[发明专利]一种可调节的三维足底压力数据采集装置及方法

权利要求书

1.一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于，包括：

三维鞋套外壳、多个压力传感器和数据处理及通信模块；

所述三维鞋套外壳包括脚尖部、脚掌部、脚跟部和脚侧部，所述脚尖部和脚掌部转动连接，所述脚掌部和脚跟部伸缩连接，所述脚侧部包括脚内侧部和脚外侧部，分别和脚掌部的两侧固定连接；

所述多个压力传感器分别布置在所述脚尖部的脚趾区、所述脚掌部的足中区和跖骨区、脚跟部的脚跟区、脚内侧部的脚内侧区和脚外侧部的脚外侧区；

所述数据处理及通信模块用于接收和处理所述压力传感器的压力数据，并将处理结果发送至上位机。

2.根据权利要求1所述的一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于：

所述数据处理及通信模块包括：信号调理及滤波电路、AD转换电路、多路模拟开关、处理器和无线通信模块；

所述信号调理及滤波电路用于对压力传感器采集的数据进行信号调理和滤波放大；所述AD转换电路用于将滤波放大后的模拟信号转换为数字信号；所述多路模拟开关用于实现采样通道的依次导通；所述处理器用于对所述信号调理及滤波电路输出的数据进行数字处理，并将处理后的数据通过所述无线通信模块发送至上位机。

3.根据权利要求1所述的一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于：

所述压力传感器为圆柱形刚性压力传感器，其嵌入至所述三维鞋套外壳上的柱式卡槽内。

4.根据权利要求1所述的一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于：

所述压力传感器通过线路与所述数据处理及通信模块电连接，所述线路布设于所述三维鞋套外壳上的预留沟槽内。

5.根据权利要求1所述的一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于：所述脚尖部和脚掌部铰链连接或螺栓连接。

6.根据权利要求1所述的一种可调节的三维足底压力数据采集装置，其特征在于：所述脚掌部和脚跟部通过拉力弹簧或弹性片伸缩连接。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的可调节的三维足底压力数据采集装置的足底压力数据采集方法，其特征在于，包括：

分别对双脚的脚尖部、脚掌部、脚跟部和脚侧部的压力传感器时域数据取平均值，将该平均值作为足底对应区域的压力数据；

在所述压力数据中提取右足跟触地、右足跟离地、左足跟触地、左足跟离地、右足尖触地、右足尖离地、左足尖触地和左足尖离地时刻对应的压力数据；

将右足跟触地且左足跟离地时的步态所对应的时域压力数据作为步态周期第一相位的特征值矩阵；将左足尖离地且右足尖触地时的步态所对应的时域压力数据作为步态周期第二相位的特征值矩阵；将右足跟离地且左足跟触地时的步态所对应的时域压力数据作为步态周期第三相位的特征值矩阵；将右足尖离地且左足尖触地时的步态所对应的时域压力数据作为步态周期第四相位的特征值矩阵；

对所述步态周期的第一相位、第二相位、第三相位和第四相位的特征值矩阵中的特征值进行归一化处理；

采用支持向量机SVM算法模型对归一化后的特征值矩阵进行分类训练，以获取训练好的分类器；

利用所述分类器对压力传感器的实测数据进行分类识别。

8.根据权利要求7所述的足底压力数据采集方法，其特征在于，在所述压力数据中提取右足跟触地、右足跟离地、左足跟触地、左足跟离地、右足尖触地、右足尖离地、左足尖触地和左足尖离地时刻对应的压力数据的步骤，具体包括：

根据压力传感器时域数据的平均值，绘制所述脚尖部、脚掌部、脚跟部和脚侧部的压力数据曲线，所述压力数据曲线以时间为横轴，以所述压力数据为纵轴；

在左、右脚跟部压力数据曲线的峰值处进行特征值的提取，以获取左、右足跟触地时的压力数据；在左、右脚跟部压力数据曲线的波谷处进行特征值的提取，以获取左、右足跟离地时的压力数据；在左、右脚尖部压力数据曲线的峰值处进行特征值的提取，以获取左、右足尖触地时的压力数据；在左、右脚尖部压力数据曲线的波谷处进行特征值的提取，以获取左、右足尖离地时刻的压力数据。