一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，步態(tài)運動檢測多基于圖像處理的檢測方法，這種方法存在著精度不高，無法 三維檢測等一系列缺點。而利用電信號傳感器的檢測雖然精度高，但是目前還沒有涉及到 足底壓力與步態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。因此，本發(fā)明提出了一種基于電信號檢測方法的步態(tài)檢測系 統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過對足底壓力的測量感知從而實時地判斷被測對象踝關(guān)節(jié)運動狀態(tài)，進 一步分析被測對象所處的步態(tài)情況，同時滿足結(jié)構(gòu)簡單，低成本，易維護，應(yīng)用范圍廣等優(yōu) 點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的基于圖像 處理和電信號的檢測方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不易維護的問題。
[0004] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)包括：電源單元、壓力檢測鞋 墊、放大電路、AD模塊、上位機； 所述電源單元包括薄膜壓力傳感器的參考電壓和運算放大器的電源電壓； 所述壓力檢測鞋墊包括鞋墊本體及設(shè)置在該鞋墊本體上的第一薄膜壓力傳感器、第二 薄膜壓力傳感器、第一薄膜壓力傳感器、第四薄膜壓力傳感器； 所述放大電路由運算放大器和參考電阻組成； 所述的壓力檢測鞋墊與所述的放大電路連接，所述的放大電路與AD模塊連接，所述的AD模塊與所述的上位機連接； 所述的電源單元為壓力檢測鞋墊和放大電路供電。
[0005] 進一步，第一薄膜壓力傳感器、第二薄膜壓力傳感器、第三薄膜壓力傳感器、第四 薄膜壓力傳感器分別放置在與足底第五趾區(qū)域、第四節(jié)跖骨區(qū)域、第二節(jié)跖骨區(qū)域和腳跟 區(qū)域相接觸的鞋墊的四個區(qū)域上。
[0006] 進一步，通過運算放大器和參考電阻，基于比例放大器原理建立運算放大器輸出 電壓^與薄膜壓力傳感器電壓、參考電壓L，參考電阻R1、R2之間的關(guān)系：
，將薄膜壓力傳感器產(chǎn)生的微弱電壓信號放大到-5V至5V 之間，進行數(shù)據(jù)分析。
[0007] 進一步，所述的AD模塊將運算放大器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。
[0008] 進一步，利用標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器檢測對每一個足底傳感器施加力，測量該壓力下的 電壓信號值，利用非線性擬合算法建立基于電壓信號和足底施加力之間的函數(shù)關(guān)系，利用 上述函數(shù)關(guān)系的反向計算，將不同步態(tài)下測量電壓轉(zhuǎn)換為足底施加在鞋墊四個區(qū)域的作用 力。
[0009] 本發(fā)明能實時地、準(zhǔn)確地檢測被測試者行走過程中不同步態(tài)下足底施加力，具有 結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)點；可以更換不同尺碼的壓力檢測鞋墊滿足不同被測試者的檢測需 求，具有很強的適應(yīng)性；可以應(yīng)用到偏癱患者步態(tài)康復(fù)評價系統(tǒng)中，具有很強的應(yīng)用性。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實施例提供的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中：1-電源單元；2-參考電壓；3-電源電壓；4-壓力檢測鞋墊；5-第一薄膜壓力傳 感器；6-第二薄膜壓力傳感器；7-第三薄膜壓力傳感器；8-第四薄膜壓力傳感器；9-鞋墊 本體；10-放大電路；11-AD模塊；12-上位機。
【具體實施方式】
[0011] 為能進一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖 詳細說明如下。
[0012] 如圖1所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)包括：電源單元 1、壓力檢測鞋墊4、放大電路10、AD模塊11、上位機12 ; 所述電源單元1包括薄膜壓力傳感器的參考電壓2和運算放大器的電源電壓3 ; 所述壓力檢測鞋墊4包括鞋墊本體9及設(shè)置在該鞋墊本體9上的第一薄膜壓力傳感器 5、第二薄膜壓力傳感器6、第一薄膜壓力傳感器7、第四薄膜壓力傳感器8 ; 所述放大電路10由運算放大器MCP6002和參考電阻組成； 所述AD模塊11選用8路高速高步數(shù)據(jù)采集卡USB_DAQ_XF4626 ; 所述上位機12選用PC機； 所述檢測程序是基于C++Builder6. 0軟件編寫的步態(tài)分析程序，可獲得不同步態(tài)下足 底施加在四個檢測區(qū)域的作用力； 所述的壓力檢測鞋墊4與所述的放大電路10連接，所述的放大電路10與AD模塊11 連接，所述的AD模塊11與所述的上位機12連接； 所述的電源單元1為壓力檢測鞋墊4和放大電路10供電。
[0013] 進一步，第一薄膜壓力傳感器5、第二薄膜壓力傳感器6、第三薄膜壓力傳感器7、 第四薄膜壓力傳感器8分別放置在與足底第五趾區(qū)域、第四節(jié)跖骨區(qū)域、第二節(jié)跖骨區(qū)域 和腳跟區(qū)域相接觸的鞋墊的四個區(qū)域上，然后將鞋墊置于相應(yīng)尺碼的鞋中，通過實際的行 走，檢測不同步態(tài)下足底施加在四個區(qū)域的作用力。
[0014] 通過運算放大器MCP6002和參考電阻Rf，基于比例放大器原理建立運算放大 器輸出電壓「_與薄膜壓力傳感器電壓、參考電壓，參考電阻R1、R2之間的關(guān)
，將薄膜壓力傳感器產(chǎn)生的微弱電壓信號放大到-5V至 5V之間，進行數(shù)據(jù)分析。
[0015] 將運算放大器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量，便于PC機上檢測軟件 的數(shù)據(jù)分析、處理。
[0016] 通過上位機12的C++軟件編寫的檢測程序，基于電壓信號和足底施加力之間的函 數(shù)關(guān)系，最后可獲得不同步態(tài)下足底施加在鞋墊四個區(qū)域的作用力。
[0017] 基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)開始工作后，被測試者通過在行走過程中對鞋墊中的第 一薄膜壓力傳感5、第二薄膜壓力傳感6、第三薄膜壓力傳感7、第四薄膜壓力傳感8施加力， 薄膜壓力傳感器產(chǎn)生隨動的微弱電壓信號，通過放大電路10放大，AD模塊11采集，轉(zhuǎn)換成 對應(yīng)的數(shù)字信號，最后經(jīng)過上位機12檢測程序的分析、處理可得到不同步態(tài)下對應(yīng)的足底 施加力。
[0018] 使用本發(fā)明的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，用戶首先將第一薄膜壓力傳感器5、第二 薄膜壓力傳感器6、第三薄膜壓力傳感器7分別放置在與足底第五趾區(qū)域、第四節(jié)跖骨區(qū) 域、第二節(jié)跖骨區(qū)域相接觸的鞋墊三個區(qū)域上，將檢測區(qū)域較大的薄膜壓力傳感器8放置 在與足底腳跟區(qū)域相接觸的鞋墊區(qū)域上，然后將搭建好的壓力檢測鞋墊與放大電路10、AD 模塊11、上位機12正確連接，其中電源單元1為薄膜壓力傳感器提供參考電壓，為放大電路 提供工作電壓。足底壓力檢測開始后，被測試者穿墊有壓力鞋墊的鞋子在測試區(qū)域內(nèi)以一 定速度行走，測試軟件對采集的信號進行處理、分析，最后輸出不同步態(tài)下足底對四個檢測 區(qū)域施加的作用力。
[0019] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點： (1) 能實時地、準(zhǔn)確地檢測被測試者行走過程中不同步態(tài)下足底施加力，具有結(jié)構(gòu)簡 單、成本低的優(yōu)點； (2) 可以更換不同尺碼的壓力檢測鞋墊滿足不同被測試者的檢測需求，具有很強的適 應(yīng)性； (3) 可以應(yīng)用到偏癱患者步態(tài)康復(fù)評價系統(tǒng)中，具有很強的應(yīng)用性。
[0020] 以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制， 凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于 本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)包括： 電源單元、壓力檢測鞋墊、放大電路、AD模塊、上位機； 所述電源單元包括薄膜壓力傳感器的參考電壓和運算放大器的電源電壓； 所述壓力檢測鞋墊包括鞋墊本體及設(shè)置在該鞋墊本體上的第一薄膜壓力傳感器、第二 薄膜壓力傳感器、第一薄膜壓力傳感器、第四薄膜壓力傳感器； 所述放大電路由運算放大器和參考電阻組成； 所述的壓力檢測鞋墊與所述的放大電路連接，所述的放大電路與AD模塊連接，所述的AD模塊與所述的上位機連接； 所述的電源單元為壓力檢測鞋墊和放大電路供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，第一薄膜壓力傳感 器、第二薄膜壓力傳感器、第三薄膜壓力傳感器、第四薄膜壓力傳感器分別放置在與足底第 五趾區(qū)域、第四節(jié)跖骨區(qū)域、第二節(jié)跖骨區(qū)域和腳跟區(qū)域相接觸的鞋墊的四個區(qū)域上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，通過運算放大器 和參考電阻，基于比例放大器原理建立運算放大器輸出電壓「_與薄膜壓力傳感器電壓 匕_~、參考電壓I/，參考電阻R1、R2之間的關(guān)系等薄膜 壓力傳感器產(chǎn)生的微弱電壓信號放大到-5V至5V之間，進行數(shù)據(jù)分析。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的AD模塊將運 算放大器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，利用標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感 器檢測對每一個足底傳感器施加力，測量該壓力下的電壓信號值，利用非線性擬合算法建 立基于電壓信號和足底施加力之間的函數(shù)關(guān)系，利用上述函數(shù)關(guān)系的反向計算，將不同步 態(tài)下測量電壓轉(zhuǎn)換為足底施加在鞋墊四個區(qū)域的作用力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，包括電源單元、壓力檢測鞋墊、放大電路、AD模塊、上位機和檢測程序；電源單元包括薄膜壓力傳感器的參考電壓、放大電路的電源電壓；壓力檢測鞋墊包括鞋墊和薄膜壓力傳感器；所述放大電路由運算放大器和參考電阻組成。本發(fā)明提供的基于鞋墊的步態(tài)檢測系統(tǒng)，通過在行走過程中足底對鞋墊中的薄膜壓力傳感器施加力，產(chǎn)生隨動的微弱電壓信號，通過放大電路放大，AD模塊采集，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號，最后經(jīng)過PC機上步態(tài)分析程序的處理可得到不同步態(tài)下對應(yīng)的足底施加力。具有結(jié)構(gòu)簡單，低成本，易維護，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。
【IPC分類】A61B5/11
【公開號】CN105249973
【申請?zhí)枴緾N201510539926
【發(fā)明人】王春寶, 段麗紅, 王玉龍, 李偉光, 吳正治, 劉銓權(quán), 王國軍, 盧志江
【申請人】廣東銘凱醫(yī)療機器人有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年8月29日