CN205451647U - 单足步态模拟及足底压力仿真系统 - Google Patents
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Abstract
单足步态模拟及足底压力仿真系统，包括：脚模、运动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的运动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ、转动关节Ⅲ和移动部件；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模与转动关节Ⅰ相连。通过该系统真实的模拟和再现人类运动时的步态和对应时刻的足底压力，为步态分析的衍生产品提供一个真实、稳定的测试环境，为产品的性能测试及后期优化提供可靠的理论依据。
Description
技术领域
本实用新型属于足部步态模拟产品领域，具体说是一种单足步态模拟及足底压力仿真系统。
背景技术
随着人类对步态分析和足底压力采集的研究，目前出现了大量的步态信息采集产品、足部运动矫正产品、运动康复器材、智能鞋等基于步态分析和足底压力分析的衍生产品。这类产品的出现迫切需要一个稳定的测试环境来检测、验证其性能，同时测试环境的确定性、真实性等因素将会直接影响产品性能检测的准确性及以此为依据的其他性能，而现有的产品很难真实、可靠的模拟人类运动时足部的实际环境及仿真、再现运动时的步态、足底压力、步频、步幅，或因其成本过高而很难被接受。
现有的足部步态模拟产品主要是双足步态模拟产品，双足步态模拟产品不但成本较高，而且侧重点是用于模拟运动步态，没有考虑和模拟运动过程中的足底压力，忽略了人们在运动时足底压力的影响也就无法真实的模拟足部运动的环境。
实用新型内容
为克服现有足部步态模拟产品的不足，本实用新型提供了一种单足步态模拟及足底压力仿真系统，采用单足形式，简化了控制系统，机械系统等各子系统，在能够实现预期功能的基础上有效的节约成本。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是，单足步态模拟及足底压力仿真系统，包括：脚模、运动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的运动副，包括转动副和移动副，所述转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ、转动关节Ⅲ；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模与转动关节Ⅰ相连。
进一步的，所述的上位机为微型计算机。
进一步的，所述的下位机为运动控制器或单片机。
进一步的，移动副通过丝杠的转动带动与丝杠帽固连的移动板以及固定在移动板上的移动装置上下移动。
作为更进一步的，所述内部传感器，包括：扭矩传感器、位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：压力传感器和距离传感器。
单足步态模拟及足底压力仿真系统，包括：脚模、转动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ、转动关节Ⅲ和转动关节Ⅳ；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模与转动关节Ⅰ相连。
进一步的，所述的上位机为微型计算机。
进一步的，所述的下位机为运动控制器或单片机。
作为更进一步的，所述内部传感器，包括：扭矩传感器、位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：压力传感器和距离传感器。
本实用新型由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
(1)本实用新型采用单足形式，简化了控制系统，机械系统等各子系统，在能够实现预期功能的基础上有效的节约成本。
(2)本系统采用闭环控制，可真实、可靠的模拟出人类的足部运动，为产品的性能测试及后期优化提供了可靠的理论依据。
(3)本实用新型可以方便的替换不同尺寸、型号的脚模，模拟出不同的足部运动。
(4)本实用新型可广泛应用于生物力学、矫形外科、康复医学、鞋类制作及检测等各大领域。
附图说明
本实用新型共有附图4幅：
图1为本系统的构成框图；
图2为实施例1中的结构示意图；
图3为实施例2中的结构示意图；
图4为运动控制的电路图。
图中序号说明：1、脚模，2、转动关节Ⅰ，3、转动关节Ⅱ，4、转动关节Ⅲ，5、移动副，6、转动关节Ⅳ。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
本实用新型提供了一套能够真实、准确、实时再现人类运动步态及足底压力试验和测试环境的解决方案。通过人—机交互系统可以向操作人员提供更加清晰、系统地展示模拟仿真的结果，另一方面操作人员也可以直接、方便地参与下位机的模拟仿真过程，这为用户提供了很大的便利。通过下位机和驱动装置控制及支配运动副来保证执行机构实现人类运动过程中的步态模拟和足底压力再现，通过内、外传感器将机器—环境交互系统所采集的实际环境信息反馈到整个系统的上位机、下位机，上位机及下位机在进行分析和判断后控制驱动装置和运动副做出相应的调整，从而真实、可靠的模拟出人类的足部运动及足底压力。
与此同时，本实用新型一方面采用单足形式真实模拟和再现人类运动过程中的步态和足底压力，另一方面可以方便的替换不同尺寸、型号的脚模1，模拟和再现不同的足部运动，达到有效的降低系统成本的目的。
实施例1
单足步态模拟及足底压力仿真系统，包括：脚模1、运动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的运动副，包括：转动副和移动副，所述转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ2、转动关节Ⅱ3、转动关节Ⅲ4；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模1与转动关节Ⅰ2相连。所述的上位机为微型计算机，所述的下位机为运动控制器或单片机。所述内部传感器，包括：扭矩传感器、位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：压力传感器和距离传感器。
实施例2
单足步态模拟及足底压力仿真系统，包括：脚模1、转动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ2、转动关节Ⅱ3、转动关节Ⅲ4和转动关节Ⅳ6；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模1与转动关节Ⅰ2相连。所述的上位机为微型计算机。所述的下位机为运动控制器或单片机。所述内部传感器，包括：扭矩传感器、位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：压力传感器和距离传感器。通过各关节的协调运动来控制末端脚模1，也可实现足部运动步态的模拟和足底压力的输出，其步频、步幅也具有可调性。
实施例1和实施例2的系统为一个闭环控制系统。操作人员通过人机界面将指令传达到上位机，上位机经过运算后将指令传达到下位机，下位机的运动控制器接受指令后调用已存储的相关数据库信息并将其转化后的指令语言传递给驱动器，驱动器将接收到的指令信息转化为驱动信号驱动各伺服电机协调运转，使各关节按照已规划的轨迹运动。运动过程中各关节的内部传感器将各关节的扭矩、位置等信息反馈到运动控制器以保证运动控制器能够实时准确的采集运动信息并进行稳定控制，与此同时足部的运动位置和足底压力通过外部传感器信号反馈到上位机以进一步实现对整个系统及足部的步态、足底压力进行实时控制、更新与矫正，进而达到真实、可靠地模拟和再现人类足部运动步态和足底压力的目的。
实施例1的转动副用来实现足部的步态、移动副通过丝杠的转动带动与丝杠帽固连的移动板以及固定在移动板上的移动装置上下移动，实现足底压力的输出。实施例2是通过4个转动副的协调控制来同时实现步态和压力的输出。图中输出端脚模1为真实尺寸的脚模，且可以根据需要更换不同型号的脚模来满足不同的需求。在脚模和各运动副部位都装有传感设备，用以采集并向运动控制反馈运动过程中各关节的扭矩、位置信息，足部的运动位置、姿态及足底压力信息等。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，包括：脚模、运动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述的运动副，包括转动副和移动副，所述转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ、转动关节Ⅲ；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模与转动关节Ⅰ相连。
2.根据权利要求1所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述的上位机为微型计算机。
3.根据权利要求1所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述的下位机为运动控制器或单片机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，移动副通过丝杠的转动带动与丝杠帽固连的移动板以及固定在移动板上的运动装置上下移动。
5.根据权利要求4所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述内部传感器，包括：扭矩传感器、位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：压力传感器和距离传感器。
6.单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，包括：脚模、转动副、上位机、下位机、驱动装置、用于检测关节运动的内部传感器和用于检测足部运动的外部传感器；所述转动副，包括：顺序相连的转动关节Ⅰ、转动关节Ⅱ、转动关节Ⅲ和转动关节Ⅳ；所述下位机分别与上位机、内部传感器、驱动装置相连，上位机还与外部传感器相连，所述脚模与转动关节Ⅰ相连。
7.根据权利要求6所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述的上位机为微型计算机。
8.根据权利要求6所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述的下位机为运动控制器或单片机。
9.根据权利要求8所述的单足步态模拟及足底压力仿真系统，其特征在于，所述内部传感器，包括：位置传感器和角度传感器；外部传感器，包括：扭矩传感器、压力传感器和距离传感器。
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| CN109431513A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-08 | 武汉拓睿传奇科技有限公司 | 一种单足步态模拟及足底压力仿真装置 |
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