专利名称：一种检测足底力的脚踏板及足底力检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种脚踏板及包含该脚踏板的医疗保健装置。
背景技术：
近年来，由于老龄化程度加剧以及由各种疾病如骨髓损伤、脑卒中、帕金森氏病等、灾难等导致的下肢运动功能障碍的患者越来越多，提高和恢复步行能力成为患者的迫切希望，也是康复治疗的首要目标。客观准确的步态分析能够评定患者的行走功能，了解其功能障碍的程度及特点，及时指导治疗和康复训练。步行时足底压力的变化对作用在下肢各个关节上的力和力矩产生重要影响，基于足底压力的步态研究是定量步态分析的重要环节。由于人体足底压力分布反映有关足的结构、功能及整个身体姿势控制等情况，测试、分析足底力可以获取人体在各体态和运动下的生理、病理力学参数和机能参数，这对于临床医学诊断、疾患程度测定、康复治疗效果评价、体育训练、生物力学研究等均有重要意义。为此，国内外许多科研机构和医疗机构展开了大量的研究。目前，常见的足底力测量装置主要有:光学压力测量仪、测力板及测力台、压力鞋及压力鞋垫。具有代表性的成果有瑞士 Kistler测力台、美国Tekscan公司的F-Scan测力鞋垫系统、德国Novel公司的Emed测力板系统和Pedar测力鞋垫系统、比利时的RSscan公司的USB/SCSI平板测力系统及鞋垫式测试系统等。这些成果大多采用几百个甚至上千个传感器阵列来测量足底力，数据量大，各具优势，但是普遍价格昂贵，关键技术未被公开；测力板及测力台体积大，只能单独测试，不能很好的与常见的踏板式步态康复机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等配合使用；而压力鞋垫虽然能操作简单，能与康复机器人配合使用，但由于基体软，寿命有限，自身的变形可能造成测量误差。
发明内容
本发明的目的在于提供用于检测患者步行状态下足底关键区域力的变化情况的一种检测足底力的脚踏板及足底力检测装置。本发明的目的是这样实现的:本发明一种检测足底力的脚踏板，其特征是:包括前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板，前脚掌下层踏板和后脚掌上层踏板之间通过蝶形铰链相连，前脚掌上层踏板安装在前脚掌下层踏板上，后脚掌上层踏板安装在后脚掌下层踏板上，前脚掌下层踏板的边沿上安装前踏板边框，后脚掌下层踏板的边沿上安装后踏板边框，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板上安装有第一-第四压力传感器，前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板上与四个压力传感器对应的位置均设置有沉头孔，每个沉头孔内各安装一个蘑菇形传感器接触件，蘑菇形传感器接触件与压力传感器配合检测受力信息。本发明一种足底力检测装置，其特征是:包括电机、曲柄圆盘、滑轨、连杆、导向滑轮、导轨、支架、把手和检测足底力的脚踏板，电机连接并驱动曲柄圆盘转动，连杆一端安装在曲柄圆盘上随曲柄圆盘做往 复运动，连杆另一端连接检测足底力的脚踏板，检测足底力的脚踏板前端连接导向滑轮，检测足底力的脚踏板后端连接铰接在与其相对倾斜的滑轨上，导向滑轮安装在导轨上，导轨和把手安装在支架上；检测足底力的脚踏板包括前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板，前脚掌下层踏板和后脚掌上层踏板之间通过蝶形铰链相连，前脚掌上层踏板安装在前脚掌下层踏板上，后脚掌上层踏板安装在后脚掌下层踏板上，前脚掌下层踏板的边沿上安装前踏板边框，后脚掌下层踏板的边沿上安装后踏板边框，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板上安装有第一-第四压力传感器，前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板上与四个压力传感器对应的位置均设置有沉头孔，每个沉头孔内各安装一个蘑菇形传感器接触件，蘑菇形传感器接触件与压力传感器配合检测受力信息。本发明一种检测足底力的脚踏板还可以包括:1、所述的沉头孔大孔直径比压力传感器直径大，深度大于压力传感器的厚度；在沉头孔小孔内安装有衬套，蘑菇形传感器接触件的轴穿过衬套，末端用防止蘑菇形传感器接触件滑出的弹性挡圈限位；蘑菇形传感器接触件的轴伸长度保证其轴端与压力传感器接触后蘑菇头下表面与上层踏板之间有间隙，从而保证压力传感器的变形余量。2、第一压力传感器安装位置对应在足趾区，第二压力传感器安装位置对应在第2-3跖骨头区，第三压力传感器安装位置对应在第4-5跖骨头区，第四压力传感器安装位置对应在足跟。3、前踏板边框上安装前绑带，后踏板边框上安装后绑带，后踏板边框尾部设置后延伸框。
本发明一种足底力检测装置还可以包括:1、所述的沉头孔大孔直径比压力传感器直径大，深度大于压力传感器的厚度；在沉头孔小孔内安装有衬套，蘑菇形传感器接触件的轴穿过衬套，末端用防止蘑菇形传感器接触件滑出的弹性挡圈限位；蘑菇形传感器接触件的轴伸长度保证其轴端与压力传感器接触后蘑菇头下表面与上层踏板之间有间隙，从而保证压力传感器的变形余量。2、第一压力传感器安装位置对应在足趾区，第二压力传感器安装位置对应在第2-3跖骨头区，第三压力传感器安装位置对应在第4-5跖骨头区，第四压力传感器安装位置对应在足跟。本发明的优势在于:本发明结构简单、耐用性强、测量简单、价格低，既可单独使用，测量人体静态下的足底力分布；又可与现有的踏板式步态康复训练机器人、穿戴型助力机器人、外骨骼式下肢康复机器人等联合使用，检测患者步行状态下足底关键区域力的变化情况。
图1为本发明脚踏板的分解示意图；图2为本发明脚踏板的俯视图；图3为A-A向剖视图；图4为图3中位置I的放大视图；图5为本发明足底力检测装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:结合图1 4，本发明所涉及的一种检测足底力的脚踏板，包括左右脚对称的两部分，且每只脚分上下两层，每层由前后两块共四块，即前脚掌下层踏板1、前脚掌上层踏板
2、后脚掌下层踏板14、后脚掌上层踏板12组成；此外还包括四个微型压力传感器，即第一压力传感器18、第二压力传感器15、第三压力传感器13、第四压力传感器16，以及蝶形铰链17、限位螺钉3、“蘑菇形”传感器接触件4、衬套10、弹性挡圈11、前踏板边框5、后踏板边框
8、后延伸框9、前绑带6、后绑带7以及足底力数据采集模块；其中，前脚掌下层踏板I和后脚掌下层踏板14之间利用蝶形铰链17连接；前踏板边框5和后踏板边框8分别固定在前脚掌下层踏板I和后脚掌下层踏板14边沿上；第一压力传感器18紧装在前脚掌下层踏板I上的沉孔中，以防窜动；依照同样的方法，安装后脚掌下层踏板14上的另外三个压力传感器，即第二压力传感器15、第三压力传感器13、第四压力传感器16 ;前脚掌上层踏板2和后脚掌上层踏板12位于所述前、后踏板边框内，且借助上层踏板上多个规则分布的限位螺钉3与下层踏板固定；前脚掌上层踏板2和后脚掌上层踏板14的下表面上与四个压力传感器对应的位置均有沉头孔，沉头孔大孔直径比压力传感器直径大，深度大于压力传感器的厚度；在沉头孔小孔内安装有衬套10，减小对上层踏板的磨损；所述“蘑菇形”传感器接触件4的轴穿过衬套10，末端用弹性挡圈11限位，防止“蘑菇形”传感器接触件4滑出；而且所述“蘑菇形”传感器接触件4的轴伸长度至少保证其轴端与压力传感器接触后“蘑菇头”下表面与上层踏板之间有一定间隙，保证压力传感器的变形余量；采用“蘑菇形”传感器接触件4可以保证不同大小的脚站立的踏板上时足底的四个关键受力区域均能位于四个“蘑菇头”上，保证四个压力传感器能够检测到四个关键受力区域的受力信息；前绑带6和后绑带7分别固定在前踏板边框5和后踏板边框8上，用于缚住脚面。上述四个压力传感器的安装位置分别对应正常人行走和站立时足底的四个关键受力部位:第一压力传感器18安装位置对应在足趾区、第二压力传感器15安装位置大致对应在第2-3跖骨头区、第三压力传感器13安装位置大致对应在第4-5跖骨头区、第四压力传感器16安装位置大致对应在足跟。结合图5，本发明一种足底力检测装置，脚踏板后端铰接在倾斜的滑轨21上，以限制脚踏板的转动；脚踏板前端安装有导向滑轮23，以便与固定在康复训练机器人上的导轨24相配合，实现足趾的运动状态。受训者面对显示屏，双手握住把手，双脚踩在脚踏板上，用前绑带6和后绑带7缚住脚面，保持站立姿势。电机19驱动曲柄圆盘20转动，带动连杆22运动，进而带动与连杆22连接的脚踏板运动；控制整个运动过程使之符合人正常行走时足部的运动姿态。整个训练过程中，四个压力传感器实时检测到的足底力信号通过信号放大模块进行放大，经过低通滤波器模块消噪处理，得到步行时足底四个关键区域的足底力数据，可为研究人员和医生提供定量分析数据，进而对不同患者或者健康者行走时的足底力变化进行研究，亦可以评价患者康复训练效果。单独使用脚踏板时，每只脚的前、后脚掌分别位于前、后脚掌上层踏板上，尽量保证跖趾关节位于蝶形铰链的转轴处，以及足底的四个关键受力区域位于四个“蘑菇头”上，四个压力传感器可以测定人体静态下的足底四个区域的受力分布，研究不同人的足底力大小分布情况。 使用足底力检测装置时，脚踏板后端铰接在倾斜的滑轨上，以限制脚踏板的转动；脚踏板前端安装有导向滑轮，以便与固定在康复训练机器人上的导轨相配合，实现足趾的运动状态。受训者面对显示屏，双手握住把手，双脚踩在脚踏板上，用前、后绑带缚住脚面，保持站立姿势。电机驱动曲柄圆盘转动，带动连杆运动，进而带动与连杆连接的脚踏板运动，控制脚踏板的运动姿态与人正常行走时足部运动姿态一致。整个训练过程中，四个压力传感器实时检测 到的足底力信号通过信号放大模块进行放大，经过低通滤波器模块消噪处理，得到步行时足底四个关键区域的足底力数据，可为研究人员和医生提供定量分析数据，进而对不同患者或者健康者行走时的足底力变化进行研究，亦可以评价患者康复训练效果O
权利要求
1.一种检测足底力的脚踏板，其特征是包括前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板，前脚掌下层踏板和后脚掌上层踏板之间通过蝶形铰链相连，前脚掌上层踏板安装在前脚掌下层踏板上，后脚掌上层踏板安装在后脚掌下层踏板上，前脚掌下层踏板的边沿上安装前踏板边框，后脚掌下层踏板的边沿上安装后踏板边框，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板上安装有第一-第四压力传感器，前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板上与四个压力传感器对应的位置均设置有沉头孔，每个沉头孔内各安装一个蘑菇形传感器接触件，蘑菇形传感器接触件与压力传感器配合检测受力信息。
2.根据权利要求I所述的一种检测足底力的脚踏板，其特征是所述的沉头孔大孔直径比压力传感器直径大，深度大于压力传感器的厚度；在沉头孔小孔内安装有衬套，蘑菇形传感器接触件的轴穿过衬套，末端用防止蘑菇形传感器接触件滑出的弹性挡圈限位；蘑菇形传感器接触件的轴伸长度保证其轴端与压力传感器接触后蘑菇头下表面与上层踏板之间有间隙，从而保证压力传感器的变形余量。
3.根据权利要求I或2所述的一种检测足底力的脚踏板，其特征是第一压力传感器安装位置对应在足趾区，第二压力传感器安装位置对应在第2-3跖骨头区，第三压力传感器安装位置对应在第4-5跖骨头区，第四压力传感器安装位置对应在足跟。
4.根据权利要求I或2所述的一种检测足底力的脚踏板，其特征是前踏板边框上安装前绑带，后踏板边框上安装后绑带，后踏板边框尾部设置后延伸框。
5.根据权利要求3所述的一种检测足底力的脚踏板，其特征是前踏板边框上安装前绑带，后踏板边框上安装后绑带，后踏板边框尾部设置后延伸框。
6.一种足底力检测装置，其特征是包括电机、曲柄圆盘、滑轨、连杆、导向滑轮、导轨、支架、把手和检测足底力的脚踏板，电机连接并驱动曲柄圆盘转动，连杆一端安装在曲柄圆盘上随曲柄圆盘做往复运动，连杆另一端连接检测足底力的脚踏板，检测足底力的脚踏板前端连接导向滑轮，检测足底力的脚踏板后端连接铰接在与其相对倾斜的滑轨上，导向滑轮安装在导轨上，导轨和把手安装在支架上； 检测足底力的脚踏板包括前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板，前脚掌下层踏板和后脚掌上层踏板之间通过蝶形铰链相连，前脚掌上层踏板安装在前脚掌下层踏板上，后脚掌上层踏板安装在后脚掌下层踏板上，前脚掌下层踏板的边沿上安装前踏板边框，后脚掌下层踏板的边沿上安装后踏板边框，前脚掌下层踏板和后脚掌下层踏板上安装有第一-第四压力传感器，前脚掌上层踏板和后脚掌上层踏板上与四个压力传感器对应的位置均设置有沉头孔，每个沉头孔内各安装一个蘑菇形传感器接触件，蘑菇形传感器接触件与压力传感器配合检测受力信息。
7.根据权利要求6所述的一种足底力检测装置，其特征是所述的沉头孔大孔直径比压力传感器直径大，深度大于压力传感器的厚度；在沉头孔小孔内安装有衬套，蘑菇形传感器接触件的轴穿过衬套，末端用防止蘑菇形传感器接触件滑出的弹性挡圈限位；蘑菇形传感器接触件的轴伸长度保证其轴端与压力传感器接触后蘑菇头下表面与上层踏板之间有间隙，从而保证压力传感器的变形余量。
8.根据权利要求6或7所述的一种足底力检测装置，其特征是第一压力传感器安装位置对应在足趾区，第二压力传感器安装位置对应在第2-3跖骨头区，第三压力传感器安装位置对应在第4-5跖骨头区，第四压力传感器安装位置对应在足跟。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种检测足底力的脚踏板及足底力检测装置，检测足底力的脚踏板包括前脚掌下层踏板、前脚掌上层踏板、后脚掌下层踏板、后脚掌上层踏板，前脚掌下层踏板和后脚掌上层踏板之间通过蝶形铰链相连，前脚掌上层踏板安装在前脚掌下层踏板上，后脚掌上层踏板安装在后脚掌下层踏板上；足底力检测装置包括电机、曲柄圆盘、滑轨、连杆、导向滑轮和检测足底力的脚踏板，电机连接并驱动曲柄圆盘转动，连杆一端安装在曲柄圆盘上随曲柄圆盘做往复运动，连杆另一端连接检测足底力的脚踏板，检测足底力的脚踏板前端连接导向滑轮，检测足底力的脚踏板后端连接铰接在与其相对倾斜的滑轨上。本发明结构简单、耐用性强、测量简单。
文档编号A61B5/22GK103251420SQ20131014996
公开日2013年8月21日 申请日期2013年4月26日 优先权日2013年4月26日
发明者张立勋, 秦涛, 邹宇鹏, 宋承盈, 裴新平 申请人:哈尔滨工程大学