[发明专利]一种可检测足底压力的足部装置及其下肢助力设备

说明书

本发明公开了一种可检测足底压力的足部装置及其下肢助力设备。一种可检测足底压力的足部装置，包括上鞋底、下鞋底及设于上鞋底与下鞋底之间的至少一个力传感器；上鞋底与下鞋底之间形成有形变腔，且形变腔用于容纳力传感器的形变。本发明通过上鞋底与下鞋底之间设有的若个力传感器，通过力传感器来检测上下鞋底之间的压力，来提升足部装置的性能，结构简单、集成度高。采用本发明足部装置和动力关节装置的下肢助力外骨骼，可以测量的信息增多，包括足部的压力、足部装置与小腿杆的角度、关节扭力、腰部结构与大腿杆之间的角度、大腿杆与小腿杆之间的角度以及动力装置中电机的转动角度，其控制系统可以实施更为精确灵活的控制。

技术领域

本发明涉及穿戴设备，特别是涉及一种可检测足底压力的足部装置及其下肢助力设备。

背景技术

可穿戴式外骨骼装置中需要准确实时测量穿戴者足底和/或机械结构底座承受的压力，以感知穿戴者当前运动状况，从而实施相关驱动控制，进而以实现运动助力功能。双足型机器人也需要实时测量机器人足部压力，以协助判断机器人状态。

现有技术中，足底测量装置大多采用带有力传感器的刚性结构实现，其带来的问题是穿戴体验差，结构复杂，代价高。如，专利CN201410036599.4披露了一种足底压力检测装置，采用几个测力浮块来测量足底压力，其全部采用刚性结构，结构复杂，成本高，穿戴体验差，当压力加载到装置边缘时还会导致测量结果严重失真。专利CN201410491074.X披露了足底力检测装置，该装置主体采用刚性结构，穿戴体验差，其结构复杂，成本高，还存在压力加载到装置边缘时会导致测量结果不准确的情况，且该装置仅单点承力，结构不牢固，长期使用容易损坏。专利CN101489732A披露了一种足底压力检测装置，其主体也是采用刚性结构实现，穿戴体验差，结构复杂成本代价高。专利CN201510483444.X披露了一种足底压力检测装置，采用三层刚性结构实现，同样存在穿戴体验不好，结构复杂成本代价高的问题。

现有技术中，足底压力有采用柔性传感器来实现，其穿戴体验较好，但存在测量可靠性不高，精度不好的情况；如，专利CN2006800006514.1及中国科技大学2010年硕士论文《一种用于步态检测的柔性双足助力机器人感知系统的研究》均披露了一种足底压力检测装置，采用柔性油压管来感应足底压力，这种装置带来的问题是油压管接触承压面积难以准确测量，从而导致测量不准确。

现有技术中，专利CN201610903637.0《一种可穿戴式足底压力检测装置》披露了一种多层足部结构装置，在层间布置有柱式结构，利用金属形变片检测柱式结构的变形来检测足底压力；该方法中支撑柱采用合金材料制成，支撑柱和上下层橡胶材料难以固定牢靠，可靠性不高；采用该方法为使足部承压稳定，需要多个支撑柱，这会造成装置结构复杂，实际工程实施困难，可靠性不好；

现有技术中，还有采用薄膜压力传感器来检测足底压力的方案，所述薄膜压力传感器采用压变电阻或压变电容技术来实现，这类技术一般量程较小，难以应用在测量人体足底压力的情况。

而如果要检测软质鞋底的压力，现有技术就会存在一定局限性，检测准确度大大降低。因为软质鞋底在检测压力时，软质材质会对吸收一部分压力，这对检测结果造成一定的影响。还有，软质鞋底对测力传感器很难形成刚性的支撑，一般的传感器难有施展的空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可检测足底压力的足部装置及其下肢助力设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可检测足底压力的足部装置，包括上鞋底、下鞋底及设于上鞋底与下鞋底之间的至少一个力传感器；所述上鞋底与下鞋底之间形成有形变腔，且形变腔用于容纳力传感器的形变；所述上鞋底或下鞋底对力传感器挤压形变以检测足部装置的压力。