14.68mm，常規(guī)厚度為0.48mm，工作溫度為-30?70度，力靈敏度范圍為0.2?20N，可以擴展至10KG;該傳感器可連續(xù)輸出電阻的變化，進而轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號的連續(xù)變化，能夠連續(xù)測量足底壓力的變化值大小。
[0017]如圖3所示，所述的壓力傳感器202與電阻Rl串聯(lián)接入電路中，電阻Rl的另一端接地，壓力傳感器202的另一端與+5V連接，壓力傳感器202與電阻Rl的公共連接點輸出信號，壓力傳感器202類似滑動變阻，當壓力較小時，電阻較大，輸出電壓信號若，當壓力增大時，電阻變小，輸出電壓信號增強；通過對應壓力下電阻、電壓信號的變化實現(xiàn)測量壓力的大小。
[0018]所述的中央處理器和壓力傳感器202之間設(shè)置有四通道放大器，本實施例所用MCP6004為四通道放大器，同時將四路壓力傳感器輸出的電壓信號比較放大后傳給中央處理器處理，由于能同時對四路壓力傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，而不是采用輪詢的方式，從而提高了壓力傳感器數(shù)據(jù)信息的采樣速率。
[0019]圖4是本發(fā)明模式判別程序流程圖，穿戴者穿上外骨骼的行走過程可以被視為是邁右腳--雙腳支撐--邁左腳--雙腳支撐--邁右腳的循環(huán)過程，或者是邁左腳--
雙腳支撐--邁右腳--雙腳支撐--邁左腳的循環(huán)過程，在行走和站立過程中，只有穿戴者和外骨骼的重心位置在雙腳之間，外骨骼才不會倒，只有在此基礎(chǔ)上，外骨骼才能完成一系列動作。準確測量出滿足需求的外骨骼足底壓力，然后利用零力矩點方法解算出外骨骼的重心位置及變化情況，保證重心位置在雙腳之間變動才能保證外骨骼不會倒，進而為在行走過程中外骨骼根據(jù)穿戴者的習慣不同動態(tài)改變步長、步高、步速等奠定基礎(chǔ)，因此準確測量出滿足外骨骼控制需求的足底壓力值非常重要，在本專利中，基于四片薄膜壓力傳感器，采用分模式的數(shù)據(jù)處理方法能準確的測量出外骨骼足底壓力數(shù)據(jù)，能很好的滿足外骨骼控制對足底壓力的需求，其具體步驟和方法如下:
S1:上電系統(tǒng)啟動，壓力傳感器202先采樣N次，求得壓力傳感器202的零偏，并在以后的數(shù)據(jù)中消去壓力傳感器202零偏值；
S2:分別求出左腳四個壓力傳感器202的總合Fl和右腳四個壓力傳感器202的總和F2:如果在一定時間S內(nèi)，F(xiàn)l和F2的波動超過了設(shè)定的閾值F，則判別當前外骨骼處于模式1:行走模式；如果Fl和F2的波動沒有超過設(shè)定的閾值F，則判別外骨骼當前處于模式2:站立模式；
當判斷處于在行走模式中時，進一步進行判斷:
(1)如果Fl的值大于F2，則外骨骼當前處于模式1.1:邁右腳模式；
(2)如果Fl的值小于F2，則外骨骼當前處于模式1.2:邁左腳模式；
當判斷處于在站立模式中時，進一步進行判斷:
(1)如果Fl與F2的值相等，則外骨骼當前處于模式2.1:雙腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器202所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力；
(2)如果Fl的值大于F2，則外骨骼當前處于模式2.2:左腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器202所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力；
(3)如果Fl的值小于F2，則外骨骼當前處于模式2.3:右腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器202所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力。
[0020]以上通過對外骨骼所處的不同模式進行詳細劃分，分別對應不同模式下對不同壓力傳感器202數(shù)據(jù)采用不同權(quán)值的方法測量外骨骼足底壓力，該方法取得了很好的效果，能為外骨骼控制提供準確的足底壓力信息。
【主權(quán)項】
1.一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，包括測量裝置壓力鞋，其特征在于:所述的測量裝置壓力鞋的內(nèi)部對應跖骨和距骨的位置分別設(shè)置有四片壓力傳感器(202)，所述的壓力傳感器(202)產(chǎn)生微弱電信號，中央處理器對所述微弱電壓信號進行采集并進行處理;所述處理包括利用零力矩點解算出外骨骼的重心位置及變化情況，然后將外骨骼站立和行走時所處的不同模式進行劃分:將靜止站立模式細分為雙腳支撐、左腳支撐和右腳支撐模式;將行走模式細分為邁左腿行走和邁右腿行走模式;對應不同模式下對不同壓力傳感器數(shù)據(jù)采用不同權(quán)值的方法測量外骨骼足底壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于:所述測量裝置壓力鞋從下到上依次為底層(103)、中間層(102)和頂層(101)，其中中間層(102)和底層(103)分別由不同材質(zhì)的橡膠制成，中間層(102)的橡膠相對底層(103)較硬，中間層(102)為臺階形，前半部分高，后半部分低，后半部分用于和頂層(101)配合;底層(103)相對中間層(102)較軟，頂層(101)的后半部分為金屬，前半部分為中間層(102)的突起部分，頂層(101)外側(cè)邊緣有固定裝置，用于將壓力鞋固定在外骨骼小腿上支撐整個外骨骼;壓力傳感器(202)嵌入在中間層(102)和底層(103)接觸的一面，壓力傳感器(202)上面墊有導壓墊圈(201)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于:所述的壓力傳感器(202)由四層構(gòu)成，從上到下依次為背膠層、基材層、隔離膜、基材層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于:所述的壓力傳感器(202)與電阻Rl串聯(lián)接入電路中，電阻RI的另一端接地，壓力傳感器(202)的另一端與+5 V連接，壓力傳感器(20 2 )與電阻RI的公共連接點輸出信號，壓力傳感器(202 )類似滑動變阻，當壓力較小時，電阻較大，輸出電壓信號若，當壓力增大時，電阻變小，輸出電壓信號增強;通過對應壓力下電阻、電壓信號的變化實現(xiàn)測量壓力的大小。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置，其特征在于:所述的中央處理器和壓力傳感器(202)之間設(shè)置有四通道放大器，放大器將四路壓力傳感器輸出的電壓信號比較放大后傳給中央處理器處理。6.如權(quán)利要求1?5中任意一項所述的一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置的方法，其特征在于:包括以下子步驟: S1:上電系統(tǒng)啟動，壓力傳感器(202 )先采樣N次，求得壓力傳感器(202)的零偏，并在以后的數(shù)據(jù)中消去壓力傳感器(202)零偏值； S2:分別求出左腳四個壓力傳感器(202)的總合Fl和右腳四個壓力傳感器(202)的總和F2:如果在一定時間S內(nèi)，F(xiàn)l和F2的波動超過了設(shè)定的閾值F，則判別當前外骨骼處于模式1:行走模式;如果Fl和F2的波動沒有超過設(shè)定的閾值F，則判別外骨骼當前處于模式2:站立模式； 當判斷處于在行走模式中時，進一步進行判斷: (1)如果Fl的值大于F2，則外骨骼當前處于模式1.1:邁右腳模式； (2)如果Fl的值小于F2，則外骨骼當前處于模式1.2:邁左腳模式； 當判斷處于在站立模式中時，進一步進行判斷: (I)如果Fl與F2的值相等，則外骨骼當前處于模式2.1:雙腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器(202)所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力； (2)如果Fl的值大于F2，則外骨骼當前處于模式2.2:左腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器(202)所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力； (3)如果Fl的值小于F2，則外骨骼當前處于模式2.3:右腳站立支撐模式，此時，對四個壓力傳感器(202)所測得的值通過加權(quán)和濾波來準確測量此時外骨骼足底壓力。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于外骨骼控制的足底壓力測量裝置及方法，裝置包括測量裝置壓力鞋，所述的測量裝置壓力鞋的內(nèi)部對應跖骨和距骨的位置分別設(shè)置有四片壓力傳感器（202），所述的壓力傳感器（202）產(chǎn)生微弱電信號，中央處理器對所述微弱電壓信號進行采集并進行處理；對應不同模式下對不同壓力傳感器數(shù)據(jù)采用不同權(quán)值的方法測量外骨骼足底壓力。本發(fā)明利用足底的四片薄膜壓力傳感器采集外骨骼足底主要受力部位的壓力，避免了使用大量的傳感器，結(jié)構(gòu)簡單，成本低；對穿戴者穿上外骨骼站立和行走時的不同模式進行劃分，針對不同的模式下對數(shù)據(jù)進行不同的處理，算法簡單，避免了使用大量傳感器時對數(shù)據(jù)的復雜處理，提高了對數(shù)據(jù)的處理速度。
【IPC分類】A61H3/00, B25J9/00, A61B5/103
【公開號】CN105662419
【申請?zhí)枴緾N201610259538
【發(fā)明人】邱靜, 鄧清龍, 岳春峰, 林西川, 鄭曉娟, 陳曄
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月25日