單足步態模擬及足底壓力仿真系統的制作方法
【專利摘要】單足步態模擬及足底壓力仿真系統，包括：腳模、運動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器；所述的運動副，包括：順序相連的轉動關節Ⅰ、轉動關節Ⅱ、轉動關節Ⅲ和移動部件；所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模與轉動關節Ⅰ相連。通過該系統真實的模擬和再現人類運動時的步態和對應時刻的足底壓力，為步態分析的衍生產品提供一個真實、穩定的測試環境，為產品的性能測試及后期優化提供可靠的理論依據。
【專利說明】
單足步態模擬及足底壓力仿真系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于足部步態模擬產品領域，具體說是一種單足步態模擬及足底壓力仿真系統。
【背景技術】
[0002]隨著人類對步態分析和足底壓力采集的研究，目前出現了大量的步態信息采集產品、足部運動矯正產品、運動康復器材、智能鞋等基于步態分析和足底壓力分析的衍生產品。這類產品的出現迫切需要一個穩定的測試環境來檢測、驗證其性能，同時測試環境的確定性、真實性等因素將會直接影響產品性能檢測的準確性及以此為依據的其他性能，而現有的產品很難真實、可靠的模擬人類運動時足部的實際環境及仿真、再現運動時的步態、足底壓力、步頻、步幅，或因其成本過高而很難被接受。
[0003]現有的足部步態模擬產品主要是雙足步態模擬產品，雙足步態模擬產品不但成本較高，而且側重點是用于模擬運動步態，沒有考慮和模擬運動過程中的足底壓力，忽略了人們在運動時足底壓力的影響也就無法真實的模擬足部運動的環境。
【實用新型內容】
[0004]為克服現有足部步態模擬產品的不足，本實用新型提供了一種單足步態模擬及足底壓力仿真系統，采用單足形式，簡化了控制系統，機械系統等各子系統，在能夠實現預期功能的基礎上有效的節約成本。
[0005]為實現上述目的，本實用新型的技術方案是，單足步態模擬及足底壓力仿真系統，包括:腳模、運動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述的運動副，包括轉動副和移動副，所述轉動副，包括:順序相連的轉動關節1、轉動關節Π、轉動關節m;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模與轉動關節I相連。
[0006]進一步的，所述的上位機為微型計算機。
[0007]進一步的，所述的下位機為運動控制器或單片機。
[0008]進一步的，移動副通過絲杠的轉動帶動與絲杠帽固連的移動板以及固定在移動板上的移動裝置上下移動。
[0009]作為更進一步的，所述內部傳感器，包括:扭矩傳感器、位置傳感器和角度傳感器；外部傳感器，包括:壓力傳感器和距離傳感器。
[0010]單足步態模擬及足底壓力仿真系統，包括:腳模、轉動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述的轉動副，包括:順序相連的轉動關節1、轉動關節Π、轉動關節m和轉動關節IV;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模與轉動關節I相連。[0011 ]進一步的，所述的上位機為微型計算機。
[0012]進一步的，所述的下位機為運動控制器或單片機。
[0013]作為更進一步的，所述內部傳感器，包括:扭矩傳感器、位置傳感器和角度傳感器；外部傳感器，包括:壓力傳感器和距離傳感器。
[0014]本實用新型由于采用以上技術方案，能夠取得如下的技術效果:
[0015](I)本實用新型采用單足形式，簡化了控制系統，機械系統等各子系統，在能夠實現預期功能的基礎上有效的節約成本。
[0016](2)本系統采用閉環控制，可真實、可靠的模擬出人類的足部運動，為產品的性能測試及后期優化提供了可靠的理論依據。
[0017](3)本實用新型可以方便的替換不同尺寸、型號的腳模，模擬出不同的足部運動。
[0018](4)本實用新型可廣泛應用于生物力學、矯形外科、康復醫學、鞋類制作及檢測等各大領域。
【附圖說明】
[0019]本實用新型共有附圖4幅:
[0020]圖1為本系統的構成框圖；
[0021]圖2為實施例1中的結構示意圖；
[0022]圖3為實施例2中的結構示意圖；
[0023]圖4為運動控制的電路圖。
[0024]圖中序號說明:1、腳模，2、轉動關節I，3、轉動關節Π，4、轉動關節ΙΠ，5、移動副，6、
轉動關節IV。
【具體實施方式】
[0025]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步的具體說明。
[0026]本實用新型提供了一套能夠真實、準確、實時再現人類運動步態及足底壓力試驗和測試環境的解決方案。通過人一機交互系統可以向操作人員提供更加清晰、系統地展示模擬仿真的結果，另一方面操作人員也可以直接、方便地參與下位機的模擬仿真過程，這為用戶提供了很大的便利。通過下位機和驅動裝置控制及支配運動副來保證執行機構實現人類運動過程中的步態模擬和足底壓力再現，通過內、外傳感器將機器一環境交互系統所采集的實際環境信息反饋到整個系統的上位機、下位機，上位機及下位機在進行分析和判斷后控制驅動裝置和運動副做出相應的調整，從而真實、可靠的模擬出人類的足部運動及足底壓力。
[0027]與此同時，本實用新型一方面采用單足形式真實模擬和再現人類運動過程中的步態和足底壓力，另一方面可以方便的替換不同尺寸、型號的腳模I，模擬和再現不同的足部運動，達到有效的降低系統成本的目的。
[0028]實施例1
[0029]單足步態模擬及足底壓力仿真系統，包括:腳模1、運動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述的運動副，包括:轉動副和移動副，所述轉動副，包括:順序相連的轉動關節12、轉動關節Π 3、轉動關節m4;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模I與轉動關節12相連。所述的上位機為微型計算機，所述的下位機為運動控制器或單片機。所述內部傳感器，包括:扭矩傳感器、位置傳感器和角度傳感器;外部傳感器，包括:壓力傳感器和距離傳感器。
[0030]實施例2
[0031]單足步態模擬及足底壓力仿真系統，包括:腳模1、轉動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述的轉動副，包括:順序相連的轉動關節12、轉動關節Π 3、轉動關節ΙΠ4和轉動關節IV6;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模I與轉動關節12相連。所述的上位機為微型計算機。所述的下位機為運動控制器或單片機。所述內部傳感器，包括:扭矩傳感器、位置傳感器和角度傳感器;外部傳感器，包括:壓力傳感器和距離傳感器。通過各關節的協調運動來控制末端腳模1，也可實現足部運動步態的模擬和足底壓力的輸出，其步頻、步幅也具有可調性。
[0032]實施例1和實施例2的系統為一個閉環控制系統。操作人員通過人機界面將指令傳達到上位機，上位機經過運算后將指令傳達到下位機，下位機的運動控制器接受指令后調用已存儲的相關數據庫信息并將其轉化后的指令語言傳遞給驅動器，驅動器將接收到的指令信息轉化為驅動信號驅動各伺服電機協調運轉，使各關節按照已規劃的軌跡運動。運動過程中各關節的內部傳感器將各關節的扭矩、位置等信息反饋到運動控制器以保證運動控制器能夠實時準確的采集運動信息并進行穩定控制，與此同時足部的運動位置和足底壓力通過外部傳感器信號反饋到上位機以進一步實現對整個系統及足部的步態、足底壓力進行實時控制、更新與矯正，進而達到真實、可靠地模擬和再現人類足部運動步態和足底壓力的目的。
[0033]實施例1的轉動副用來實現足部的步態、移動副通過絲杠的轉動帶動與絲杠帽固連的移動板以及固定在移動板上的移動裝置上下移動，實現足底壓力的輸出。實施例2是通過4個轉動副的協調控制來同時實現步態和壓力的輸出。圖中輸出端腳模I為真實尺寸的腳模，且可以根據需要更換不同型號的腳模來滿足不同的需求。在腳模和各運動副部位都裝有傳感設備，用以采集并向運動控制反饋運動過程中各關節的扭矩、位置信息，足部的運動位置、姿態及足底壓力信息等。
[0034]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術范圍內，根據本實用新型的技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，包括:腳模、運動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述的運動副，包括轉動副和移動副，所述轉動副，包括:順序相連的轉動關節1、轉動關節π、轉動關節m;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模與轉動關節I相連。2.根據權利要求1所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述的上位機為微型計算機。3.根據權利要求1所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述的下位機為運動控制器或單片機。4.根據權利要求1-3任一項所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，移動副通過絲杠的轉動帶動與絲杠帽固連的移動板以及固定在移動板上的運動裝置上下移動。5.根據權利要求4所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述內部傳感器，包括:扭矩傳感器、位置傳感器和角度傳感器;外部傳感器，包括:壓力傳感器和距離傳感器。6.單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，包括:腳模、轉動副、上位機、下位機、驅動裝置、用于檢測關節運動的內部傳感器和用于檢測足部運動的外部傳感器;所述轉動副，包括:順序相連的轉動關節1、轉動關節π、轉動關節m和轉動關節IV;所述下位機分別與上位機、內部傳感器、驅動裝置相連，上位機還與外部傳感器相連，所述腳模與轉動關節I相連。7.根據權利要求6所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述的上位機為微型計算機。8.根據權利要求6所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述的下位機為運動控制器或單片機。9.根據權利要求8所述的單足步態模擬及足底壓力仿真系統，其特征在于，所述內部傳感器，包括:位置傳感器和角度傳感器;外部傳感器，包括:扭矩傳感器、壓力傳感器和距離傳感器。
【文檔編號】G09B25/00GK205451647SQ201521116049
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月29日
【發明人】田雨農, 范麗新, 孫建巍, 夏陽
【申請人】北京貞正物聯網技術有限公司