一种足底压力传感鞋的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种足底压力传感鞋，其具有一平板状足底托板并构成可套穿的鞋套；侧围状鞋底板按足底托板的外轮廓形状设置，侧围板的顶边与足底托板的边缘以各弹性梁相连接，弹性梁上设置敏感元件构成传感单元，以侧围状鞋底板对足底托板在边缘形成侧围支撑；通过在足底托板不同区域中分布受力点，在受力点上加载力，由敏感元件获得应变检测信号，以此建立数学模型对检测装置进行标定；针对足底托板上被测力，检测获得各弹性梁上敏感元件应变检测信号，利用数学模型获得足底托板上被测力的分布情况。本实用新型可用于检测足底力大小及分布情况，为不同步态的分析、临床医学上的疾患诊断和疗效评价，以及为体育训练方案等提供依据。
【专利说明】
-种足底压力传感鞋
技术领域
[0001] 本实用新型属于康复运动训练仪器技术领域，更具体地说尤其设及一种足底压力 传感鞋。
【背景技术】
[0002] 足部作为重要生物力学信息，其重要性越来越受到关注，通过测量和分析足底的 压力，从而获得足底压力分布情况，对于W及临床医学上的疾病诊断和疾患程度的测定、术 后疗效评价、生物力学及康复救治等有着重要的意义，也为科学制定体育训练方案，W及各 种功能鞋的设计提供重要依据。目前，足底力测量主要为测力平台，测力板W及压力鞋和压 力鞋垫。测力平台及测力板，装置复杂，价格昂贵，占用空间大，不适合测量不同步态形式下 的足底力及分布情况;压力鞋和压力鞋垫大多是将传感器置于鞋或鞋垫内。关于足底压力 鞋W及压力检测方法迄今未见相关的公开报导。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种足底压力传感鞋，用 于获得在走路、爬台阶等不同步态下的足底力的大小及分布情况，为不同步态分析，临床医 学上的疾患诊断和疗效评价，W及为体育训练方案等提供依据。
[0004] 本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
[0005] 本实用新型足底压力传感鞋的特点是具有：
[0006] -平板状足底托板，在所述足底托板上连带有后跟挡板和鞋帮，构成可套穿的鞋 套形式;被测的一只脚穿在鞋套中并立足于足底托板的确定位置上，所述确定位置是指在 所述足底托板上按如下方式划分各区域:第一趾骨区、第=至第五趾骨区、巧骨区W及足跟 部，所述巧骨区包含第一巧骨区、第二巧骨区W及第=至第五巧骨区；所述足跟部划分为足 跟内侧区和足跟外侧区，令:第一趾骨所在侧为足底托板第一侧，第五趾骨所在侧为足底托 板第二侧；
[0007] -侧围状鞋底板，所述鞋底板是按足底托板的外轮廓形状设置的呈直立的侧围 板，所述侧围板的顶边与足底托板的边缘W不同位置上的各弹性梁相连接，在所述弹性梁 上设置的敏感元件构成传感单元，所述可套穿的鞋套是W侧围状鞋底板对足底托板在边缘 形成侧围支撑，使足底托板呈悬空。
[000引本实用新型足底压力传感鞋的压力检测方法是：
[0009] 步骤a、在所述足底托板(24)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[e];根据受力点上加载力[F]，W 及各应变检测信号[e ]建立数学模型为：[C] X [F] = [ e ]，完成对传感单元的标定，并获得常 数矩阵[C];
[0010] 步骤b、针对足底托板上的被测力，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足底托板上的被测力的分布情况。
[0011] 本实用新型足底压力传感鞋的结构特点也在于:设置所述传感单元中设置的各弹 性梁分别是：
[0012] 位于足底托板第一侧，对应于第一趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第一梁；
[0013] 位于足底托板第一侧，对应于巧骨区所在位置的足底托板边缘上间隔的第二梁和 第=梁；
[0014] 位于足底托板第二侧，对应于第=至第五趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第 四梁；
[0015] 位于足底托板第二侧，对应于巧骨区所在位置的足底托板边缘上的第五梁；
[0016] 位于足底托板第一侧，对应于足跟内侧区所在位置的足底托板边缘上的第六梁；
[0017] 位于足底托板第二侧，对应于足跟外侧区所在位置的底板边缘上的第屯梁；
[0018] 位于足底托板边缘的上顶端中屯、位置的第八梁；
[0019] 并有:第一敏感元件对称布置在第一梁的顶面和底面，第二敏感元件对称布置在 第二梁的顶面和底面，第=敏感元件对称布置在第=梁的顶面和底面，第四敏感元件对称 布置在第四梁的顶面和底面，第五敏感元件对称布置在第五梁的顶面和底面，第六敏感元 件对称布置在第六梁的顶面和底面，W及第屯敏感元件对称布置在第屯梁的顶面和底面， 所述第八梁是作为支撑梁。
[0020] 本实用新型足底压力传感鞋的压力检测方法是：
[0021] 设定所述被测力为：作用力点处在第一趾骨头位置的作用力Fi、处在第一巧骨头 位置的作用力F2、处在第二巧骨头位置的作用力的、处在第=至第五趾骨区中屯、位置的作用 力F4、处在第=到五巧骨区中屯、位置的作用力Fs、处在足跟内侧区的作用力F6, W及处在足 跟外侧区的作用力F?;
[0022] 按步骤a、在所述足底托板上对应于被测力所在区域一一对应分布屯个受力点，在 受力点上加载垂直于底板的力[門，由各弹性梁上的敏感元件获得应变检测信号[e];根据 受力点上加载力[F]，W及各应变检测信号[e]建立数学模型为：[C] X [F] = [e]，完成对传 感单元的标定，并获得7 X 7的常数矩阵[C];
[0023] 按步骤b利用式（1)计算获得各作用力Fi、F2、的、F4、Fs、Fs和F?为：
[0024] 式（1)中，[C]-i为7 X 7常数矩阵[C]的逆矩阵；
[0025] 心。、63、64、e日、ES和E7分别为第一敏感元件、第二敏感元件、第S敏感元件、第四 敏感元件、第五敏感元件、第六敏感元件和第屯敏感元件检测获得的应变信号。
[00%]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
[0027] 1、本实用新型通过对人体在不同步态下的足底压力分布进行检测，可W为步态分 析、临床医学上的疾患诊断和疗效评价，W及为体育训练方案等提供可靠依据；
[0028] 2、本实用新型通过检测各梁上的应变及建立的数学模型获得检测结果，方法简单 可靠；
[0029] 3、本实用新型结构简单，方便穿戴，可W分别实现静态和动态检测。
【附图说明】
[0030] 图1为本实用新型结构示意图；
[0031 ]图2为本实用新型中各弹性梁分布示意图；
[0032] 图中标号：1第一梁，2第二梁，3第=梁，4第四梁，5第五梁，6第六梁，7第屯梁，8第 八梁，21被测脚，22后跟挡板，23鞋底板，24足底托板，25鞋帮。
【具体实施方式】
[0033] 参见图1和图2,本实施例中足底压力传感鞋具有：
[0034] 一平板状足底托板24,在足底托板24上连带有后跟挡板22和鞋帮25,构成可套穿 的鞋套形式;被测脚21穿在鞋套中并立足于足底托板24的确定位置上，确定位置是指在足 底托板24上按如下方式划分各区域:第一趾骨区、第=至第五趾骨区、巧骨区W及足跟部， 巧骨区包含第一巧骨区、第二巧骨区W及第=至第五巧骨区；足跟部划分为足跟内侧区和 足跟外侧区，令:第一趾骨所在侧为足底托板第一侧，第五趾骨所在侧为足底托板第二侧；
[0035] 一侧围状鞋底板23,鞋底板23是按足底托板24的外轮廓形状设置的呈直立的侧围 板，侧围板的顶边与足底托板24的边缘W不同位置上的各弹性梁相连接，在弹性梁上设置 的敏感元件构成传感单元，可套穿的鞋套是W侧围状鞋底板23对足底托板24在边缘形成侧 围支撑，使足底托板24呈悬空。
[0036] 本实施例中足底压力传感鞋的压力检测方法是：
[0037] 步骤a、在足底托板24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 [門，由各弹性梁上的敏感元件获得应变检测信号[e];根据受力点上加载力[門，W及各应 变检测信号[e ]建立数学模型为：[C] X [F] = [ e ]，完成对传感单元的标定，并获得常数矩阵 [C];
[0038] 在足底托板的不同区域中分布受力点，通过软件ansys wor化ench多次分别对运 些受力点加载力，得到梁的应变，并求其平均值。根据梁上应变与加载力的关系，建立数学 模型[C]X[F] = [e]，其中[C]为常数矩阵，[F]为力矩阵，[e]为应变矩阵。常数矩阵[C]可W 通过软件仿真标定得到，也可通过实验标定得到。
[0039] 步骤b、针对足底托板24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足底托板24上的被测力的分布情况。
[0040] 具体实施中，为了获得人体足部各个区域-第一趾骨区、第=到五趾骨区、第一巧 骨区、第二巧骨区、第=至第五巧骨区、足跟内侧W及足跟外侧区的受力分布，设置传感单 元中设置的各弹性梁分别是：
[0041] 位于足底托板第一侧，对应于第一趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第一梁1;
[0042] 位于足底托板第一侧，对应于巧骨区所在位置的足底托板边缘上间隔的第二梁2 和第=梁3;
[0043] 位于足底托板第二侧，对应于第=至第五趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第 四梁4;
[0044] 位于足底托板第二侧，对应于巧骨区所在位置的足底托板边缘上的第五梁5;
[0045] 位于足底托板第一侧，对应于足跟内侧区所在位置的足底托板边缘上的第六梁6;
[0046] 位于足底托板第二侧，对应于足跟外侧区所在位置的底板边缘上的第屯梁7;
[0047] 位于足底托板边缘的上顶端中屯、位置的第八梁8;
[0048] 并有:第一敏感元件对称布置在第一梁1的顶面和底面，第二敏感元件对称布置在 第二梁2的顶面和底面，第=敏感元件对称布置在第=梁3的顶面和底面，第四敏感元件对 称布置在第四梁4的顶面和底面，第五敏感元件对称布置在第五梁5的顶面和底面，第六敏 感元件对称布置在第六梁6的顶面和底面，W及第屯敏感元件对称布置在第屯梁7的顶面和 底面，所述第八梁8是作为支撑梁。
[0049] 设定被测力为：作用力点处在第一趾骨头位置的作用力Fi、处在第一巧骨头位置 的作用力F2、处在第二巧骨头位置的作用力F3、处在第=至第五趾骨区中屯、位置的作用力 F4、处在第=到五巧骨区中屯、位置的作用力Fs、处在足跟内侧区的作用力F6, W及处在足跟 外侧区的作用力F7。
[0050] 按步骤a、在足底托板24上对应于被测力所在区域一一对应分布屯个受力点，在受 力点上加载垂直于底板的力[門，由各弹性梁上的敏感元件获得应变检测信号[e];根据受 力点上加载力[門，W及各应变检测信号[e]建立数学模型为：[C] X [F] = [e]，完成对传感 单元的标定，并获得7 X 7的常数矩阵[C]。
[0051 ]按步骤b利用式（1)计算获得各作用力Fi、F2、的、F4、Fs、Fs和F?为：
[0052] 式（1)中，[C]-i为7X7常数矩阵[C]的逆矩阵；
[0053] 心。、63、64、e日、ES和e?分别为第一敏感元件、第二敏感元件、第S敏感元件、第四 敏感元件、第五敏感元件、第六敏感元件和第屯敏感元件检测获得的应变信号。
[0054] 对于本实用新型的使用，患者可像穿戴普通鞋一样，穿上本实施例中足底压力传 感鞋进行康复训练，其测力部分置于鞋内，可方便测得患者在各种训练状态下的足底压力 的大小及分布。
【主权项】
1. 一种足底压力传感鞋，其特征是具有： 一平板状足底托板(24)，在所述足底托板(24)上连带有后跟挡板(22)和鞋帮（25)，构 成可套穿的鞋套形式;被测的一只脚穿在鞋套中并立足于足底托板(24)的确定位置上，所 述确定位置是指在所述足底托板(24)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:第一趾骨所在侧为足底托板第一侧， 第五趾骨所在侧为足底托板第二侧； 一侧围状鞋底板(23)，所述鞋底板(23)是按足底托板(24)的外轮廓形状设置的呈直立 的侧围板，所述侧围板的顶边与足底托板(24)的边缘以不同位置上的各弹性梁相连接，在 所述弹性梁上设置的敏感元件构成传感单元，所述可套穿的鞋套是以侧围状鞋底板(23)对 足底托板(24)在边缘形成侧围支撑，使足底托板(24)呈悬空。2. 根据权利要求1所述的足底压力传感鞋，其特征是设置所述传感单元中设置的各弹 性梁分别是： 位于足底托板第一侧，对应于第一趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第一梁（1); 位于足底托板第一侧，对应于跖骨区所在位置的足底托板边缘上间隔的第二梁（2)和 第三梁(3); 位于足底托板第二侧，对应于第三至第五趾骨区所在位置的足底托板边缘上的第四梁 (4)； 位于足底托板第二侧，对应于跖骨区所在位置的足底托板边缘上的第五梁(5); 位于足底托板第一侧，对应于足跟内侧区所在位置的足底托板边缘上的第六梁(6); 位于足底托板第二侧，对应于足跟外侧区所在位置的底板边缘上的第七梁(7); 位于足底托板边缘的上顶端中心位置的第八梁(8); 并有:第一敏感元件对称布置在第一梁（1)的顶面和底面，第二敏感元件对称布置在第 二梁(2)的顶面和底面，第三敏感元件对称布置在第三梁(3)的顶面和底面，第四敏感元件 对称布置在第四梁(4)的顶面和底面，第五敏感元件对称布置在第五梁(5)的顶面和底面， 第六敏感元件对称布置在第六梁(6)的顶面和底面，以及第七敏感元件对称布置在第七梁 (7)的顶面和底面，所述第八梁(8)是作为支撑梁。
【文档编号】A43B3/16GK205671578SQ201620614783
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日 公开号201620614783.7, CN 201620614783, CN 205671578 U, CN 205671578U, CN-U-205671578, CN201620614783, CN201620614783.7, CN205671578 U, CN205671578U
【发明人】王勇, 胡保华, 张方双, 张秀锋, 何淩立, 赵鹏鹏
【申请人】合肥工业大学