[发明专利]足底压力检测机构及机械外骨骼装置

说明书

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；