[发明专利]一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统及方法

权利要求书

1.一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统，包括压力鞋鞋体，其特征在于：它还包括多个压力传感器(201)和电路控制板；所述的电路控制板包括ARM微处理器、惯性测量单元、电信号检测和放大电路、无线通信电路，所述的电信号检测和放大电路、惯性测量单元的输出端与ARM微处理器连接，ARM微处理器的信号输出端与无线通信电路连接；所述的压力传感器(201)嵌入压力鞋鞋体中，压力传感器(201)的电信号输出端与电信号检测和放大电路连接，电信号检测和放大电路的输出端与ARM微处理器连接；所述的惯性测量单元包括多个惯性传感器，所述的惯性传感器的输出端与ARM微处理器连接；所述的ARM微处理器对压力传感器(201)采集的数据进行处理，计算出穿戴者的重心位置；同时，ARM微处理器融合惯性测量单元和压力传感器(201)采集的数据进行处理，计算出穿戴者的所处的地面特性、运动状态和步态；

所述的压力鞋鞋体由三层构成，从上而下依次为金属顶板(101)、橡胶中间层(102)和橡胶底板(103)，压力传感器(201)嵌入在橡胶中间层(102)和橡胶底板(103)之间；所述的橡胶中间层(102)设置有凹槽，用于放置传感器橡胶垫，所述的传感器橡胶垫与压力传感器(201)接触的一面设置有粘性物质，用于固定压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统，其特征在于：所述的电路控制板还包括电源单元和控制单元，所述的控制单元将电源单元的电压转换后分别向ARM微处理器、无线通信电路和压力传感器(201)。

3.根据权利要求1所述的一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统，其特征在于：所述的电路控制板还包括CAN通信电路，所述的CAN通信电路用于电路控制板与其他节点板之间的通信。

4.根据权利要求1所述的一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统，其特征在于：所述的电路控制板还包括串口通信电路，所述的串口通信电路用于下载调试程序和将数据传输给外部PC机，用于在线调试。

5.根据权利要求1所述的一种用于外骨骼压力鞋的数据采集系统，其特征在于：所述的压力传感器(201)对称嵌入压力鞋鞋体中。

6.一种用于外骨骼压力鞋的数据采集方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：压力传感器(201)采集压力鞋与地面相互接触的作用力，压力信号通过放大后传ARM微处理器处理；

S2：多个惯性测量单元测量在行走过程中压力鞋的加速度，然后将数据传给ARM微处理器处理；

S3：ARM微处理器对压力传感器(201)的数据进行处理，结合相应的算法解算出穿戴者的重心位置；

S4：ARM微处理器融合压力传感器(201)和惯性测量单元的数据，结合相应的算法解算出穿戴者所处的地面特性；

S5：ARM微处理器融合压力传感器(201)和惯性测量单元的数据，结合相应的算法解算出穿戴者行走的运动状态和步态；

S6：ARM微处理器通过无线通信单元将处理后的数据传给外部；

所述步骤S3中重心计算的具体实现如下：

Px=Σi=1nPix*FixΣi=1nFix;---(1)]]>

Py=Σi=1nPiy*FiyΣi=1nFiy;---(2)]]>

根据公式(1)算出压力在X轴方向的零力矩点，根据公式(2)算出压力在Y轴方向的零力矩点；式中，P_ix、P_iy分别为传感器i在设定坐标系中的横、纵坐标位置，F_ix、F_iy分别是传感器的压力，P_x、P_y分别是零力矩点在X、Y轴坐标位置，通过解算出零力矩点在X、Y轴坐标位置进而解算出穿戴者重心位置及其变化情况。