[发明专利]一种人足动态力学实时检测评估系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及身体检测技术领域，特别涉及一种人足动态力学实时检测评估系统及方法。

背景技术

目前对于人足在运动过程中的受力分析工具主要采用鞋垫式压力分布或矩形压力分布检测板，此两种设备的基本原理均采用压力分布传感器，用于采集足部与地面的接触面压强，进而计算地面反作用力中的垂直力及其他衍生参数，此两种设备的缺点在于：

1.鞋垫式压力分布是以鞋子为载体，在实际检测时经常出现压力分布与鞋子无法得到最佳适配而影响检测结果的准确性；

2.鞋垫式压力分布无法检测到步行时步态的空间域参数；

3.矩形压力分布板受空间限制大，无法做到长距离检测，因而影响数据准确性；

4.二者均只能检测垂直力，无法获得足部的前后、左右方向剪切力及力矩等三维空间数据；

5.二者均无法获得足部与地面接触时的角度数据；

6.因上述检测方法的局限性，故无法形成有效的人足动态力学信息评估方法；

7、无法获取步态周期中的空间域数据、测量元件与人足测量位置无法形成最佳适配关系、不能进行长距离检测、无法获取人足动态力学(宏观和微观)多源信息(地面反作用力、力矩、步态周期数据、压强、面积、角度、角加速度、线加速度等信息)等缺点和问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用范围广、能检测步态的空间域参数、检测数据准确、评估精准的人足动态力学实时检测评估系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种人足动态力学实时检测评估系统，包括鞋体、数据处理传输模块和上位机，所述鞋体的底部设置有第一传感装置和第二传感装置，所述鞋体的上部设置有运动感测追踪组件；

所述第一传感装置，用于检测足底的垂直力、前后方向剪切力、左右方向剪切力、前后方向力矩和左右方向力矩，生成第一检测数据；

所述第二传感装置，用于检测足底的压强均值、压强峰值和足部与地面接触面积，生成第二检测数据；

所述运动感测追踪组件，用于检测足底与地面实时接触的角度、角加速度和线加速度，生成第三检测数据；

所述数据处理传输模块，用于实时同步对第一检测数据、第二检测数据和第三检测数据进行分别封装处理成数据包，将封装后的数据包无线传输至上位机；

所述上位机，用于对数据包进行解包、整合、转换、系数校准计算，再将数据进行提取分析和显示，根据提取分析的数据进行数据特征建模，并对数据进行实时递进和数据之间的关联关系进行评估，得出人足动态力学特征；

人足动态力学特征包括双脚在行走过程中与地面接触时的三维空间垂直力、前后方向剪切力、左右方向剪切力、前后方向力矩、左右方向力矩、接触面的压强均值、接触面的压强峰值、接触面积，以及足底与地面的接触角度、角加速度、线加速度；

人足动态力学分布还包括步态周期时间参数和步态周期空间参数；步态周期时间参数为：站立相、摆动相、单支撑相、双支撑相及其与时间的时序关系；步态周期空间参数为：步长、步宽、步距、步速及其与时间的时序关系。

本发明的有益效果是：第一传感装置、第二传感装置和运动感测追踪组件对人足力学的多源信息进行实时检测，能获取步态的空间域数据，使人足运动状态的信息数据更加多元化、立体化，第一传感装置和第二传感装置置于鞋底的位置形成适配且最大限度地提高检测结果的准确性，适用范围广，检测数据准确和评估精准，通过上位机的协调运作，能有效实现检测数据的校准、建模分析得出人足动态力学特征。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述第一传感装置包括第一五轴宏观力学传感器、第二五轴宏观力学传感器、第三五轴宏观力学传感器和第四五轴宏观力学传感器，所述第一五轴宏观力学传感器置于所述鞋体对应人体足底第一跖骨位置处，所述第二五轴宏观力学传感器置于所述鞋体对应人体足底第五跖骨位置处，所述第三五轴宏观力学传感器置于所述鞋体对应人体的足中位置处，所述第四五轴宏观力学传感器置于所述鞋体对应人体的足跟位置处，人在行走或站立过程中足跟和第一、第五跖骨位置呈稳定的力学三角形，是应力的集中区域，且足跟和该两跖骨在步态周期中处于地面反作用力的峰值位置，足中位置是步态周期中站立中期地面反作用力峰值最小的位置，所述第一五轴宏观力学传感器、第二五轴宏观力学传感器、第三五轴宏观力学传感器和第四五轴宏观力学传感器均用于测量其对应位置处的垂直力和剪切力。