基于FSR的可穿戴式足底压力检测系统

足底压力信息的研究对人体健康状况评估和某些疾病预测具有重要意义。提出了一种可穿戴式足底压力检测系统的实现方法。该方法充分考虑了穿戴式检测工具的方便灵活和低功耗要求,采用薄片式力敏电阻器(FSR)和低功耗微小器件,将整套系统集成于鞋垫中,体积小巧,功能实用。实验结果表明:介绍的系统可以实时采集足底压力信号并在计算机上显示压力波形,系统有较好的灵敏度、准确性和可穿戴性,低功耗运行,满足足底压力检测和人体步态分析等实际需要。     

Moticon展出可测量足底压力分布的鞋垫

德国Moticon公司在2012年11月德国杜塞尔多夫举行的"MEDICA2012"上展出了集成有压力传感器及无线模块等的柔软鞋垫,称其为"全球首款完全集成了传感器的鞋垫"(World’s first fully integrated insole)。此次展出的鞋垫能够测量穿鞋者的足底压力分布及压力变化等。测量数据以无线方式传输,能够实时查看。据Moticon公司介绍,为了做成柔软、超薄、轻量的鞋垫,采用     

基于三周期极小曲面的三维打印全接触鞋垫建模方法

全接触鞋垫可以降低足底峰值压力来改善和预防糖尿病足群体的神经性溃疡症状,传统全接触鞋垫设计方法操作复杂,本文提出一种新颖的基于三周期极小曲面（TPMS）的三维打印全接触鞋垫建模方法。通过数据采集、全接触模型构建、模型多孔化3个步骤构建基于TPMS结构的全接触鞋垫,使用三维打印技术生产。首先采集用户脚部模型和目标鞋垫模型。然后通过拉普拉斯变形算法将预制鞋垫模型的下边缘逼近扫描鞋垫,并调整预制鞋垫模型上表面到接近脚底曲面构造出全接触鞋垫模型。最后使用基于Marching Cubes方法的网格重建方法将全接触鞋垫重建为基于TPMS结构的网格模型。实验验证了本文提出的方法可以设计出具有减轻足底峰值压力能力的全接触鞋垫。     

基于PVDF压电传感器的足底压力测量系统

采用具有易加工、柔软、韧性好等特点的聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜传感器作为足底压力测量系统采集元件,详细介绍了系统的硬件设计,主要包括数据采集和数据通信两部分.数据采集部分包括电荷放大电路、滤波电路、后级调整输出电路;数据通信部分包括ATmega16单片机最小系统、无线数传模块、串口通信电路.实验结果表明:数据符合足底压力实际分布,达到了预期的设计要求.     

基于薄膜压力传感器的矫形鞋垫个性化定制方法

矫形鞋垫对治疗足部疾病和足部引起的生物力疾病有显著的疗效。借助3D打印技术,矫形鞋垫能够高效、便捷地被制造出来。鞋垫加厚厚度的变化对患者足底疼痛点位置、足底局部集中力影响很大,严重影响矫正效果,鉴于适合患者行走的3D打印矫形鞋垫的设计模型需要有其足底的几何模型和受力数据,但是现有的模型参数设定大多依赖于医生的经验来量化其大小,为此本文提出了通过穿戴足底压力检测装置获取患者的足底压力数据,依据压力中心轨迹的位置与大小计算矫形鞋垫局部加厚厚度,经过个性化定制流程,可以较科学地实现矫正目标。     

可穿戴下肢外骨骼足底压力检测系统设计与研究

可穿戴下肢外骨骼能够柔性跟随人体运动的前提是足底压力检测数据符合人体步态特征,因此研究外骨骼足底压力检测系统具有重要意义。针对现有穿戴式下肢外骨骼系统压力传感器输入输出存在非线性误差,不能准确检测足底压力变化的缺点,选择电阻式压力传感器,通过理论计算确定曲线拟合方法可行性,并将曲线拟合方法引入足底压力检测系统设计中。研究结果表明,该方式采集数据特征明显,曲线拟合的系统线性度较小,可靠性高,适用足底压力检测系统。     

针对小儿脑瘫早期诊断的无线传输便携式足底压力分布测量系统的设计

足底压力的大小与分布能反映人体腿、足的结构和功能及整个身体姿势等信息。测试、分析足底应力,对小儿脑瘫的早期诊断具有重要意义。因此研制了一套足底压力分布测量系统并测评其应用价值。本系统由硬件和软件两个部分组成。系统硬件包括12个FlexiForce薄膜测力传感器、信号转换电路、51单片机采集电路;系统软件主要由实时采集模块、数据存储模块、数据计算分析和显示模块等组成。     

基于线结构光和足底扫描的足部参数测量研究

针对现有足部轮廓三维重构方法精度低,鲁棒性差,成本昂贵且不符合实际足部生物力学研究要求等问题,设计了一种利用光学测量技术实现无接触式足部参数测量的系统。该系统一方面通过对足底扫描图像处理,构建足底轮廓点云,分割足底压力区域,计算足底相关参数;另一方面利用线结构光技术,重构足面轮廓,将足底轮廓点云与足面轮廓点云在系统规定世界坐标系内融合,形成完整足部轮廓点云,根据定义计算足部围度等足部系列参数。通过搭建相应硬件平台对多组人体足部进行测量,实验结果表明系统能够快速、精确地完成足部三维重构,具有很好的鲁棒性。     

基于阵列压力的足部辅助诊断装置

拇外翻产生各种疼痛以及不良症状，主要是由前足足底压力过高导致。临床医生往往通过主观判断结合影像学诊断足底压力异常。由于缺乏足底压力数据支持，医生诊断与实际病情可能不相符。使用高传感器密度的阵列式压阻传感器设计了足底压力采集系统，实现了足底压力的精准采集、实时显示与存储。引入局部压力峰值分布，辅助实现拇外翻患者病情精准评估。还通过Resnet18对足底压力数据进行识别与分类，与现有6种算法相比，分类准确率提升1.1%。所提出的足部辅助诊断系统在影像学基础上通过阵列中的局部压力分布辅助医生进行主观诊断，对于手术与治疗方案的选择以及提升拇外翻判别准确度至关重要。     

平衡评估压力传感阵列的高速数据采集系统设计

针对康复医学中对坐位、站位、卧位等多种精细压力分布及压力平衡评估的需要,采用高密度的压力传感阵列作为传感器,提出了一种超多通道压力传感阵列的高速数据采集方法,并给出了具体电路实现和系统设计.实验对实时采集到的压力传感阵列数据进行压力分布测试,结果显示:对于站位(足底)压力评估的2288个传感阵列单个压力垫,系统每秒实时采集压力分布图100帧以上;对于卧位(平躺)的4个压力垫,每秒实时采集压力分布图25帧以上,均可以动态实时显示压力分布的变化,满足精细压力分布检测和评估系统的需要.     

一种新的步态触觉特征分析系统的重测信度

评估一种新型步态触觉特征分析系统的有效性,对其重测信度进行研究,实验采集39名健康测试者正常步速下间隔10天的两次数据,用组内相关系数表征一个步态周期中足底各分区的最大压力和接触时间的重测信度,以多重相关系数表征足底三维力波形的重测信度,研究结果表明该系统在步态触觉特征参数测量中具有较好的重测信度。     

基于步态检测算法的辅助行走系统设计

为了保证盲人和视障患者安全方便出行和减少误报警,设计一种基于步态检测算法的辅助行走系统。信号处理算法上利用小波包对信号进行降噪,提取三轴加速度的均值、标准差、方差与小波能量谱,并结合足底压力信息组成多维参数作为步态特征,选取基于遗传算法优化支持向量机进行步态识别。硬件部分主要包括三轴加速度信号和足底压力信号采集硬件设计。软件部分主要包括对足底压力信号和三轴加速度信号的采集和处理以及一款能够自动拨号安卓手机APP。实验结果表明,该系统基于多传感器融合的步态检测技术,步态检测识别率平均达90.48%。该系统便携性好、功耗低、测障效果好,在辅助行走领域具有一定的研究意义和实用价值。     

Classification and mass production technique for three-quarter shoe insoles using non-weight-bearing plantar shapes

We have developed a technique for the mass production and classification of three-quarter shoe insoles via a 3D anthropometric measurement of full-size non-weight-bearing plantar shapes. The plantar shapes of fifty 40-60-year-old adults from Taiwan were categorized and, in conjunction with commercially available flat or leisure shoe models, three-quarter shoe-insole models were generated using a CAD system. Applying a rapid prototype system, these models were then used to provide the parameters for manufacturing the shoe insoles. The insoles developed in this study have been classified into S, M and L types that offer user-friendly options for foot-care providers. We concluded that these insoles can mate tightly with the foot arch and disperse the pressure in the heel and forefoot over the foot arch. Thus, practically, the pressure difference over the plantar region can be minimised, and the user can experience comfort when wearing flat or leisure shoes.     

一种柔性双足压力检测装置与步态分析系统设计研究

为了获取人机交互中的人体下肢运动信息,针对目前可穿戴助力机器人中感知系统可靠性差,信息特征模糊等缺点,在分析了机器人控制系统所需的交互信息的基础上,设计了一种适用于助力机器人的柔性双足压力信息采集与处理系统。该系统由前端的信息采集装置与终端的信号处理单元两部分组成,可以实时测量使用者行走过程中足底压力分布信息。相关实验结果表明,所设计的系统性能稳定,响应迅速,测得的数据信息特征明显,重复性好,能够较好的划分人体行走过程中的步态相位,为实现可穿戴助力机器人控制提供了保障。     

基于PWCG定位的FSVM评价高跟鞋舒适度

以高跟鞋为研究对象,针对目前以主观为主的高跟鞋舒适度测定方法缺乏定量描述、精确性欠佳等问题,提出了基于多边形加权重心(PWCG)定位的FSVM评价高跟鞋舒适度的方法,量化、精确测定高跟鞋的舒适度。提出的PWCG定位法解决压力传感器最佳放置位置的问题,利用基于压力传感器的足底压力采集平台采集足底在不同鞋跟高度时的压力分布情况,结合FSVM分类法对高跟鞋的舒适度进行定量、精确测定,并解决了舒适度测量中的小样本、非线性和泛化性问题。实验结果证明:该评价方法具有较高的可靠性和准确性,这对改善高跟鞋的压力舒适度问题,降低足底疾病概率和推动高跟鞋产业的发展都具有重要的理论与现实价值。