[发明专利]一种可测足底压力分布的脚踏式下肢康复训练机器人

摘要

本发明公开了一种可测足底压力分布的脚踏式下肢康复训练机器人，其特征是在固定机架上呈一左一右设置由电机驱动并经曲柄传动的脚踏，使一对脚踏能够在电机驱动下以自行车脚踏的转动形式进行运转；其脚踏具有脚踏底板，并通过弹性梁连接踏板支撑，在各弹性梁上设置敏感元件构成传感单元；建立数学模型对传感单元进行标定，针对脚踏底板上被测力，检测获得各弹性梁上敏感元件应变检测信号，利用数学模型获得脚踏底板上被测力的分布情况。本发明能够为制定脚踏式下肢康复训练机器人的训练方案提供依据。

主权项

1.一种可测足底压力分布的脚踏式下肢康复训练机器人，其特征是：所述脚踏式下肢康复训练机器人是在固定机架(1)中内置有电机和减速器，由电机驱动并经曲柄传动的脚踏(2)位于固定机架(1)的两侧，使一对脚踏(2)能够在电机驱动下以自行车脚踏的转动形式进行运转；所述脚踏(2)的结构形式为：一脚踏底板(11)，被测的一只脚放置于脚踏底板(11)的确定位置上，所述确定位置是指在所述脚踏底板(11)上按如下方式划分各区域：第一趾骨区、第三至第五趾骨区、跖骨区以及足跟部，所述跖骨区包含第一跖骨区、第二跖骨区以及第三至第五跖骨区；所述足跟部划分为足跟内侧区和足跟外侧区，令：第一趾骨所在侧为脚踏底板第一侧，第五趾骨所在侧为脚踏底板(11)第二侧；一踏板支撑(7)，所述踏板支撑(7)是按脚踏底板(11)的外轮廓形状设置的呈直立的侧围板，所述侧围板的底边与脚踏底板(11)的边缘以不同位置上的各弹性梁相连接，在所述侧围板的一侧设置有支撑轴，曲柄的一端安装在电机的转轴上，另一端安装在所述支撑轴上，使脚踏(2)能够以电机的转轴为转动中心随曲柄转动；在所述各弹性梁上设置敏感元件构成传感单元；设置所述脚踏式下肢康复器械的足底压力检测方法为：步骤a、在所述脚踏底板(11)的不同区域中分布受力点，在受力点上加载垂直于底板的力[F]，由各弹性梁上的敏感元件获得应变检测信号[ε]；根据受力点上加载力[F]，以及各应变检测信号[ε]建立数学模型为：[C]×[F]＝[ε],完成对传感单元的标定，并获得常数矩阵[C]；步骤b、针对脚踏底板(11)上的被测力，检测获得各弹性梁上的敏感元件的应变检测信号，利用所述数学模型获得脚踏底板(11)上的被测力的分布情况；设定所述被测力为：作用力点处在第一跖骨头位置的作用力F₁、处在第二跖骨头位置的作用力F₂、处在第三到五跖骨区中心位置的作用力F₃、处在足跟内侧区的作用力F₄，以及处在足跟外侧区的作用力F₅；设置所述传感单元中设置的各弹性梁分别是：位于脚踏底板第一侧，对应于跖骨区所在位置的脚踏底板边缘上间隔的第一梁(5)和第二梁(6)；位于脚踏底板第二侧，对应于跖骨区所在位置的脚踏底板边缘上的第三梁(10)；位于脚踏底板第一侧，对应于足跟内侧区所在位置的脚踏底板边缘上的第四梁(8)；位于脚踏底板第二侧，对应于足跟外侧区所在位置的底板边缘上的第五梁(9)；并有：第一敏感元件对称布置在第一梁(5)的顶面和底面，第二敏感元件对称布置在第二梁(6)的顶面和底面，第三敏感元件对称布置在第三梁(10)的顶面和底面，第四敏感元件对称布置在第四梁(8)的顶面和底面，第五敏感元件对称布置在第五梁(9)的顶面和底面；所述脚踏式下肢康复器械的足底压力检测方法为：首先，按步骤a、在所述脚踏底板(11)上对应于被测力所在区域一一对应分布五个受力点，在受力点上加载垂直于底板的力[F]，由各弹性梁上的敏感元件获得应变检测信号[ε]；根据受力点上加载力[F]，以及各应变检测信号[ε]建立数学模型为：[C]×[F]＝[ε],完成对传感单元的标定，并获得5×5的常数矩阵[C]；然后，按步骤b利用式(1)计算获得各作用力F₁、F₂、F₃、F₄、F₅为：式(1)中，[C]^‑1为5×5常数矩阵[C]的逆矩阵；ε₁、ε₂、ε₃、ε₄、ε₅分别为第一敏感元件、第二敏感元件、第三敏感元件、第四敏感元件、第五敏感元件检测获得的应变信号。