一种基于鞋垫的步态检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于传感器检测领域，尤其涉及一种基于鞋垫的步态检测系统。
【背景技术】
[0002] 目前，步态运动检测多基于图像处理的检测方法，这种方法存在着精度不高，无法 三维检测等一系列缺点。而利用电信号传感器的检测虽然精度高，但是目前还没有涉及到 足底压力与步态的对应关系。因此，本发明提出了一种基于电信号检测方法的步态检测系 统，该系统可以通过对足底压力的测量感知从而实时地判断被测对象踝关节运动状态，进 一步分析被测对象所处的步态情况，同时满足结构简单，低成本，易维护，应用范围广等优 点。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于鞋垫的步态检测系统，旨在解决现有的基于图像 处理和电信号的检测方法结构复杂，成本高，不易维护的问题。
[0004] 本发明是这样实现的，一种基于鞋垫的步态检测系统包括：电源单元、压力检测鞋 垫、放大电路、AD模块、上位机； 所述电源单元包括薄膜压力传感器的参考电压和运算放大器的电源电压； 所述压力检测鞋垫包括鞋垫本体及设置在该鞋垫本体上的第一薄膜压力传感器、第二 薄膜压力传感器、第一薄膜压力传感器、第四薄膜压力传感器； 所述放大电路由运算放大器和参考电阻组成； 所述的压力检测鞋垫与所述的放大电路连接，所述的放大电路与AD模块连接，所述的AD模块与所述的上位机连接； 所述的电源单元为压力检测鞋垫和放大电路供电。
[0005] 进一步，第一薄膜压力传感器、第二薄膜压力传感器、第三薄膜压力传感器、第四 薄膜压力传感器分别放置在与足底第五趾区域、第四节跖骨区域、第二节跖骨区域和脚跟 区域相接触的鞋垫的四个区域上。
[0006] 进一步，通过运算放大器和参考电阻，基于比例放大器原理建立运算放大器输出 电压^与薄膜压力传感器电压、参考电压L，参考电阻R1、R2之间的关系：
，将薄膜压力传感器产生的微弱电压信号放大到-5V至5V 之间，进行数据分析。
[0007] 进一步，所述的AD模块将运算放大器输出的模拟电压信号转换为相应的数字量。
[0008] 进一步，利用标准压力传感器检测对每一个足底传感器施加力，测量该压力下的 电压信号值，利用非线性拟合算法建立基于电压信号和足底施加力之间的函数关系，利用 上述函数关系的反向计算，将不同步态下测量电压转换为足底施加在鞋垫四个区域的作用 力。
[0009] 本发明能实时地、准确地检测被测试者行走过程中不同步态下足底施加力，具有 结构简单、成本低的优点；可以更换不同尺码的压力检测鞋垫满足不同被测试者的检测需 求，具有很强的适应性；可以应用到偏瘫患者步态康复评价系统中，具有很强的应用性。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明实施例提供的基于鞋垫的步态检测系统的结构示意图； 图中：1-电源单元；2-参考电压；3-电源电压；4-压力检测鞋垫；5-第一薄膜压力传 感器；6-第二薄膜压力传感器；7-第三薄膜压力传感器；8-第四薄膜压力传感器；9-鞋垫 本体；10-放大电路；11-AD模块；12-上位机。
【具体实施方式】
[0011] 为能进一步了解本发明的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图 详细说明如下。
[0012] 如图1所示，本发明是这样实现的，一种基于鞋垫的步态检测系统包括：电源单元 1、压力检测鞋垫4、放大电路10、AD模块11、上位机12 ; 所述电源单元1包括薄膜压力传感器的参考电压2和运算放大器的电源电压3 ; 所述压力检测鞋垫4包括鞋垫本体9及设置在该鞋垫本体9上的第一薄膜压力传感器 5、第二薄膜压力传感器6、第一薄膜压力传感器7、第四薄膜压力传感器8 ; 所述放大电路10由运算放大器MCP6002和参考电阻组成； 所述AD模块11选用8路高速高步数据采集卡USB_DAQ_XF4626 ; 所述上位机12选用PC机； 所述检测程序是基于C++Builder6. 0软件编写的步态分析程序，可获得不同步态下足 底施加在四个检测区域的作用力； 所述的压力检测鞋垫4与所述的放大电路10连接，所述的放大电路10与AD模块11 连接，所述的AD模块11与所述的上位机12连接； 所述的电源单元1为压力检测鞋垫4和放大电路10供电。
[0013] 进一步，第一薄膜压力传感器5、第二薄膜压力传感器6、第三薄膜压力传感器7、 第四薄膜压力传感器8分别放置在与足底第五趾区域、第四节跖骨区域、第二节跖骨区域 和脚跟区域相接触的鞋垫的四个区域上，然后将鞋垫置于相应尺码的鞋中，通过实际的行 走，检测不同步态下足底施加在四个区域的作用力。
[0014] 通过运算放大器MCP6002和参考电阻Rf，基于比例放大器原理建立运算放大 器输出电压「_与薄膜压力传感器电压、参考电压，参考电阻R1、R2之间的关
，将薄膜压力传感器产生的微弱电压信号放大到-5V至 5V之间，进行数据分析。
[0015] 将运算放大器输出的模拟电压信号转换为相应的数字量，便于PC机上检测软件 的数据分析、处理。
[0016] 通过上位机12的C++软件编写的检测程序，基于电压信号和足底施加力之间的函 数关系，最后可获得不同步态下足底施加在鞋垫四个区域的作用力。
[0017] 基于鞋垫的步态检测系统开始工作后，被测试者通过在行走过程中对鞋垫中的第 一薄膜压力传感5、第二薄膜压力传感6、第三薄膜压力传感7、第四薄膜压力传感8施加力， 薄膜压力传感器产生随动的微弱电压信号，通过放大电路10放大，AD模块11采集，转换成 对应的数字信号，最后经过上位机12检测程序的分析、处理可得到不同步态下对应的足底 施加力。
[0018] 使用本发明的基于鞋垫的步态检测系统，用户首先将第一薄膜压力传感器5、第二 薄膜压力传感器6、第三薄膜压力传感器7分别放置在与足底第五趾区域、第四节跖骨区 域、第二节跖骨区域相接触的鞋垫三个区域上，将检测区域较大的薄膜压力传感器8放置 在与足底脚跟区域相接触的鞋垫区域上，然后将搭建好的压力检测鞋垫与放大电路10、AD 模块11、上位机12正确连接，其中电源单元1为薄膜压力传感器提供参考电压，为放大电路 提供工作电压。足底压力检测开始后，被测试者穿垫有压力鞋垫的鞋子在测试区域内以一 定速度行走，测试软件对采集的信号进行处理、分析，最后输出不同步态下足底对四个检测 区域施加的作用力。
[0019] 相较于现有技术，本发明具有以下优点： (1) 能实时地、准确地检测被测试者行走过程中不同步态下足底施加力，具有结构简 单、成本低的优点； (2) 可以更换不同尺码的压力检测鞋垫满足不同被测试者的检测需求，具有很强的适 应性； (3) 可以应用到偏瘫患者步态康复评价系统中，具有很强的应用性。
[0020] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于 本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种基于鞋垫的步态检测系统，其特征在于，所述的基于鞋垫的步态检测系统包括： 电源单元、压力检测鞋垫、放大电路、AD模块、上位机； 所述电源单元包括薄膜压力传感器的参考电压和运算放大器的电源电压； 所述压力检测鞋垫包括鞋垫本体及设置在该鞋垫本体上的第一薄膜压力传感器、第二 薄膜压力传感器、第一薄膜压力传感器、第四薄膜压力传感器； 所述放大电路由运算放大器和参考电阻组成； 所述的压力检测鞋垫与所述的放大电路连接，所述的放大电路与AD模块连接，所述的AD模块与所述的上位机连接； 所述的电源单元为压力检测鞋垫和放大电路供电。2. 根据权利要求1所述的基于鞋垫的步态检测系统，其特征在于，第一薄膜压力传感 器、第二薄膜压力传感器、第三薄膜压力传感器、第四薄膜压力传感器分别放置在与足底第 五趾区域、第四节跖骨区域、第二节跖骨区域和脚跟区域相接触的鞋垫的四个区域上。3. 根据权利要求1所述的基于鞋垫的步态检测系统，其特征在于，通过运算放大器 和参考电阻，基于比例放大器原理建立运算放大器输出电压「_与薄膜压力传感器电压 匕_~、参考电压I/，参考电阻R1、R2之间的关系等薄膜 压力传感器产生的微弱电压信号放大到-5V至5V之间，进行数据分析。4. 根据权利要求1所述的基于鞋垫的步态检测系统，其特征在于，所述的AD模块将运 算放大器输出的模拟电压信号转换为相应的数字量。5. 根据权利要求1所述的基于鞋垫的步态检测系统，其特征在于，利用标准压力传感 器检测对每一个足底传感器施加力，测量该压力下的电压信号值，利用非线性拟合算法建 立基于电压信号和足底施加力之间的函数关系，利用上述函数关系的反向计算，将不同步 态下测量电压转换为足底施加在鞋垫四个区域的作用力。
【专利摘要】本发明公开了一种基于鞋垫的步态检测系统，包括电源单元、压力检测鞋垫、放大电路、AD模块、上位机和检测程序；电源单元包括薄膜压力传感器的参考电压、放大电路的电源电压；压力检测鞋垫包括鞋垫和薄膜压力传感器；所述放大电路由运算放大器和参考电阻组成。本发明提供的基于鞋垫的步态检测系统，通过在行走过程中足底对鞋垫中的薄膜压力传感器施加力，产生随动的微弱电压信号，通过放大电路放大，AD模块采集，转换成对应的数字信号，最后经过PC机上步态分析程序的处理可得到不同步态下对应的足底施加力。具有结构简单，低成本，易维护，应用范围广等优点。
【IPC分类】A61B5/11
【公开号】CN105249973
【申请号】CN201510539926
【发明人】王春宝, 段丽红, 王玉龙, 李伟光, 吴正治, 刘铨权, 王国军, 卢志江
【申请人】广东铭凯医疗机器人有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年8月29日