本發(fā)明涉及一種人體足力測(cè)量裝置，具體涉及一種能夠在各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下準(zhǔn)確測(cè)量人體足底支反力的測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

足底壓力分析是獲取人體運(yùn)動(dòng)信息的重要途徑，目前最先進(jìn)的測(cè)量足底壓力載荷分布的方法是采用專(zhuān)用的測(cè)力平臺(tái)和測(cè)力鞋墊，但這些測(cè)力測(cè)量系統(tǒng)價(jià)格十分昂貴。除此之外，也可以在傳感靴底部放置壓力傳感器，分別測(cè)量腳尖、腳跟以及外骨骼機(jī)器人負(fù)載和自重的地面反作用力的情況，由于足底承受壓力的中心隨著運(yùn)動(dòng)在不斷發(fā)生變化，因而很難能保證對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的接觸力信息進(jìn)行有效測(cè)量，且無(wú)法消除偏載時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差。由于傳感器位于橡膠底內(nèi)部，三維力傳感器無(wú)法正常工作，橡膠層的彈性會(huì)影響一維力傳感器的響應(yīng)速度。針對(duì)上述問(wèn)題，提出全新的人體足端接觸力測(cè)量裝置。

綜上，現(xiàn)有的測(cè)力平臺(tái)和測(cè)力鞋墊造價(jià)昂貴，壓力傳感器無(wú)法對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的接觸力信息進(jìn)行有效測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的測(cè)力平臺(tái)和測(cè)力鞋墊造價(jià)昂貴，壓力傳感器無(wú)法對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的接觸力信息進(jìn)行有效測(cè)量的問(wèn)題，進(jìn)而提供一種人體足端接觸力測(cè)量裝置。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置包括CM底座1、前CM卡槽5、滾針排槽6、滾針排7、滾子排墊片8、頂層鋼板10、拉緊簧片11、頂層碳板13、CM蓋板16、后CM卡槽17、三維力傳感器19、底層鋼板20、底層碳板21和兩個(gè)一維力傳感器27；底層碳板21固裝在底層鋼板20的上端面上，頂層碳板13固裝在頂層鋼板10的下端面上，底層鋼板20與頂層鋼板10之間設(shè)置有三維力傳感器19和兩個(gè)一維力傳感器27，三維力傳感器19位于前腳掌下方，兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)通過(guò)CM底座1固裝在底層鋼板20的上端面上且位于趾骨下方，兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)的正上方與頂層鋼板10之間設(shè)置有滾針排結(jié)構(gòu)，滾針排結(jié)構(gòu)包括前CM卡槽5、滾針排槽6、滾針排7和滾子排墊片8，滾針排7與頂層鋼板10之間設(shè)置有滾子排墊片8，滾針排7上設(shè)置有滾針排槽6，前CM卡槽5固裝在滾針排7的底端面上；兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)位于跟骨下方且位于底層碳板21的圓形凹槽內(nèi)，所述兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)與底層鋼板20固定連接，后CM卡槽17通過(guò)CM蓋板16固裝在頂層鋼板10的下端面上且位于兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)的正上方；拉緊簧片11的兩端與底層鋼板20固定連接，拉緊簧片11的中部與頂層鋼板10固定連接，拉緊簧片11位于足弓下方。

進(jìn)一步地，所述兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)通過(guò)M4半圓柱型六角頭蓋螺母2和M4×8內(nèi)六角圓柱頭螺釘22固定在底層鋼板20上。

進(jìn)一步地，拉緊簧片11通過(guò)M5×12內(nèi)六角圓柱頭螺釘12、半圓形螺母15和M5半圓柱型六角頭蓋螺母18與上、下層鋼板結(jié)構(gòu)固連。

進(jìn)一步地，頂層碳板13通過(guò)M4×10內(nèi)六角圓柱頭螺釘9和M3×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘14與頂層鋼板10固定連接。

進(jìn)一步地，前CM卡槽5通過(guò)兩個(gè)M4×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘4固裝在滾針排7的下端面上。

進(jìn)一步地，所述人體足端接觸力測(cè)量裝置還包括三維力鋼墊23和三維力橡膠墊24，三維力傳感器19的底部設(shè)置有三維力鋼墊23和三維力橡膠墊24，三維力傳感器19通過(guò)M6×16內(nèi)六角圓柱頭螺釘25和內(nèi)六角螺母26固定在頂層鋼板10和底層鋼板20之間。

進(jìn)一步地，所述人體足端接觸力測(cè)量裝置還包括兩個(gè)彈性止動(dòng)墊圈3，每個(gè)M4×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘4上穿裝有一個(gè)彈性止動(dòng)墊圈3。

進(jìn)一步地，所述人體足端接觸力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)為上、下兩層，頂層鋼板10與操作者的足部通過(guò)柔性環(huán)節(jié)固連在一起，底層鋼板20與穿戴設(shè)備連接在一起。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的傳感器的合理布局使得壓力中心始終處于有效測(cè)量區(qū)域內(nèi)，在任何位置都可以保持對(duì)接觸力信息的有效測(cè)量；

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的跖骨前部的一維力傳感器與上層結(jié)構(gòu)間的滾針排結(jié)構(gòu)，有效地減小了前后方支反力F_x因摩擦而產(chǎn)生的損失。

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置上層不銹鋼板和傳感器間的擬合人足骨骼結(jié)構(gòu)，確保了穿戴舒適性；

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置對(duì)于大負(fù)載、沖擊載荷大的工作條件，有很高的可靠性；

本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置可以準(zhǔn)確測(cè)量足底所受的地面支反力。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的分解狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的主視圖；

圖3是本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的人體足端接觸力測(cè)量裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖1～4所示，本實(shí)施方式的人體足端接觸力測(cè)量裝置包括CM底座1、前CM卡槽5、滾針排槽6、滾針排7、滾子排墊片8、頂層鋼板10、拉緊簧片11、頂層碳板13、CM蓋板16、后CM卡槽17、三維力傳感器19、底層鋼板20、底層碳板21和兩個(gè)一維力傳感器27；底層碳板21固裝在底層鋼板20的上端面上，頂層碳板13固裝在頂層鋼板10的下端面上，底層鋼板20與頂層鋼板10之間設(shè)置有三維力傳感器19和兩個(gè)一維力傳感器27，三維力傳感器19位于前腳掌下方，兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)通過(guò)CM底座1固裝在底層鋼板20的上端面上且位于趾骨下方，兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)的正上方與頂層鋼板10之間設(shè)置有滾針排結(jié)構(gòu)，滾針排結(jié)構(gòu)包括前CM卡槽5、滾針排槽6、滾針排7和滾子排墊片8，滾針排7與頂層鋼板10之間設(shè)置有滾子排墊片8，滾針排7上設(shè)置有滾針排槽6，前CM卡槽5固裝在滾針排7的底端面上；兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)位于跟骨下方且位于底層碳板21的圓形凹槽內(nèi)，所述兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)與底層鋼板20固定連接，后CM卡槽17通過(guò)CM蓋板16固裝在頂層鋼板10的下端面上且位于兩個(gè)一維力傳感器27余下的一個(gè)的正上方；拉緊簧片11的兩端與底層鋼板20固定連接，拉緊簧片11的中部與頂層鋼板10固定連接，拉緊簧片11位于足弓下方。

人體足端接觸力測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為上、下兩層，上層與操作者的足部通過(guò)柔性環(huán)節(jié)固連在一起，下層結(jié)構(gòu)則與穿戴設(shè)備連接在一起。上、下兩層直接通過(guò)三維力傳感器和一維力傳感器連接，其中三維力傳感器位于前腳掌下方，通過(guò)螺釘與上、下兩層結(jié)構(gòu)固連在一起。一個(gè)一維力傳感器位于趾骨下方，通過(guò)CM底座與下層結(jié)構(gòu)固連，另一個(gè)一維力傳感器位于跟骨下方，與下層結(jié)構(gòu)固連。趾骨下方一維力傳感器與上層結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有直接連接，在兩者之間安裝滾針排結(jié)構(gòu)，以減小上、下兩層在前部相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦，減小前、后方向支反力F_x在此處因摩擦而產(chǎn)生的損失，提高測(cè)量準(zhǔn)確性。

為減輕足端接觸力測(cè)量系統(tǒng)的總重，上、下兩層均是采用的0.5mm厚的彈簧鋼板為基板。為給傳感器提供強(qiáng)度比較高的支撐面，在底層不銹鋼板上層和傳感器之間增加一層4mm厚的碳纖維板。為避免由于板材剛度不夠?qū)е伦愎托ü菂^(qū)域下陷，使穿戴者易產(chǎn)生疲勞感的問(wèn)題，在上層不銹鋼板材和傳感器之間增加了一塊擬合人足骨骼結(jié)構(gòu)的2.5mm厚的碳纖維板，保證對(duì)人體足弓的有效支撐，確保穿戴舒適性；

趾骨下方一維力傳感器27與頂層鋼板10之間沒(méi)有直接連接，在兩者之間安裝由M4×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘4、前CM卡槽5、滾針排槽6、滾針排7、滾子排墊片8組成的滾針排結(jié)構(gòu)，以減小上、下兩層在前部相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦，減小前、后方向支反力F_x在此處因摩擦而產(chǎn)生的損失，提高測(cè)量準(zhǔn)確性；

為給傳感器提供強(qiáng)度比較高的支撐面，在底層不銹鋼板上層和傳感器之間增加一層4mm厚的底層碳板21。為避免由于板材剛度不夠?qū)е伦愎托ü菂^(qū)域下陷，使穿戴者易產(chǎn)生疲勞感的問(wèn)題，在上層不銹鋼板材和傳感器之間增加了一塊擬合人足骨骼結(jié)構(gòu)的2.5mm厚的頂層碳板13，并通過(guò)M4×10內(nèi)六角圓柱頭螺釘9、M3×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘14與頂層鋼板10固連，保證對(duì)人體足弓的有效支撐，確保穿戴舒適性。為保證上、下層高度，在足弓下方安裝拉緊簧片11，通過(guò)M5×12內(nèi)六角圓柱頭螺釘12、半圓形螺母15、M5半圓柱型六角頭蓋螺母18與上、下層結(jié)構(gòu)固連。

具體實(shí)施方式二：如圖1～2所示，本實(shí)施方式所述兩個(gè)一維力傳感器27中的一個(gè)通過(guò)M4半圓柱型六角頭蓋螺母2和M4×8內(nèi)六角圓柱頭螺釘22固定在底層鋼板20上。如此設(shè)計(jì)，使一維力傳感器在承受沖擊載荷時(shí)更為牢固。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施方式拉緊簧片11通過(guò)M5×12內(nèi)六角圓柱頭螺釘12、半圓形螺母15和M5半圓柱型六角頭蓋螺母18與上、下層鋼板結(jié)構(gòu)固連。如此設(shè)計(jì)，可以避免上層鋼板產(chǎn)生塌陷。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：如圖1～4所示，本實(shí)施方式頂層碳板13通過(guò)M4×10內(nèi)六角圓柱頭螺釘9和M3×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘14與頂層鋼板10固定連接。如此設(shè)計(jì)，既可提高頂層鋼板的剛性，又可避免整體重量過(guò)大。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三相同。

具體實(shí)施方式五：如圖1和圖2所示，本實(shí)施方式前CM卡槽5通過(guò)兩個(gè)M4×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘4固裝在滾針排7的下端面上。如此設(shè)計(jì)，保證足端壓力全部被一維力傳感器采集。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二或四相同。

具體實(shí)施方式六：如圖1和圖2所示，本實(shí)施方式所述人體足端接觸力測(cè)量裝置還包括三維力鋼墊23和三維力橡膠墊24，三維力傳感器19的底部設(shè)置有三維力鋼墊23和三維力橡膠墊24，三維力傳感器19通過(guò)M6×16內(nèi)六角圓柱頭螺釘25和內(nèi)六角螺母26固定在頂層鋼板10和底層鋼板20之間。如此設(shè)計(jì)，保證被三維力傳感器的可靠連接，此處所獲得三維力最適于進(jìn)行人體運(yùn)動(dòng)意圖辨識(shí)。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式五相同。

具體實(shí)施方式七：如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施方式所述人體足端接觸力測(cè)量裝置還包括兩個(gè)彈性止動(dòng)墊圈3，每個(gè)M4×6內(nèi)六角圓柱頭螺釘4上穿裝有一個(gè)彈性止動(dòng)墊圈3。如此設(shè)計(jì)，防止在多次使用后螺紋連接的松脫。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一、二、四或六相同。

具體實(shí)施方式八：如圖1～4所示，本實(shí)施方式所述人體足端接觸力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)為上、下兩層，頂層鋼板10與操作者的足部通過(guò)柔性環(huán)節(jié)固連在一起，底層鋼板20與穿戴設(shè)備連接在一起。如此設(shè)計(jì)，將穿戴者與穿戴設(shè)備耦合到一起，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的柔順性、可靠性。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式七相同。