置有滚针排结构，滚针排与顶层钢板之间设置有滚子排垫片；两个一维力传感器余下的一个位于跟骨下方且位于底层碳板的圆形凹槽内，所述两个一维力传感器余下的一个与底层钢板固定连接，后CM卡槽通过CM盖板固装在顶层钢板的下端面上且位于两个一维力传感器余下的一个的正上方；拉紧簧片位于足弓下方。本发明用于人体足端接触力测量。

Description

人体足端接触力测量装置
技术领域
本发明涉及一种人体足力测量装置，具体涉及一种能够在各种运动状态下准确测量人体足底支反力的测量装置。
背景技术
足底压力分析是获取人体运动信息的重要途径，目前最先进的测量足底压力载荷分布的方法是采用专用的测力平台和测力鞋垫，但这些测力测量系统价格十分昂贵。除此之外，也可以在传感靴底部放置压力传感器，分别测量脚尖、脚跟以及外骨骼机器人负载和自重的地面反作用力的情况，由于足底承受压力的中心随着运动在不断发生变化，因而很难能保证对不同运动状态下的接触力信息进行有效测量，且无法消除偏载时系统产生的误差。由于传感器位于橡胶底内部，三维力传感器无法正常工作，橡胶层的弹性会影响一维力传感器的响应速度。针对上述问题，提出全新的人体足端接触力测量装置。
综上，现有的测力平台和测力鞋垫造价昂贵，压力传感器无法对不同运动状态的接触力信息进行有效测量。
发明内容
本发明为解决现有的测力平台和测力鞋垫造价昂贵，压力传感器无法对不同运动状态的接触力信息进行有效测量的问题，进而提供一种人体足端接触力测量装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的人体足端接触力测量装置包括CM底座1、前CM卡槽5、滚针排槽6、滚针排7、滚子排垫片8、顶层钢板10、拉紧簧片11、顶层碳板13、CM盖板16、后CM卡槽17、三维力传感器19、底层钢板20、底层碳板21和两个一维力传感器27；底层碳板21固装在底层钢板20的上端面上，顶层碳板13固装在顶层钢板10的下端面上，底层钢板20与顶层钢板10之间设置有三维力传感器19和两个一维力传感器27，三维力传感器19位于前脚掌下方，两个一维力传感器27中的一个通过CM底座1固装在底层钢板20的上端面上且位于趾骨下方，两个一维力传感器27中的一个的正上方与顶层钢板10之间设置有滚针排结构，滚针排结构包括前CM卡槽5、滚针排槽6、滚针排7和滚子排垫片8，滚针排7与顶层钢板10之间设置有滚子排垫片8，滚针排7上设置有滚针排槽6，前CM卡槽5固装在滚针排7的底端面上；两个一维力传感器27余下的一个位于跟骨下方且位于底层碳板21的圆形凹槽内，所述两个一维力传感器27余下的一个与底层钢板20固定连接，后CM卡槽17通过CM盖板16固装在顶层钢板10的下端面上且位于两个一维力传感器27余下的一个的正上方；拉紧簧片11的两端与底层钢板20固定连接，拉紧簧片11的中部与顶层钢板10固定连接，拉紧簧片11位于足弓下方。
进一步地，所述两个一维力传感器27中的一个通过M4半圆柱型六角头盖螺母2和M4×8内六角圆柱头螺钉22固定在底层钢板20上。
进一步地，拉紧簧片11通过M5×12内六角圆柱头螺钉12、半圆形螺母15和M5半圆柱型六角头盖螺母18与上、下层钢板结构固连。
进一步地，顶层碳板13通过M4×10内六角圆柱头螺钉9和M3×6内六角圆柱头螺钉14与顶层钢板10固定连接。
进一步地，前CM卡槽5通过两个M4×6内六角圆柱头螺钉4固装在滚针排7的下端面上。
进一步地，所述人体足端接触力测量装置还包括三维力钢垫23和三维力橡胶垫24，三维力传感器19的底部设置有三维力钢垫23和三维力橡胶垫24，三维力传感器19通过M6×16内六角圆柱头螺钉25和内六角螺母26固定在顶层钢板10和底层钢板20之间。
进一步地，所述人体足端接触力测量装置还包括两个弹性止动垫圈3，每个M4×6内六角圆柱头螺钉4上穿装有一个弹性止动垫圈3。
进一步地，所述人体足端接触力测量装置结构为上、下两层，顶层钢板10与操作者的足部通过柔性环节固连在一起，底层钢板20与穿戴设备连接在一起。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的人体足端接触力测量装置的传感器的合理布局使得压力中心始终处于有效测量区域内，在任何位置都可以保持对接触力信息的有效测量；
本发明的人体足端接触力测量装置的跖骨前部的一维力传感器与上层结构间的滚针排结构，有效地减小了前后方支反力Fx因摩擦而产生的损失。
本发明的人体足端接触力测量装置上层不锈钢板和传感器间的拟合人足骨骼结构，确保了穿戴舒适性；
本发明的人体足端接触力测量装置对于大负载、冲击载荷大的工作条件，有很高的可靠性；
本发明的人体足端接触力测量装置可以准确测量足底所受的地面支反力。
附图说明
图1是本发明的人体足端接触力测量装置的分解状态结构示意图；
图2是本发明的人体足端接触力测量装置的主视图；
图3是本发明的人体足端接触力测量装置的俯视图；
图4是本发明的人体足端接触力测量装置的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式的人体足端接触力测量装置包括CM底座1、前CM卡槽5、滚针排槽6、滚针排7、滚子排垫片8、顶层钢板10、拉紧簧片11、顶层碳板13、CM盖板16、后CM卡槽17、三维力传感器19、底层钢板20、底层碳板21和两个一维力传感器27；底层碳板21固装在底层钢板20的上端面上，顶层碳板13固装在顶层钢板10的下端面上，底层钢板20与顶层钢板10之间设置有三维力传感器19和两个一维力传感器27，三维力传感器19位于前脚掌下方，两个一维力传感器27中的一个通过CM底座1固装在底层钢板20的上端面上且位于趾骨下方，两个一维力传感器27中的一个的正上方与顶层钢板10之间设置有滚针排结构，滚针排结构包括前CM卡槽5、滚针排槽6、滚针排7和滚子排垫片8，滚针排7与顶层钢板10之间设置有滚子排垫片8，滚针排7上设置有滚针排槽6，前CM卡槽5固装在滚针排7的底端面上；两个一维力传感器27余下的一个位于跟骨下方且位于底层碳板21的圆形凹槽内，所述两个一维力传感器27余下的一个与底层钢板20固定连接，后CM卡槽17通过CM盖板16固装在顶层钢板10的下端面上且位于两个一维力传感器27余下的一个的正上方；拉紧簧片11的两端与底层钢板20固定连接，拉紧簧片11的中部与顶层钢板10固定连接，拉紧簧片11位于足弓下方。
人体足端接触力测量装置的结构设计为上、下两层，上层与操作者的足部通过柔性环节固连在一起，下层结构则与穿戴设备连接在一起。上、下两层直接通过三维力传感器和一维力传感器连接，其中三维力传感器位于前脚掌下方，通过螺钉与上、下两层结构固连在一起。一个一维力传感器位于趾骨下方，通过CM底座与下层结构固连，另一个一维力传感器位于跟骨下方，与下层结构固连。趾骨下方一维力传感器与上层结构之间没有直接连接，在两者之间安装滚针排结构，以减小上、下两层在前部相对滑动时的摩擦，减小前、后方向支反力Fx在此处因摩擦而产生的损失，提高测量准确性。
为减轻足端接触力测量系统的总重，上、下两层均是采用的0.5mm厚的弹簧钢板为基板。为给传感器提供强度比较高的支撑面，在底层不锈钢板上层和传感器之间增加一层4mm厚的碳纤维板。为避免由于板材刚度不够导致足弓和楔骨区域下陷，使穿戴者易产生疲劳感的问题，在上层不锈钢板材和传感器之间增加了一块拟合人足骨骼结构的2.5mm厚的碳纤维板，保证对人体足弓的有效支撑，确保穿戴舒适性；
趾骨下方一维力传感器27与顶层钢板10之间没有直接连接，在两者之间安装由M4×6内六角圆柱头螺钉4、前CM卡槽5、滚针排槽6、滚针排7、滚子排垫片8组成的滚针排结构，以减小上、下两层在前部相对滑动时的摩擦，减小前、后方向支反力Fx在此处因摩擦而产生的损失，提高测量准确性；
为给传感器提供强度比较高的支撑面，在底层不锈钢板上层和传感器之间增加一层4mm厚的底层碳板21。为避免由于板材刚度不够导致足弓和楔骨区域下陷，使穿戴者易产生疲劳感的问题，在上层不锈钢板材和传感器之间增加了一块拟合人足骨骼结构的2.5mm厚的顶层碳板13，并通过M4×10内六角圆柱头螺钉9、M3×6内六角圆柱头螺钉14与顶层钢板10固连，保证对人体足弓的有效支撑，确保穿戴舒适性。为保证上、下层高度，在足弓下方安装拉紧簧片11，通过M5×12内六角圆柱头螺钉12、半圆形螺母15、M5半圆柱型六角头盖螺母18与上、下层结构固连。
具体实施方式二：如图1～2所示，本实施方式所述两个一维力传感器27中的一个通过M4半圆柱型六角头盖螺母2和M4×8内六角圆柱头螺钉22固定在底层钢板20上。如此设计，使一维力传感器在承受冲击载荷时更为牢固。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1、图2和图3所示，本实施方式拉紧簧片11通过M5×12内六角圆柱头螺钉12、半圆形螺母15和M5半圆柱型六角头盖螺母18与上、下层钢板结构固连。如此设计，可以避免上层钢板产生塌陷。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1～4所示，本实施方式顶层碳板13通过M4×10内六角圆柱头螺钉9和M3×6内六角圆柱头螺钉14与顶层钢板10固定连接。如此设计，既可提高顶层钢板的刚性，又可避免整体重量过大。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式前CM卡槽5通过两个M4×6内六角圆柱头螺钉4固装在滚针排7的下端面上。如此设计，保证足端压力全部被一维力传感器采集。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：如图1和图2所示，本实施方式所述人体足端接触力测量装置还包括三维力钢垫23和三维力橡胶垫24，三维力传感器19的底部设置有三维力钢垫23和三维力橡胶垫24，三维力传感器19通过M6×16内六角圆柱头螺钉25和内六角螺母26固定在顶层钢板10和底层钢板20之间。如此设计，保证被三维力传感器的可靠连接，此处所获得三维力最适于进行人体运动意图辨识。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图1、图2和图3所示，本实施方式所述人体足端接触力测量装置还包括两个弹性止动垫圈3，每个M4×6内六角圆柱头螺钉4上穿装有一个弹性止动垫圈3。如此设计，防止在多次使用后螺纹连接的松脱。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。
具体实施方式八：如图1～4所示，本实施方式所述人体足端接触力测量装置结构为上、下两层，顶层钢板10与操作者的足部通过柔性环节固连在一起，底层钢板20与穿戴设备连接在一起。如此设计，将穿戴者与穿戴设备耦合到一起，实现了人机交互的柔顺性、可靠性。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

Claims (8)

1.一种人体足端接触力测量装置，其特征在于：所述人体足端接触力测量装置包括CM底座(1)、前CM卡槽(5)、滚针排槽(6)、滚针排(7)、滚子排垫片(8)、顶层钢板(10)、拉紧簧片(11)、顶层碳板(13)、CM盖板(16)、后CM卡槽(17)、三维力传感器(19)、底层钢板(20)、底层碳板(21)和两个一维力传感器(27)；底层碳板(21)固装在底层钢板(20)的上端面上，顶层碳板(13)固装在顶层钢板(10)的下端面上，底层钢板(20)与顶层钢板(10)之间设置有三维力传感器(19)和两个一维力传感器(27)，三维力传感器(19)位于前脚掌下方，两个一维力传感器(27)中的一个通过CM底座(1)固装在底层钢板(20)的上端面上且位于趾骨下方，两个一维力传感器(27)中的一个的正上方与顶层钢板(10)之间设置有滚针排结构，滚针排结构包括前CM卡槽(5)、滚针排槽(6)、滚针排(7)和滚子排垫片(8)，滚针排(7)与顶层钢板(10)之间设置有滚子排垫片(8)，滚针排(7)上设置有滚针排槽(6)，前CM卡槽(5)固装在滚针排(7)的底端面上；两个一维力传感器(27)余下的一个位于跟骨下方且位于底层碳板(21)的圆形凹槽内，所述两个一维力传感器(27)余下的一个与底层钢板(20)固定连接，后CM卡槽(17)通过CM盖板(16)固装在顶层钢板(10)的下端面上且位于两个一维力传感器(27)余下的一个的正上方；拉紧簧片(11)的两端与底层钢板(20)固定连接，拉紧簧片(11)的中部与顶层钢板(10)固定连接，拉紧簧片(11)位于足弓下方。
2.根据权利要求1所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：所述两个一维力传感器(27)中的一个通过M4半圆柱型六角头盖螺母(2)和M4×8内六角圆柱头螺钉(22)固定在底层钢板(20)上。
3.根据权利要求1或2所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：拉紧簧片(11)通过M5×12内六角圆柱头螺钉(12)、半圆形螺母(15)和M5半圆柱型六角头盖螺母(18)与上、下层钢板结构固连。
4.根据权利要求3所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：顶层碳板(13)通过M4×10内六角圆柱头螺钉(9)和M3×6内六角圆柱头螺钉(14)与顶层钢板(10)固定连接。
5.根据权利要求1、2或4所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：前CM卡槽(5)通过两个M4×6内六角圆柱头螺钉(4)固装在滚针排(7)的下端面上。
6.根据权利要求6所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：所述人体足端接触力测量装置还包括三维力钢垫(23)和三维力橡胶垫(24)，三维力传感器(19)的底部设置有三维力钢垫(23)和三维力橡胶垫(24)，三维力传感器(19)通过M6×16内六角圆柱头螺钉(25)和内六角螺母(26)固定在顶层钢板(10)和底层钢板(20)之间。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：所述人体足端接触力测量装置还包括两个弹性止动垫圈(3)，每个M4×6内六角圆柱头螺钉(4)上穿装有一个弹性止动垫圈(3)。
8.根据权利要求7所述的人体足端接触力测量装置，其特征在于：所述人体足端接触力测量装置结构为上、下两层，顶层钢板(10)与操作者的足部通过柔性环节固连在一起，底层钢板(20)与穿戴设备连接在一起。
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