CN114209305A - 一种足底力分布测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物医学工程及康复医疗领域，具体的说是涉及一种足底力分布测量装置，包括底板；前掌测力模块，安装在所述底板上；足跟测力模块，安装在所述底板上，并位于所述前掌测力模块的后端；纵向定位机构，安装于所述足跟测力模块或所述底板上；锁紧机构，具有以下状态：锁紧状态，所述锁紧机构将任意位置的所述纵向定位机构约束在与所述足跟测力模块或所述底板相对固定的状态；解锁状态，所述锁紧机构解除对所述纵向定位机构的约束，以使所述纵向定位机构能够沿所述足跟测力模块或所述底板的纵向自由活动。本发明选用的定位方式能够排除不同受测者足长足宽的不同带来的影响，能够保证足底的每个区域分别在各自对应的测力模块上得到测量。

Description

一种足底力分布测量装置

技术领域

本发明涉及生物医学工程及康复医疗领域，具体的说是涉及一种足底力分布测量装置。

背景技术

足底力及其分布情况的测量对人体平衡能力及其训练效果的评估、足内外翻的诊断、足弓高低的判定、足弓韧性的测量以及脑卒中等疾病康复效果的评价都有重要意义。现有的足底力区域分布测量装置在每个区域仅设置一个测力元件，只能得到该区域压力值的大小，无法得知这个区域压力的等效作用点的位置，进而无法对人体足部的相关情况做出进一步分析；另外，对足部测量区域的划分也缺乏足够的依据，未充分考虑足部骨骼的结构；此外，现有装置普遍利用足的前端和侧面进行定位，这种定位方式容易受到不同受测者足长足宽不同的影响，无法保证足底的核心区域准确地位于各自的测量模块上，导致所得数据不能反映人体真实情况。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种能够对不同受测者的足底区域进行准确定位和划分，并测量其各区域应力分布情况的足底力分布测量装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种足底力分布测量装置，包括：

底板；

前掌测力模块，安装在所述底板上；

足跟测力模块，安装在所述底板上，并位于所述前掌测力模块的后端；

纵向定位机构，安装于所述足跟测力模块或所述底板上，所述纵向定位机构具有凸出于所述足跟测力模块上表面的定位面，所述纵向定位机构沿所述足跟测力模块或所述底板的纵向活动设置；

锁紧机构，位于所述纵向定位机构与所述足跟测力模块或所述底板之间，所述锁紧机构被配置为具有以下状态：

锁紧状态，所述锁紧机构将任意位置的所述纵向定位机构约束在与所述足跟测力模块或所述底板相对固定的状态；

解锁状态，所述锁紧机构解除对所述纵向定位机构的约束，以使所述纵向定位机构能够沿所述足跟测力模块或所述底板的纵向自由活动。

在本发明的一可选实施例中，所述前掌测力模块包括前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块。

在本发明的一可选实施例中，还包括横向定位机构，所述横向定位机构位于所述前掌外侧测力模块与前掌内侧测力模块之间。

在本发明的一可选实施例中，所述横向定位机构包括横向定位部，所述横向定位部凸出于所述前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块的上表面设置。

在本发明的一可选实施例中，所述横向定位部沿所述前掌测力模块的纵向活动设置，所述横向定位部与底板之间设有弹性单元，所述弹性单元被装配为其弹力能够驱使所述横向定位部向后运动，所述横向定位部与所述底板之间还设有用于限制所述横向定位部活动行程的限位部。

在本发明的一可选实施例中，所述横向定位机构包括灯带，所述灯带安装在所述底板上所述前掌外侧测力模块与前掌内侧测力模块之间设有供所述灯带的光线穿过的窄缝。

在本发明的一可选实施例中，所述前掌外侧测力模块包括前掌外侧托板和前掌外侧力传感器，所述前掌外侧力传感器安装在所述前掌外侧托板与所述底板之间，所述前掌外侧力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器；所述前掌内侧测力模块包括前掌内侧托板和前掌内侧力传感器，所述前掌内侧力传感器安装在所述前掌内侧托板与所述底板之间，所述前掌内侧力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器；所述足跟测力模块包括足跟托板和足跟力传感器，所述足跟力传感器安装在所述足跟托板与所述底板之间，所述足跟力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器。

在本发明的一可选实施例中，所述前掌外侧力传感器、前掌内侧力传感器和足跟力传感器为测量垂向力的一维传感器，或测量垂向力和切向力的二维传感器，或测量垂向力、纵向力和横向力的三维力传感器，或一维力和两维力矩的力传感器，或两维力和两维力矩的四维力传感器，或三维力和两维力矩的五维力传感器，或三维力和三维力矩的六维力传感器。

在本发明的一可选实施例中，所述纵向定位机构包括定位块，所述定位块的前侧设有定位槽。

在本发明的一可选实施例中，所述足跟托板或底板上设有位置识别单元，所述位置识别单元被配置为能够量化并展示所述定位块与所述足跟托板或底板之间的相对位置。

在本发明的一可选实施例中，所述锁紧机构包括螺栓，所述定位块上设有腰型孔，所述足跟测力模块或所述底板上设有螺纹孔，所述螺栓穿过所述腰型孔并与所述螺纹孔连接。

本发明的技术效果在于：

本发明的每个测力模块均包含至少3个测力位置，使用者能根据所测数据计算出足底力的等效作用点的位置，有助于对人体足部相关情况做出判断。

本发明测得的切向力能够帮助对人体足弓的支撑力特点进行判断和分析。

本发明在对足底核心区域的划分时，把足部横弓中部作为前掌外侧区域与前掌内侧区域的分界，把足部纵弓中部作为足跟区域和前掌区域的分界，符合人体足部骨骼的结构以及足踝对身体支撑力的力学传递特点。

本发明选用的定位方式能够排除不同受测者足长足宽的不同带来的影响，能够保证足底的每个区域分别在各自对应的测力模块上得到测量。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的足底力分布测量装置的立体图；

图2是本发明的实施例所提供的横向定位机构的装配结构示意图；

图3是本发明的实施例所提供的横向定位部的侧视图；

图4是本发明的实施例所提供的足底力分布测量装置的立体图，图中示出了另一种横向定位机构；

图5是本发明的实施例所提供的足底力分布测量装置的立体图，图中示出了又一种横向定位机构；

图6是本发明的实施例所提供的一种前掌外侧力传感器的安装结构示意图；

图7是本发明的实施例所提供的足跟托板的立体结构示意图及其局部放大视图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在本发明的表述中，所述“纵向”、“横向”、“垂向”等指示方位的表述，是基于本领域技术人员对脚掌的一般定义而言的，即脚掌的前后方向为纵向，脚掌的宽度方向为横向，脚掌的高度方向为垂向。

请参阅图1-7所示，一种足底力分布测量装置，包括底板10、前掌测力模块20、足跟测力模块30、纵向定位机构40，以及锁紧机构50。图中仅示出了其中一只脚的测量装置，实际应用时，图中所示足底力分布测量装置一般成对使用。

请参阅图1-7所示，在一具体实施例中，所述前掌测力模块20安装在所述底板10上；所述前掌测力模块20包括前掌外侧测力模块21和前掌内侧测力模块22。本实施例中，所述前掌外测力模块用于检测前掌外侧应力，所述前掌内测力模块用于检测前掌内侧应力，在实际应用过程中，脚掌的纵向中心线应当与所述前掌外测力模块和所述前掌内测力模块之间的分界线大致对齐，即前脚掌靠外侧的一半的区域落于所述前掌外侧测力模块21上，前脚掌靠近内侧的一半的区域落于所述前掌内侧测力模块22上；可以理解的是，在本实施例的基础上，还可以对前掌外侧测力模块21和前掌内侧测力模块22进行进一步细分，以获得更加详细的足底应力分布数据，例如可以将所述前掌内侧测力模块22进一步细分为趾骨测力模块和跖骨测力模块。

请参阅图1-7所示，在一具体实施例中，所述足跟测力模块30安装在所述底板10上，并位于所述前掌测力模块20的后端。可以理解的是，所述足跟测力模块30用于检测足跟应力。

请参阅图1、2、4、5所示，在一具体实施例中，所述前掌外侧测力模块21、前掌内侧测力模块22和足跟测力模块30可以采用类似的测力机构，例如所述前掌外侧测力模块21包括前掌外侧托板211和前掌外侧力传感器212，所述前掌外侧力传感器212安装在所述前掌外侧托板211与所述底板10之间，所述前掌外侧力传感器212至少设有3个；所述前掌内侧测力模块22包括前掌内侧托板221和前掌内侧力传感器222，所述前掌内侧力传感器222安装在所述前掌内侧托板221与所述底板10之间，所述前掌内侧力传感器222至少设有3个；所述足跟测力模块30包括足跟托板31和足跟力传感器32，所述足跟力传感器32安装在所述足跟托板31与所述底板10之间，所述足跟力传感器32至少设有3个。作为本发明的一基础实施例，上述各力传感器至少应当能够检测垂向压力，该实施例中，所述力传感器应当包含一形变部件，当上述托板受压时，与相应托板对应的应变部件应当能够产生形变，且在该形变区域上应当设置必要的能够识别该形变的电学元件，例如电阻应变片。

可以理解的是，本发明的每个测力模块均包含至少3个力传感器，使用者能根据所测数据计算出足底力的等效作用点的位置，有助于对人体足部相关情况做出判断。

请参阅图6所示，作为上述实施例的一种延伸，所述前掌外侧力传感器212、前掌内侧力传感器222和足跟力传感器32是三向力传感器，可以理解的是，所述三向力传感器不仅不能够检测垂向的压力，还可以检测纵向和横向的应力变化，在三向力传感器中，当形变部件受到纵向、横向和垂向的应力时，应当能够分别产生相应形变，且三个方向上的应力所导致的形变应当互不干扰，每一个形变区域应当分别设置能够识别各形变的电学元件，例如在每个形变区域设置独立的电阻应变片。

在足底应力检测过程中，可以要求被测者进行单侧抬腿动作，被测者执行该动作时，其重心必然会发生水平方向的位移，这意味着被测者的足部与测量装置之间必然会产生水平方向的相互作用力，本发明通过三向力传感器能够识别到该水平方向的作用力，通过对这一作用力的波动参数进行分析，能够得到被测者执行这一动作时的响应速度，并以此来判断被测者的相关身体机能。

请参阅图1、4、5所示，在一具体实施例中，所述纵向定位机构40安装于所述足跟测力模块30上，所述纵向定位机构40具有凸出于所述足跟测力模块30上表面的定位面，所述纵向定位机构40沿所述足跟测力模块30的纵向活动设置；本实施例中，所述纵向定位机构40包括定位块，所述定位块的前侧设有定位槽41。可以理解的是，所述顶板槽应当设置为与足跟相匹配的近似于U型的结构，为了提高舒适感，所述定位槽41的内壁上可以设置相应的弹性缓冲材料。需要说明的是，所述定位块主要是为了限制足跟后端的位置，定位块不一定与足跟测力模块30直接相连，实际上，定位块也可以与底板10相连，并采用悬浮支撑的方式设置于所述足跟测力模块30上上方。

可以理解的是，所述纵向定位机构40沿纵向活动设置主要是为了适应不同被测者的脚掌大小，使被测者的前掌和足跟以相对确定的比例分布在前掌测力模块20和足跟测力模块30上，例如可以通过控制纵向定位机构40的位置，使任意被侧者的脚掌后半部35％-45％的区域落在所述足跟测力模块30上。

请参阅图1、4、5、7所示，在一具体实施例中，所述锁紧机构50位于所述纵向定位机构40与所述足跟测力模块30或所述底板10之间，所述锁紧机构50被配置为具有以下状态：锁紧状态，所述锁紧机构50将任意位置的所述纵向定位机构40约束在与所述足跟测力模块30或所述底板10相对固定的状态；解锁状态，所述锁紧机构50解除对所述纵向定位机构40的约束，以使所述纵向定位机构40能够沿所述足跟测力模块30或所述底板10的纵向自由活动。本实施例中，所述锁紧机构50包括螺栓，所述定位块上设有腰型孔42，所述足跟测力模块30或所述底板10上设有螺纹孔311，所述螺栓穿过所述腰型孔42并与所述螺纹孔311连接。进一步的，为了能够更加直观的对定位块进行调节，所述足跟托板或底板上设有位置识别单元，所述位置识别单元被配置为能够量化并展示所述定位块与所述足跟托板或底板之间的相对位置，所述位置识别单元例如可以是所述足跟托板31上设置的刻度线312，或者是用于检测定位块位置的传感器，如光电传感器。

可以理解的是，本实施例可以通过调节锁紧螺栓的松紧来控制定位块的固定和释放，即松开锁紧螺栓时，定位块能够在腰型孔42长度范围内自由活动，拧紧锁紧螺栓时，定位块与锁紧螺栓压紧在足跟托板31上，已实现其固定。需要说明的是，本发明中的锁紧机构50不限于上述实时方式，例如也可以将腰型孔42设置在足跟托板31上，而在定位块上设置螺纹孔311，并使锁紧螺栓从足跟托板31下方穿过腰型孔42，再与螺纹孔311连接；又例如可以在定位块和足跟托板31上分别设置腰型孔42，将锁紧螺栓分别穿过两腰型孔42，再在锁紧螺栓的端部设置锁紧螺母。

请参阅图1-5所示，在本发明的进一步实施例中，还包括横向定位机构，所述横向定位机构位于所述前掌外侧测力模块21与前掌内侧测力模块22之间。可以理解的是，所述横向定位机构用于确定被测者脚掌的横向位置，本发明的横向定位机构提供了一种标定物，被测者只要将脚掌的特定区域与该标定物对齐，即可确定脚掌的横向位置，例如可以使第二跟脚趾和第三根脚趾之间的缝隙与该标定物对齐。

请参阅图1、2、3所示，所述横向定位机构包括横向定位部61，所述横向定位部61凸出于所述前掌外侧测力模块21和前掌内侧测力模块22的上表面设置。本实施例中所述横向定位部61为杆状结构，被测者将第二根脚趾和第三根脚趾支架的缝隙夹在横向定位部61上，就能实现脚掌的横向定位。可以理解的是，除杆状结构外，本发明的所述横向定位部61也可以设置为图4所示的板状结构。

请参见图2所示，所述横向定位部61沿所述前掌测力模块20的纵向活动设置，所述横向定位部61与底板10之间设有弹性单元611，所述弹性单元611被装配为其弹力能够驱使所述横向定位部61向后运动，所述横向定位部61与所述底板10之间还设有用于限制所述横向定位部61活动行程的限位部612。可以理解的是，横向定位部61活动设置能够适应不同被测者的脚部尺寸，另外本发明设置的弹性单元611能够使横向定位部61自动贴合于脚掌前端的趾缝，提高测量效率。

请参阅图5所示，在本发明的另一实施例中，所述横向定位机构包括灯带62，所述灯带62安装在所述底板10上，所述前掌外侧测力模块21与前掌内侧测力模块22之间设有供所述灯带62的光线穿过的窄缝。本实施例利用灯光作为标定物，被测者可以主动将脚部前端的特定位置与灯带62的对齐，以实现脚掌的横向定位，例如将第三根脚趾的前端与所述灯带62对齐。所述灯带62具有一定的纵向长度，以适应不同被测者的脚部尺寸。

综上所述，本发明的每个测力模块均包含至少3个测力位置，使用者能根据所测数据计算出足底力的等效作用点的位置，有助于对人体足部相关情况做出判断。本发明在对足底核心区域的划分时，把足部横弓中部作为前掌外侧区域与前掌内侧区域的分界，把足部纵弓中部作为足跟区域和前掌区域的分界，符合人体足部骨骼的结构以及足底受力情况的特点。本发明选用的定位方式能够排除不同受测者足长足宽的不同带来的影响，能够保证足底的每个区域分别在各自对应的测力模块上得到测量。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个”、和“该”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中”的意思包括“在…中”和“在…上”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换亦在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

Claims (10)

1.一种足底力分布测量装置，其特征在于，包括：

底板；

前掌测力模块，安装在所述底板上；

足跟测力模块，安装在所述底板上，并位于所述前掌测力模块的后端；

纵向定位机构，安装于所述足跟测力模块或所述底板上，所述纵向定位机构具有凸出于所述足跟测力模块上表面的定位面，所述纵向定位机构沿所述足跟测力模块或所述底板的纵向活动设置；

锁紧机构，位于所述纵向定位机构与所述足跟测力模块或所述底板之间，所述锁紧机构被配置为具有以下状态：

锁紧状态，所述锁紧机构将任意位置的所述纵向定位机构约束在与所述足跟测力模块或所述底板相对固定的状态；

解锁状态，所述锁紧机构解除对所述纵向定位机构的约束，以使所述纵向定位机构能够沿所述足跟测力模块或所述底板的纵向自由活动。

2.根据权利要求1所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述前掌测力模块包括前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块；所述前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块之间设有横向定位机构。

3.根据权利要求2所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述横向定位机构包括横向定位部，所述横向定位部凸出于所述前掌外侧测力模块和前掌内侧测力模块的上表面设置。

4.根据权利要求3所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述横向定位部沿所述前掌测力模块的纵向活动设置，所述横向定位部与底板之间设有弹性单元，所述弹性单元被装配为其弹力能够驱使所述横向定位部向后运动，所述横向定位部与所述底板之间还设有用于限制所述横向定位部活动行程的限位部。

5.根据权利要求2所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述横向定位机构包括灯带，所述灯带安装在所述底板上，所述前掌外侧测力模块与前掌内侧测力模块之间设有供所述灯带的光线穿过的窄缝。

6.根据权利要求2所述的足底力分布测量装置，其特征在于，

所述前掌外侧测力模块包括前掌外侧托板和前掌外侧力传感器，所述前掌外侧力传感器安装在所述前掌外侧托板与所述底板之间，所述前掌外侧力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器；

所述前掌内侧测力模块包括前掌内侧托板和前掌内侧力传感器，所述前掌内侧力传感器安装在所述前掌内侧托板与所述底板之间，所述前掌内侧力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器；

所述足跟测力模块包括足跟托板和足跟力传感器，所述足跟力传感器安装在所述足跟托板与所述底板之间，所述足跟力传感器为至少3个至少一维的力传感器或1个至少三维的多维力传感器。

7.根据权利要求6所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述前掌外侧力传感器、前掌内侧力传感器和足跟力传感器为测量垂向力的一维传感器，或测量垂向力和切向力的二维传感器，或测量垂向力、纵向力和横向力的三维力传感器，或一维力和两维力矩的力传感器或两维力和两维力矩的四维力传感器，或三维力和两维力矩的五维力传感器，或三维力和三维力矩的六维力传感器。

8.根据权利要求1所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述纵向定位机构包括定位块，所述定位块的前侧设有定位槽。

9.根据权利要求8所述的，足底力分布测量装置，其特征在于，所述足跟托板或底板上设有位置识别单元，所述位置识别单元被配置为能够量化并展示所述定位块与所述足跟托板或底板之间的相对位置。

10.根据权利要求9所述的足底力分布测量装置，其特征在于，所述锁紧机构包括螺栓，所述定位块上设有腰型孔，所述足跟测力模块或所述底板上设有螺纹孔，所述螺栓穿过所述腰型孔并与所述螺纹孔连接。

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