本發(fā)明涉及壓力檢測(cè)裝置，尤其是一種足底壓力檢測(cè)裝置及安裝有該足底壓力檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)助力裝置。

背景技術(shù)：

可穿戴式外骨骼裝置中需要準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)量穿戴者足底和/或機(jī)械結(jié)構(gòu)底座承受的壓力，以感知穿戴者當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀況，從而實(shí)施相關(guān)驅(qū)動(dòng)控制，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)助力功能。雙足型機(jī)器人也需要實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人足部壓力，以協(xié)助判斷機(jī)器人狀態(tài)。

現(xiàn)有的足底測(cè)量裝置對(duì)于傳感器和機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不夠優(yōu)化，存在測(cè)量不夠準(zhǔn)確，足底測(cè)量裝置不夠牢固，結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，成本高、可靠性不高等問(wèn)題。

專(zhuān)利CN2006800006514.1及中國(guó)科技大學(xué)2010年碩士論文《一種用于步態(tài)檢測(cè)的柔性雙足助力機(jī)器人感知系統(tǒng)的研究》均披露了一種足底壓力檢測(cè)裝置，采用柔性油壓管來(lái)感應(yīng)足底壓力，這種裝置帶來(lái)的問(wèn)題是油壓管接觸承壓面積難以準(zhǔn)確測(cè)量，從而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。專(zhuān)利CN201410036599.4披露了一種足底壓力檢測(cè)裝置，采用幾個(gè)測(cè)力浮塊來(lái)測(cè)量足底壓力，其存在的問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且當(dāng)壓力加載到裝置邊緣時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重失真。專(zhuān)利CN201410491074.X披露了足端力檢測(cè)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，還存在壓力加載到裝置邊緣時(shí)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的情況，且該裝置僅單點(diǎn)承力，結(jié)構(gòu)不牢固，長(zhǎng)期使用容易損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種測(cè)量準(zhǔn)確且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，性能可靠，成本低的足底壓力檢測(cè)裝置，本發(fā)明還公開(kāi)了一種安裝有該足底壓力檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)助力裝置。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

一種足底壓力檢測(cè)裝置，其特征在于，包括第一剛性薄板，該第一剛性薄板上設(shè)置有若干個(gè)第一鏤空形變懸臂，在該第一鏤空形變懸臂上都安裝有用于監(jiān)測(cè)該第一鏤空形變懸臂形變的第一傳感器，所述第一剛性薄板上方設(shè)置有第二剛性薄板，在第一剛性薄板和第二剛性薄板之間通過(guò)若干個(gè)第一承壓體連接，所述第一承壓體的下端安裝在所述第一鏤空形變懸臂上。

本發(fā)明的有益效果是：第一、第二剛性薄板之間采用柱狀承壓體直接將所有壓力加載到鏤空形變懸臂上，使得被測(cè)力沒(méi)有測(cè)量損失，第一鏤空形變懸臂在受到壓力后產(chǎn)生彎曲形變，第一傳感器能夠感知該形變，測(cè)量足部壓力信號(hào)準(zhǔn)確。剛性薄板承力能力強(qiáng)，可以方便地直接連接其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，容易安裝固定，該足底壓力檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固，性能可靠，大大降低了成本。

進(jìn)一步，在所述第一剛性薄板上進(jìn)行鏤空，鏤空處設(shè)置所述第一鏤空形變懸臂，該第一鏤空形變懸臂的一端與所述第一剛性薄板連接，該第一鏤空形變懸臂的一端為近端，另一端為遠(yuǎn)端。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：剛性薄板上鏤空懸臂受力形變較大，能夠便于傳感器檢測(cè)形變。

進(jìn)一步，所述第一鏤空形變懸臂與所述第一剛性薄板為一體結(jié)構(gòu)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：第一鏤空形變懸臂與所述第一剛性薄板為一體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)牢固可靠。

進(jìn)一步，所述第一傳感器安裝在所述第一剛性薄板的表面，該第一傳感 器在所述第一鏤空形變懸臂的近端安裝，所述第一傳感器的高度小于所述第一承壓體的高度，所述第一承壓體在所述第一鏤空形變懸臂的遠(yuǎn)端安裝。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：根據(jù)杠桿的原理，第一承壓體的下端遠(yuǎn)離第一鏤空形變懸臂與第一剛性薄板的連接處安裝，此時(shí)的第一承壓體受力后使得第一鏤空形變懸臂形變較大，便于所述第一傳感器測(cè)量，所述第一傳感器靠近所述第一鏤空形變懸臂與第一剛性薄板的連接處附近安裝，能夠靈敏感知到壓力信號(hào)的變化，靈敏度高，測(cè)量準(zhǔn)確。

進(jìn)一步，所述第一剛性薄板上還鏤空設(shè)置有若干個(gè)第二鏤空形變懸臂，該第二鏤空形變懸臂上都分別安裝有用于監(jiān)測(cè)該第二鏤空形變懸臂形變的第二傳感器，所述第一剛性薄板的下方設(shè)置有第三剛性薄板，該第三剛性薄板與所述第一剛性薄板通過(guò)若干個(gè)第二承壓體連接，所述第二承壓體的上端安裝在所述第二鏤空形變懸臂上。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過(guò)采用三層剛性薄板，可以分別同時(shí)測(cè)量第三、第一薄板之間，以及第二、第一薄板之間的壓力，以有利于安裝在可穿戴外骨骼，同時(shí)檢測(cè)人體足底的壓力和外骨骼機(jī)械底座的壓力。

進(jìn)一步，所述第一剛性薄板上進(jìn)行鏤空，鏤空處設(shè)置所述第二鏤空形變懸臂，該第二鏤空形變懸臂的一端與所述第一剛性薄板連接，該第二鏤空形變懸臂的一端為近端，另一端為遠(yuǎn)端；所述第二鏤空形變懸臂與所述第一剛性薄板為一體結(jié)構(gòu)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：第二鏤空形變懸臂與所述第一剛性薄板為一體結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固可靠。

進(jìn)一步，所述第二傳感器安裝在所述第二鏤空形變懸臂的表面，該第二傳感器在所述第二鏤空形變懸臂的近端安裝，所述第二傳感器的高度小于所述第二承壓體的高度，所述第二承壓體的上端遠(yuǎn)離所述第二鏤空形變懸臂的一端安裝。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：第二傳感器安裝在第二鏤空形變懸臂形變較大的位置，便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的靈敏度。

進(jìn)一步，所述第一承壓體(34)和第二承壓體(34a)一端分別固定在所述第一剛性薄板(31)上的第一鏤空形變懸臂(33)和第二鏤空形變懸臂(33a)上，另一端分別固定在第二剛性薄板(32)和第三剛性薄板(36)上；所述第一承壓體(34)和第二承壓體(34a)的兩端采用螺絲、鉚釘、焊接或粘帖方式實(shí)現(xiàn)固定。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：所述第一承壓體和第二承壓體兩端固定可以增強(qiáng)本發(fā)明裝置的機(jī)械強(qiáng)度和可靠性。

進(jìn)一步，所述第一剛性薄板一側(cè)向外側(cè)延伸，該延伸部向上彎折形成安裝部。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：足底壓力檢測(cè)裝置剛性薄板側(cè)面帶有彎折形成折起，所述側(cè)面折起可以通過(guò)螺絲、鉚釘、焊接或粘帖等方式與應(yīng)用本發(fā)明裝置的輔助運(yùn)動(dòng)的外骨骼緊密固定；折起還可以用來(lái)安裝足部綁帶，以使得本發(fā)明裝置牢固耦合人體足部。

采用剛性薄板側(cè)面折起的方式，使得本發(fā)明裝置可以方便地與應(yīng)用設(shè)備或穿戴者足部固定在一起，使用便捷、可靠性高。

進(jìn)一步，所述第一傳感器、第二傳感器為應(yīng)變片傳感器。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：應(yīng)變片傳感器結(jié)構(gòu)小巧輕薄，便于安裝。

進(jìn)一步，所述第一鏤空形變懸臂和第二鏤空形變懸臂(33a)為矩形、螺旋形、T字形、圓形或橢圓形。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：第一鏤空形變懸臂和第二鏤空形變懸臂(33a)的形狀可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇。

一種運(yùn)動(dòng)助力裝置，包括動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述執(zhí)行機(jī) 構(gòu)包括與人體下肢配合承重的連桿結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連桿結(jié)構(gòu)包括機(jī)械底座，該機(jī)械底座安裝有如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述足底壓力檢測(cè)裝置，所述第一剛性薄板安裝在機(jī)械底座上。

所述第一剛性薄板一側(cè)向外側(cè)延伸，該延伸部向上彎折，在該延伸部上設(shè)置有安裝孔，所述機(jī)械底座上設(shè)置有與所述安裝孔貫通的螺紋孔，螺釘穿過(guò)所述安裝孔，并螺紋配合安裝到所述螺紋孔中。

進(jìn)一步，本發(fā)明所述足底壓力檢測(cè)裝置下方、上方或周?chē)€覆蓋有柔性材料，所述柔性材料為橡膠、塑料、纖維織物、動(dòng)物皮革等。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：外圍覆蓋柔性材料可以防滑，且可以增加穿戴者舒適度。

進(jìn)一步，覆蓋所述足底壓力檢測(cè)裝置的柔性材料為一個(gè)封閉密封體，將所述足底壓力測(cè)量裝置包覆。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用封閉的柔性密封體覆蓋所述測(cè)量裝置外圍，可以防水，增加所述測(cè)量裝置的適用范圍和可靠性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明裝置應(yīng)用的可穿戴外骨骼實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明人體足底壓力檢測(cè)裝置實(shí)施例1的主視圖；

圖3為實(shí)施例1去掉第二剛性薄板后的俯視圖；

圖4為本發(fā)明人體足底壓力檢測(cè)裝置實(shí)施例2的主視圖；

圖5為實(shí)施例2去掉第二剛性薄板之后的俯視圖；

圖6為本發(fā)明人體足底壓力檢測(cè)裝置實(shí)施例3的主視圖；

圖7為實(shí)施例3安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實(shí)施例3去掉第二剛性薄板之后的俯視圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件名稱(chēng)如下：

10、固定裝置；11、延長(zhǎng)段；201、傳動(dòng)軸；202、第一連桿；203、第一連接軸；204、第二連桿；205、第二連接軸；206、動(dòng)力軸；207、大腿連接段；208、膝關(guān)節(jié)軸；209、小腿連接段；210、踝關(guān)節(jié)軸；211、機(jī)械底座；31、第一剛性薄板；32、第二剛性薄板；33、一鏤空形變懸臂；34、第一承壓體；35、第一傳感器；33a、第二鏤空形變懸臂；34a、第二承壓體；35a、二傳感器；36、剛性薄板；37、螺釘。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例1：

本發(fā)明的足底壓力檢測(cè)裝置應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)助力裝置。如圖1所示，所述運(yùn)動(dòng)助力裝置包括動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)均安裝固定在人體腰部的固定裝置10內(nèi)，固定裝置10下端設(shè)置有至髖關(guān)節(jié)的延長(zhǎng)段11，該延長(zhǎng)段11的下端安裝所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括與人體下肢配合承重的連桿結(jié)構(gòu)，所述連桿結(jié)構(gòu)包括大腿連接段207、小腿連接段209、第一連桿202、第二連桿204以及足部結(jié)構(gòu)211。所述大腿連接段209上端通過(guò)傳動(dòng)軸201固定在所述腰部延長(zhǎng)段11下端，其下端通過(guò)膝關(guān)節(jié)軸208連接小腿連接段209的上端，所述小腿連接段209的下端通過(guò)踝關(guān)節(jié)軸210連接足部結(jié)構(gòu)211。所述大腿連接段207上設(shè)置還有動(dòng)力軸206，該動(dòng)力軸206通過(guò)皮帶與傳動(dòng)軸201傳動(dòng)連接，所述動(dòng)力軸206與第一連桿202的一端連接，第一連桿202的另一端通過(guò)第一連接軸203與第二連桿204的一端連接，該第二連桿204的另一端通過(guò)第二連接軸205安裝在小腿連接段209的上部。所述傳動(dòng)軸201由腰部固定裝置10內(nèi)的動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)皮帶進(jìn)行動(dòng)力傳遞。

如圖2和圖3所示，小腿連接段209的下端通過(guò)踝關(guān)節(jié)軸208連接有機(jī)械底座211，所述機(jī)械底座211安裝足底壓力檢測(cè)裝置，該足底壓力檢測(cè)裝置包括第一剛性薄板31，該第一剛性薄板31上設(shè)置有六個(gè)第一鏤空形變懸臂33，第一鏤空形變懸臂33為在所述第一剛性薄板31上鏤空形成的，該第一鏤空形變懸臂33與所述第一剛性薄板31為一體結(jié)構(gòu)，在該第一鏤空形變懸臂33上都安裝有用于監(jiān)測(cè)該第一鏤空形變懸臂33形變的第一傳感器35，第一傳感器35安裝在所述第一剛性薄板31的上表面并與控制系統(tǒng)連接。該第一傳感器35靠近所述第一鏤空形變懸臂33與第一剛性薄板31的連接處安裝。所述第一剛性薄板31上方設(shè)置有第二剛性薄板32，在第一剛性薄板31和第二剛性薄板32之間通過(guò)六個(gè)第一承壓體34連接，所述第一承壓體34的下端安裝在所述第一鏤空形變懸臂33上，第一承壓體34的下端遠(yuǎn)離所述第一鏤空形變懸臂33與第一剛性薄板31的連接處安裝。

采用所述人體足底壓力檢測(cè)裝置進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，人體足部踩在所述裝置的第二剛性薄板32上，此時(shí)人體足部壓力通過(guò)多個(gè)柱狀承壓體34全部加載到第一剛性薄板31上的多個(gè)鏤空形變懸臂33上，鏤空形變懸臂33會(huì)發(fā)生形變，附在其上的所述應(yīng)變片傳感器35能夠感應(yīng)到形變量，從而所述可穿戴外骨骼裝置可以根據(jù)形變量計(jì)算出對(duì)應(yīng)的壓力值，控制運(yùn)動(dòng)。

實(shí)施例2：

該實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1類(lèi)似，不同的是足底壓力檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)有所不同。

如圖4和圖5所示，實(shí)施例2中，足底壓力檢測(cè)裝置平行設(shè)置有三塊剛性薄板，其中第一剛性薄板31上鏤空設(shè)置有四個(gè)第一鏤空形變懸臂33，此外還設(shè)置有四個(gè)第二鏤空形變懸臂33a，該第二鏤空形變懸臂33a上都分別安裝有用于監(jiān)測(cè)該第二鏤空形變懸臂33a形變的第二傳感器35a，第二傳感器35a安裝在所述第二鏤空形變懸臂33a的下表面，該第二傳感器35a靠近 所述第二鏤空形變懸臂33a與第一剛性薄板31的連接處安裝。所述第一剛性薄板31的下方設(shè)置有第三剛性薄板36，該第三剛性薄板36與所述第一剛性薄板31通過(guò)四個(gè)第二承壓體34a連接，所述第二承壓體34a的上端安裝在所述第二鏤空形變懸臂33a上，所述第二承壓體34a的上端遠(yuǎn)離所述第二鏤空形變懸臂33a與第一剛性薄板31的連接處安裝。

采用實(shí)施例2所述人體足底壓力檢測(cè)裝置進(jìn)行壓力測(cè)量，人體足部踩在所述裝置的第二剛性薄板32上時(shí)，人體足部壓力通過(guò)第一承壓體34全部加載到第一剛性薄板31上的第一鏤空形變懸臂33上，第一傳感器35會(huì)感應(yīng)到形變；同時(shí)，壓力會(huì)繼續(xù)通過(guò)第一剛性薄板31加載到第二承壓體34a上，第二承壓體34a所對(duì)應(yīng)的第二鏤空形變懸臂33a也會(huì)發(fā)生形變，附在其上的所述第二傳感器35a能夠感應(yīng)到形變量。此時(shí)，如果可穿戴外骨骼裝置再通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)再將機(jī)械壓力直接加載到第一剛性薄板31上，則附在第二鏤空形變懸臂33a上的第二傳感器35a能夠感應(yīng)到更大的形變，其測(cè)量到的壓力值為人體足底壓力與外骨骼裝置機(jī)械壓力之和。

實(shí)施例3：

該實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2類(lèi)似，不同的是足底壓力檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)有所不同。

如圖6、圖7和圖8所示，第一剛性薄板31左側(cè)向外側(cè)延伸，該延伸部向上彎折，該彎折部與機(jī)械底座211通過(guò)多個(gè)螺釘37固定在一起這樣，本發(fā)明裝置就與可穿戴外骨骼裝置牢固地固定在一起。采用本實(shí)施例裝置，可以同時(shí)測(cè)量人體足底壓力和外骨骼機(jī)械壓力。

踝關(guān)節(jié)軸210下端連接機(jī)械底座211，所述機(jī)械底座211用來(lái)承載外骨骼機(jī)械壓力，第一剛性薄板31左側(cè)折彎，與所述機(jī)械底座211通過(guò)多個(gè)螺釘37固定在一起。這樣，本發(fā)明裝置就與可穿戴外骨骼裝置牢固地固定在一起。采用本實(shí)施例裝置可以同時(shí)測(cè)量人體足部施加的壓力和外骨骼機(jī)械壓 力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、牢固耐用、測(cè)量準(zhǔn)確，可靠性高。

上述三個(gè)實(shí)施例中，第一傳感器35、第二傳感器35a都為結(jié)構(gòu)小巧的應(yīng)變片傳感器。第一鏤空形變懸臂33和第二鏤空形變懸臂33a可以為矩形、螺旋形、T字形、圓形、橢圓形等，根據(jù)實(shí)際需求靈活變換形狀即可，在此不再窮舉。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。