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CN105640557B - 负荷检测装置和步行辅助装置 - Google Patents

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CN105640557B CN201510848391.7A CN201510848391A CN105640557B CN 105640557 B CN105640557 B CN 105640557B CN 201510848391 A CN201510848391 A CN 201510848391A CN 105640557 B CN105640557 B CN 105640557B
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Abstract

本发明提供一种负荷检测装置(1)，包括：脚底形状部(2)，所述脚底形状部(2)按照步行训练者的脚底的形状而形成，并且所述脚底踏在所述脚底形状部(2)上；外扩部(3)，所述外扩部(3)被形成以凸出到所述脚底形状部(2)的外部；第一负荷传感器(4)，所述第一负荷传感器(4)设置于所述脚底形状部(2)，并且检测所述脚底形状部(2)的负荷；以及第二负荷传感器(5)，所述第二负荷传感器(5)设置于所述外扩部(3)，并且检测所述外扩部(3)的负荷以确定压力的中心是否离开所述脚底形状部(2)。

Description

负荷检测装置和步行辅助装置
技术领域
本发明涉及检测在步行训练者的脚底上承载的负荷的负荷检测装置和步行辅助装置。
背景技术
已知一种负荷检测装置，其中用于测量脚底的负荷的负荷传感器沿着脚底的近似轮廓形状被布置(例如，参考国际专利公开No.WO2009/084387)。
附带地，例如，在安装于容易不平衡的步行训练者(例如偏瘫病人)的步行训练装置中，凸出的外扩部可以被设置于脚底所踏的脚底形状部，外扩部凸出到脚底形状部的外部。然而，如在前述步行训练装置中所示，如果负荷传感器仅被布置在脚底形状部内，负荷的检测区域可能被限制于脚底形状部内。
发明内容
本发明已经完成以解决以上问题，并且因此本发明的目的是提供一种能够通过扩展步行训练者的脚底的检测区域来提高检测精确性的负荷检测装置和步行辅助装置。
为了实现以上目的，本发明的一方面是一种负荷检测装置，包括：
脚底形状部，所述脚底形状部按照步行训练者的脚底的形状而形成，并且所述脚底踏在所述脚底形状部上；
外扩部，所述外扩部被形成以凸出到所述脚底形状部的外部；
第一负荷传感器，所述第一负荷传感器设置于所述脚底形状部，并且检测所述脚底形状部的负荷；以及
第二负荷传感器，所述第二负荷传感器设置于所述外扩部，并且检测所述外扩部的负荷以确定压力的中心是否离开所述脚底形状部。
在该方面，负荷检测装置可以进一步包括中心计算部件，用于基于由所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器检测到的负荷，计算所述步行训练者的脚底负荷的中心。
在该方面，两个第一负荷传感器设置在所述脚底形状部的脚趾侧上，一个第一负荷传感器设置在所述脚底形状部的脚后跟侧上，以及一个第二负荷传感器设置在所述外扩部上。
在该方面，负荷检测装置可以进一步包括存储部件，用于保存所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器的校准数据。
在该方面，负荷检测装置可以进一步包括通信部件，用于无线传送所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器的负荷数据和/或校准数据。
为了实现以上目的，本发明的一方面还可以是一种步行辅助装置，包括：
根据上述所述的第一负荷检测装置；
大腿支架，所述大腿支架经由脚踝关节部耦接到第一负荷检测装置；
小腿支架，所述小腿支架经由膝关节部耦接到所述大腿支架；以及
驱动单元，所述驱动单元驱动所述膝关节部。
在该方面，步行辅助装置可以进一步包括：
根据上述所述的第二负荷检测装置，所述第二负荷检测装置被安装于所述步行训练者的健康腿；以及
全中心计算部件，所述全中心计算部件用于基于由所述第一负荷检测装置的第一负荷传感器以及所述第二负荷检测装置的第二负荷传感器检测到的负荷，计算通过健康腿和病腿两者接地的所有负荷的中心。
根据本发明，可以提供一种能够通过扩展步行训练者的脚底的检测区域来提高检测精确性的负荷检测装置和步行辅助装置。
通过下面给出的具体描述和附图，本发明的以上及其它目的、特征和优点将被更加充分地理解，该具体描述和附图仅通过示例的方式给出，并且因此不被当作限制本发明。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的步行辅助装置的示意性构造的斜视图；
图2是示出根据本发明的实施方式的负荷检测装置的示意性构造的顶视图和斜视图；
图3是示出根据本发明的实施方式的负荷检测装置的示意性构造的分解图和斜视图；
图4是示出根据本发明的实施方式的负荷检测装置的部分横截面；
图5是示出其中低弹性树脂被设置在传感器支架和底板之间的构造的示意图；以及
图6是示出其中通过使用钢板螺钉将底板直接安装于各个第一和第二负荷传感器的构造的示意图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施方式。
图1是示出根据本发明的实施方式的步行辅助装置的示意性构造的斜视图。根据本实施方式的步行辅助装置10例如被安装于进行步行训练的用户的受疫病侵袭的(病)腿并且辅助用户的步行。步行辅助装置10包括大腿支架11、经由膝关节部12耦接到大腿支架11的小腿支架13、经由脚踝关节部14耦接到小腿支架13的负荷检测装置1、驱动膝关节部12的驱动单元15以及调节脚踝关节部14的可活动范围的调节机构16。
驱动单元15根据用户的步行动作通过可旋转地驱动膝关节部12辅助用户的步行。驱动单元15包括可旋转地驱动膝关节部12的电机以及控制该电机的控制器。注意，步行辅助装置的前述构造是示例，其不限制于此。可应用可以安装于用户的腿部来辅助步行的可选步行辅助装置。例如步行辅助装置10可以包括可旋转地驱动脚踝关节部14的电机。
图2是示出根据本发明的实施方式的负荷检测装置的示意性构造的顶视图和斜视图。图3是示出根据本发明的实施方式的负荷检测装置的示意性构造的分解图和斜视图。如图2所示，根据本发明的实施方式的负荷检测装置1包括脚底踏在上面的脚底形状部2、在脚底形状部2的外部形成的外扩部3、设置于脚底形状部2的多个第一负荷传感器4以及设置于外扩部3的至少一个第二负荷传感器5。
脚底形状部2沿着步行训练者的脚底形状而形成并且是脚底踏在上面的部分。外扩部3凸出到脚底形状部2的外部并且是在脚后跟侧上形成的部分。外扩部3具有防止倒下(例如在容易不平衡的偏瘫病人的脚底负荷倾向于脚后跟侧的情况下)的功能，外扩部3接触路面并且支持负荷以防止倒下。外扩部3例如凸出到脚底形状部2的外部大约20mm并且形成在脚后跟侧上。
注意，脚底形状部2和外扩部3被合并而形成，但是可以分开形成。合并形成脚底形状部2和外扩部3能够降低制造成本。两个第一负荷传感器4设置在脚底形状部2的脚趾侧上，一个第一负荷传感器4分别设置在脚后跟2侧上，并且第一负荷传感器4检测脚底形状部2的负荷。例如，一个第二负荷传感器5设置于外扩部3并且检测外扩部3的负荷。各个第一负荷传感器和第二负荷传感器4、5由压电元件等构成。各个第一负荷传感器和第二负荷传感器4、5是相同种类的传感器，但是他们不限制于此。它们可以是不同种类的传感器。
附带地，如前所述，对于容易不平衡的步行训练者，外扩部被设置在脚底形状部的外部。然后，如果负荷传感器仅布置在脚底形状部之内，则出现这样的问题：负荷的检测区域可能被限制于脚底形状部之内。
关于此，在根据本实施方式的负荷检测装置1中，如前所述，第二负荷传感器5设置于外扩部3。因此，负荷的检测区域可以不仅在脚底形状部之内而且被扩展到外扩部3，即，可以通过扩展步行训练者的脚底检测区域来提高检测精确性。
注意，如前所述，通过将负荷的检测区域扩展到外扩部3，例如在步行训练者的脚后跟接触时，可以容易地确定COP(压力的中心)是否离开脚底形状部。因此，可以容易地掌握步行训练者的步伐状态。
此外，负荷的检测区域扩展而没有增加负荷传感器的数量，并且负荷检测装置可以由四个负荷传感器构成，其中，负荷传感器的该数量是计算压力中心的最小值。因此，负荷传感器的数量可以被限制在最小要求之内以降低成本。此外，在传统的负荷检测装置中，例如，两个负荷传感器被设置于脚底弓形部并且该负荷检测装置由总共六个负荷传感器构成以扩展负荷的检测区域。同时，根据本实施方式的负荷检测装置1由四个负荷传感器构成。因此，变得不需要负荷传感器被设置于脚底弓形部，从而可以在该空间上布置稍后提到的微基底等并且可以实现该空间的充分利用。
如图3所示，根据本实施方式的负荷检测装置包括镫形部21、设置于镫形部21的下面的尼龙构件22、设置于尼龙构件22下面的传感器支架23、设置在传感器支架23的下侧的底板24、设置于底板24的下面的袋状构件25以及设置于袋状构件25的下面的尺寸调节脚底26。
镫形部21经由脚踝关节部14耦接到小腿支架13并且是与步行训练者的脚底接触的高刚性构件。向下凸出的凸出部211分别被设置于镫形部21的脚趾和脚后跟侧的下面。对应于设置第一和第二负荷传感器4、5的位置形成各个凸出部211。因此，当步行训练者的脚底踏在镫形部21上时，各个凸出部211安全地推动第一和第二负荷传感器4、5，从而提高了传感器灵敏度。
镫形部21、尼龙构件22、传感器支架23、底板24、袋状构件25以及尺寸调节脚底26的边缘形状是脚底形状部2和外扩部3被合并而形成的形状。
尼龙构件22的边缘通过线缝制在一起并且粘接到袋状构件25的边缘，但是其不限制于此。尼龙构件22的边缘可以例如通过热焊接等与袋状构件25的边缘结合。
在传感器支架23的脚趾侧上，分别设置两个第一负荷传感器4和两个传感器放大器6。在传感器支架23的脚后跟侧，分别设置第一负荷传感器4、第二负荷传感器5和传感器放大器6。微基底7设置于传感器支架23的接近中心部(脚底弓形部)。电池8凸出到传感器支架23的接近中心部外面并且被设置于传感器支架23的接近中心部。电池8为微基底7和传感器放大器6提供电力。
例如，可以通过主要使用执行算法处理的微型计算机(包括CPU(中央处理单元))、保存要由CPU执行的算法程序的存储器(包括ROM(只读存储器)和/或RAM(随机访问存储器))、以及对外接收和输出信号的接口单元(I/F)的硬件来形成微基底7。各个第一和第二负荷传感器4、5经由各个传感器放大器6连接到微基底7。各个第一和第二负荷传感器4、5将检测到的负荷值作为负荷信号输出到各个传感器放大器6。各个传感器放大器6放大负荷信号并且将其输出到微基底7。
微基底7的CPU(中心计算部件的具体示例)例如基于从各个第一和第二负荷传感器4、5输出的负荷信号，计算脚底的负荷的中心。微基底7的CPU将计算出的负荷中心数据输出到驱动单元15。驱动单元15的控制器根据来自微基底7的负荷中心数据控制电机，从而可旋转地驱动膝关节部12并辅助用户的步行。
各个第一和第二负荷传感器4、5的校准数据保存在微基底7的ROM或RAM(存储部件的具体示例)中。微基底7例如将所保存的校准数据自动输出到更高级别的驱动单元15。因此，用户不需要将校准数据输入到驱动单元15，从而便利性更高并且这能够防止输入错误。
微基底7经由线缆将前述负荷中心数据和校准数据输出到驱动单元15，但是其不限制于此。微基底7(通信部件的具体示例)可以具有例如蓝牙(注册商标)等无线通信功能。在这种情况下，微基底7经由无线将前述负荷中心数据和校准数据输出到驱动单元15。因此，当负荷检测装置1根据步行训练者的脚的大小等而改变时(例如，万一准备两种负荷检测装置(22cm和26cm的大小))，其不需要在负荷检测装置1和驱动单元15之间的线缆，这是便利的。
底板24设置于袋状构件25的上部表面。一对负荷支撑钉241设置于与底板24的脚趾侧上的传感器支架23的各个第一负荷传感器4对应的位置(参考图4)。一对负荷支撑钉241设置于与底板24的脚后跟侧上的传感器支架23的各个第一和第二负荷传感器4、5对应的位置。各个负荷支撑钉241向上方凸出并且被设置于底板24的上表面。各个负荷支撑钉241邻接传感器支架23中的第一和第二负荷传感器4、5的各个压痕部(impressionportion)。
袋状构件25由例如弹性树脂等形成。袋状构件25是上表面敞开的壳状构件。袋状构件25在其中贮存底板24和传感器支架23。袋状构件25的上表面的开口由尼龙构件22覆盖。因此，第一和第二负荷传感器4、5、传感器放大器6及传感器支架23的微基底7被隔离密封并且被保护不受灰尘、水等的影响。
传感器支架23和底板24位于袋状构件25内，并且与尺寸调节脚底26成一体。因此，袋状构件25安全地设置传感器支架23的各个第一和第二负荷传感器4、5以及底板24的各个负荷支撑钉241。
传感器支架23和底板24之间的空间的距离例如为大约2mm。第一和第二负荷传感器4、5的压痕部和各个负荷支撑钉241相邻。因此，减少了当第一和第二负荷传感器4、5的各个压痕部推动各个负荷支撑钉241时对其它构件的逸出(escape)，从而可以提高负荷检测精确性。
尺寸调节脚底26设置于袋状构件25上并且将其覆盖。以1cm的间隔从26到29cm来准备尺寸调节脚底26。
如上所述，在根据本实施方式的负荷检测装置1中，设置检测外扩部3的负荷的第二负荷传感器5。因此，步行训练者的脚底的检测区域可以被扩展到外扩部3以提高检测精确性。
通过这样描述的发明，显而易见的是本发明的实施方式可以以许多方式来改变。这样的改变不被看作脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有该种修改欲包括在后附权利要求的范围内。
在前述实施方式中，低弹性树脂27可以被设置在传感器支架23和底板24之间，以在没有袋状构件25的情况下布置传感器支架23和底板24(参考图5)。在该情况下，要求低弹性树脂27为软材料以降低对低弹性树脂27的负荷逸出。例如聚氨酯橡胶、海绵等可以被使用作为低弹性树脂27。
在前述实施方式中，可以通过使用钢板螺钉28等将底板24直接安装于各个第一和第二负荷传感器4、5上，以对传感器支架23和底板24进行定位(参考图6)。在该情况下，第一和第二负荷传感器的直径增加，用于安装的螺栓被形成在压痕部上，并且钢板螺钉28被旋入螺栓中。因此，可以减少前述的负荷逸出。
在前述实施方式中，控制器被设置在驱动单元15内，但是不限制于此。控制器可以设置在例如除了驱动单元15之外的终端装置内。在该情况下，通过终端装置远程地操作步行辅助装置10。
在前述实施方式中，微基底7被设置于负荷检测装置1，但是其不限制于此。微基底7可以被设置于驱动单元15的控制器。
在前述实施方式中，负荷检测装置1被配置为安装在步行辅助装置10内，但是其不限制于此。例如，第二负荷检测装置1可以独立地安装于步行训练者的腿部。另外，第二负荷检测装置1可以安装于步行训练者的健康腿，并且包括第一负荷检测装置1的步行辅助装置10可以安装于受疫病影响的腿。驱动单元的控制器(全中心计算部件的具体示例)可以基于经由无线或线缆从健康腿侧的第二负荷检测装置1和受疫病影响的腿侧的第一负荷检测装置1传送的负荷信号，计算与两个腿接地的所有负荷的中心。所有负荷的中心的数据成为有效数据，以确定步行训练者的重心的中心的运动。因此，通过使用有效数据可以提高训练的功效。
在前述实施方式中，一个外扩部3被设置在脚后跟侧，但是其不限制于此。外扩部3可以被设置于例如脚趾侧或脚底弓形部上。多个外扩部3可以被设置。在该情况下，第二负荷传感器5可以被设置于各个外扩部3。
在前述实施方式中，负荷检测装置1可以被构成为不包括负荷支撑钉241。例如，第一和第二负荷传感器4、5可以被设置于尺寸调节脚底26，并且压痕部可以直接与路面接触并且可以被路面推动。

Claims (7)

1.一种负荷检测装置，包括：
脚底形状部，所述脚底形状部按照步行训练者的脚底的形状而形成，并且所述脚底踏在所述脚底形状部上；
外扩部，所述外扩部被形成以凸出到所述脚底形状部的外部；
第一负荷传感器，所述第一负荷传感器设置于所述脚底形状部，并且检测所述脚底形状部的负荷；以及
第二负荷传感器，所述第二负荷传感器设置于所述外扩部，并且检测所述外扩部的负荷以确定压力的中心是否离开所述脚底形状部。
2.根据权利要求1所述的负荷检测装置，还包括中心计算部件，用于基于由所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器检测到的负荷，计算所述步行训练者的脚底负荷的中心。
3.根据权利要求1或2所述的负荷检测装置，其中，两个第一负荷传感器设置在所述脚底形状部的脚趾侧上，一个第一负荷传感器设置在所述脚底形状部的脚后跟侧上，以及一个第二负荷传感器设置在所述外扩部上。
4.根据权利要求1或2所述的负荷检测装置，还包括存储部件，用于保存所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器的校准数据。
5.根据权利要求1或2所述的负荷检测装置，还包括通信部件，用于无线传送所述第一负荷传感器和所述第二负荷传感器的负荷数据和/或校准数据。
6.一种步行辅助装置，包括：
根据权利要求1至5中的任意一项所述的第一负荷检测装置；
大腿支架，所述大腿支架经由脚踝关节部耦接到第一负荷检测装置；
小腿支架，所述小腿支架经由膝关节部耦接到所述大腿支架；以及
驱动单元，所述驱动单元驱动所述膝关节部。
7.根据权利要求6所述的步行辅助装置，还包括：
根据权利要求1至5中的任意一项所述的第二负荷检测装置，所述第二负荷检测装置被安装于所述步行训练者的健康腿；以及
全中心计算部件，所述全中心计算部件用于基于由所述第一负荷检测装置的第一负荷传感器以及所述第二负荷检测装置的第二负荷传感器检测到的负荷，计算通过健康腿和病腿两者接地的所有负荷的中心。
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