專利名稱：一種檢測足底力的腳踏板及足底力檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種腳踏板及包含該腳踏板的醫(yī)療保健裝置。
背景技術：
近年來，由于老齡化程度加劇以及由各種疾病如骨髓損傷、腦卒中、帕金森氏病等、災難等導致的下肢運動功能障礙的患者越來越多，提高和恢復步行能力成為患者的迫切希望，也是康復治療的首要目標?？陀^準確的步態(tài)分析能夠評定患者的行走功能，了解其功能障礙的程度及特點，及時指導治療和康復訓練。步行時足底壓力的變化對作用在下肢各個關節(jié)上的力和力矩產生重要影響，基于足底壓力的步態(tài)研究是定量步態(tài)分析的重要環(huán)節(jié)。由于人體足底壓力分布反映有關足的結構、功能及整個身體姿勢控制等情況，測試、分析足底力可以獲取人體在各體態(tài)和運動下的生理、病理力學參數和機能參數，這對于臨床醫(yī)學診斷、疾患程度測定、康復治療效果評價、體育訓練、生物力學研究等均有重要意義。為此，國內外許多科研機構和醫(yī)療機構展開了大量的研究。目前，常見的足底力測量裝置主要有:光學壓力測量儀、測力板及測力臺、壓力鞋及壓力鞋墊。具有代表性的成果有瑞士 Kistler測力臺、美國Tekscan公司的F-Scan測力鞋墊系統(tǒng)、德國Novel公司的Emed測力板系統(tǒng)和Pedar測力鞋墊系統(tǒng)、比利時的RSscan公司的USB/SCSI平板測力系統(tǒng)及鞋墊式測試系統(tǒng)等。這些成果大多采用幾百個甚至上千個傳感器陣列來測量足底力，數據量大，各具優(yōu)勢，但是普遍價格昂貴，關鍵技術未被公開；測力板及測力臺體積大，只能單獨測試，不能很好的與常見的踏板式步態(tài)康復機器人、穿戴型助力機器人、外骨骼式下肢康復機器人等配合使用；而壓力鞋墊雖然能操作簡單，能與康復機器人配合使用，但由于基體軟，壽命有限，自身的變形可能造成測量誤差。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供用于檢測患者步行狀態(tài)下足底關鍵區(qū)域力的變化情況的一種檢測足底力的腳踏板及足底力檢測裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現的:本發(fā)明一種檢測足底力的腳踏板，其特征是:包括前腳掌下層踏板、前腳掌上層踏板、后腳掌下層踏板、后腳掌上層踏板，前腳掌下層踏板和后腳掌上層踏板之間通過蝶形鉸鏈相連，前腳掌上層踏板安裝在前腳掌下層踏板上，后腳掌上層踏板安裝在后腳掌下層踏板上，前腳掌下層踏板的邊沿上安裝前踏板邊框，后腳掌下層踏板的邊沿上安裝后踏板邊框，前腳掌下層踏板和后腳掌下層踏板上安裝有第一-第四壓力傳感器，前腳掌上層踏板和后腳掌上層踏板上與四個壓力傳感器對應的位置均設置有沉頭孔，每個沉頭孔內各安裝一個蘑菇形傳感器接觸件，蘑菇形傳感器接觸件與壓力傳感器配合檢測受力信息。本發(fā)明一種足底力檢測裝置，其特征是:包括電機、曲柄圓盤、滑軌、連桿、導向滑輪、導軌、支架、把手和檢測足底力的腳踏板，電機連接并驅動曲柄圓盤轉動，連桿一端安裝在曲柄圓盤上隨曲柄圓盤做往 復運動，連桿另一端連接檢測足底力的腳踏板，檢測足底力的腳踏板前端連接導向滑輪，檢測足底力的腳踏板后端連接鉸接在與其相對傾斜的滑軌上，導向滑輪安裝在導軌上，導軌和把手安裝在支架上；檢測足底力的腳踏板包括前腳掌下層踏板、前腳掌上層踏板、后腳掌下層踏板、后腳掌上層踏板，前腳掌下層踏板和后腳掌上層踏板之間通過蝶形鉸鏈相連，前腳掌上層踏板安裝在前腳掌下層踏板上，后腳掌上層踏板安裝在后腳掌下層踏板上，前腳掌下層踏板的邊沿上安裝前踏板邊框，后腳掌下層踏板的邊沿上安裝后踏板邊框，前腳掌下層踏板和后腳掌下層踏板上安裝有第一-第四壓力傳感器，前腳掌上層踏板和后腳掌上層踏板上與四個壓力傳感器對應的位置均設置有沉頭孔，每個沉頭孔內各安裝一個蘑菇形傳感器接觸件，蘑菇形傳感器接觸件與壓力傳感器配合檢測受力信息。本發(fā)明一種檢測足底力的腳踏板還可以包括:1、所述的沉頭孔大孔直徑比壓力傳感器直徑大，深度大于壓力傳感器的厚度；在沉頭孔小孔內安裝有襯套，蘑菇形傳感器接觸件的軸穿過襯套，末端用防止蘑菇形傳感器接觸件滑出的彈性擋圈限位；蘑菇形傳感器接觸件的軸伸長度保證其軸端與壓力傳感器接觸后蘑菇頭下表面與上層踏板之間有間隙，從而保證壓力傳感器的變形余量。2、第一壓力傳感器安裝位置對應在足趾區(qū)，第二壓力傳感器安裝位置對應在第2-3跖骨頭區(qū)，第三壓力傳感器安裝位置對應在第4-5跖骨頭區(qū)，第四壓力傳感器安裝位置對應在足跟。3、前踏板邊框上安裝前綁帶，后踏板邊框上安裝后綁帶，后踏板邊框尾部設置后延伸框。

本發(fā)明一種足底力檢測裝置還可以包括:1、所述的沉頭孔大孔直徑比壓力傳感器直徑大，深度大于壓力傳感器的厚度；在沉頭孔小孔內安裝有襯套，蘑菇形傳感器接觸件的軸穿過襯套，末端用防止蘑菇形傳感器接觸件滑出的彈性擋圈限位；蘑菇形傳感器接觸件的軸伸長度保證其軸端與壓力傳感器接觸后蘑菇頭下表面與上層踏板之間有間隙，從而保證壓力傳感器的變形余量。2、第一壓力傳感器安裝位置對應在足趾區(qū)，第二壓力傳感器安裝位置對應在第2-3跖骨頭區(qū)，第三壓力傳感器安裝位置對應在第4-5跖骨頭區(qū)，第四壓力傳感器安裝位置對應在足跟。本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明結構簡單、耐用性強、測量簡單、價格低，既可單獨使用，測量人體靜態(tài)下的足底力分布；又可與現有的踏板式步態(tài)康復訓練機器人、穿戴型助力機器人、外骨骼式下肢康復機器人等聯(lián)合使用，檢測患者步行狀態(tài)下足底關鍵區(qū)域力的變化情況。


圖1為本發(fā)明腳踏板的分解示意圖；圖2為本發(fā)明腳踏板的俯視圖；圖3為A-A向剖視圖；圖4為圖3中位置I的放大視圖；圖5為本發(fā)明足底力檢測裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:結合圖1 4，本發(fā)明所涉及的一種檢測足底力的腳踏板，包括左右腳對稱的兩部分，且每只腳分上下兩層，每層由前后兩塊共四塊，即前腳掌下層踏板1、前腳掌上層踏板
2、后腳掌下層踏板14、后腳掌上層踏板12組成；此外還包括四個微型壓力傳感器，即第一壓力傳感器18、第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器13、第四壓力傳感器16，以及蝶形鉸鏈17、限位螺釘3、“蘑菇形”傳感器接觸件4、襯套10、彈性擋圈11、前踏板邊框5、后踏板邊框
8、后延伸框9、前綁帶6、后綁帶7以及足底力數據采集模塊；其中，前腳掌下層踏板I和后腳掌下層踏板14之間利用蝶形鉸鏈17連接；前踏板邊框5和后踏板邊框8分別固定在前腳掌下層踏板I和后腳掌下層踏板14邊沿上；第一壓力傳感器18緊裝在前腳掌下層踏板I上的沉孔中，以防竄動；依照同樣的方法，安裝后腳掌下層踏板14上的另外三個壓力傳感器，即第二壓力傳感器15、第三壓力傳感器13、第四壓力傳感器16 ;前腳掌上層踏板2和后腳掌上層踏板12位于所述前、后踏板邊框內，且借助上層踏板上多個規(guī)則分布的限位螺釘3與下層踏板固定；前腳掌上層踏板2和后腳掌上層踏板14的下表面上與四個壓力傳感器對應的位置均有沉頭孔，沉頭孔大孔直徑比壓力傳感器直徑大，深度大于壓力傳感器的厚度；在沉頭孔小孔內安裝有襯套10，減小對上層踏板的磨損；所述“蘑菇形”傳感器接觸件4的軸穿過襯套10，末端用彈性擋圈11限位，防止“蘑菇形”傳感器接觸件4滑出；而且所述“蘑菇形”傳感器接觸件4的軸伸長度至少保證其軸端與壓力傳感器接觸后“蘑菇頭”下表面與上層踏板之間有一定間隙，保證壓力傳感器的變形余量；采用“蘑菇形”傳感器接觸件4可以保證不同大小的腳站立的踏板上時足底的四個關鍵受力區(qū)域均能位于四個“蘑菇頭”上，保證四個壓力傳感器能夠檢測到四個關鍵受力區(qū)域的受力信息；前綁帶6和后綁帶7分別固定在前踏板邊框5和后踏板邊框8上，用于縛住腳面。上述四個壓力傳感器的安裝位置分別對應正常人行走和站立時足底的四個關鍵受力部位:第一壓力傳感器18安裝位置對應在足趾區(qū)、第二壓力傳感器15安裝位置大致對應在第2-3跖骨頭區(qū)、第三壓力傳感器13安裝位置大致對應在第4-5跖骨頭區(qū)、第四壓力傳感器16安裝位置大致對應在足跟。結合圖5，本發(fā)明一種足底力檢測裝置，腳踏板后端鉸接在傾斜的滑軌21上，以限制腳踏板的轉動；腳踏板前端安裝有導向滑輪23，以便與固定在康復訓練機器人上的導軌24相配合，實現足趾的運動狀態(tài)。受訓者面對顯示屏，雙手握住把手，雙腳踩在腳踏板上，用前綁帶6和后綁帶7縛住腳面，保持站立姿勢。電機19驅動曲柄圓盤20轉動，帶動連桿22運動，進而帶動與連桿22連接的腳踏板運動；控制整個運動過程使之符合人正常行走時足部的運動姿態(tài)。整個訓練過程中，四個壓力傳感器實時檢測到的足底力信號通過信號放大模塊進行放大，經過低通濾波器模塊消噪處理，得到步行時足底四個關鍵區(qū)域的足底力數據，可為研究人員和醫(yī)生提供定量分析數據，進而對不同患者或者健康者行走時的足底力變化進行研究，亦可以評價患者康復訓練效果。單獨使用腳踏板時，每只腳的前、后腳掌分別位于前、后腳掌上層踏板上，盡量保證跖趾關節(jié)位于蝶形鉸鏈的轉軸處，以及足底的四個關鍵受力區(qū)域位于四個“蘑菇頭”上，四個壓力傳感器可以測定人體靜態(tài)下的足底四個區(qū)域的受力分布，研究不同人的足底力大小分布情況。 使用足底力檢測裝置時，腳踏板后端鉸接在傾斜的滑軌上，以限制腳踏板的轉動；腳踏板前端安裝有導向滑輪，以便與固定在康復訓練機器人上的導軌相配合，實現足趾的運動狀態(tài)。受訓者面對顯示屏，雙手握住把手，雙腳踩在腳踏板上，用前、后綁帶縛住腳面，保持站立姿勢。電機驅動曲柄圓盤轉動，帶動連桿運動，進而帶動與連桿連接的腳踏板運動，控制腳踏板的運動姿態(tài)與人正常行走時足部運動姿態(tài)一致。整個訓練過程中，四個壓力傳感器實時檢測 到的足底力信號通過信號放大模塊進行放大，經過低通濾波器模塊消噪處理，得到步行時足底四個關鍵區(qū)域的足底力數據，可為研究人員和醫(yī)生提供定量分析數據，進而對不同患者或者健康者行走時的足底力變化進行研究，亦可以評價患者康復訓練效果O
權利要求
1.一種檢測足底力的腳踏板，其特征是包括前腳掌下層踏板、前腳掌上層踏板、后腳掌下層踏板、后腳掌上層踏板，前腳掌下層踏板和后腳掌上層踏板之間通過蝶形鉸鏈相連，前腳掌上層踏板安裝在前腳掌下層踏板上，后腳掌上層踏板安裝在后腳掌下層踏板上，前腳掌下層踏板的邊沿上安裝前踏板邊框，后腳掌下層踏板的邊沿上安裝后踏板邊框，前腳掌下層踏板和后腳掌下層踏板上安裝有第一-第四壓力傳感器，前腳掌上層踏板和后腳掌上層踏板上與四個壓力傳感器對應的位置均設置有沉頭孔，每個沉頭孔內各安裝一個蘑菇形傳感器接觸件，蘑菇形傳感器接觸件與壓力傳感器配合檢測受力信息。
2.根據權利要求I所述的一種檢測足底力的腳踏板，其特征是所述的沉頭孔大孔直徑比壓力傳感器直徑大，深度大于壓力傳感器的厚度；在沉頭孔小孔內安裝有襯套，蘑菇形傳感器接觸件的軸穿過襯套，末端用防止蘑菇形傳感器接觸件滑出的彈性擋圈限位；蘑菇形傳感器接觸件的軸伸長度保證其軸端與壓力傳感器接觸后蘑菇頭下表面與上層踏板之間有間隙，從而保證壓力傳感器的變形余量。
3.根據權利要求I或2所述的一種檢測足底力的腳踏板，其特征是第一壓力傳感器安裝位置對應在足趾區(qū)，第二壓力傳感器安裝位置對應在第2-3跖骨頭區(qū)，第三壓力傳感器安裝位置對應在第4-5跖骨頭區(qū)，第四壓力傳感器安裝位置對應在足跟。
4.根據權利要求I或2所述的一種檢測足底力的腳踏板，其特征是前踏板邊框上安裝前綁帶，后踏板邊框上安裝后綁帶，后踏板邊框尾部設置后延伸框。
5.根據權利要求3所述的一種檢測足底力的腳踏板，其特征是前踏板邊框上安裝前綁帶，后踏板邊框上安裝后綁帶，后踏板邊框尾部設置后延伸框。
6.一種足底力檢測裝置，其特征是包括電機、曲柄圓盤、滑軌、連桿、導向滑輪、導軌、支架、把手和檢測足底力的腳踏板，電機連接并驅動曲柄圓盤轉動，連桿一端安裝在曲柄圓盤上隨曲柄圓盤做往復運動，連桿另一端連接檢測足底力的腳踏板，檢測足底力的腳踏板前端連接導向滑輪，檢測足底力的腳踏板后端連接鉸接在與其相對傾斜的滑軌上，導向滑輪安裝在導軌上，導軌和把手安裝在支架上； 檢測足底力的腳踏板包括前腳掌下層踏板、前腳掌上層踏板、后腳掌下層踏板、后腳掌上層踏板，前腳掌下層踏板和后腳掌上層踏板之間通過蝶形鉸鏈相連，前腳掌上層踏板安裝在前腳掌下層踏板上，后腳掌上層踏板安裝在后腳掌下層踏板上，前腳掌下層踏板的邊沿上安裝前踏板邊框，后腳掌下層踏板的邊沿上安裝后踏板邊框，前腳掌下層踏板和后腳掌下層踏板上安裝有第一-第四壓力傳感器，前腳掌上層踏板和后腳掌上層踏板上與四個壓力傳感器對應的位置均設置有沉頭孔，每個沉頭孔內各安裝一個蘑菇形傳感器接觸件，蘑菇形傳感器接觸件與壓力傳感器配合檢測受力信息。
7.根據權利要求6所述的一種足底力檢測裝置，其特征是所述的沉頭孔大孔直徑比壓力傳感器直徑大，深度大于壓力傳感器的厚度；在沉頭孔小孔內安裝有襯套，蘑菇形傳感器接觸件的軸穿過襯套，末端用防止蘑菇形傳感器接觸件滑出的彈性擋圈限位；蘑菇形傳感器接觸件的軸伸長度保證其軸端與壓力傳感器接觸后蘑菇頭下表面與上層踏板之間有間隙，從而保證壓力傳感器的變形余量。
8.根據權利要求6或7所述的一種足底力檢測裝置，其特征是第一壓力傳感器安裝位置對應在足趾區(qū)，第二壓力傳感器安裝位置對應在第2-3跖骨頭區(qū)，第三壓力傳感器安裝位置對應在第4-5跖骨頭區(qū)，第四壓力傳感器安裝位置對應在足跟。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種檢測足底力的腳踏板及足底力檢測裝置，檢測足底力的腳踏板包括前腳掌下層踏板、前腳掌上層踏板、后腳掌下層踏板、后腳掌上層踏板，前腳掌下層踏板和后腳掌上層踏板之間通過蝶形鉸鏈相連，前腳掌上層踏板安裝在前腳掌下層踏板上，后腳掌上層踏板安裝在后腳掌下層踏板上；足底力檢測裝置包括電機、曲柄圓盤、滑軌、連桿、導向滑輪和檢測足底力的腳踏板，電機連接并驅動曲柄圓盤轉動，連桿一端安裝在曲柄圓盤上隨曲柄圓盤做往復運動，連桿另一端連接檢測足底力的腳踏板，檢測足底力的腳踏板前端連接導向滑輪，檢測足底力的腳踏板后端連接鉸接在與其相對傾斜的滑軌上。本發(fā)明結構簡單、耐用性強、測量簡單。
文檔編號A61B5/22GK103251420SQ20131014996
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月26日 優(yōu)先權日2013年4月26日
發(fā)明者張立勛, 秦濤, 鄒宇鵬, 宋承盈, 裴新平 申請人:哈爾濱工程大學