[发明专利]一种检测足底力的脚踏板装置

说明书

技术领域

一种检测足底力的脚踏板装置，属于生物医学工程和康复医疗领域。

背景技术

目前，骨髓损伤、脑卒中、帕金森氏病等病变的发病率呈上升趋势，引起下肢运动功能障碍的患者越来越多，极大地影响患者的生活质量。客观准确的步态分析能够评定患者的行走功能，了解其功能障碍的程度及特点，及时指导治疗和康复训练。步行时足底压力的变化对作用在下肢各个关节上的力和力矩产生重要影响，基于足底压力的步态研究是定量步态分析的重要环节。足底压力分布能反映足的结构、功能及整个身体姿态控制等情况,当人体足部结构发生一些病变或功能障碍以及当人体运动状态发生变化时,足底压力和压强分布都会发生相应的改变。对不同患者在不同运动状态下足底力及相关时间参数的测量、数据处理和分析，不仅有益于医学临床诊断、确定疾患程度、评价康复治疗效果，且对体育训练、生物力学等方面的研究有重要意义。为此，国内外许多科研机构和医疗机构对足底力的测量方法进行了大量研究。

目前，常见的足底力测量装置主要有：光学压力测量仪、测力板及测力台、压力鞋及压力鞋垫。具有代表性的成果有瑞士Kistler测力台、美国Tekscan公司的F-Scan测力鞋垫系统、德国Novel公司的Emed测力板系统和Pedar测力鞋垫系统、比利时RSscan公司的USB/SCSI平板测力系统及鞋垫式测试系统等。这些成果都具有各自的优势，但是普遍价格昂贵，关键技术未被公开；测力板及测力台体积较大，不能很好地与现有的踏板式步态康复机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用；而压力鞋垫虽然能操作简单，能与康复机器人配合使用，但由于基体软，寿命有限，自身的变形可能造成测量误差。

发明内容

本发明的目的在于公开一种检测足底力的脚踏板装置，能通过安装在具有双层结构的前、后脚掌踏板之间的多个微型压力传感器和数据采集模块来获得必要的足底力数据；其结构简单、耐用性强、测量方便、成本低；既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的踏板式步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用，检测患者步行状态下足底关键区域力的变化情况。

本发明所涉及的一种检测足底力的脚踏板装置，包括相同的左右脚两部分，且每只脚分上下两层，每层由前后两块共四块，即前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板组成；此外还包括四个微型压力传感器，即第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器，以及蝶形铰链、铰制孔螺杆、前后踏板边框、后延伸框、前后绑带以及足底力数据采集模块。其中，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板之间利用蝶形铰链连接；前后踏板边框分别固定在前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板边沿上；第一压力传感器紧装在前脚掌下层踏板上的沉孔中，以防窜动；依据同样的方法，安装后脚掌下层踏板上按等腰三角形的三个顶点布置的另外三个压力传感器；前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板位于前后踏板边框内，且借助固定在后脚掌上层踏板上的3个位于等腰三角形顶点的铰制孔螺杆滑动地插入后脚掌下层踏板上对应分布的铰制孔内；用以限制上、下层踏板平行错动；前脚掌上层踏板与后脚掌上层踏板下表面上与压力传感器对应的位置采用中间凸起，周围凹陷的结构，以确保人踏压上层踏板后与压力传感器紧密接触和足底力测量值的精准性；后延伸框借助销钉和后踏板边框上的槽道前后移动，以适应大小不同的脚；前、后踏板边框上分别固定有前、后绑带用于缚住脚面。

单独使用本发明测量足底力时，每只脚的前、后脚掌分别位于前、后脚掌上层踏板上，尽量保证跖趾关节位于蝶形铰链的转轴处。前脚掌所受足底力为前脚掌上、下层踏板之间的第一压力传感器所测的力；后脚掌所受足底力为后脚掌上、下层踏板之间的三个压力传感器所测之力的合力，即：