一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋的制作方法

1.本技术涉及外骨骼机器人的领域，尤其是涉及一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋。


背景技术：

2.外骨骼辅助设备可穿戴式轻量助力机器人。它不仅能帮助因先天因素或者后天疾病造成的肌肉损伤残疾人恢复行走能力，还有望避免患者因长时间坐在轮椅上而生压疮，同时还可以改善心脏健康状况、锻炼肌肉强度、预防由长时间缺乏平衡性运动而造成的小脑萎缩等。
3.其中提供人体步态数据来源于脚部压力，目前足底压力采集通常是通过在鞋垫或鞋体用于接触脚部的侧面安装多个压力传感器。比如参照图1，鞋体上设置有压力采集鞋垫，且多个压力传感器设置在压力采集鞋垫内部。当人穿戴上鞋体并开始行走时，人体脚部会对不同位置的压力传感器施加不同的压力，从而能够通过采集脚部对鞋的压力数据检测目前人体步态信息，进而使外骨骼机器人能够根据当前的步态，完成后续动作。
4.但是，在实际使用中发现，鞋子穿戴的松紧程度会使压力传感器接收到额外的压力，从而影响压力传感器采集数据的准确性，影响外骨骼机器人的动作。


技术实现要素：

5.为了提高足底压力数据采集的准确性，本技术提供一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋。
6.本技术提供的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋采用如下的技术方案：一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，包括鞋板和鞋面；其特征在于：还包括安装在所述鞋板上的压力传感器、控制主板、弹性连接柱以及压接组件，所述压接组件包括底板和压接柱，所述压接柱对应于所述压力传感器设置；所述弹性连接柱的一端连接至所述鞋板，所述弹性连接柱的另一端连接至所述底板；所述压力传感器位于所述鞋板底部且至少设置有一个，且所述压力传感器和所述控制主板电连接，所述控制主板与外骨骼机器人控制系统信号连接。
7.通过采用上述技术方案，当用户穿戴本实施例开始行走时，弹性连接柱被压缩，从而使压力传感器能够通过压接柱以及底板采集到地面反力，从而实现足底压力数据的采集，最大可能地确保压力传感器仅采集地面反力，从而提高足底压力数据采集的准确性；且采集到的数据通过控制主板输出至外骨骼机器人控制系统，使外骨骼机器人能够通过采集到的压力数据判断当前人体步态，从而调整后续动作。
8.作为优选，所述压力传感器设置有多个，且多个所述压力传感器阵列分布在所述鞋板底部。
9.通过采用上述技术方案，利用多个压力传感器尽可能地覆盖鞋板底部，增加更多的压力数据采集点，从而能够尽可能地采集到用户步态变化过程中鞋板底部各个位置的压
力数据，进而提高人体步态分析判断的准确性。
10.作为优选，所述压力传感器和所述压接柱之间设置有间隙，所述间隙用于保持所述压力传感器和所述压接柱在所述弹性连接柱未发生弹性形变时不接触。
11.通过采用上述技术方案，使用户的脚部没有落地时，压力传感器不受到压力，从而避免压力传感器长期受到压力。
12.作为优选，所述压接柱为弹性材料制成，且所述压接柱用于压接所述压力传感器的端部设置为弧面结构。
13.通过采用上述技术方案，尽量避免由于压力过大压接柱损坏压力传感器的情况发生，并且当压接柱产生形变时，压接柱的尖端能够和压力传感器充分接触，从而使压力传感器的受力更均匀。
14.作为优选，所述底板由刚性材料制成，且所述底板上设有多个开孔。
15.通过采用上述技术方案，底板能够起到一定分散压力的作用，从而当用户步态发生改变时，能够使多个压力传感器同时采集到不同的压力数据。
16.作为优选，所述鞋板用于接触用户脚部的侧面设置有防滑层。
17.通过采用上述技术方案，增加用户脚部和鞋板之间的摩擦系数，从而实现更稳定地穿戴。
18.作为优选，所述防滑层用于接触用户脚部的侧面设置有防滑纹。
19.通过采用上述技术方案，进一步增加用户脚部和鞋板之间的摩擦系数。
20.作为优选，所述鞋面设置为连接带组件，且所述连接带组件至少设置有两组，且所述连接带组件包括鞋绑带，所述鞋绑带上均设置有可调节结构。
21.通过采用上述技术方案，能够通过结构相对简单的连接带组件实现用户脚步和鞋板的固定，且利用可调节结构能够更方便用户进行穿戴。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.当用户穿戴外骨骼开始行走时，使鞋板向下压，利用弹性连接柱使位于鞋板底部的压力传感器能够在足底压力的作用下与压接柱进行压接，从而使压力传感器仅接收来自压接柱的压力，提高足底压力数据采集的准确性，从而使外骨骼机器人能够更准确地进行步态分析判断；2.利用多个压力传感器尽可能地覆盖鞋板底部，从而能够尽可能地采集鞋板底部各个位置的压力数据，更有利于进行准确性更高的人体步态分析。
附图说明
23.图1是现有技术的结构示意图；图2是本技术实施例的侧视图；图3是图1中a部分的放大示意图；图4是本技术实施例的爆炸结构示意图；图5是本技术实施例的整体结构示意图。
24.附图标记：01、鞋体；02、压力采集鞋垫；03、鞋带；1、鞋板；2、连接带组件；21、鞋绑带；22、可调节结构；3、压力传感器；31、走线板；4、压接组件；41、压接柱；42、底板；421、安装孔；422、开孔；5、弹性连接柱；6、间隙；7、连接板；71、让位孔；8、安装板；9、控制主板。
具体实施方式
25.以下结合附图1-4对本技术作进一步详细说明。
26.参照图1，现有的足底压力采集鞋包括鞋体01，鞋体01靠近人体脚部的一侧设置有压力采集鞋垫02，且压力采集鞋垫02内设置有多个压力传感器。鞋体01上还设置有鞋带03，通过调节鞋带03能够调节鞋体01穿戴的松紧程度，便于适用不同的穿戴习惯。当人穿戴上鞋体01并开始行走时，人体脚部会对不同位置的压力传感器施加不同的压力，从而能够通过采集脚部对鞋的压力数据检测目前人体步态信息，进而使外骨骼机器人能够根据当前的步态，完成后续动作。然而，鞋体01穿戴的松紧程度会使压力传感器接收到额外的压力，从而影响压力传感器采集数据的准确性，影响外骨骼机器人的动作。
27.本技术实施例公开一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋。
28.参照图2和图3，一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋包括鞋板1和鞋面，以便于固定用户脚部。本实施例中鞋面设置为两组连接带组件2，且连接带组件2均位于鞋板1的同侧面。鞋板1相对于鞋面所在的底部设置有压力传感器3，且鞋板1的底部通过弹性连接柱5连接有压接组件4，且压接组件4用于接触地面。初始状态下，压力传感器3和压接组件4之间具有一定的间隙6；当用户开始踩下鞋板1时，使弹性连接柱5向下压缩，从而使压力传感器3能够和压接组件4通过压接实现压力的采集，通过上述结构使压力传感器3尽量不会受到除足底压力之外的受力，提高足底压力数据检测的准确性。
29.参照图4，鞋板1整体呈脚掌板状，本实施例中鞋板1采用碳纤维加铝合金的复合材料制成，具有重量轻和强度高等的特点，便于用户穿戴使用的同时还延长了使用寿命。压力传感器3设置有多个，且压力传感器3整体呈圆形贴片状，压力传感器3圆形面平行于鞋板1的长度方向面。多个传感器沿鞋板1的短尺寸方向设置有多排，且多排压力传感器3之间等距地沿鞋板1长度方向排列，从而使压力传感器3能够尽量均匀地分布在鞋板1底部。本实施例中压力传感器3设置有十六个，为了能够更精准地采集足底各个部分的压力，还能够安装更多的压力传感器3，使压力传感器3能够尽可能地覆盖鞋板1底部，从而增加更多的压力采集点，使足底压力采集数据更加精确，进而提高对人体步态分析判断的准确性。
30.参照图4和图5，鞋板1的一侧设置有连接板7，连接板7位于鞋板1相对于两脚之间的外侧，且连接板7靠近鞋板1的鞋跟后端。连接板7整体呈矩形板状，且连接板7的长度方向面平行于鞋板1的长度方向面，且连接板7的长度方向平行于鞋板1的长度方向。连接板7远离鞋板1的长度方向侧边向上垂直安装有安装板8，安装板8整体呈矩形板状，且安装板8的长度方向平行于连接板7的长度方向。安装板8靠近鞋底的一侧安装有控制主板9，控制主板9用于接收多个压力传感器3的采集到的足底压力数据，并将采集到的足底不同位置的压力数据上传至外骨骼机器人控制系统，从而使外骨骼机器人能够进行人体步态分析判断。
31.压力传感器3通过电连接线实现与控制主板9的电连接，从而实现电源的提供以及电信号的传输。为了便于走线，参考图3，鞋板1底部设置有走线板31，走线板31整体呈矩形，且走线板31对应压力传感器3设置有开口。多根电连接线位于走线板31的内部，便于走线，且多根电连接线能够通过比如柔性束线器等束线设备实现与控制主板9的电连接。连接板7相对于控制主板9开设让位孔71，且让位孔71呈矩形，让位孔71的长度方向平行于控制主板9的长度方向。束线设备以及电连接线从控制主板9穿过让位孔71并在鞋板1底部实现与压力传感器3的电连接，起到保护作用。并且，本实施例中走线板31由亚克力等为透明材料制
成，以便于观察多个压力传感器3的连线电线的连接情况。
32.控制主板9上还设置有控制器以及无线模块，压力传感器3的输出端电连接至控制器的输入端，通过控制器处理多个压力传感器3采集到的数据。控制器的输出端电连接至无线模块的输入端，利用无线模块将压力传感器3数据无线输出至外骨骼机器人控制系统，从而使外骨骼机器人能够结合足底压力数据进行后续动作。
33.参照图4，压接组件4包括底板42以及多个压接柱41，底板42整体呈l形板状，且底板42位于鞋板1和连接板7的下方。底板42对应多个压力传感器3设置有多个安装孔421，多个压接柱41整体呈圆锥状，且压接柱41的尖端均朝向压力传感器3，压接柱41远离尖端的端部嵌设在安装孔421内。本实施例中压接柱41由橡胶等具有一定弹性的材料制成，且压接柱41的尖端呈弧面结构，从而尽量避免由于压力过大压接柱41损坏压力传感器3的情况发生，并且当压接柱41产生形变时，压接柱41的尖端能够和压力传感器3充分接触，从而使压力传感器3的受力更均匀。本实施例中底板42由具有一定强度的刚性材料制成，除了用于安装压接柱41之外，并且底板42能够起到一定分散压力的作用，从而当用户步态发生改变时，能够使多个压力传感器3同时采集到不同的压力数据，有利于人体步态的分析判断，并且能够减少压接柱41的形变程度。底板42上设置有多个矩形开孔422，达到节约使用材料的目的，同时也能够减少底板42自身的重量，便于用户穿戴行走。
34.本实施例中弹性连接柱5设置有五个，且连接柱整体呈圆柱状，连接柱的两端分别连接至鞋板1和底板42。五个弹性连接柱5分别位于底板42的边角处，且弹性连接柱5由具有一定弹性形变能力的橡胶等材料制成。参考图3，弹性连接柱5除了起到连接作用的之外，还能够在初始状态下使压力传感器3和压接柱41之间设有一定的间隙6，从而使弹性连接柱5没有发生弹性形变，即鞋底未受力时，压接柱41的尖端靠近但不抵接压力传感器3，尽量避免压力传感器3的长期受力，以及减少由于意外碰撞导致压力传感器3采集到错误数据的可能。当鞋底受力时，弹性连接柱5受力开始压缩，从而使鞋板1能够被压向安装板8，此时压力传感器3被压向压接柱41，从而使压接柱41对压力传感器3产生支撑力，压力传感器3将此时受到的压力转化为电信号输出至控制器。
35.参照图5，鞋板1远离底板42的一侧设置有防滑层，防滑层由橡胶等摩擦系数较大的材料制成，且防滑层远离鞋底的表面设置有防滑纹，从而进一步增大摩擦系数，进而实现更稳定的穿戴。
36.连接带组件2包括沿踏板长度方向设置的两个鞋绑带21，两个鞋绑带21的两端对应地固定在踏板长度方向的两侧，鞋绑带21上设置有可调节结构22，从而能够调节用户脚部穿戴的松紧。本实施例中可调节结构22设置为芭扣带结构以实现可调节性，除此之外，调节带还可以设置为系带、扎孔带等可调节结构22，利用可调节结构22能够更方便用户进行穿戴。
37.本技术实施例一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋的实施原理为：通过设置在鞋板1底部的压力传感器3、压接组件4以及弹性连接柱5，当用户穿戴本实施例后行走时，带动弹性连接柱5开始压缩形变，从而使压力传感器3通过压接组件4受到地面反力，避免受到鞋面对脚部压力的影响，提高足底压力采集的准确性，进而最大程度地保证人体步态分析判断的准确性。
38.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术
的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，包括鞋板（1）和鞋面；其特征在于：还包括安装在所述鞋板（1）上的压力传感器（3）、控制主板（9）、弹性连接柱（5）以及压接组件（4），所述压接组件（4）包括压接柱（41）和底板（42），所述压接柱（41）对应于所述压力传感器（3）设置；所述弹性连接柱（5）的一端连接至所述鞋板（1），所述弹性连接柱（5）的另一端连接至所述底板（42）；所述压力传感器（3）位于所述鞋板（1）底部且至少设置有一个，且所述压力传感器（3）和所述控制主板（9）电连接，所述控制主板（9）与外骨骼机器人控制系统信号连接。2.根据权利要求1所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述压力传感器（3）设置有多个，且多个所述压力传感器（3）阵列分布在所述鞋板（1）底部。3.根据权利要求1或2所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述压力传感器（3）和所述压接柱（41）之间设置有间隙（6），所述间隙（6）用于保持所述压力传感器（3）和所述压接柱（41）在所述弹性连接柱（5）未发生弹性形变时不接触。4.根据权利要求1所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述压接柱（41）为弹性材料制成，且所述压接柱（41）用于压接所述压力传感器（3）的端部设置为弧面结构。5.根据权利要求1所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述底板（42）由刚性材料制成，且所述底板（42）上设有多个开孔（422）。6.根据权利要求1所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述鞋板（1）用于接触用户脚部的侧面设置有防滑层。7.根据权利要求6所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述防滑层用于接触用户脚部的侧面设置有防滑纹。8.根据权利要求1所述的一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，其特征在于：所述鞋面设置为连接带组件（2），且所述连接带组件（2）至少设置有两组，且所述连接带组件（2）包括鞋绑带（21），所述鞋绑带（21）上均设置有可调节结构（22）。

技术总结
本申请涉及一种适用于外骨骼机器人的足底压力采集鞋，涉及外骨骼机器人的技术领域；其包括鞋板、鞋面和安装在鞋板上的压力传感器、控制主板、弹性连接柱以及压接组件，压接组件包括底板和压接柱，压接柱对应于压力传感器设置；弹性连接柱的一端连接至鞋板，弹性连接柱的另一端连接至底板；压力传感器位于鞋板底部且至少设置有一个，且压力传感器和控制主板电连接，控制主板与外骨骼机器人控制系统信号连接。本申请具有提高足底压力数据采集准确性的效果。的效果。的效果。


技术研发人员：徐振华 王昕
受保护的技术使用者：上海傲鲨智能科技有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/10/20