用于跑步机的步态测量平台及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于跑步机的步态测量平台及测量方法，其特征是步态测量平台固定设置在支撑平板上，支撑平板固定设置在跑步机支架上；循环传送带支撑在两端滚轮上形成包含有上带和下带的循环带，步态测量平台和支撑平板位于由上带和下带形成的空间中，循环传送带中上带的下表面与步态测量平台的上表面相接触，循环传送带中下带的上表面与支撑平板的下表面之间保持有间隙。本发明专利技术固定在跑步机支架的平板上，对在跑步机上运动的人实现步态及脚底的压力分布情况的实时检测。

【技术实现步骤摘要】
用于跑步机的步态测量平台及测量方法
本专利技术属于康复健身领域，尤其涉及一种用于跑步机的步态及足底压力检测装置及检测方法。
技术介绍
步行是人体基本运动之一，任何步行动作都要通过人体足部与地面的相互作用完成，通过对足底力学分布特征的分析可以揭示人体的步态规律，为研究足部的结构、功能和运动姿态控制提供有用的信息，同时利用这些信息还可以对人体生理疾病做出合理的预测和解释。因此对足部压力信号的检测分析在制鞋、医疗康复、体育、机器人工程等方面均有重要的科学意义及应用价值。目前压力分布测量传感器的主要测量方法是在一个平面上黏附多个微小的压力传感器来确定表面压力的分布情况。其中的典型代表有采用电容传感技术的Xsensor压力测量系统、采用压阻传感技术的Tekscan压力分布测量系统和采用了压电电阻压力传感技术的FSA(ForceSensingArray)压力测试系统，这些均是采用成千个微小压力传感器组成，每个传感器单元只能测一个法向力的大小，位置精度由各个传感器单元的面积决定，精度越高，微小压力传感器单元面积越小，成本更高。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种用于跑步机的步态测量平台及测量方法，将其固定在跑步机支架的平板上，对在跑步机上运动的人实现步态及脚底的压力分布情况的实时检测。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点是：所述步态测量平台固定设置在支撑平板上，所述支撑平板固定设置在跑步机支架上；循环传送带支撑在两端滚轮上形成包含有上带和下带的循环带，步态测量平台和支撑平板位于由上带和下带形成的空间中，所述循环传送带中上带的下表面与所述步态测量平台的上表面相接触，所述循环传送带中下带的上表面与支撑平板的下表面之间保持有间隙。本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点也在于：所述步态测量平台是由呈阵列排布的多个设置有敏感元件的测量单元组成，根据各测量单元上敏感元件输出的检测信号获得步态测量平台的力分布情况，进而确定跑步机上行走的人的脚底压力分布，实现步态测量。本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点也在于：所述测量单元设置为左右两列，左右两列中的各测量单元一一对应地左右对称分布，左右对称位置上的测量单元相互独立。本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点也在于：所述测量单元是由平板和四个结构相同的支撑梁构成；所述平板为长方形板件，在所述测量单元上建立三维坐标系，以平板的底面的中心点为坐标原点，沿平板的长度方向为X向，沿平板的宽度方向为Y向，沿平板的厚度方向为Z向；支撑梁设置在平板的底面用于对平板形成支撑，四个支撑梁沿X向设置，且两两对称分布在平板的两端，处在同一端的两个支撑梁相互之间形成有Y向间隔，并以X轴为对称中心相互对称；使四个支撑梁分处在平面坐标XOY的四个象限中，令：处在第一、第二、第三和第四各象限中的支撑梁依次为第一梁、第二梁，第三梁和第四梁；各支撑梁的首端与平板固定连接，支撑梁的末端固定在支撑平板上。本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点也在于：在所述支撑梁的中部设置双通孔，所述双通孔是两只不同X向位置上的单孔相并列且相连通，令：两只单孔中处在支撑梁首端一侧的单孔为首端孔，处在支撑梁末端一侧的单孔为末端孔，所述双通孔在支撑梁上为Y向贯通孔；以坐标原点为对称中心，形成如下各对称结构：第一梁与第二梁中首端孔X向对称，第一梁与第二梁中末端孔X向对称，第三梁与第四梁中首端孔X向对称，第三梁与第四梁中末端孔X向对称；第一梁与第四梁中首端孔Y向对称，第一梁与第四梁中末端孔Y向对称，第二梁与第三梁中首端孔Y向对称，第二梁与第三梁中末端孔Y向对称。本专利技术用于跑步机的步态测量平台的结构特点也在于：对应于双通孔中两只单孔的中心位置，在各支撑梁的上表面和下表面分别贴有应变片；分别为：对应于第一梁上首端孔的中心位置，在第一梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R31和R32；对应于第一梁上末端孔的中心位置，在第一梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R33和R34；对应于第二梁上首端孔的中心位置，在第二梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R11和R12；对应于第二梁上末端孔的中心位置，在第二梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R13和R14；对应于第三梁上首端孔的中心位置，在第三梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R21和R22；对应于第三梁上末端孔的中心位置，在第三梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R23和R24；对应于第四梁上首端孔的中心位置，在第四梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R41和R42；对应于第四梁上末端孔的中心位置，在第四梁的上表面和下表面一一对应贴有应变片R43和R44；本专利技术用于跑步机的步态测量平台的测量方法的特点是：所述各应变片按X向粘贴；以应用片R11和R12构成第一惠斯通半桥电路，并输出检测信号U11；以应用片R13和R14构成第二惠斯通半桥电路，并输出检测信号U12；以应用片R21和R22构成第三惠斯通半桥电路，并输出检测信号U21；以应用片R23和R24构成第四惠斯通半桥电路，并输出检测信号U22；以应用片R31和R32构成第五惠斯通半桥电路，并输出检测信号U31；以应用片R33和R34构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U32；以应用片R41和R42构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U41；以应用片R43和R44构成第六惠斯通半桥电路，并输出检测信号U42；建立所述检测信号与平板表面压力的数学模型为：C·F＝M其中，系数矩阵C是3×8的常数矩阵，通过标定获得，F为等效力向量，并有：检测信号向量M为检测信号U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41和U42中任意三个信号组成的向量，每个支撑梁上最多选取一个检测信号，检测信号向量可以是：式(1)中，Fz1为平板上的等效法向作用力，(x1，y1)是平板上等效法向作用力Fz1在平板XOY坐标系上的等效作用坐标点，利用数学模型C·F＝M，根据各检测信号，获得等效于平板(7)上的一个法向力的大小和位置分别为：Fz1和(x1，y1)；或是：其中，系数矩阵C是6×8的常数矩阵，通过标定获得，F为等效力向量，并有：检测信号向量M为检测信号U11、U12、U21、U22、U31、U32、U41和U42中任意六个组成的向量，每个支撑梁上最少选取一个检测信号，检测信号向量可以是：式(2)中，Fz1和Fz2分别为平板上的等效法向作用力，(x1，y1)和(x2，y2)分别是Fz1、Fz2在平板XOY坐标系上的等效作用坐标点，利用数学模型C·F＝M，根据各检测信号，分别获得等效于平板上两个法向力的大小和位置：Fz1、Fz2、(x1，y1)和(x2，y2)。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术能够与跑步机配合使用，在进行康复步态训练时，实时检测步伐的大小和位置，以及足底压力分布情况；2、本专利技术能够适于任何脚底尺寸的人群，实现步态训练时足底压力的检测，也可用于患者训练时矫正步态以及评定患者的康复情况。3、本专利技术装置结构简单，容易加工制造，成本低。附图说明图1为本专利技术装置用于跑步机的具体应用结构示意图；图2为本专利技术步态测量平台结构示意图；图3为本专利技术步态测量平台中测量单元结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述步态测量平台(4)固定设置在支撑平板(5)上，所述支撑平板(5)固定设置在跑步机支架(1)上；循环传送带(2)支撑在两端滚轮(3)上形成包含有上带和下带的循环带，步态测量平台(4)和支撑平板(5)位于由上带和下带形成的空间中，所述循环传送带(2)中上带的下表面与所述步态测量平台(4)的上表面相接触，所述循环传送带(2)中下带的上表面与支撑平板(5)的下表面之间保持有间隙。

【技术特征摘要】
1.一种用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述步态测量平台(4)固定设置在支撑平板(5)上，所述支撑平板(5)固定设置在跑步机支架(1)上；循环传送带(2)支撑在两端滚轮(3)上形成包含有上带和下带的循环带，步态测量平台(4)和支撑平板(5)位于由上带和下带形成的空间中，所述循环传送带(2)中上带的下表面与所述步态测量平台(4)的上表面相接触，所述循环传送带(2)中下带的上表面与支撑平板(5)的下表面之间保持有间隙。2.根据权利要求1所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述步态测量平台(4)是由呈阵列排布的多个设置有敏感元件的测量单元(6)组成，根据各测量单元(6)上敏感元件输出的检测信号获得步态测量平台(4)的力分布情况，进而确定跑步机上行走的人的脚底压力分布，实现步态测量。3.根据权利要求2所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述测量单元(6)设置为左右两列，左右两列中的各测量单元一一对应地左右对称分布，左右对称位置上的测量单元相互独立。4.根据权利要求1所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：所述测量单元(6)是由平板(7)和四个结构相同的支撑梁(8)构成；所述平板(7)为长方形板件，在所述测量单元(6)上建立三维坐标系，以平板(7)的底面的中心点为坐标原点，沿平板(7)的长度方向为X向，沿平板(7)的宽度方向为Y向，沿平板(7)的厚度方向为Z向；支撑梁(8)设置在平板(7)的底面用于对平板(7)形成支撑，四个支撑梁(8)沿X向设置，且两两对称分布在平板(7)的两端，处在同一端的两个支撑梁(8)相互之间形成有Y向间隔，并以X轴为对称中心相互对称；使四个支撑梁(8)分处在平面坐标XOY的四个象限中，令：处在第一、第二、第三和第四各象限中的支撑梁依次为第一梁(8a)、第二梁(8b)，第三梁(8c)和第四梁(8d)；各支撑梁(8)的首端与平板(7)固定连接，支撑梁(8)的末端固定在支撑平板(5)上。5.根据权利要求4所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：在所述支撑梁(8)的中部设置双通孔(9)，所述双通孔(9)是两只不同X向位置上的单孔相并列且相连通，令：两只单孔中处在支撑梁首端一侧的单孔为首端孔，处在支撑梁末端一侧的单孔为末端孔，所述双通孔(9)在支撑梁(8)上为Y向贯通孔；以坐标原点为对称中心，形成如下各对称结构：第一梁与第二梁中首端孔X向对称，第一梁与第二梁中末端孔X向对称，第三梁与第四梁中首端孔X向对称，第三梁与第四梁中末端孔X向对称；第一梁与第四梁中首端孔Y向对称，第一梁与第四梁中末端孔Y向对称，第二梁与第三梁中首端孔Y向对称，第二梁与第三梁中末端孔Y向对称。6.根据权利要求5所述的用于跑步机的步态测量平台，其特征是：对应于双通孔(9)中两只单孔的中心位置，在各支撑梁(8)的上表面和下表面分别贴有应变片；分别为：对应于第一梁(8a)上首端孔的中心位置，在第一梁(8a)的上表面和下表面一一对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，王淮阳，胡保华，陈恩伟，刘正士，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34