CN109222984B - 一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置 - Google Patents

一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置 Download PDF

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Abstract

一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，它涉及一种足底测量装置。本发明解决现有下肢外骨骼足底压力鞋信息源单一，对人体步态周期状态检测的灵敏度和人体运动意图获取均存在误差和滞后问题。后鞋面层下端面的前部设置有前单维力压盖，后鞋面层下端面的后部设置有后单维力压盖；所述足底人机交互测量装置还包括第一合页、第一胶垫、六维传感器、第二胶垫、惯性单元和多个单维力传感器，前传感器支撑层通过第一合页与后传感器支撑层连接，第一胶垫、六维传感器和第二胶垫由前至后依次设置在后传感器支撑层的上端面上，前单维力压盖和后单维力压盖通过数据线与单维力传感器相连接。本发明用于外骨骼机器人足底人机交互测量。

Description

一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置
技术领域
本发明涉及一种足底测量装置，具体涉及一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置。
背景技术
外骨骼机器人是一种融合了传感技术、控制技术等多种技术的可穿戴设备，特别地，下肢外骨骼机器人是一种与人体下肢结构相类似的外骨骼机器人，能够帮助穿戴者实现助力行走、下肢康复、上下楼梯等动作。
下肢外骨骼的足底压力鞋与人体足部接触的位置是最重要的人机交互处，通过此处的测量可以获取人体运动意图，从而驱动各个关节运动，保证了控制系统的稳定性和准确性。
目前，现有的下肢外骨骼足底压力鞋信息源单一，对人体步态周期状态检测的灵敏度和人体运动意图获取均存在一定误差和滞后，同时现有的下肢外骨骼足底压力鞋在穿戴时舒适感较差，且现有的下肢外骨骼足底压力鞋的鞋底多是采用整体设计，在对于人体行走过走过程中压力传感器的测量准确性较差，无法完全满足外骨骼的需求。
发明内容
本发明为解决现有的下肢外骨骼足底压力鞋信息源单一，穿戴舒适程度差和在踩踏过程中压力传感器的测量准确性差的问题，进而提供一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置包括鞋面层1、传感器支撑层2、橡胶层3、前绑带架座4、前绑带架5、前绑带6、后绑带7、后绑带架8、后绑带架座9和后跟挡板10，鞋面层1、传感器支撑层2和橡胶层3由上至下依次设置，前绑带架座4和后绑带架座9前后对应设置在鞋底两侧，每个前绑带架座4上设置有一个前绑带架5，每个后绑带架座9上设置有一个后绑带架8，两个后绑带架8之间设置有后绑带7，两个前绑带架5之间设置有前绑带6，后跟挡板10设置在鞋底的后侧，鞋面层1由前鞋面层102和后鞋面层104构成，传感器支撑层2由前传感器支撑层202和后传感器支撑层208构成；后鞋面层104下端面的前部设置有前单维力压盖103，后鞋面层104下端面的后部设置有后单维力压盖108；所述足底人机交互测量装置还包括第一合页205、第一胶垫106、六维传感器107、第二胶垫109、惯性单元210和多个单维力传感器203，前传感器支撑层202通过第一合页205与后传感器支撑层208连接，第一胶垫106、六维传感器107和第二胶垫109由前至后依次设置在后传感器支撑层208的上端面上，惯性单元210设置在后跟挡板10上，前单维力压盖103和后单维力压盖108通过数据线与单维力传感器203相连接。
进一步地，前鞋面层102的边缘设置有多个垫片螺钉组件101，前传感器支撑层202的上端面边缘设置有多个橡胶柱201，垫片螺钉组件101的数量与橡胶柱201的数量一致设置，每个垫片螺钉组件101与一个橡胶柱201对应设置。
进一步地，第一胶垫106的形状呈L形，第二胶垫109的形状呈U形。
进一步地，所述足底人机交互测量装置还包括两个第二合页204，两个第二合页204对应安装在前传感器支撑层202的两侧的前绑带架座4上，每个第二合页204上安装有一个前绑带架5。
所述足底人机交互测量装置还包括两个第三合页105，两个第三合页105对应安装在后传感器支撑层208的两侧的后绑带架座9上，每个第三合页105上安装有一个后绑带架8。
进一步地，前鞋面层102为橡胶层，后鞋面层104为铝合金层，后鞋面层104的中部加工有圆形通孔，
圆形通孔与六维传感器107对正设置，铝合金层略低于橡胶层。
进一步地，前传感器支撑层202和后传感器支撑层208均采用铝合金板。
进一步地，六维传感器107和单维力传感器203的电源线及数据线通过线槽207布线，电源线及数据线通过线卡206固定。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置设置有多个一维压力传感器，可以检测各部位的压力信息，并在足弓处设置有六维力传感器，可有效测量摆动相人机交互力，同时设置有惯性测量元件，测量压力鞋与地面的角度，本发明采取拟人化方案，提高穿戴者的舒适度，并采用弹性踩踏方式保证压力传感器的测量准确性，本发明既能单独穿戴采集人体步态信息，也能与下肢外骨骼机器人结合使用，用于下肢外骨骼力反馈控制与运动状态检测，实现下肢外骨骼系统行走过程中步态检测和人体意图获取。
附图说明
图1是本发明的一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置整体结构立体图；
图2是本发明的具体实施方式一中鞋面层1的俯视图；
图3是本发明的具体实施方式一中传感器支撑层2的立体图；
图4是本发明的具体实施方式一中橡胶层3的立体图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～4所示，本实施方式的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置包括鞋面层1、传感器支撑层2、橡胶层3、前绑带架座4、前绑带架5、前绑带6、后绑带7、后绑带架8、后绑带架座9和后跟挡板10，鞋面层1、传感器支撑层2和橡胶层3由上至下依次设置，前绑带架座4和后绑带架座9前后对应设置在鞋底两侧，每个前绑带架座4上设置有一个前绑带架5，每个后绑带架座9上设置有一个后绑带架8，两个后绑带架8之间设置有后绑带7，两个前绑带架5之间设置有前绑带6，后跟挡板10设置在鞋底的后侧，鞋面层1由前鞋面层102和后鞋面层104构成，传感器支撑层2由前传感器支撑层202和后传感器支撑层208构成；后鞋面层104下端面的前部设置有前单维力压盖103，后鞋面层104下端面的后部设置有后单维力压盖108；所述足底人机交互测量装置还包括第一合页205、第一胶垫106、六维传感器107、第二胶垫109、惯性单元210和多个单维力传感器203，前传感器支撑层202通过第一合页205与后传感器支撑层208连接，第一胶垫106、六维传感器107和第二胶垫109由前至后依次设置在后传感器支撑层208的上端面上，惯性单元210设置在后跟挡板10上，前单维力压盖103和后单维力压盖108通过数据线与单维力传感器203相连接。
具体实施方式二：如图2和图3所示，本实施方式前鞋面层102的边缘设置有多个垫片螺钉组件101，前传感器支撑层202的上端面边缘设置有多个橡胶柱201，垫片螺钉组件101的数量与橡胶柱201的数量一致设置，每个垫片螺钉组件101与一个橡胶柱201对应设置。如此设计，前鞋面层102可以通过垫片螺钉组件101和橡胶柱201与前传感器支撑层202连接。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3所示，本实施方式第一胶垫106的形状呈L形，第二胶垫109的形状呈U形。如此设计，在鞋面层1和传感器支撑层2之间设置第一胶垫106和第二胶垫109，可以缓冲运动中对上下两层压力传导的冲击，提高压力鞋的舒适性。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和3所示，本实施方式所述足底人机交互测量装置还包括两个第二合页204，两个第二合页204对应安装在前传感器支撑层202的两侧的前绑带架座4上，每个第二合页204上安装有一个前绑带架5。如此设计，前绑带架5通过第二合页204与前传感器支撑层202活动连接，便于足底鞋穿戴，增强了足底鞋穿戴的灵活性。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2所示，本实施方式所述足底人机交互测量装置还包括两个第三合页105，两个第三合页105对应安装在后传感器支撑层208的两侧的后绑带架座9上，每个第三合页105上安装有一个后绑带架8。如此设计，前绑带架座4通过第三合页105与后传感器支撑层208活动连接，便于足底鞋穿戴，增强了足底鞋穿戴的灵活性。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2所示，本实施方式前鞋面层102为橡胶层，后鞋面层104为铝合金层，后鞋面层104的中部加工有圆形通孔，圆形通孔与六维传感器107对正设置，铝合金层略低于橡胶层。如此设计，铝合金层略低于橡胶层是由于橡胶片变形较大，可以保证前后鞋面层的踩踏效果。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3所示，本实施方式前传感器支撑层202和后传感器支撑层208均采用铝合金板。如此设计，前传感器支撑层202和后传感器支撑层208通过第一合页205连接，满足前后传感器支撑层绕第一合页205转到轴转动，提高压力鞋的舒适性。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3所示，本实施方式六维传感器107和单维力传感器203的电源线及数据线通过线槽207布线，电源线及数据线通过线卡206固定。如此设计，六维传感器107和单维力传感器203的电源线及数据线可以通过线槽207布线，电源线及数据线可以通过线卡206固定。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：如图4所示，本实施方式橡胶层3采用多个沉头螺钉301与传感器支撑层2固定连接。如此设计，连接方便，便于操作。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四、六或八相同。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，所述足底人机交互测量装置包括鞋面层(1)、传感器支撑层(2)、橡胶层(3)、前绑带架座(4)、前绑带架(5)、前绑带(6)、后绑带(7)、后绑带架(8)、后绑带架座(9)和后跟挡板(10)，鞋面层(1)、传感器支撑层(2)和橡胶层(3)由上至下依次设置，前绑带架座(4)和后绑带架座(9)前后对应设置在鞋底两侧，每个前绑带架座(4)上设置有一个前绑带架(5)，每个后绑带架座(9)上设置有一个后绑带架(8)，两个后绑带架(8)之间设置有后绑带(7)，两个前绑带架(5)之间设置有前绑带(6)，后跟挡板(10)设置在鞋底的后侧，鞋面层(1)由前鞋面层(102)和后鞋面层(104)构成，传感器支撑层(2)由前传感器支撑层(202)和后传感器支撑层(208)构成；其特征在于：后鞋面层(104)下端面的前部设置有前单维力压盖(103)，后鞋面层(104)下端面的后部设置有后单维力压盖(108)；所述足底人机交互测量装置还包括第一合页(205)、第一胶垫(106)、六维传感器(107)、第二胶垫(109)、惯性单元(210)和多个单维力传感器(203)，前传感器支撑层(202)通过第一合页(205)与后传感器支撑层(208)连接，第一胶垫(106)、六维传感器(107)和第二胶垫(109)由前至后依次设置在后传感器支撑层(208)的上端面上，惯性单元(210)设置在后跟挡板(10)上，前单维力压盖(103)、后单维力压盖(108)与单维力传感器(203)相接触；
第一胶垫(106)的形状呈L形，第二胶垫(109)的形状呈U形；
所述足底人机交互测量装置还包括两个第二合页(204)，两个第二合页(204)对应安装在前传感器支撑层(202)的两侧的前绑带架座(4)上，每个第二合页(204)上安装有一个前绑带架(5)；
所述足底人机交互测量装置还包括两个第三合页(105)，两个第三合页(105)对应安装在后传感器支撑层(208)的两侧的后绑带架座(9)上，每个第三合页(105)上安装有一个后绑带架(8)；
前鞋面层(102)为橡胶层，后鞋面层(104)为铝合金层，后鞋面层(104)的中部加工有圆形通孔，圆形通孔与六维传感器(107)对正设置，铝合金层略低于橡胶层。
2.根据权利要求1所述的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，其特征在于：前鞋面层(102)的边缘设置有多个垫片螺钉组件(101)，前传感器支撑层(202)的上端面边缘设置有多个橡胶柱(201)，垫片螺钉组件(101)的数量与橡胶柱(201)的数量一致设置，每个垫片螺钉组件(101)与一个橡胶柱(201)对应设置。
3.根据权利要求1或2所述的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，其特征在于：前传感器支撑层(202)和后传感器支撑层(208)均采用铝合金板。
4.根据权利要求3所述的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，其特征在于：六维传感器(107)和单维力传感器(203)的电源线及数据线通过线槽(207)布线，电源线及数据线通过线卡(206)固定。
5.根据权利要求4所述的基于多源信息融合的足底人机交互测量装置，其特征在于：橡胶层(3)采用多个沉头螺钉(301)与传感器支撑层(2)固定连接。
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