雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)及使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于足部步態(tài)模擬產(chǎn)品領域，具體說是一種雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)及使用方法。
【背景技術】
[0002]人類對步態(tài)分析的研究從三百多年前就已經(jīng)開始。步態(tài)分析領域已經(jīng)有了多個子分支，并仍處在發(fā)展當中。與此同時，足底壓力分析也應用于很多領域，如生物力學、矯形外科、康復醫(yī)學等。正常人的足底壓力分析不僅能讓我們對正常人的步態(tài)有更為深入的理解，而且還能為病態(tài)足的足底壓力分析提供正常的基線標準。基于此目前衍生出了大量的步態(tài)信息采集產(chǎn)品、足部運動矯正產(chǎn)品、運動康復器材、智能鞋等各類產(chǎn)品。
[0003]然而人類步態(tài)調(diào)節(jié)或改變是受多種因素影響的，如內(nèi)因、外因、生理因素、心里因素等，并且改變正常的步態(tài)可以是暫時性或永久性的，而檢測、驗證和優(yōu)化各類產(chǎn)品卻需要一個穩(wěn)定的測試環(huán)境，為此需要研制一套能夠真實再現(xiàn)人類正常步態(tài)、足底壓力、步頻、步幅的模擬仿真系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術的仿真系統(tǒng)存在如下缺點:側重點都在步態(tài)上并沒有考慮到足底壓力；受穩(wěn)定性和承載能力的影響將足部放大而脫離了足部的真實尺寸;傳統(tǒng)的步態(tài)仿真產(chǎn)品結構及運動控制較復雜;很難實現(xiàn)對步幅、步頻的設定;基于功能限制應用領域有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)及使用方法，能夠準確的實現(xiàn)人類步態(tài)及足底壓力的實時真實再現(xiàn)，同時可以設定步幅、步頻，能夠為基于人類步態(tài)分析及足底壓力采集、分析而衍生的各系列產(chǎn)品提供一個穩(wěn)定的測試環(huán)境。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是，雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)，包括:
[0006]機械結構系統(tǒng)，實現(xiàn)步態(tài)的模擬及足底壓力再現(xiàn)；
[0007]驅(qū)動系統(tǒng)，向機械結構系統(tǒng)提供動力的裝置，使機械執(zhí)行單元按照預期要求實現(xiàn)運動；
[0008]傳感系統(tǒng)，由內(nèi)、外部傳感器組成，獲取內(nèi)、外部環(huán)境中的壓力、位置、扭矩信息并及時反饋到控制系統(tǒng)；
[0009]控制系統(tǒng)，根據(jù)作業(yè)指令以及從傳感系統(tǒng)反饋回來的信號，支配機械執(zhí)行單元去完成規(guī)定的運動；
[0010]機器一環(huán)境交互系統(tǒng)，實現(xiàn)機器與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)；
[0011]人一機交互系統(tǒng)，是人與機器進行聯(lián)系和參與機器的控制。
[0012]所述的機械結構系統(tǒng)，包括:基座、力控制模塊和步態(tài)模塊;所述的力控制模塊，包括:滾珠絲杠、滾珠絲杠帽、定位軸、軸承、移動座、電機和減速器;所述的步態(tài)模塊，包括:電機減速器1、大臂、電機減速器π、小臂、電機減速器m、踝關節(jié)件和足模;所述的減速器一端與電機相連，滾珠絲杠穿過滾珠絲杠帽與減速器另一端相連，滾珠絲杠帽、軸承、電機減速器I固定在移動座上，定位軸穿過軸承置于基座上，大臂一端與電機減速器I輸出端相連，另一端與電機減速器π相連，小臂分別與電機減速器π輸出端、電機減速器m相連，足模通過踝關節(jié)件與電機減速器m相連。
[0013]進一步的，所述的軸承為直線軸承;所述的滾珠絲杠通過聯(lián)軸器與與減速器相連。
[0014]進一步的，所述的足?？刹鹦丁?br>[0015]進一步的，所述步態(tài)模塊為兩個，分別與基座相連。
[0016]進一步的，控制系統(tǒng)為運動控制器或單片機。
[0017]進一步的，人一機交互系統(tǒng)為微型計算機。
[0018]進一步的，內(nèi)部傳感器包括:扭矩傳感器、位置傳感器、角度傳感器和速度傳感器；外部傳感器包括:壓力傳感器和距離傳感器。
[0019]雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)的使用方法，是基于上述系統(tǒng)實現(xiàn)的，具體步驟為:
[0020]S1:操作人員通過人機界面的微型計算機將指令上傳；
[0021]S2:微型計算機經(jīng)過運算后將指令傳達到運動控制器或單片機，運動控制器或單片機接受指令后調(diào)用已存儲的相關數(shù)據(jù)庫信息并將其轉(zhuǎn)化后的指令傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)；
[0022]S3:驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動器將接收到的指令信息轉(zhuǎn)化為驅(qū)動信號驅(qū)動各伺服電機協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，進而使機械結構系統(tǒng)中的各運動模塊按照已規(guī)劃的軌跡運動，實現(xiàn)人類步態(tài)和足底壓力的再現(xiàn)；
[0023]S4:運動過程中傳感系統(tǒng)的內(nèi)部傳感器將各關節(jié)的扭矩、位置信息反饋到運動控制器或單片機；同時足模的運動位置和足底壓力通過外部傳感器反饋到微型計算機，實現(xiàn)對足部的步態(tài)、足底壓力進行實時控制、監(jiān)測、矯正與更新。
[0024]本發(fā)明由于采用以上技術方案，能夠取得如下的技術效果:本發(fā)明能夠準確的實現(xiàn)人類步態(tài)及足底壓力的實時真實再現(xiàn)，同時可以設定步幅、步頻，能夠為基于人類步態(tài)分析及足底壓力采集、分析而衍生的各系列產(chǎn)品提供一個穩(wěn)定的測試環(huán)境。
[0025]可廣泛應用于生物力學、矯形外科、康復醫(yī)學、鞋類制作及檢測等各大領域。可以方便的替換不同尺寸、型號的腳模，模擬出不同的足部運動。
【附圖說明】
[0026]本發(fā)明共有附圖3幅:
[0027]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)構成不意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明機械結構圖。
[0029]圖3為本系統(tǒng)的控制電路圖。
[0030]圖中序號說明:1、基座，2、滾珠絲杠，3、滾珠絲杠帽，4、定位軸，5、直線軸承，6、電機減速器I，7、移動座，8、大臂，9、電機減速器Π，10、小臂，11、電機減速器ΙΠ，12、踝關節(jié)件，13、足模、14、電機，15、減速器。
[0031]圖3為本系統(tǒng)的控制電路圖。
【具體實施方式】
[0032]下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步的具體說明。
[0033]實施例1
[0034]雙足步態(tài)模擬及足底壓力仿真系統(tǒng)，包括機械結構系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機器一環(huán)境交互系統(tǒng)和人一機交互系統(tǒng);機械結構系統(tǒng)是本申請的執(zhí)行單元，實現(xiàn)步態(tài)的模擬及足底壓力再現(xiàn);驅(qū)動系統(tǒng)是向機械結構系統(tǒng)提供動力的裝置，能夠保證機械執(zhí)行單元按照預期要求實現(xiàn)運動;傳感系統(tǒng)由內(nèi)、外部傳感器組成，獲取內(nèi)、外部環(huán)境中的壓力、位置、扭矩等信息并及時反饋到控制系統(tǒng)以保證整個系統(tǒng)精確的完成任務;控制系統(tǒng)的任務是根據(jù)作業(yè)指令以及從傳感系統(tǒng)反饋回來的信號，支配機器的執(zhí)行單元去完成規(guī)定的運動和功能；機器一環(huán)境交互系統(tǒng)是實現(xiàn)機器與外部環(huán)境中的設備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)；人一機交互系統(tǒng)是人與機器進行聯(lián)系和機器的控制。
[0035]該機械結構系統(tǒng)包括:基座1、力控制t吳塊和步態(tài)t吳塊;所述的力控制t吳塊，包括:滾珠絲杠2、滾珠絲杠帽3、定位軸4、軸承、移動座7、電機14和減速器15;所述的步態(tài)模塊，包括:電機減速器16、大臂8、電機減速器Π9、小臂10、電機減速器ΙΠ11、踝關節(jié)件12和足模13;所