CN106820407B - 足底压力测量鞋及足底压力测量方法 - Google Patents

足底压力测量鞋及足底压力测量方法 Download PDF

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CN106820407B CN201710212431.8A CN201710212431A CN106820407B CN 106820407 B CN106820407 B CN 106820407B CN 201710212431 A CN201710212431 A CN 201710212431A CN 106820407 B CN106820407 B CN 106820407B
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Abstract

本发明涉及一种足底压力测量鞋,包括鞋底,连接在鞋底上的鞋帮以及测量支架,所述测量支架设置在鞋底上,所述测量支架包括支架和底板组成,所述底板设置在支架的框面内,所述底板包括前脚掌板、跖骨板和后脚跟板,所述前脚掌板及跖骨板由多个支撑板拼接而成,所述前脚掌板、跖骨板和后脚跟板下方均设置有传感单元,所述传感单元用于检测前脚掌板、跖骨板和后脚跟板的所受的力,本发明灵活轻便,结构简单,可以直接穿戴,不影响人的正常行为;测得结果精确。测量结果直观可靠,可得到所要测得足底压力;可以为临床医学上的康复效果评价、隐形疾病的发现、脚型矫正、体育训练方案提供可靠依据。

Description

足底压力测量鞋及足底压力测量方法
技术领域
本发明涉及足底压力测量技术领域,具体涉及一种足底压力测量鞋及足底压力测量方法。
背景技术
对于需要步态测量的情况,需要了解脚部细节信息,对于脑卒中偏瘫患者、脊髓损伤、多发性硬化等中枢神经系统损伤患者康复时,为达到对康复患者的康复情况的了解,需要及时获知脚部的主要部位的受力点情况,针对脚部主要部位的受力点情况,能够基本获知康复患者的下肢恢复情况,对于患者的进一步康复治疗有较为科学的参考价值。现有技术中,由于还不存在方便检测康复患者脚部的装置,使得康复患者在实际康复训练时,由于无法获知较为科学的脚部受力情况,也就无法给出康复患者更为科学的康复建议,导致患者康复缓慢。
发明内容
本发明的目的是:提供一种足底压力测量鞋及足底压力测量方法,能够准确获知康复患者的脚部受力情况,为患者康复提供临床指导。
为实现上述目的,本发明测量鞋采用的技术方案是:
足底压力测量鞋,包括鞋底,环绕在鞋底周围的鞋帮以及测量支架,所述测量支架设置在鞋底上,所述测量支架包括支架和底板组成,所述底板设置在支架的框面内,所述底板包括前脚掌板、跖骨板和后脚跟板,所述前脚掌板及跖骨板由多个支撑板段拼接而成,所述前脚掌板、跖骨板和后脚跟板下方均设置有传感单元,所述传感单元用于检测前脚掌板、跖骨板和后脚跟板的所受压力。
本发明还存在下列技术特征:
所述后脚跟板的板面下方设置有第一支撑梁,所述跖骨板的板面下方设置有第二支撑梁,所述前脚掌板的板面下方设置有第三支撑梁,所述第一、第二、第三支撑梁固定在支架上,所述第一、第二、第三支撑梁固定在支架上均设置有敏感元件,所述敏感元件并构成传感单元。
所述第一支撑梁为条杆状结构,第一支撑梁的两端分别固定在后脚跟板下板面所在的支架两侧内壁,所述敏感元件设置在第一支撑梁杆身上且构成传感单元,所述第二支撑梁为条杆状结构,第二支撑梁的两端分别固定在跖骨板下板面所在的支架两侧内壁,所述敏感元件设置在第二支撑梁杆身上且构成传感单元,所述第三支撑梁为条杆状结构,第三支撑梁的两端分别固定在前脚掌板下板面所在的支架两侧内壁,所述敏感元件设置在第三支撑梁杆身上且构成传感单元。
所述第一支撑梁的一端固定在后脚跟板下板面所在的支架内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第一支撑梁的悬伸端且与第一支撑梁构成传感单元,所述第二支撑梁的一端固定在跖骨板下板面所在的支架内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第二支撑梁的悬伸端且与第二支撑梁构成传感单元,所述第三支撑梁的一端固定在前脚掌板下板面所在的支架内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第三支撑梁的悬伸端且与第三支撑梁构成传感单元。
所述第一、第二、第三支撑梁的杆身中段分别向上延伸设置有第一、第二、第三凸条板,所述敏感元件设置在第一、第二、第三支撑梁的杆上并构成传感单元。
所述前脚掌板包括第一、第二支撑板,所述跖骨板包括第三、第四、第五、第六、第七、第八支撑板,第一、第二支撑板与所述第三、第四、第五支撑板间隙布置,所述第三、第四、第五支撑板与所述第六、第七、第八支撑板之间通过柔性连接件连接,所述第六、第七、第八支撑板与后脚跟板之间间隙布置。
所述柔性连接件为波浪板结构。
为实现上述目的,本方法发明采用的技术方案是:
足底压力测量方法,其特征在于:所述足底压力测量方法采用了上述的足底压力测量鞋,所述足底压力测量方法步骤如下:
A、在测量支架上的前脚掌板、跖骨板和后脚跟板各受力个区域施加力Fi,检测到第一、第二支撑梁设置的传感器测得应变信号εi,根据检测εi和施加的力Fi,建立的模型αi*Fi=εi,得到系数αi
B、设定康复患者足部踩在前脚掌板、跖骨板和后脚跟板上时,测得测量支架上第一、第二、第三支撑梁的应变εi;
C、所述被测力为:作用于第一趾骨区的力为F1、作用于第2~5趾骨位置的力F2、作用于第1跖骨头位置的力F3、作用于第2跖骨区中心位置的力F4、作用于第三到五跖骨区中心位置的力F5、作用于足跟区的力F6;
D、①站立时,根据模型αi*Fi=εi,,利用Fi=εi/αi式,计算获得各作用力F1’、F2’、F3’、F4’、F5’、F6’,F7’、F8’、F9’、F10’;
即得到所要测得脚底主要部位所受的力:
F1=F1,F2=F2’,F3=F3’+F6’,F4=F4’+F7’,F5=F5’+F8’,F6=F9’+F10’;
②行走时,根据数学模型αi*Fi=εi,利用Fi=εi/αi式,计算获得各作用力F1”、F2”、F3”、F4”、F5”、F6”,F7”、F8”、F9”、F10”;
实时得到足部各个主要部位的受力,行走时脚掌着地时,
F1=F1”,F2=F2”,
Figure BDA0001261284560000031
行走时脚跟着地时,
Figure BDA0001261284560000032
F6=F9”+F10”;
根据角度关系,跖骨测出为矢量和,趾骨处的力的大小为其模的大小;
上述εi为ε1、ε2、ε3、ε4、ε5、ε6、ε7、ε8、ε9和ε10,即分别为所述第一、第二、第三支撑梁的处的传感单元获得的应变信号。
与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
本发明设有柔性连接机构,符合人体结构。结构简单。灵活轻便,结构简单,可以直接穿戴行走,不影响人的正常行为;
本发明对足底主要受力进行了分割。即对测量区域进行分割,所测量结果相互之间没有干扰,测得结果更精确。
本发明与柔性阵列传感器相比,可得到脚底板压力大小,测量结果直观可靠,可得到所要测得足底压力;
本发明可以为步态检测提供支撑,如:临床医学上的康复效果评价、隐形疾病的发现、脚型矫正、体育训练方案等提供可靠依据。
附图说明
图1是足底压力测量鞋的立体结构示意图;
图2是发明中的支架的第一种实施例的结构仰视图;
图3是发明中的支架的第一种实施例的结构平面图;
图4是发明中的支架的第二种实施例的结构仰视图;
图5是发明中的支架的第二种实施例的结构平面图;
图6是发明中的支架的第三种实施例的结构仰视图;
图7是发明中的支架的第三种实施例的结构平面图。
具体实施方式
结合图1至图7,对本发明作进一步地说明:
足底压力测量鞋,包括鞋底10,环绕在鞋底10周围的鞋帮20以及测量支架30,其特征在于:所述测量支架30设置在鞋底10上,所述测量支架30包括支架31和底板组成,所述底板设置在支架31的框面内,所述底板包括前脚掌板、跖骨板和后脚跟板32,所述前脚掌板及跖骨板由多个支撑板段拼接而成,所述前脚掌板、跖骨板和后脚跟板32下方均设置有传感单元,所述传感单元用于检测前脚掌板、跖骨板和后脚跟板32的所受压力;
结合图1至图7所示,穿戴者穿戴上述的测量鞋,在实际奔跑、行走以及站立时,可使得述前脚掌板及跖骨板的支撑板及后脚跟板段32下方的支撑梁35、36、37产生一定程度的弹性形变,前脚掌板及后脚跟板32的下方设置的传感单元可方便检测到上述述前脚掌板及跖骨板及后脚跟板32的形变量,进而换成所检测的压力值,通过测定穿戴者脚部的各个位置传感单元测定的压力,从而获知穿戴者的脚步各部分的受力情况,即可判断脚步的康复情况;
上述的述前脚掌板及跖骨板由若干个支撑板拼接而成,并且相邻支撑板之间通过柔性连接件构成柔性连接或者间隙布置,在确保对康复患者脚部受力准确测量的同时,还能能够方便实现对测量鞋的折叠,从而避免测量支架30的折断,可显著提高整个测量鞋的使用寿命。
作为本发明的优选方案,所述后脚跟板32的板面下方设置有第一支撑梁35,所述跖骨板的板面下方设置有第二支撑梁36,所述前脚掌板的板面下方设置有第三支撑梁37,所述第一、第二、第三支撑梁35、36、37固定在支架31上,所述第一、第二、第三支撑梁35、36、37固定在支架31上均设置有敏感元件,所述敏感元件与第一、第二、第三支撑梁35、36、37构成传感单元;
上述的测量后脚跟板32的弹性形变的支撑力采用第一支撑梁35上设置的传感单元即可精准检测,上述测量跖骨板的弹性形变力时,可通过跖骨板下方第二支撑梁36上的传感单元即可实现精准测量,上述测量前脚掌板的弹性形变力时,可通过跖骨板下方第三支撑梁37上的传感单元即可实现精准测量。
作为本发明的第一种实施例,结合图2和图3所示,所述第一支撑梁35为条杆状结构,第一支撑梁35的两端分别固定在后脚跟板32下板面所在的支架31两侧内壁,所述敏感元件设置在第一支撑梁35杆身上且构成传感单元,所述第二支撑梁36为条杆状结构,第二支撑梁36的两端分别固定在跖骨板下板面所在的支架31两侧内壁,所述敏感元件设置在第二支撑梁36杆身上且构成传感单元,所述第三支撑梁37为条杆状结构,第三支撑梁37的两端分别固定在前脚掌板下板面所在的支架31两侧内壁,所述敏感元件设置在第三支撑梁37杆身上且构成传感单元;
为实现对后脚跟板32、跖骨板及前脚掌板的形变的精准测量,所述第一、第二、第三支撑梁35、36、37的杆身中段分别向上延伸设置有第一、第二、第三凸条板351、361、371,所述敏感元件设置在第一、第二、第三支撑梁35、36、37的杆上并构成传感单元。
为提高对后脚跟板32的支撑牢靠度,在后脚跟板32下方所在的支架31两侧内壁设置支撑横杆38,支撑横杆38的两端固定在支架31两侧内壁。
作为本发明的第二种实施例,结合图4和图5所示,所述第一支撑梁35的一端固定在后脚跟板32下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第一支撑梁35的悬伸端且构成传感单元,所述第二支撑梁36的一端固定在跖骨板下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第二支撑梁36的悬伸端且构成传感单元,所述第三支撑梁37的一端固定在前脚掌板下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第三支撑梁37的悬伸端且构成传感单元;
为提高对后脚跟板32的支撑牢靠度,在后脚跟板32下方所在的支架31两侧内壁设置两支撑杆39,两支撑杆39的一端固定在支架31的内壁、另一端悬伸。
具体地,所述前脚掌板包括第一、第二支撑板331、332,所述跖骨板包括第三、第四、第五、第六、第七、第八支撑板333、334、335、336、337、338,第一、第二支撑板331、332与所述第三、第四、第五支撑板333、334、335间隙布置,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335与所述第六、第七、第八支撑板336、337、338之间通过柔性连接件34连接,所述第六、第七、第八支撑板336、337、338与后脚跟板32之间间隙布置;
上述的第一、第二支撑板331、332的边缘固定在支架31内壁,第一、第二支撑板331、332之间间隙布置,所述第一、第二支撑板331、332与第三、第四、第五支撑板333、334、335的也可间隙布置,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335的两侧边缘与边框31内壁固定,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335与第六、第七、第八支撑板336、337、338之间通过柔性连接件34连接,所述第六、第七、第八支撑板336、337、338的两侧边缘与支架31内壁固定,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335的两侧边缘与支架31内壁固定,所述第六、第七、第八支撑板336、337、338与后脚跟板32之间间隙布置,可使得后脚跟板32与跖骨板的活动连接。
具体地,所述柔性连接件34为波浪板结构;上述的第一柔性连接件34可以为铝制板,确保强度的同时,提高上述跖骨板两部分之间的连接韧性。
作为本发明的第三种实施例,结合图6和图7所示,所述第一支撑梁35的一端固定在后脚跟板32下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第一支撑梁35的悬伸端且构成传感单元,所述第二支撑梁36的一端固定在跖骨板下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第二支撑梁36的悬伸端且构成传感单元,所述第三支撑梁37的一端固定在前脚掌板下板面所在的支架31内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第三支撑梁37的悬伸端且构成传感单元;
为提高对后脚跟板32的支撑牢靠度,在后脚跟板32下方所在的支架31两侧内壁设置两支撑杆39,两支撑杆39的一端固定在支架31的内壁、另一端悬伸。
具体地,所述前脚掌板包括第一、第二支撑板331、332,所述跖骨板包括第三、第四、第五支撑板333、334、335,第一、第二支撑板331、332与所述第三、第四、第五支撑板333、334、335间隙布置,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335与所述后脚跟板32之间间隙布置;
上述的第一、第二支撑板331、332的边缘固定在支架31内壁,第一、第二支撑板331、332之间间隙布置,所述第一、第二支撑板331、332与第三、第四、第五支撑板333、334、335的也可间隙布置,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335与支撑梁连接,所述第三、第四、第五支撑板333、334、335与与后脚跟板32之间间隙布置,可使得后脚跟板32与跖骨板的活动连接。
当上述装置拆去鞋帮20仅保留有鞋底10装置,可以作为康复病人站立的平衡板装置,通过与正常人数据的对比,可以用于平衡训练,如调整脚部疾病的站姿等。
下面简述利用上述测量鞋获得脚部压力的方法,该方法内容如下:
足底压力测量方法,所述足底压力测量方法采用了上述的足底压力测量鞋,所述足底压力测量方法步骤如下:
A、在测量支架30上的前脚掌板、跖骨板和后脚跟板32各受力个区域施加力Fi,检测到第一、第二支撑梁35、36设置的传感器测得应变信号εi,根据检测εi和施加的力Fi,建立的模型αi*Fi=εi,得到系数αi
B、设定康复患者足部踩在前脚掌板、跖骨板和后脚跟板32上时,测得测量支架30上第一、第二、第三支撑梁35、36、37的应变εi;
C、所述被测力为:作用于第一趾骨区的力为F1、作用于第2~5趾骨位置的力F2、作用于第1跖骨头位置的力F3、作用于第2跖骨区中心位置的力F4、作用于第三到五跖骨区中心位置的力F5、作用于足跟区的力F6;
D、①站立时,根据模型αi*Fi=εi,,利用Fi=εi/αi式,计算获得各作用力F1’、F2’、F3’、F4’、F5’、F6’,F7’、F8’、F9’、F10’。
即得到所要测得脚底主要部位所受的力:
F1=F1,F2=F2’,F3=F3’+F6’,F4=F4’+F7’,F5=F5’+F8’,F6=F9’+F10’;
②行走时,根据数学模型αi*Fi=εi,利用Fi=εi/αi式,计算获得各作用力F1”、F2”、F3”、F4”、F5”、F6”,F7”、F8”、F9”、F10”;
实时得到足部各个主要部位的受力,行走时脚掌着地时,
F1=F1”,F2=F2”,
Figure BDA0001261284560000071
行走时脚跟着地时,
Figure BDA0001261284560000072
F6=F9”+F10”;
根据角度关系,跖骨测出为矢量和,趾骨处的力的大小为其模的大小;
上述εi为ε1”、ε2”、ε3”、ε4”、ε5”、ε6”、ε7”、ε8”、ε9”和ε10”,即分别行走时为所述第一、第二、第三支撑梁35、36、37的处的传感单元获得的应变信号;
上述εi为ε1、ε2、ε3、ε4、ε5、ε6、ε7、ε8、ε9和ε10,即分别为所述第一、第二、第三支撑梁35、36、37的处的传感单元获得的应变信号。
根据实际的需要,前脚掌板、跖骨板和后脚跟板与支架的连接处可设置为3个、4个、5个、等多个并附有敏感元件并组成传感单元。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.足底压力测量鞋,其特征在于:包括鞋底(10),连接在鞋底(10)上的鞋帮(20)以及测量支架(30),其特征在于:所述测量支架(30)设置在鞋底(10)上,所述测量支架(30)包括支架(31)和底板组成,所述底板设置在支架(31)的框面内,所述底板包括前脚掌板、跖骨板和后脚跟板(32),所述前脚掌板及跖骨板由多个支撑板拼接而成,所述前脚掌板、跖骨板和后脚跟板(32)下方均设置有传感单元,所述传感单元用于检测前脚掌板、跖骨板和后脚跟板(32)上的脚部的受力;
所述前脚掌板包括第一、第二支撑板(331、332),所述跖骨板包括第三、第四、第五、第六、第七、第八支撑板(333、334、335、336、337、338),第一、第二支撑板(331、332)与所述第三、第四、第五支撑板(333、334、335)间隙布置;
所述后脚跟板(32)的板面下方设置有第一支撑梁(35),所述跖骨板的板面下方设置有第二支撑梁(36),所述前脚掌板的板面下方设置有第三支撑梁(37),所述第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)固定在支架(31)上,所述第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)上均设置有敏感元件构成传感单元;
所述第三、第四、第五支撑板(333、334、335)与所述第六、第七、第八支撑板(336、337、338)之间通过柔性连接件(34)连接,所述第六、第七、第八支撑板(336、337、338)与后脚跟板(32)之间间隙布置,所述柔性连接件(34)为波浪板结构;
所述的足底压力测量鞋的足底压力测量方法步骤如下:
A、在测量支架(30)上的前脚掌板、跖骨板和后脚跟板(32)各受力个区域施加力Fi,检测到第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)设置的传感单元测得应变信号εi,根据检测εi和施加的力Fi,建立的模型αi*Fi=εi,得到系数αi
B、设定康复患者足部踩在前脚掌板、跖骨板和后脚跟板(32)上时,测得测量支架(30)上第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)的应变εin
C、被测力为:作用于第一趾骨区的力为F1、作用于第2~5趾骨位置的力F2、作用于第1跖骨头位置的力F3、作用于第2跖骨区中心位置的力F4、作用于第三到五跖骨区中心位置的力F5、作用于足跟区的力F6;
D、①站立时,根据模型αi*Fi’=εi’,利用Fi”=εi’/αi式,计算获得各作用力F1’、F2’、F3’、F4’、F5’、F6’,F7’、F8’、F9’、F10’,其中,F1’为第一趾骨区受力,F2’为第二~五趾骨区受力,F3’、F6’为第一跖骨头受力,F4’、F7’为第二跖骨区受力,F5’、F8’为第三~五跖骨区受力,F9’为足跟内侧受力,F10’为足跟外侧受力;
即得到所要测得脚底主要部位所受的力:
F1=F1’,F2=F2’,F3=F3’+F6’,F4=F4’+F7’,F5=F5’+F8’,F6=F9’+F10’;
上述εi为ε1’、ε2’、ε3’、ε4’、ε5’、ε6’、ε7’、ε8’、ε9’和ε10’,即分别为站立时所述第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)处的传感单元获得的应变信号;
②行走时,根据数学模型αi*Fi”=εi”,利用Fi””=εi”/αi式,计算获得各作用力F1”、F2”、F3”、F4”、F5”、F6”,F7”、F8”、F9”、F10”,其中,F1”为第一趾骨区受力,F2”为第二~五趾骨区受力,F3”、F6”为第一跖骨头受力,F4”、F7”为第二跖骨区受力,F5”、F8”为第三~五跖骨区受力,F9”为足跟内侧受力,F10”为足跟外侧受力;
实时得到足部各个主要部位的受力,行走时脚掌着地时,
F1=F1”,F2=F2”,
Figure FFW0000022698590000021
行走时脚跟着地时,
Figure FFW0000022698590000022
F6=F9”+F10”;
根据角度关系,跖骨测出为矢量和,趾骨处的力的大小为其模的大小;
上述εi为ε1”、ε2”、ε3”、ε4”、ε5”、ε6”、ε7”、ε8”、ε9”和ε10”,即分别行走时为所述第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)的处的传感单元获得的应变信号。
2.根据权利要求1所述的足底压力测量鞋,其特征在于:所述第一支撑梁(35)为条杆状结构,第一支撑梁(35)的两端分别固定在后脚跟板(32)下板面所在的支架(31)两侧,所述敏感元件设置在第一支撑梁(35)杆身上且构成传感单元,所述第二支撑梁(36)为条杆状结构,第二支撑梁(36)的两端分别固定在跖骨板下板面所在的支架(31)两侧,所述敏感元件设置在第二支撑梁(36)杆身上且构成传感单元,所述第三支撑梁(37)为条杆状结构,第三支撑梁(37)的两端分别固定在前脚掌板下板面所在的支架(31)两侧,所述敏感元件设置在第三支撑梁(37)杆身上且构成传感单元。
3.根据权利要求1所述的足底压力测量鞋,其特征在于:所述第一支撑梁(35)的一端固定在后脚跟板(32)下板面所在的支架(31)内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第一支撑梁(35)的悬伸端且构成传感单元,所述第二支撑梁(36)的一端固定在跖骨板下板面所在的支架(31)内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第二支撑梁(36) 的悬伸端且构成传感单元,所述第三支撑梁(37)的一端固定在前脚掌板下板面所在的支架(31)内壁且另一端水平悬伸,所述敏感元件设置在第三支撑梁(37)的悬伸端且构成传感单元。
4.根据权利要求2所述的足底压力测量鞋,其特征在于:所述第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)的杆身中段分别向上延伸设置有第一、第二、第三凸条板(351、361、371),所述敏感元件设置在第一、第二、第三支撑梁(35、36、37)的杆上并构成传感单元。
5.根据权利要求1所述的足底压力测量鞋,其特征在于:所述柔性连接件(34)为波浪板结构。
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