專利名稱：三維力傳感器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維力傳感器，特別是一種能夠感測足底在空間中所受到的力在 該空間中沿相互正交的三個(gè)方向分解力的三維傳感器，屬傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人體在靜止站立或者動(dòng)態(tài)行走時(shí)，在自身重力的作用下，足底受到一個(gè)地面的反 作用力，這個(gè)力就是足底壓力。當(dāng)人體足部結(jié)構(gòu)發(fā)生一些病變或功能障礙以及當(dāng)人體 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，足底壓力和壓強(qiáng)分布都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。通過對(duì)人體在靜止 或動(dòng)態(tài)過程中的足底壓力和壓強(qiáng)分布的研究，可以揭示步態(tài)的運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力性特 征。通過對(duì)不同狀態(tài)下的足底壓力參數(shù)進(jìn)行分析研究，可以揭示不同的足底壓力分布 特征和模式與人體運(yùn)動(dòng)以及足部疾病的關(guān)系。該技術(shù)在步態(tài)研究、足疾診斷等領(lǐng)域具 有廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)階段，市場已有幾種足底壓力分布測量系統(tǒng)，如德國Novel公司的Pedar、美 國Tekscan公司的F-Scan、比利時(shí)Rsscan公司的insole和德國Medilogic公司的 足底壓力測量系統(tǒng)等等。上述測量系統(tǒng)所采用的傳感器技術(shù)各有千秋，主要采用了壓 敏半導(dǎo)體傳感器技術(shù)、壓敏電阻式傳感器技術(shù)和壓變電容式傳感器技術(shù)。具體產(chǎn)品中 的傳感器陣列主要采用了網(wǎng)格狀布置，以達(dá)到較大的有效測量面積。
上述已經(jīng)取得實(shí)際應(yīng)用的足底壓力測量領(lǐng)域的各類傳感器都局限于垂直于足底 方向的二維壓力，有關(guān)用于足底與鞋底、地面的切向方向壓力檢測的傳感器系統(tǒng)還不 成熟。目前產(chǎn)品的另一個(gè)局限在與還不能勝任田徑運(yùn)動(dòng)員劇烈活動(dòng)狀態(tài)下足底三維壓 力的測量。
本發(fā)明所提出的能夠?qū)⒆愕自诳臻g中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個(gè) 方向分解的鞋釘套件，能夠同時(shí)測量足底所承受的垂直方向的力以及足底所承受的切 向方向的力，而且能夠獲得運(yùn)動(dòng)員劇烈活動(dòng)狀態(tài)下足底的有效三維壓力數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種三維力傳感器及其應(yīng)用，本三維力傳感器能傳感三維力，用作鞋 釘能夠傳感足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向的分解力。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明釆用下述技術(shù)方案
一種三維力傳感器，包括傳力底柱、頂蓋、測力薄膜及其引出導(dǎo)線，其特征在于-(1) 所述傳力底柱有固定成一體的圓柱頭；
(2) —個(gè)套殼的內(nèi)圓與所述傳力底柱的圓柱頭緊密配合而兩者上端面齊平；
(3) 所述頂蓋的內(nèi)圓與所述套殼的外圓緊密配合而蓋住所述套殼和所述傳力底柱 的圓柱頭；
(4) 在所述傳力底柱圓柱頭的端面和圓柱面上粘貼所述的測力薄膜，所述頂蓋端 面上有穿孔，連接測力薄膜的引出導(dǎo)線從該穿孔引出。
上述的傳力底柱圓柱頭的圓柱面上粘貼的測力薄膜共有四塊沿圓柱頭的圓柱面 周向均布，所述頂蓋端面的穿孔也共有4個(gè)，穿孔的圓心沿對(duì)應(yīng)于所述圓柱頭外圓的 圓周上周向均布，而且四個(gè)穿孔分別對(duì)準(zhǔn)所述四塊測力薄膜位置。
上述的傳力底柱圓柱頭的端面只粘貼一塊測力薄膜，位于該端面中心位置。
上述的測力薄膜材料為高分子材料聚偏氟乙烯。
上述引出導(dǎo)線為低噪聲的導(dǎo)線。
上述傳力底柱的下端為尖錐體。
一種上述的三維力傳感器的應(yīng)用，其特征在于用作鞋一地間三維測力的鞋釘組 件，其傳力底柱構(gòu)成鞋釘，而套殼和頂蓋一起構(gòu)成鞋釘座。
上述的應(yīng)用中，采用的三維力傳感器的傳力底柱下端為尖錐體，其尖頂傳感垂直 力，而錐面?zhèn)鞲袀?cè)向力。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供的三維力傳感器由粘貼于傳力底柱圓柱頭端面的測力薄膜感測垂直 力，而該圓柱頭的圓柱面上還周向均布粘貼測力薄膜，能感測與垂直線相互正交的兩 個(gè)正交分量。本發(fā)明的三維力傳感器用作鞋釘，能夠感測足底在空間中所受到的力在 該空間中沿相互正交的三個(gè)方向分解力。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1示例中傳力底柱的零件生產(chǎn)圖。
圖3是圖2的仰視圖。
圖4是圖1示例中套殼的零件生產(chǎn)圖。
圖5是圖4中A-A處剖面圖。
圖6是圖1示例中頂蓋的零件生產(chǎn)圖。
圖7是圖6中A-A處剖面圖?！獔D8是傳力底柱下端為尖錐體而受垂直力的三維力傳感器外形圖。 圖9是傳力底柱下端為尖錐體而受側(cè)向力的三維力傳感器外形圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下
參見圖l，本三維傳感器包括傳力底柱6、頂蓋l、測力薄膜4及其引出導(dǎo)線3。 傳力底柱6有固定成一體的圓柱頭7。 一個(gè)套殼5的內(nèi)圓與傳力底柱6的圓柱頭7緊 密結(jié)合而兩者上端面齊平。頂蓋1的內(nèi)圓與套殼5的外圓緊密配合而蓋住套殼5和傳 力底柱6的圓柱頭。傳力底柱6圓柱頭7的端面和圓柱面上粘貼測力薄膜4，頂蓋l 端面上有穿孔2，連接測力薄膜4的引出導(dǎo)線3從該穿孔2引出。
上述傳力底柱6圓柱頭7和圓柱面上共粘貼四塊沿周向均布的測力薄膜4，頂蓋 1端面上的穿孔2也共有4個(gè)，穿孔2的圓心沿對(duì)應(yīng)于圓柱頭7外圓的圓周上周向均 布，而且四個(gè)穿孔2分別對(duì)準(zhǔn)四塊測力薄膜4位置。
上述傳力底柱6圓柱頭7的端面只粘貼一塊測力薄膜4，位于該端面中心位置。
上述測力薄膜4材料為高分子材料聚偏氟乙烯。引出導(dǎo)線3為低噪聲的導(dǎo)線。
上述傳力底柱6的生產(chǎn)用零件圖示于圖2和圖3。
上述的套殼5的生產(chǎn)用零件圖示于圖4和圖5。
上述的頂蓋1的生產(chǎn)用零件圖示于圖6和圖7。
本三維力傳感器的一個(gè)應(yīng)用是用作鞋一地間三維測力的鞋釘組件，其傳力底柱6 構(gòu)成鞋釘，而套殼5和頂蓋1 一起構(gòu)成鞋釘座。
參見圖8和圖9，上述的應(yīng)用中，采用的三維力傳感器的傳力底柱6下端為尖錐 體，其尖頂傳感垂直力(圖8)，而錐面?zhèn)鞲袀?cè)向力(圖9)。
權(quán)利要求
1.一種三維力傳感器，包括傳力底柱(6)、頂蓋(1)、測力薄膜(4)及其引出導(dǎo)線(3)，其特征在于a.所述傳力底柱(6)有固定成一體的圓柱頭(7)；b.一個(gè)套殼(5)的內(nèi)圓與所述傳力底柱(6)的圓柱頭(7)緊密配合而兩者上端面齊平；c.所述頂蓋(1)的內(nèi)圓與所述套殼(5)的外圓緊密配合而蓋住所述套殼(5)和所述傳力底柱(6)的圓柱頭(7)；d.在所述傳力底柱(6)圓柱頭(7)的端面和圓柱面上粘貼所述的測力薄膜(4)，所述頂蓋(1)端面上有穿孔(2)，連接測力薄膜(4)的引出導(dǎo)線(3)從該穿孔(2)引出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維力傳感器，其特征在于所述傳力底柱(6)圓柱頭(7) 的圓柱面上粘貼的測力薄膜(4)共有四塊沿圓柱頭(7)的圓柱面周向均布，所 述頂蓋(1)端面的穿孔(2)也共有4個(gè)，穿孔(2)的圓心沿對(duì)應(yīng)于所述圓柱 頭(7)外圓的圓周上周向均布，而且四個(gè)穿孔(2)分別對(duì)準(zhǔn)所述四塊測力薄膜(4)位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維力傳感器，其特征在于所述傳力底柱(6)圓柱頭(7) 的端面只粘貼一塊測力薄膜(4)，位于該端面中心位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、或2、或3所述的三維力傳感器，其特征在于所述測力薄膜(4) 材料為高分子材料聚偏氟乙烯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維力傳感器，其特征在于所述引出導(dǎo)線(3)為低噪聲 的導(dǎo)線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維力傳感器，其特征在于所述傳力底柱(6)的下端為 尖錐體。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維力傳感器的應(yīng)用，其特征在于用作鞋一地間三維 測力的鞋釘組件，其傳力底柱(6)構(gòu)成鞋釘，而套殼(5)和頂蓋(1) 一起構(gòu) 成鞋釘座。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維力傳感器的應(yīng)用，其特征在于采用的三維力傳感器的 傳力底柱(6)下端為尖錐體，其尖頂傳感垂直力，而錐面?zhèn)鞲袀?cè)向力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維力傳感器及其應(yīng)用。本傳感器包括傳力底柱、頂蓋、測力薄膜及其引出導(dǎo)線，傳力底柱有固定成一體的圓柱頭；一個(gè)套殼的內(nèi)圓與傳力底柱的圓柱頭緊密配合而兩者上端齊平；頂蓋的內(nèi)圓與套殼的外圓緊密配合，而蓋住套殼和傳力底柱的圓柱頭；傳力底柱圓柱頭的端面和圓柱面上粘貼測力薄膜，頂蓋端面上有穿孔，連接測力薄膜的引出導(dǎo)線從該穿孔引出。本傳感器能感測垂直力和側(cè)向力，用作鞋釘，能夠感測足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個(gè)方向分解力。
文檔編號(hào)A43B13/00GK101308053SQ20081004000
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月1日
發(fā)明者嚴(yán)壯志, 劉書朋, 文 司, 朱翔明, 許以誠, 斌 邵, 紅 顧 申請(qǐng)人:上海大學(xué);上海體育科學(xué)研究所