移动式足底内力测量系统

摘要

本发明提出了移动式足底内力测量系统，包括数据处理器、I2C总线以及设置在鞋垫上的测力器和柔性弯曲部件；所述测力器把测量得到的信号通过I2C总线汇总传输到数据处理器中进行运算，数据处理器中设有六维力解耦计算方法(1)和姿态融合计算方法(2)，经过两种计算方法的运算，解算出人体生物力学信息。本发明能在人正常行走的状态下，精密测量人体生物力学信息数据，经过汇总运算后将人体生物力学信息数据实时地反馈到人体运动辅助的外骨骼或者机器人的控制系统中。

主权项

移动式足底内力测量系统，其特征在于，包括数据处理器、I2C总线以及设置在鞋垫上的测力器和柔性弯曲部件，所述测力器与所述柔性弯曲部件连接；所述测力器把测量得到的信号通过I2C总线汇总传输到数据处理器中进行运算，所述数据处理器设有一套六维力解耦计算方法：C＝F_r·(F)^T·(F·(F)^T)^‑1     (1)其中，公式中C是一个6*6的解耦标定矩阵；Fr代表参考力，是一个n*6的矩阵；F是六维力传感器在每次加载时候的输出值，也是一个n*6的矩阵；n是指标定过程中动态加载的次数，n大于6；所述数据处理器还设有一套姿态融合计算方法：${\left[\begin{array}{c}{F}^X\left(k\right)\\ F^Y\left(k\right)\\ F^z\left(k\right)\end{array}\right]}^g=R·\left[\begin{array}{c}{F}^X\left(k\right)\\ F^Y\left(k\right)\\ F^z\left(k\right)\end{array}\right];{\left[\begin{array}{c}{M}^x\left(k\right)\\ M^Y\left(k\right)\\ M^Z\left(k\right)\end{array}\right]}^g=R\left[\begin{array}{c}{M}^X\left(k\right)\\ M^Y\left(k\right)\\ M^Z\left(k\right)\end{array}\right]---\left(2\right)$其中，公式中R代表三维姿态矩阵，$\left[\begin{array}{c}{F}^X\left(k\right)\\ F^Y\left(k\right)\\ F^Z\left(k\right)\end{array}\right]$和$\left[\begin{array}{c}{M}^X\left(k\right)\\ M^Y\left(k\right)\\ M^Z\left(k\right)\end{array}\right]$分别代表六维力传感器测到的原始三维力值和三维力矩值${\left[\begin{array}{c}{F}^X\left(k\right)\\ F^Y\left(k\right)\\ F^Z\left(k\right)\end{array}\right]}^g$和${\left[\begin{array}{c}{M}^X\left(k\right)\\ M^Y\left(k\right)\\ M^Z\left(k\right)\end{array}\right]}^g$代表通过计算得到的移动状态的三维力值和三维力矩值；所述数据处理器通过六维力解耦计算方法(1)和姿态融合计算方法(2)运算得到足底内力的信息数据。