CN206063144U - 足底压力检测机构及机械外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种足底压力检测机构及机械外骨骼装置，该机械外骨骼装置基于该足底压力检测机构采集的压力信号进行相应操作。该足底压力检测机构包括支撑层、压力传感器和覆盖层，压力传感器安装在支撑层上，覆盖层则覆盖在压力传感器上，覆盖层包括与人体脚趾部分对应的脚趾区域、与人体足弓部分对应的足弓区域以及与人体足跟部分对应的足跟区域。覆盖层将人体足底对其产生的压力传导到压力传感器上。而且覆盖层与支撑层之间具有间隙，这使得足底的压力能够集中传导到支撑层的压力传感器上，提高检测的准确性。同时，足底的力传导到覆盖层后，会引起区域性的变化，传感器更容易采集信号，适用性更强。

Description

足底压力检测机构及机械外骨骼装置

技术领域

本申请涉及在压力检测领域，尤其是人体足底压力的检测。

背景技术

人体步态是人体运动研究的重要方面，涉及到运动康复和机器人控制等领域，特别是在机械外骨骼机器人控制中，对人体步态的准确识别尤为重要。机械外骨骼技术是当前的一个热点，其通过为人体提供额外的动力，一方面既可以增强人体的运动机能，提高人体的运动能力，用于军事和工业领域；另一方面，在医疗领域还可以辅助下肢功能障碍病人进行康复训练。

在人体外骨骼机器人控制中，下肢步态的识别主要有两种方式：基于肌电信号或者基于足底压力传感器信号。肌电信号的成本较高，需要与人体表面完全接触，而且信号比较微弱，模式难以识别。目前常见的是通过测量足底压力传感器信号来进行步态识别的。

在现有的外骨骼足底压力分布测量技术研究中，一般采用足底鞋垫的形式。即将有限个压力传感器分布在柔软的鞋垫上，然后放置在鞋中进行人体压力检测。由于人体脚底比较软，与鞋垫上的压力传感器之间软接触，测量的变化较大。此外，由于每个人的脚底尺寸存在差异，而使用的传感器一般安装在足底的关键位置，因尺寸差异容易造成错位，适用性不好。

发明内容

本申请提供一种新型的足底压力检测机构及机械外骨骼装置。

本申请提供的足底压力检测机构，包括：

支撑层；

压力传感器，所述压力传感器安装在支撑层上；

以及用于设置在人体足底的覆盖层，所述覆盖层包括用于对人体脚趾部分施加的压力进行扩散的脚趾区域、用于对人体足弓部分施加的压力进行扩散的足弓区域以及用于对人体足跟部分施加的压力进行扩散的足跟区域，所述覆盖层覆盖在压力传感器的检测部上，且覆盖层与支撑层之间具有间隙，所述支撑层上设置至少三个压力传感器，所述脚趾区域、足弓区域和足跟区域中每个区域分别都对应设有至少一个用于检测其区域内压力的压力传感器。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述覆盖层面向压力传感器的一面具有凸起的接触垫，所述接触垫覆盖在压力传感器的检测部上。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述覆盖层与支撑层之间的间距为0.3-0.7mm。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述脚趾区域包括与人体大脚趾对应的大脚趾区域，所述大脚趾区域对应设有至少一个用于检测该区域内压力的压力传感器。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述足弓区域包括与人体足弓外侧对应的足弓外侧区域和与人体足弓内侧对应的足弓内侧区域，所述足弓外侧区域和足弓内侧区域分别都对应设有至少一个用于检测其区域内压力的压力传感器。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述压力传感器为四个，分别与大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域一一对应。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述支撑层上在与大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域对应的部分分别设置有凹陷腔，所述压力传感器容置在凹陷腔内。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述支撑层具有凹陷设置的线槽，所述线槽从足弓区域的侧面引出。

作为所述足底压力检测机构的进一步改进，所述压力传感器为薄膜式的压敏传感器元件。

本申请提供的机械外骨骼装置，包括控制系统、执行机构和如上述任一项所述的足底压力检测机构，所述控制系统根据足底压力检测机构采集的人体足底压力信号判断人体动作，并控制执行机构执行相应动作。

本申请的有益效果是：

本申请提供的足底压力检测机构，其支撑层、压力传感器和覆盖层，压力传感器安装在支撑层上，覆盖层则覆盖在压力传感器上，覆盖层包括与人体脚趾部分对应的脚趾区域、与人体足弓部分对应的足弓区域以及与人体足跟部分对应的足跟区域。覆盖层将人体足底对其产生的压力传导到压力传感器上。而且覆盖层与支撑层之间具有间隙，这使得足底的压力能够集中传导到支撑层的压力传感器上，提高检测的准确性。同时，足底的力传导到覆盖层后，会引起区域性的变化，传感器更容易采集信号，适用性更强。

该机械外骨骼装置中的控制系统基于以上足底压力检测机构采集的压力信号来判断人体动作，当足底压力检测机构采集的压力信号更准确，控制系统的判断就更加精确，进而使执行机构的动作能与人体更一致。

附图说明

图1为本申请足底压力检测装置一种实施例的结构分解示意图；

图2为本申请足底压力检测装置一种实施例中支撑层结构示意图；

图3为本申请足底压力检测装置一种实施例中覆盖层结构示意图；

图4为本申请步态识别方法的流程框图；

图5为本申请步态识别系统中硬件结构示意图；

图6为本申请步态识别方法中转换步骤示意框图；

图7为本申请步态识别方法中各步态相跳转顺序示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

实施例一：

本实施例一提供一种足底压力检测机构，其可以采集人体足底各部位的压力信号。控制系统可利用该机构采集的压力信号进行后续处理，如判断人体足部的动作，从而控制执行机构执行相应动作。

请参考图1，该足底压力检测机构包括：

支撑层100；

压力传感器(压力传感器为常规选择，图中未示出)，该压力传感器安装在支撑层100上；

以及用于设置在人体足底的覆盖层200，该覆盖层200包括用于对人体脚趾部分施加的压力进行扩散的脚趾区域A、用于对人体足弓部分施加的压力进行扩散的足弓区域B以及用于对人体足跟部分施加的压力进行扩散的足跟区域C。该覆盖层200覆盖在压力传感器的检测部上，且覆盖层200与支撑层100之间具有间隙。支撑层100上设置至少三个压力传感器，脚趾区域A、足弓区域B和足跟区域C中每个区域分别都对应有至少一个压力传感器,以便实现对该三个区域的压力检测。

覆盖层200用于与被检测者裸足或鞋底接触，将裸足或鞋底产生的压力传导到支撑层100的压力传感器上。当覆盖层200设置为与鞋底配合时，其好处在于使用者不需要裸足，只需要穿着鞋与覆盖层200接触。

覆盖层200与支撑层100之间具有间隙，这使得足底的压力能够集中传导到支撑层100的压力传感器上，提高检测的准确性。同时，足底的力传导到覆盖层200后，会引起区域性的变化，传感器更容易采集信号，适用性更强。

对于覆盖层200来说，其可以是一个一体式结构，如一种一体式的片状结构；或者也可能是由三个独立的部件组合而成，如该三个区域中每个区域为一个独立的部件，最后由该三个区域拼合而成整个覆盖层200。也可能该三个区域中，其中两个为一体式，而另一区域为独立设置，最后再拼合成整个覆盖层200。

脚趾区域A、足弓区域B以及足跟区域C以与人体足底接触区域的不同而划分。本申请将人体足底分为脚趾部分、足弓部分和足跟部分，其中脚趾部分包括大拇指在内的所有脚趾，足跟部分为后脚跟部分，脚趾部分与足跟部分之间的区域为足弓部分。本覆盖层200上用于与脚趾部分间接或直接接触的区域为脚趾区域A、与足弓部分间接或直接接触的区域为足弓区域B，以及与足跟部分间接或直接接触的区域为足跟区域C。

该直接接触是指覆盖层200直接铺设在足底，间接接触是指覆盖层200铺设在鞋底等。

请参考图1，本机构在脚趾区域A、足弓区域B以及足跟区域C分别设置至少一个压力传感器采集该区域内的压力信号。当被检测者动作时，通过该三个区域的压力变化来判断被检测者的动作。

作为一种示例，本申请在脚趾部分采集大脚趾的压力信号，因此覆盖层200的脚趾区域A包括与人体大脚趾对应的大脚趾区域，大脚趾区域对应设有至少一个用于检测该区域内压力的压力传感器。

作为一种示例，本申请足弓部分采集足弓外侧和足弓内侧的压力信号。具体来说，人体左右脚的足弓部分相互靠近的区域为内侧，相互远离的区域为外侧。覆盖层200的足弓区域B包括与人体足弓外侧对应的足弓外侧区域和与人体足弓内侧对应的足弓内侧区域，该足弓外侧区域和足弓内侧区域分别都对应设有至少一个用于检测其区域内压力的压力传感器。

具体的，请参考图1和2，在本实施例中，压力传感器为四个，分别与大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域一一对应。该四个传感器的分布可以采集四处不同的地方的压力信号，便于对人体足底压力的进一步分析。通过这四个传感器的变化规律，能够有效的反应出人体的步态变化情况。

具体地，该支撑层100对应大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域设置有凹陷腔111、112、113、114，用于安装压力传感器。其中，凹陷腔111与大脚趾区域对应，凹陷腔112与足弓内侧区域对应，凹陷腔113与足弓外侧区域对应，凹陷腔114与足跟区域对应。压力传感器可采用薄膜式的压敏传感器元件。同时支撑层100还设有凹陷设置的线槽120用于走线，线路隐藏在线槽120中，并从足弓区域的侧面引出，避免了与线路的凸出干扰覆盖层200力的传导。

此外，在支撑层100上还设有若干固定孔130，通过该固定孔130可与穿戴式结构连接，将整个支撑层100、覆盖层200与鞋底连接在一起，进而便于被检测者穿戴，保证行走时与鞋底的接触。

该覆盖层200可将人体在其上的压力由受力点扩散为一定范围，比如以大脚趾为例，在现有的检测结构中，压力传感器是直接与大脚趾对齐进行检测，但每个人的脚底尺寸存在差异，而使用的传感器一般位置都是固定，因此尺寸差异容易造成错位，适用性不好。而本实施例中大脚趾作用于覆盖层200的压力会引起区域性的变化，扩散成一定的范围，该压力传感器与该范围接触就可检测到相对应的压力信号，避免错位造成的影响，提高了机构的适应性。

该覆盖层200可以选择为塑料制成，例如其为1-3mm(如2mm)的PVC(聚氯乙烯)材料制成的层状结构。

进一步地，保证覆盖层200与支撑层100的两个平面有间隔，可以保证施加力的能够集中传导到支撑层100的四个压力传感器上。

该间距可选择为0.3-0.7mm之间，优选地采用0.5mm。

进一步地，请参考图3，覆盖层200面向压力传感器的一面具有凸起的接触垫210，接触垫210覆盖在压力传感器的检测部上。当压力传感器为四个时，该接触垫210也为四个，其位置分布与压力传感器一致，与支撑层100一一对应，如图3所示。

此外，也可能是将压力传感器的检测部突出于支撑层100设置，从而保证覆盖层200仅与压力传感器接触，而不接触支撑层100。

实施例二：

本实施例二提供一种步态识别方法，该方法用于识别人体步态，进而向执行机构输出对应的指令，以使执行机构配合人体的步态动作。

请参考图4，该步态识别方法包括：

定义步骤：定义在各步态相下足底的脚趾部位、足弓部位、足跟部位分别对应的压力状态，所述压力状态分为高压力状态和低压力状态；

信号获取步骤：获取同一时间内脚趾部位、足弓部位、足跟部位的压力检测信号；

转换步骤：将获取的压力检测信号转换为表示高压力状态或低压力状态的数字信号；

判断步骤：将获取的同一时间内脚趾部位、足弓部位、足跟部位各处的压力状态与各步态相定义的压力状态进行对比，如果与某一步态相结果对比一致，则判断当前处于该步态相；如果与所有步态相均不相同，则判断为异常状态；

执行步骤：当判断当前处于某一步态相时，发出执行指令，控制执行机构执行与该步态相匹配的动作。

其中，定义步骤中对各步态相下足底的脚趾部位、足弓部位、足跟部位分别对应的压力状态的定义是根据人体步态规律来进行，例如根据人体静止站立、行走等动作下脚趾部位、足弓部位和足跟部位的压力状态进行定义。

对于脚趾部位、足弓部位、足跟部位的压力采集点可以根据需求自行选择。本实施例为保证准确性，脚趾部位压力采集点可以为大脚趾，足弓部位压力采集点可以为足弓内侧和足弓外侧。

该识别方法可基于如图5所示的硬件系统之上。其中，传感器阵列用于采集人体足底的压力信号，具体的采集方式可如实施例一所示结构进行，也可能采用现有技术中任一种结构来实现。

图5中放大电路用于对采集的信号进行放大。AD电路将模拟信号转换成数字信号。中央处理器则用于判断步态相，并向执行机构发出相应指令。

传感器分别采集人体足底的压力信号，经过信号的放大并将模拟信号转化为数字量，通过USB高速接口，将数据传导中央处理器。

当然，该图5所给出的仅是实现该识别方法的一种硬件结构，本识别方法并不限于以图5所示结构来实现。

进一步地，在转换步骤中，获取的压力检测信号进行滤波处理后，采用模糊识别算法将每个压力检测信号划分为高压力状态或低压力状态。

具体地，如图6所示，设计滤波器对压力信号进行滤波。传感器采集的压力信号混杂了很多噪声和干扰，根据采样频率和步态行走周期，利用巴特沃兹设计低通滤波器，去除干扰信号。

然后根据人体步态规律，对滤波后的信号进行数据的融合。采用现有的模糊识别算法，选择匹配度高的隶属函数，将每个传感器信号划分为高压力和低压力两种状态，并结合步态的变化规律，进行步态相的识别。

进一步地，在行走过程中压力信号的不可能完全一致，可能会出现滤波较大的信号变化或者干扰，导致步态相的突变，从而导致发出的指令与人体当前步态不一致。

为解决以上问题，可定义各步态相变化顺序，各步态相按照顺序跳转。具体是通过状态机定义各相的变化顺序，提高步态识别的稳定性。当传感器识别的步态相发生突变时，不在指定跳转相时，说明识别错误，

具体地，如当前检测到的步态相在已定义的变化顺序中并非位于正在执行的步态相之后，则不发生跳转，保持正在执行的步态相的状态。以此来防止步态相的突变。

请参考下表，下表为各步态相下对应部位的压力状态：

大脚趾	足弓内侧	足弓外侧	足跟	状态	定义
						低	低	低	高	初始接触相	S1
低	低	高	高	加载反馈相	S2
						低	高	高	高	中间支撑相	S3
低	高	低	高	中间支撑相	S3
						高	高	低	高	中间支撑相	S3
高	高	高	高	中间支撑相	S3
						低	高	高	低	支撑末相	S4
低	低	高	低	支撑末相	S4
						低	高	低	低	支撑末相	S4
高	高	高	低	支撑末相	S4
						高	低	低	低	预摆动相	S5
高	高	低	低	预摆动相	S5
						低	低	低	低	摆动相	S6
高	低	低	高	异常状态	ES
						高	低	高	低	异常状态	ES
高	低	高	高	异常状态	ES

包括：

S1：初始接触相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S2：加载反馈相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S3：中间支撑相，此相下：

大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S4：支撑末相，此相下：

大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

S5：预摆动相，此相下：

大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

S6：摆动相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

请参考图7，以上各相按照S1到S2，S2到S3,S3到S4,S4到S5,S5到S6,S6再到S1的顺序依次循环跳转。

根据人行走时的特点，人行走时步态可以分为摆动相和支撑相。

以上各相是针对单脚进行检测，其中：

初始接触相(S1)为摆动状态刚转化为支撑状态，足跟刚着地；

加载反馈相(S2)为着地腿开始主要受力的状态；

中间支撑相(S3)为重心主要转移到着地腿上，变成支撑腿，另一条腿往前摆动；

支撑末相(S4)为支撑腿足弓往前发力；

预摆动相(S5)为另一条腿已着地支撑，该支撑腿只有脚尖受力；

摆动相(S6)为原支撑腿处于往前抬腿的摆动状态。

针对以上各相，控制系统发出对应的指令，输出的指令主要是根据系统的具体控制量而定，一般为各关节的转动位置或速度，执行结构的动作则是驱动关节运行到预期位置或者速度。

进一步地，该异常状态的定义如下：

大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

当判断为异常状态下，则不发生跳转，保持正在执行的步态相的状态。

通过本识别方法确定某一运动状态时，中央处理器发出指令，控制执行机构进行相应的运动。

实施例三：

本实施例三提供一种与实施例二所对应的步态识别装置，包括：

定义模块，用于定义在各步态相下足底的脚趾部位、足弓部位、足跟部位分别对应的压力状态，所述压力状态分为高压力状态和低压力状态；

信号获取模块，用于获取同一时间内足底的脚趾部位、足弓部位、足跟部位的压力检测信号；

转换模块，用于将获取的压力检测信号转换为表示高压力状态或低压力状态的数字信号；

判断模块，将同一时间内脚趾部位、足弓部位、足跟部位各处的压力状态与各步态相下定义的压力状态进行对比，如果与某一步态相结果对比一致，则判断当前处于该步态相；如果与所有步态相均不相同，则判断为异常状态；

执行模块，当判断当前处于某一步态相时，发出执行指令，控制执行机构执行与该步态相匹配的动作。

进一步地，该转换模块将获取的压力检测信号进行滤波处理后，采用模糊识别算法将每个压力检测信号划分为高压力状态或低压力状态。

进一步地，还包括步态相跳转模块，用于定义各步态相变化顺序，各步态相按照顺序跳转。

如当前检测到的步态相在已定义的变化顺序中并非位于正在执行的步态相之后，则不发生跳转，保持正在执行的步态相的状态。

进一步地，所述脚趾部位压力采集点包括大脚趾，所述足弓部位压力采集点包括足弓内侧和足弓外侧。

进一步地，所述步态相包括：

S1：初始接触相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S2：加载反馈相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S3：中间支撑相，此相下：

大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

S4：支撑末相，此相下：

大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

S5：预摆动相，此相下：

大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为高压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

S6：摆动相，此相下大脚趾区域对应为低压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

所述各相按照S1到S2，S2到S3,S3到S4,S4到S5,S5到S6,S6再到S1的顺序依次循环跳转。根据人行走时的特点，人行走时步态可以分为摆动相和支撑相。

以上各相是针对单脚进行检测，其中：

初始接触相(S1)为摆动状态刚转化为支撑状态，足跟刚着地；

加载反馈相(S2)为着地腿开始主要受力的状态；

中间支撑相(S3)为重心主要转移到着地腿上，变成支撑腿，另一条腿往前摆动；

支撑末相(S4)为支撑腿足弓往前发力；

预摆动相(S5)为另一条腿已着地支撑，该支撑腿只有脚尖受力；

摆动相(S6)为原支撑腿处于往前抬腿的摆动状态。

针对以上各相，控制系统发出对应的指令，输出的指令主要是根据系统的具体控制量而定，一般为各关节的转动位置或速度，执行结构的动作则是驱动关节运行到预期位置或者速度。

进一步地，该异常状态定义如下：

大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为低压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为低压力状态；

或大脚趾区域对应为高压力状态，足弓内侧区域对应为低压力状态，足弓外侧区域对应为高压力状态，足跟区域对应为高压力状态；

当判断为异常状态下，则不发生跳转，保持正在执行的步态相的状态。

实施例四：

实施例四提供一种机械外骨骼装置。

该机械外骨骼装置包括控制系统、执行机构和如实施例一所示的足底压力检测机构，该控制系统根据足底压力检测机构采集的人体足底压力信号判断人体动作，并控制执行机构执行相应动作。

该控制系统基于以上足底压力检测机构采集的压力信号来判断人体动作，当足底压力检测机构采集的压力信号更准确，控制系统的判断就更加精确，进而使执行机构的动作能与人体更一致。

此外，该机械外骨骼装置的控制系统可采用如实施例二和三所示的识别方法或装置来完成对人体动作的识别。或者，也可采用其他步态识别方法与实施例一所示的足底压力检测机构进行配合，来完成动作。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (9)

1.一种足底压力检测机构,其特征在于，包括：

支撑层；

压力传感器，所述压力传感器安装在支撑层上；

以及用于设置在人体足底的覆盖层，所述覆盖层包括用于对人体脚趾部分施加的压力进行扩散的脚趾区域、用于对人体足弓部分施加的压力进行扩散的足弓区域以及用于对人体足跟部分施加的压力进行扩散的足跟区域，所述覆盖层覆盖在压力传感器的检测部的上方，且覆盖层与支撑层之间具有间隙，所述支撑层上设置至少三个压力传感器，所述脚趾区域、足弓区域和足跟区域中每个区域分别都对应设有至少一个用于检测其区域内压力的压力传感器。

2.如权利要求1所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述覆盖层面向压力传感器的一面具有凸起的接触垫，所述接触垫覆盖在压力传感器的检测部上。

3.如权利要求1所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述覆盖层与支撑层之间的间距为0.3-0.7mm。

4.如权利要求1所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述脚趾区域包括与人体大脚趾对应的大脚趾区域，所述大脚趾区域对应设有至少一个用于检测该区域内压力的压力传感器。

5.如权利要求4所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述足弓区域包括与人体足弓外侧对应的足弓外侧区域和与人体足弓内侧对应的足弓内侧区域，所述足弓外侧区域和足弓内侧区域分别都对应设有至少一个用于检测其区域内压力的压力传感器。

6.如权利要求5所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述压力传感器为四个，分别与大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域一一对应。

7.如权利要求6所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述支撑层上在与大脚趾区域、足弓外侧区域、足弓内侧区域和足跟区域对应的部分分别设置有凹陷腔，所述压力传感器容置在凹陷腔内。

8.如权利要求7所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述支撑层具有凹陷设置的线槽，所述线槽从足弓区域的侧面引出。

9.如权利要求1所述的足底压力检测机构，其特征在于，所述压力传感器为薄膜式的压敏传感器元件。