CN114813198A - 一种足部压力与翻转角度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种足部压力与翻转角度检测装置,它包括足底压力检测装置、以及至少一个翻转角度检测装置，足底压力检测装置包括一柔性托板，柔性托板上均匀设有压力检测传感装置；翻转角度检测装置包括至少一个铰接在底座上的翻转台；柔性托板固定安装在翻转台的上部；还包括用于检测翻转台角度的翻转角度检测装置；翻转角度检测装置还包括用于驱动翻转台旋转的驱动机构；还提供了一种足部压力与翻转角度的检测方法，本设计可以适用各种不同的内翻和外翻角度，也可以模拟各种不同倾斜程度的地面。设置在翻转台上表面的压力检测装置可以对足部的压力进行全方位检测和实时检测，这种检测可以满足在各种不同的情况对足部的状态进行评估。

Description

一种足部压力与翻转角度检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种足部压力与翻转角度检测装置及检测方法。

背景技术

在进行人体的足部状态检测或人形机器人的足部状态判定时会涉及对足部的压力和翻转角度的检测，或者涉及需要判定人或机器人在特定的地理环境下的足部压力分布情况。这种检测可以用于判定人的足部是否处于一个健康的状态，也可以辅助机器人的控制，通过判定机器人的足部状态来优化机器人的控制程序。

现有的足部状态检测装置一般仅限于在水平地面上进行使用，压力检测装置也只能检测垂直于水平地面的压力大小，这种检测的局限性较大，无法适应不同的地面形态。对于人或双足机器人来说，其足部的角度形态也是影响足部压力分布的重要指标，但是现有的检测装置无法实现角度和压力的同时间检测，对于人的足底检测而言，足部压力的分布情况可以间接的反映出人的足部内外翻的基本情况，但是对于机器人的足底而言，单独的压力检测是无法表现机器人的状态的。

因此，需要提供一种可以实现角度和压力的同时间检测的设备。

发明内容

本发明提供了一种足部压力与翻转角度检测装置,它包括足底压力检测装置、以及至少一个翻转角度检测装置，所述的足底压力检测装置包括一柔性托板，所述的柔性托板上均匀设有压力检测传感装置；所述的翻转角度检测装置包括至少一个铰接在底座上的翻转台；所述的柔性托板固定安装在翻转台的上部；还包括用于检测翻转台角度的翻转角度检测装置；所述的翻转角度检测装置还包括用于驱动翻转台旋转的驱动机构；

进一步的，所述的翻转台包括第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台，所述的第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台分别铰接安装在底座上；且所述的第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台通过旋转连接装置铰接安装在底座上；所述的第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台的翻转角度范围为-45～45度；

进一步的，所述的旋转连接装置包括固定在底座上的芯轴；所述的第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台铰接安装在芯轴上；

进一步的，所述的底座上设有呈圆弧状的固定滑块，所述的第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台的下部设有与固定滑块相互匹配的滑轨，所述的滑轨的一侧设有驱动轮；所述的驱动轮经传动结构与翻转角度检测装置、驱动机构相互连接；

进一步的，所述的足底压力检测装置的柔性托板固定安装在翻转台的上表面；所述的柔性托板为柔软材质，厚度为10-20mm；所述的柔性托板包括相互连接的第一柔性托板、第二柔性托板、第三柔性托板；所述的第一柔性托板、第二柔性托板、第三柔性托板之间的高度差最大为0-10mm；

进一步的，所述的压力检测传感装置包括由多个压力检测传感器组成的第一压力检测传感器组、第二压力检测传感器组、第三压力检测传感器组、第四压力检测传感器组；所述的第一压力检测传感器组、第四压力检测传感器组分别设置在第一柔性托板、第三柔性托板的上表面；所述的第二压力检测传感器组、第三压力检测传感器组设置在第二柔性托板的上表面的左右两侧；

进一步的，所述的第二压力检测传感器组设置在第二柔性托板的上表面的左侧，第三压力检测传感器组设置在第二柔性托板的上表面的右侧；

进一步的，所述的驱动机构包括三个分别与第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台相对应设置的具有通电自锁装置的驱动电机，驱动电机可以通过传动结构驱动驱动轮，同时带动翻转台旋转；所述的翻转角度检测装置包括三个分别与第一翻转台、第二翻转台、第三翻转台相对应设置的角度检测编码器；

一种足部压力与翻转角度的检测方法，它包括：

S01：启动设备；

S02：进行足部压力与翻转角度检测执行S03，进行定量角度变化测量压力变化量执行S04；

S03：根据足部压力的分布趋势变化判定翻转角度；

S04：根据设定的程序驱动翻转台进行角度变化，同时测定足部的压力变化；

S05：关闭设备；

进一步的，所述的S03步骤包括：

S031：固定底座，调节翻转台的角度至翻转台上表面水平；

S032：使足部踩踏至翻转台上表面；

S033：读取第二压力检测传感器组、第三压力检测传感器组的压力差值，系统默认当第二压力检测传感器组检测到的压力值大于第三压力检测传感器组时为左脚，当第二压力检测传感器组检测到的压力值小于第三压力检测传感器组时为右脚；

S034：根据S033步骤判定的左脚与右脚的结果，将相应一侧的传感器组标定为主传感器组，另一侧为次传感器组，当次传感器组内的压力检测传感器检测到压力值的传感器数量大于其传感器数量的1/3时，判定被检测的足部为扁平足；

S035：根据翻转台上部的压力检测传感装置检测到的压力分布调整翻转台的角度，直至压力检测传感装置检测到最大的压力接触面积；

S036：若在调整翻转台的角度的过程中，主传感器组检测到的最大压力值的数值逐渐增大或逐步减小，则判定主传感器组检测到的最大压力值时所处的翻转台的角度为足部翻转角度；

进一步的，所述的S04步骤包括：

S041：固定底座，使足部踩踏至翻转台上表面，调节翻转台的角度至翻转台上表面与足部的下表面相互贴合；记录此时的压力检测传感装置检测到的压力值；记录此时为正常踩踏状态；

S042：调整翻转台的角度，记录各翻转角度时压力检测传感装置检测到的压力值；

S043：若在任意翻转角度中压力值差值均为零，或压力值仅存在小幅度波动，波动时间在0-10s内，则判定足部可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变，反之则判定足部不可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变。

本发明提供了一种足部压力与翻转角度检测装置,它包括足底压力检测装置、以及至少一个翻转角度检测装置，所述的足底压力检测装置包括一柔性托板，所述的柔性托板上均匀设有压力检测传感装置；所述的翻转角度检测装置包括至少一个铰接在底座上的翻转台；所述的柔性托板固定安装在翻转台的上部；还包括用于检测翻转台角度的翻转角度检测装置；所述的翻转角度检测装置还包括用于驱动翻转台旋转的驱动机构；还提供了一种足部压力与翻转角度的检测方法，本设计采用可调翻转台和设置在上部的压力检测装置构成，可调整的翻转台可以将压力检测装置调节至各种角度，这样可以使得翻转台可以使用各种不同的内翻和外翻角度，也可以模拟各种不同倾斜程度的地面。设置在翻转台上表面的压力检测装置可以对足部的压力进行全方位检测和实时检测，这种检测可以满足在各种不同的情况对足部的状态进行评估。

附图说明

图1为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的主视图；

图2为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的左视图；

图3为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的右视图；

图4为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的A-A剖视图；

图5为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的A-A剖视图的局部视图；

图6为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的足底压力检测装置局部剖视图；

图7为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的俯视图；

图8为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的立体视图；

图9为本发明一种足部压力与翻转角度检测装置的使用状态立体视图。

具体实施方式

实施例1：

请参见附图1-9，一种足部压力与翻转角度检测装置,它包括足底压力检测装置1、以及至少一个翻转角度检测装置2，所述的足底压力检测装置1包括一柔性托板11，所述的柔性托板11上均匀设有压力检测传感装置12；所述的翻转角度检测装置2包括至少一个铰接在底座3上的翻转台22；所述的柔性托板11固定安装在翻转台22的上部；还包括用于检测翻转台22角度角度检测传感器201；所述的翻转角度检测装置2还包括用于驱动翻转台22旋转的驱动机构4；

进一步的，所述的翻转台22包括第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223，所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223分别铰接安装在底座3上；

所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223均包括设置在上部的顶板2201和支板2202；

所述的支板2202设置在顶板2201的底部，与顶板2201相互垂直设置；

所述的支板2202上设有铰接孔2203；

所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223通过旋转连接装置铰接安装在底座3上；

进一步的，所述的旋转连接装置包括固定在底座3上的芯轴；所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223铰接安装在芯轴上；

所述的芯轴包括第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513，所述的第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513同轴设置；

所述的底座3上设有用于固定第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513的固定支板301；

所述的固定支板301下部固定在底座3上，第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513的固定支板301的一端固定在固定支板301上；

所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223通过其设置在支板2202上的铰接孔2203与第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513分别铰接安装；

所述的第二翻转台222与第一翻转台221之间的可调节角度差值为-10～10度；所述的第二翻转台222与第三翻转台223之间的可调节角度差值为-10～10度；所述的第二翻转台222的翻转角度范围为-45～+45度；

进一步的，所述的底座3上设有呈圆弧状的固定滑块31，所述的固定滑块31固定安装在底座3上，所述的第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513的下部各设有一个相对应设置的固定滑块31；

所述的固定滑块31的上部设有圆弧形凹槽311，圆弧形凹槽311与第一翻转铰接轴511、第二翻转铰接轴512、第三翻转铰接轴513分别同心设置；

所述的固定滑块31的一侧贴靠在固定支板301上设有旋转连接装置的一侧的侧面上，固定滑块31的另一侧面设有限位挡板312；

所述的第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223的下部设有与固定滑块31相互匹配的滑轨224，所述的滑轨224 与固定滑块31上部的圆弧形凹槽311相互匹配设置；

所述的滑轨224的一侧设有驱动轮225；

所述的驱动轮225呈扇形，边缘设有齿轮；

所述的驱动轮225经传动结构与翻转角度检测装置2、驱动机构4相互连接；

进一步的，所述的驱动机构4包括三个分别与第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223相对应设置的具有通电自锁装置的驱动电机，驱动电机可以通过传动结构驱动驱动轮225，同时带动翻转台22旋转；

所述的翻转角度检测装置2还包括分别与第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223相对应设置的角度检测传感器201；

所述的角度检测传感器201为设置在驱动电机尾部的角度编码器，通过检测驱动电机的旋转角度来计算第一翻转台221、第二翻转台222、第三翻转台223的翻转角度；

所述的驱动机构4为固定在底座3上的具有自锁功能的驱动电机；所述的驱动机构4的输出轴上设有驱动齿轮41，所述的驱动齿轮41与驱动轮225相互啮合设置；

所述的翻转角度检测装置2为与驱动机构4同轴设置，安装在驱动机构4的尾部；

进一步的，所述的足底压力检测装置1固定安装在翻转台22的上表面；

所述的足底压力检测装置1包括的柔性托板11、压力检测传感装置12；

所述的柔性托板11为柔软材质，厚度为10-20mm；

所述的柔性托板11包括相互连接的第一柔性托板111、第二柔性托板112、第三柔性托板113；

所述的第二柔性托板112略高于第一柔性托板111、第三柔性托板113，且第一柔性托板111、第三柔性托板113相互平齐设置；

所述的第一柔性托板111、第二柔性托板112、第三柔性托板113之间的高度差最大为0-10mm；

进一步的，所述的压力检测传感装置12包括由多个压力检测传感器120组成的第一压力检测传感器组121、第二压力检测传感器组122、第三压力检测传感器组123、第四压力检测传感器组124；所述的第一压力检测传感器组121、第四压力检测传感器组124分别设置在第一柔性托板111、第三柔性托板113的上表面；所述的第二压力检测传感器组122、第三压力检测传感器组123设置在第二柔性托板112的上表面的左右两侧。

使用时，将本设计的底座放置在水平的地面上调节翻转台的上平面至水平位置，使受测试的人或机器人的足部站立在本装置的翻转台的上表面上，启动压力检测传感装置12、翻转角度检测装置2；在翻转台水平设置时，压力传感器会检测此时足部的压力分布信息，在进行翻转台翻转角度调节的过程中，通过驱动机构4的旋转来带动翻转台22的旋转，调节过程中，翻转台22的旋转通过设置在驱动机构4上的翻转角度检测装置2可以检测翻转台翻转的角度；此时翻转台22始终绕着芯轴在固定滑块31的圆弧形凹槽311中滑动。在进行足部压力检测过程中，在足部接触到足底压力检测装置1时，柔性托板会在压力的影响下出现轻微的形变，形变将使得足部曲线更好的和压力检测传感装置12进行接触，充分的接触意味着有更好的压力检测过程。在翻转台水平设置时，压力传感器会检测此时足部的压力分布信息，其压力分布信息可以反应此时足部的状态，如果足部有一定的翻转或姿势不正确会从压力分布图中有所显示。当足部具有内翻、外翻或其他不正确的姿势时压力检测传感装置将不会检测到正确的压力分布图，此时可以通过驱动机构4调整翻转台的翻转角度；在调节翻转角度的过程中会出现压力分布变化的情况，一般情况下，如果水平状态时足部的踩踏状态为正常，将翻转台向足内侧翻转时，检测到足部的压力分布状态将趋于平均化，正常足底中具有压力峰值的几个点的压力会减小；将翻转台向足外侧翻转时，足部的压力会向足部外侧与翻转台接触的位置；当水平状态时足部的踩踏状态为非正常状态时，调节翻转台的角度至检测到正确的压力分布图即可得到足部翻转的角度。如果检测的对象时患者时，如果患者存在足部内翻或外翻的情况，那么整个的检测过程中将无法检测到正确的足底压力分布图，那么我们就将检测到的最大接触面积时检测到的角度定义为足底内外翻的角度。

实施例2：

一种足部压力与翻转角度的检测方法，它包括：

S01：启动设备；

S02：进行足部压力与翻转角度检测执行S03，进行定量角度变化测量压力变化量执行S04；

S03：根据足部压力的分布趋势变化判定翻转角度；

S04：根据设定的程序驱动翻转台22进行角度变化，同时测定足部的压力变化；

S05：关闭设备；

所述的S03步骤包括：

S031：固定底座3，调节翻转台22的角度至翻转台22上表面水平；

S032：使足部踩踏至翻转台22上表面；

S033：读取第二压力检测传感器组122、第三压力检测传感器组123的压力差值，系统默认将第二压力检测传感器组122检测到的压力值大于第三压力检测传感器组123时为左脚，将第二压力检测传感器组122检测到的压力值小于第三压力检测传感器组123时为右脚；

S034：根据S033步骤判定的左脚与右脚的结果，将相应一侧的传感器组标定为主传感器组，另一侧为次传感器组，当次传感器组内的压力检测传感器120检测到压力值的传感器数量大于其传感器数量的1/3时，判定被检测的足部为扁平足；

S035：根据翻转台22上部的压力检测传感装置12检测到的压力分布调整翻转台22的角度，直至压力检测传感装置12检测到最大的压力接触面积；

S036：若在调整翻转台22的角度的过程中，主传感器组检测到的最大压力值的数值逐渐增大或逐步减小，则判定主传感器组检测到的最大压力值时所处的翻转台22的角度为足部翻转角度。

所述的S04步骤包括：

S041：固定底座3，使足部踩踏至翻转台22上表面，调节翻转台22的角度至翻转台22上表面与足部的下表面相互贴合；记录此时的压力检测传感装置12检测到的压力值；记录此时为正常踩踏状态；

S042：调整翻转台22的角度，记录各翻转角度时压力检测传感装置12检测到的压力值；

S043：若在任意翻转角度中压力值差值均为零，或压力值仅存在小幅度波动，波动时间在0-10s内，则判定足部可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变，反之则判定足部不可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：它包括足底压力检测装置(1)、以及至少一个翻转角度检测装置(2)，所述的足底压力检测装置(1)包括一柔性托板(11)，所述的柔性托板(11)上均匀设有压力检测传感装置(12)；所述的翻转角度检测装置(2)包括至少一个铰接在底座(3)上的翻转台(22)；所述的柔性托板(11)固定安装在翻转台(22)的上部；还包括用于检测翻转台(22)角度的角度检测传感器(201)；所述的翻转角度检测装置(2)还包括用于驱动翻转台(22)旋转的驱动机构(4)。

2.根据权利要求1所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的翻转台(22)包括第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)，所述的第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)分别铰接安装在底座(3)上；且所述的第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)通过旋转连接装置铰接安装在底座(3)上；所述的第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)的翻转角度范围为-45～45度。

3.根据权利要求2所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的旋转连接装置包括固定在底座(3)上的芯轴；所述的第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)铰接安装在芯轴上。

4.根据权利要求3所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的底座(3)上设有呈圆弧状的固定滑块(31)，所述的第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)的下部设有与固定滑块(31)相互匹配的滑轨(224)，所述的滑轨(224)的一侧设有驱动轮(225)；所述的驱动轮(225)经传动结构与翻转角度检测装置(2)、驱动机构(4)相互连接。

5.根据权利要求4所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的足底压力检测装置(1)的柔性托板(11)固定安装在翻转台(22)的上表面；所述的柔性托板(11)为柔软材质，厚度为10-20mm；所述的柔性托板(11)包括相互连接的第一柔性托板(111)、第二柔性托板(112)、第三柔性托板(113)；所述的第一柔性托板(111)、第二柔性托板(112)、第三柔性托板(113)之间的高度差最大为0-10mm。

6.根据权利要求5所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的压力检测传感装置(12)包括由多个压力检测传感器(120)组成的第一压力检测传感器组(121)、第二压力检测传感器组(122)、第三压力检测传感器组(123)、第四压力检测传感器组(124)；所述的第一压力检测传感器组(121)、第四压力检测传感器组(124)分别设置在第一柔性托板(111)、第三柔性托板(113)的上表面；所述的第二压力检测传感器组(122)、第三压力检测传感器组(123)设置在第二柔性托板(112)的上表面的左右两侧。

7.根据权利要求6所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的第二压力检测传感器组(122)设置在第二柔性托板(112)的上表面的左侧，第三压力检测传感器组(123)设置在第二柔性托板(112)的上表面的右侧。

8.根据权利要求7所述的一种足部压力与翻转角度检测装置,其特征在于：所述的驱动机构(4)包括三个分别与第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)相对应设置的具有通电自锁装置的驱动电机，驱动电机可以通过传动结构驱动驱动轮(225)，同时带动翻转台(22)旋转；所述的翻转角度检测装置(2)包括三个分别与第一翻转台(221)、第二翻转台(222)、第三翻转台(223)相对应设置的角度检测编码器。

9.一种足部压力与翻转角度的检测方法，其特征在于：它包括：

S01：启动设备；

S02：进行足部压力与翻转角度检测执行S03，进行定量角度变化测量压力变化量执行S04；

S03：根据足部压力的分布趋势变化判定翻转角度；

S04：根据设定的程序驱动翻转台(22)进行角度变化，同时测定足部的压力变化；

S05：关闭设备。

10.根据权利要求9所述的一种足部压力与翻转角度的检测方法，其特征在于：

所述的S03步骤包括：

S031：固定底座(3)，调节翻转台(22)的角度至翻转台(22)上表面水平；

S032：使足部踩踏至翻转台(22)上表面；

S033：读取第二压力检测传感器组(122)、第三压力检测传感器组(123)的压力差值，系统默认当第二压力检测传感器组(122)检测到的压力值大于第三压力检测传感器组(123)时为左脚，当第二压力检测传感器组(122)检测到的压力值小于第三压力检测传感器组(123)时为右脚；

S034：根据S033步骤判定的左脚与右脚的结果，将相应一侧的传感器组标定为主传感器组，另一侧为次传感器组，当次传感器组内的压力检测传感器(120)检测到压力值的传感器数量大于其传感器数量的1/3时，判定被检测的足部为扁平足；

S035：根据翻转台(22)上部的压力检测传感装置(12)检测到的压力分布调整翻转台(22)的角度，直至压力检测传感装置(12)检测到最大的压力接触面积；

S036：若在调整翻转台(22)的角度的过程中，主传感器组检测到的最大压力值的数值逐渐增大或逐步减小，则判定主传感器组检测到的最大压力值时所处的翻转台(22)的角度为足部翻转角度。

11.根据权利要求10所述的一种足部压力与翻转角度的检测方法，其特征在于：

所述的S04步骤包括：

S041：固定底座(3)，使足部踩踏至翻转台(22)上表面，调节翻转台(22)的角度至翻转台(22)上表面与足部的下表面相互贴合；记录此时的压力检测传感装置(12)检测到的压力值；记录此时为正常踩踏状态；

S042：调整翻转台(22)的角度，记录各翻转角度时压力检测传感装置(12)检测到的压力值；

S043：实时计算任意翻转角度时检测到压力检测传感装置(12)检测到的压力值与正常踩踏状态的压力值差值，并根据差值判定足部是否可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变；

S043：若在任意翻转角度中压力值差值均为零，或压力值仅存在小幅度波动，波动时间在0-10s内，则判定足部可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变，反之则判定足部不可以随着翻转台(22)的翻转而进行适应性改变。

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