本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說是一種步態(tài)腳底壓力分布測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量，目前主要的方法是在某一平面上黏附多個(gè)微小的壓力傳感器來確定腳底壓力的分布位置和大小。壓力分布測(cè)量傳感器的典型代表有采用電容傳感技術(shù)的Xsensor壓力測(cè)量系統(tǒng)、采用壓阻傳感技術(shù)的Tekscan壓力分布測(cè)量系統(tǒng)和采用壓電電阻壓力傳感技術(shù)的FSA(Force Sensing Array)壓力測(cè)試系統(tǒng)，這些傳感器都需要由成千個(gè)微小壓力傳感器組成，每個(gè)傳感器單元只能測(cè)一個(gè)壓力的大小，位置精度由各個(gè)傳感器單元的面積決定，而當(dāng)位置精度要求越高，微小壓力傳感器單元的體積必須越小，成本更高，同時(shí)，這類傳感器對(duì)于切向力無法進(jìn)行測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種步態(tài)腳底壓力分布測(cè)量方法，既利用多個(gè)測(cè)力單元陣列排布組成，又利用每個(gè)測(cè)力單元可測(cè)多個(gè)壓力，提高精度的同時(shí)成本較低，而且可以對(duì)切向力進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布測(cè)量方法的特點(diǎn)是：將視覺傳感器與步態(tài)測(cè)量裝置相結(jié)合，利用視覺傳感器獲取腳底位置及外形，并獲取腳底各主要壓力作用位置的信息；利用步態(tài)測(cè)量裝置檢測(cè)獲得腳底各主要壓力的大小。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：所述腳底各主要壓力作用位置分別為：

趾骨區(qū)域有一個(gè)壓力作用位置為腳底第一趾骨區(qū)域，或趾骨區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為腳底第一趾骨區(qū)域、第二到五趾骨區(qū)域；

跖骨區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為第一跖骨區(qū)域、第二到第五跖骨區(qū)域，或跖骨區(qū)域有三個(gè)壓力作用位置分別為第一跖骨區(qū)域、第二跖骨區(qū)域、第三到第五跖骨區(qū)域；

足跟區(qū)域有一個(gè)壓力作用位置為足跟總區(qū)域，或足跟區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為足跟內(nèi)側(cè)區(qū)域、足跟外側(cè)區(qū)域。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：所述步態(tài)測(cè)量裝置是由多個(gè)測(cè)力單元陣列分布組成，每個(gè)測(cè)力單元結(jié)構(gòu)相同，相鄰的測(cè)力單元相互貼近但無連接；步態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)或多個(gè)所述測(cè)力單元同時(shí)受到腳底壓力作用，所述測(cè)力單元能夠受到一個(gè)到七個(gè)作用力；

若腳底主要壓力作用位置的區(qū)域同時(shí)覆蓋于多個(gè)測(cè)力單元上，則認(rèn)為被覆蓋的每個(gè)測(cè)力單元均受到一個(gè)分力，各測(cè)力單元所受分力的總和不變。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：所述測(cè)力單元上所需測(cè)量的各作用力F為：F＝(F₁,…,F_i)^T，i＝1,…,7，F(xiàn)_i為測(cè)力單元上作用力的大小，測(cè)力單元的輸出信號(hào)M＝(u₁,…,u_i)^T，建立測(cè)力單元的輸出信號(hào)與作用力的數(shù)學(xué)模型：C·F＝M，C是通過對(duì)測(cè)力單元進(jìn)行標(biāo)定獲得的i×i的系數(shù)矩陣；根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出測(cè)力單元上各個(gè)作用力的大小F＝C^-1·M；針對(duì)某個(gè)腳底主要壓力作用位置的區(qū)域同時(shí)覆蓋多個(gè)測(cè)力單元，將屬于同一個(gè)腳底主要壓力作用位置的區(qū)域的分力求和，獲得腳底壓力大小。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：所述測(cè)力單元是由平板和結(jié)構(gòu)相同的四個(gè)支撐梁構(gòu)成，所述四個(gè)支撐梁分別是第一梁、第二梁、第三梁和第四梁；所述四個(gè)支撐梁關(guān)于平板中心呈十字對(duì)稱，支撐梁的首端呈豎向與平板固定連接，支撐梁的末端為固定端；在所述支撐梁上設(shè)置應(yīng)變片，根據(jù)應(yīng)變片的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算獲得平板上所受力的大小與分布；在所述測(cè)力單元上建立三維坐標(biāo)系，是以平板的底面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，第一梁和第二梁處在X軸向上，第三梁和第四梁處在Y軸向，沿平板的厚度方向?yàn)閆軸向。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：在所述第一梁和第二梁上沿Y軸向設(shè)置有雙通孔，在所述第三梁和第四梁上沿X軸向設(shè)置有雙通孔；所述雙通孔是指相互平行的兩只單通孔相連通，所述兩只單通孔分別是近支撐梁首端的首端孔和近支撐梁末端的末端孔；設(shè)置在支撐梁上的應(yīng)變片是分處在對(duì)應(yīng)于首端孔和末端孔的中心線所在位置的支撐梁的下表面和上表面，包括：

第一梁上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第一梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R11和R12；第一梁上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第一梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R13和R14；

第二梁上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第二梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R21和R22；第二梁上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第二梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R23和R24；

第三梁上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第三梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R31和R32；第三梁上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第三梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R33和R34；

第四梁上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第四梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R41和R42；第四梁上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第四梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R43和R44；

所述應(yīng)變片R11、R12、R13和R14，以及應(yīng)變片R21、R22、R23和R24沿X軸向設(shè)置；

所述應(yīng)變片R31、R32、R33和R34，以及應(yīng)變片R31、R32、R33和R34沿Y軸向設(shè)置；

利用所述應(yīng)變片R11和R12、應(yīng)變片R13和R14、應(yīng)變片R21和R22、應(yīng)變片R23和R24、應(yīng)變片R31和R32、應(yīng)變片R33和R34、應(yīng)變片R41和R42，以及應(yīng)變片R43和R44分別組成惠斯通半橋電路，一一對(duì)應(yīng)獲得檢測(cè)信號(hào)為U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂、U₄₁和U₄₂，共計(jì)八個(gè)檢測(cè)信號(hào)，其中U₁₁和U₁₂為第一梁檢測(cè)信號(hào)；U₂₁和U₂₂為第二梁檢測(cè)信號(hào)；U₃₁和U₃₂為第三梁檢測(cè)信號(hào)；U₄₁和U₄₂為第四梁檢測(cè)信號(hào)；利用所述檢測(cè)信號(hào)計(jì)算獲得測(cè)力單元(1)上各作用力的大小。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：

在各支撐梁的首端呈“T”連接周向梁，所述支撐梁在首端是以周向梁的兩端呈豎向與平板固定連接，在所述周向梁的兩端對(duì)稱設(shè)置一對(duì)首端Z向通孔，所述一對(duì)首端Z向通孔是分處在周向梁左端的左端Z向通孔和分處在周向梁右端的右端Z向通孔，所述周向梁分別是：

位于第一梁的首端的第一周向梁；

位于第二梁的首端的第二周向梁；

位于第三梁的首端的第三周向梁；

位于第四梁的首端的第四周向梁；

在各支撐梁的末端設(shè)置一末端Z向通孔；或是在各支撐梁的末端設(shè)置一段浮動(dòng)梁，所述浮動(dòng)梁與支撐梁在同一直線上，并且浮動(dòng)梁的寬度小于支撐梁的寬度，形成支撐梁的細(xì)頸部；

所述應(yīng)變片也設(shè)置在周向梁上、對(duì)應(yīng)于各周向梁上右端Z向通孔所在位置，并朝上周向梁中心偏離右端Z向通孔中心、分處在周向梁的外表面和內(nèi)表面，包括：

分處在第一周向梁的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R51和R52；

分處在第二周向梁的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R53和R54；

分處在第三周向梁的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R61和R62；

分處在第四周向梁的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R63和R64；

應(yīng)變片R51、R52、R53和R54沿Y軸向設(shè)置；所述應(yīng)變片R61、R62、R63和R64沿X軸向設(shè)置。

由所述應(yīng)變片R51、R52、R53和R54組成一組惠斯通全橋電路，用于檢測(cè)X軸向的作用力F_x；

由所述應(yīng)變片R61、R62、R63和R64組成另一組惠斯通全橋電路，用于檢測(cè)Y軸向的作用力F_y。

本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布的測(cè)量方法的特點(diǎn)也在于：針對(duì)包括第一趾骨區(qū)域、第二到五趾骨區(qū)域、第一跖骨區(qū)域、第二跖骨區(qū)域、第三到第五趾骨區(qū)域、足跟內(nèi)側(cè)區(qū)域以及足跟外側(cè)區(qū)域的共七個(gè)腳底主要壓力作用位置，按如下方式進(jìn)行測(cè)力：

若利用測(cè)力單元測(cè)量一個(gè)作用力大小F_i，c_i·F_i＝m_i；其中c_i為常數(shù)，常數(shù)c_i與作用力的位置坐標(biāo)(x_i,y_i)及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)，m_i為靠近作用力位置的支撐梁上的任意一個(gè)檢測(cè)信號(hào)；

若利用測(cè)力單元測(cè)量兩個(gè)作用力大小F_a和F_b；C·F＝M；其中C為2×2常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)和(x_b,y_b)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b)^T；針對(duì)靠近作用力位置的兩個(gè)支撐梁上各選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，構(gòu)成向量M；

若利用測(cè)力單元測(cè)量三個(gè)作用力大小F_a、F_b和F_c；C·F＝M；其中C為3×3常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中三個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且針對(duì)每個(gè)支撐梁(3)最多選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)；

若利用測(cè)力單元測(cè)量四個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c和F_d；C·F＝M；其中C為4×4常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)和(x_d,y_d)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中四個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且每個(gè)支撐梁上選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)；

若利用測(cè)力單元測(cè)量五個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d和F_e；C·F＝M；其中C為5×5常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中五個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且在行走時(shí)的前后方向上的兩個(gè)支撐梁上各選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，在行走時(shí)的左右方向上的支撐梁上任意選取三個(gè)輸出信號(hào)；

若利用測(cè)力單元測(cè)量六個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d、F_e和F_f；C·F＝M；其中C為6×6常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)和(x_f,y_f)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e，F(xiàn)_f)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中六個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且行走時(shí)的前后方向上的每個(gè)支撐梁(3)上至少選取一個(gè)輸出信號(hào)，行走時(shí)的左右方向上的兩個(gè)支撐梁上至少選取三個(gè)輸出信號(hào)；

若利用測(cè)力單元測(cè)量七個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d、F_e、F_f和F_g；C·F＝M；其中C為7×7常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)、(x_f,y_f)和(x_g,y_g)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e，F(xiàn)_f，F(xiàn)_g)^T；M為八個(gè)輸出信號(hào)中七個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且行走時(shí)的前后方向上的兩個(gè)支撐梁上任意選取三個(gè)輸出信號(hào)，行走時(shí)的左右方向上的兩個(gè)支撐梁上選取四個(gè)輸出信號(hào)；

則各個(gè)測(cè)量單元上的作用力大小F即為：F＝C^-1·M；將屬于同一個(gè)腳底主要壓力作用位置的區(qū)域的作用力合并為一個(gè)腳底主要壓力大小，根據(jù)腳底各個(gè)主要壓力大小及位置實(shí)現(xiàn)步態(tài)測(cè)量。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明將視覺傳感器和力傳感器相結(jié)合，可以準(zhǔn)確地測(cè)出腳底主要壓力的分布位置和大??；

2、本發(fā)明可以測(cè)量平板所受的切向力的大小和方向，兩個(gè)互相垂直的切向力分開測(cè)量，具有很好抗干擾性；

3、本發(fā)明測(cè)量靈敏度高，測(cè)量單元結(jié)構(gòu)簡單成本低，穩(wěn)定性好，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發(fā)明步態(tài)腳底壓力分布測(cè)量方法示意圖；

圖2為本發(fā)明中測(cè)力單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為圖2所示測(cè)力單元下表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖3b為圖2所示測(cè)力單元上表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖4為本發(fā)明中第二種測(cè)力單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a為圖4所示測(cè)力單元下表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖5b為圖4所示測(cè)力單元上表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖6為本發(fā)明中第三種測(cè)力單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7a為圖6所示測(cè)力單元下表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖7b為圖6所示測(cè)力單元上表面的應(yīng)變片位置示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1測(cè)力單元；2平板；3支撐梁；4雙通孔；5壓力作用位置；6周向梁；7首端Z向通孔；8末端Z向通孔；9浮動(dòng)梁；1a第一梁，2a第二梁，3a第三梁，4a第四梁，1b第一周向梁，2b第二周向梁，3b第三周向梁，4b第四周向梁。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本實(shí)施例中步態(tài)腳底壓力分布測(cè)量方法是將視覺傳感器與步態(tài)測(cè)量裝置相結(jié)合，利用視覺傳感器獲取腳底位置及外形，并獲取腳底各主要壓力作用位置5的信息；利用步態(tài)測(cè)量裝置檢測(cè)獲得腳底各主要壓力的大小。

腳底各主要壓力作用位置5分別為：趾骨區(qū)域有一個(gè)壓力作用位置為腳底第一趾骨區(qū)域，或趾骨區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為腳底第一趾骨區(qū)域、第二到五趾骨區(qū)域；跖骨區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為第一跖骨區(qū)域、第二到第五跖骨區(qū)域，或跖骨區(qū)域有三個(gè)壓力作用位置分別為第一跖骨區(qū)域、第二跖骨區(qū)域、第三到第五跖骨區(qū)域；足跟區(qū)域有一個(gè)壓力作用位置為足跟總區(qū)域，或足跟區(qū)域有兩個(gè)壓力作用位置分別為足跟內(nèi)側(cè)區(qū)域、足跟外側(cè)區(qū)域。

本實(shí)施例中步態(tài)測(cè)量裝置是由多個(gè)測(cè)力單元1陣列分布組成，每個(gè)測(cè)力單元1結(jié)構(gòu)相同，相鄰的測(cè)力單元1相互貼近但無連接；步態(tài)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)或多個(gè)所述測(cè)力單元1同時(shí)受到腳底壓力作用，測(cè)力單元1能夠受到一到七個(gè)作用力。

若腳底主要壓力作用位置5的區(qū)域同時(shí)覆蓋于多個(gè)測(cè)力單元1上，則認(rèn)為被覆蓋的每個(gè)測(cè)力單元1均受到一個(gè)分力，各測(cè)力單元1所受分力的總和不變。

令：測(cè)力單元1上所需測(cè)量的各作用力F為：F＝(F₁,…,F_i)^T，i＝1,…,7，F(xiàn)_i為測(cè)力單元1上作用力的大小，測(cè)力單元1的輸出信號(hào)M＝(u₁,…,u_i)^T，建立測(cè)力單元1的輸出信號(hào)與作用力的數(shù)學(xué)模型：C·F＝M，其中，C是通過對(duì)測(cè)力單元進(jìn)行標(biāo)定獲得的i×i的系數(shù)矩陣；根據(jù)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出測(cè)力單元1上各個(gè)作用力的大小F＝C^-1·M。

針對(duì)某個(gè)腳底主要壓力作用位置5的區(qū)域同時(shí)覆蓋多個(gè)測(cè)力單元1，將屬于同一個(gè)腳底主要壓力作用位置5的區(qū)域的分力求和，獲得腳底壓力大小。

如圖2、圖4和圖6所示，本實(shí)施例中測(cè)力單元1是由平板2和結(jié)構(gòu)相同的四個(gè)支撐梁3構(gòu)成，四個(gè)支撐梁3分別是第一梁1a、第二梁2a、第三梁3a和第四梁4a；四個(gè)支撐梁3關(guān)于平板2中心呈十字對(duì)稱，支撐梁3的首端呈豎向與平板2固定連接，支撐梁3的末端為固定端；在支撐梁3上設(shè)置應(yīng)變片，根據(jù)應(yīng)變片的檢測(cè)信號(hào)計(jì)算獲得平板2上所受力的大小與分布；在測(cè)力單元上建立三維坐標(biāo)系，是以平板2的底面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，第一梁1a和第二梁2a處在X軸向上，第三梁3a和第四梁4a處在Y軸向，沿平板2的厚度方向?yàn)閆軸向。

如圖3a和圖3b所示，本實(shí)施例中，在第一梁1a和第二梁2a上沿Y軸向設(shè)置有雙通孔4，在第三梁3a和第四梁4a上沿X軸向設(shè)置有雙通孔4；雙通孔4是指相互平行的兩只單通孔相連通，兩只單通孔分別是近支撐梁首端的首端孔和近支撐梁末端的末端孔；設(shè)置在支撐梁3上的應(yīng)變片是分處在對(duì)應(yīng)于首端孔和末端孔的中心線所在位置的支撐梁的下表面和上表面，包括：

第一梁1a上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第一梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R11和R12；第一梁1a上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第一梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R13和R14；

第二梁2a上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第二梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R21和R22；第二梁2a上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第二梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R23和R24；

第三梁3a上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第三梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R31和R32；第三梁3a上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第三梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R33和R34；

第四梁4a上，對(duì)應(yīng)于首端孔中心線位置在第四梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R41和R42；第四梁4a上，對(duì)應(yīng)于末端孔中心線位置在第四梁的下表面和上表面分別設(shè)置應(yīng)變片R43和R44；

應(yīng)變片R11、R12、R13和R14，以及應(yīng)變片R21、R22、R23和R24沿X軸向設(shè)置；

應(yīng)變片R31、R32、R33和R34，以及應(yīng)變片R31、R32、R33和R34沿Y軸向設(shè)置；

利用應(yīng)變片R11和R12、應(yīng)變片R13和R14、應(yīng)變片R21和R22、應(yīng)變片R23和R24、應(yīng)變片R31和R32、應(yīng)變片R33和R34、應(yīng)變片R41和R42，以及應(yīng)變片R43和R44分別組成惠斯通半橋電路，一一對(duì)應(yīng)獲得檢測(cè)信號(hào)為U₁₁、U₁₂、U₂₁、U₂₂、U₃₁、U₃₂、U₄₁和U₄₂，共計(jì)八個(gè)檢測(cè)信號(hào)，其中U₁₁和U₁₂為第一梁檢測(cè)信號(hào)；U₂₁和U₂₂為第二梁檢測(cè)信號(hào)；U₃₁和U₃₂為第三梁檢測(cè)信號(hào)；U₄₁和U₄₂為第四梁檢測(cè)信號(hào)；利用檢測(cè)信號(hào)計(jì)算獲得測(cè)力單元1上各作用力的大小。

如圖4所示和圖6所示，可以在各支撐梁3的首端呈“T”連接周向梁6，支撐梁3在首端是以周向梁6的兩端呈豎向與平板2固定連接，在周向梁6的兩端對(duì)稱設(shè)置一對(duì)首端Z向通孔7，一對(duì)首端Z向通孔7是分處在周向梁左端的左端Z向通孔和分處在周向梁右端的右端Z向通孔，周向梁分別是：

位于第一梁1a的首端的第一周向梁1b；

位于第二梁2a的首端的第二周向梁2b；

位于第三梁3a的首端的第三周向梁3b；

位于第四梁4a的首端的第四周向梁4b；

圖4所示是在各支撐梁3的末端設(shè)置一末端Z向通孔8；圖6所示是在各支撐梁3的末端設(shè)置一段浮動(dòng)梁9，浮動(dòng)梁9與支撐梁3在同一直線上，并且浮動(dòng)梁9的寬度小于支撐梁3的寬度，形成支撐梁3的細(xì)頸部。

應(yīng)變片也設(shè)置在周向梁6上、對(duì)應(yīng)于各周向梁上右端Z向通孔所在位置，并朝上周向梁中心偏離右端Z向通孔中心、分處在周向梁6的外表面和內(nèi)表面，包括如圖5a和圖5b，以及圖7a和圖7b所示的：

分處在第一周向梁1b的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R51和R52；

分處在第二周向梁2b的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R53和R54；

分處在第三周向梁3b的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R61和R62；

分處在第四周向梁4b的外表面和內(nèi)表面上的應(yīng)變片R63和R64；

應(yīng)變片R51、R52、R53和R54沿Y軸向設(shè)置；應(yīng)變片R61、R62、R63和R64沿X軸向設(shè)置。

由應(yīng)變片R51、R52、R53和R54組成一組惠斯通全橋電路，用于檢測(cè)X軸向的作用力F_x；由應(yīng)變片R61、R62、R63和R64組成另一組惠斯通全橋電路，用于檢測(cè)Y軸向的作用力F_y。

針對(duì)包括第一趾骨區(qū)域、第二到五趾骨區(qū)域、第一跖骨區(qū)域、第二跖骨區(qū)域、第三到第五趾骨區(qū)域、足跟內(nèi)側(cè)區(qū)域以及足跟外側(cè)區(qū)域的共七個(gè)腳底主要壓力作用位置5，按如下方式進(jìn)行測(cè)力：

若利用測(cè)力單元1測(cè)量一個(gè)作用力大小F_i，c_i·F_i＝m_i；其中c_i為常數(shù)，常數(shù)c_i與作用力的位置坐標(biāo)(x_i,y_i)及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)，m_i為靠近作用力位置的支撐梁3上的任意一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量兩個(gè)作用力大小F_a和F_b；C·F＝M；其中C為2×2常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)和(x_b,y_b)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b)^T；針對(duì)靠近作用力位置的兩個(gè)支撐梁3上各選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，構(gòu)成向量M。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量三個(gè)作用力大小F_a、F_b和F_c；C·F＝M；其中C為3×3常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中三個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且針對(duì)每個(gè)支撐梁3最多選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量四個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c和F_d；C·F＝M；其中C為4×4常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)和(x_d,y_d)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中四個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且每個(gè)支撐梁3上選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量五個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d和F_e；C·F＝M；其中C為5×5常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中五個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且在行走時(shí)的前后方向上的兩個(gè)支撐梁(3)上各選取一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，在行走時(shí)的左右方向上的支撐梁3上任意選取三個(gè)輸出信號(hào)。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量六個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d、F_e和F_f；C·F＝M；其中C為6×6常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)和(x_f,y_f)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e，F(xiàn)_f)^T；M為八個(gè)檢測(cè)信號(hào)中六個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且行走時(shí)的前后方向上的每個(gè)支撐梁3上至少選取一個(gè)輸出信號(hào)，行走時(shí)的左右方向上的兩個(gè)支撐梁3上至少選取三個(gè)輸出信號(hào)。

若利用測(cè)力單元1測(cè)量七個(gè)作用力大小F_a、F_b、F_c、F_d、F_e、F_f和F_g；C·F＝M；其中C為7×7常數(shù)矩陣，常數(shù)矩陣C與作用力位置坐標(biāo)(x_a,y_a)、(x_b,y_b)、(x_c,y_c)、(x_d,y_d)、(x_e,y_e)、(x_f,y_f)和(x_g,y_g)以及選擇的檢測(cè)信號(hào)相關(guān)；向量F＝(F_a，F(xiàn)_b，F(xiàn)_c，F(xiàn)_d，F(xiàn)_e，F(xiàn)_f，F(xiàn)_g)^T；M為八個(gè)輸出信號(hào)中七個(gè)檢測(cè)信號(hào)組成的向量，且行走時(shí)的前后方向上的兩個(gè)支撐梁3上任意選取三個(gè)輸出信號(hào)，行走時(shí)的左右方向上的兩個(gè)支撐梁3上選取四個(gè)輸出信號(hào)。

則各個(gè)測(cè)量單元1上的作用力大小F即為：F＝C^-1·M；將屬于同一個(gè)腳底主要壓力作用位置5的區(qū)域的作用力合并為一個(gè)腳底主要壓力大小，根據(jù)腳底各個(gè)主要壓力大小及位置實(shí)現(xiàn)步態(tài)測(cè)量。

本發(fā)明既利用多個(gè)測(cè)力單元陣列排布組成，又利用每個(gè)測(cè)力單元可測(cè)多個(gè)壓力，提高精度的同時(shí)成本較低，而且可以對(duì)切向力進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明可以用來檢測(cè)人體步態(tài)和足底各部位壓力狀況，對(duì)于小孩腳型矯正、腳步患者康復(fù)程度的檢測(cè)以及找到運(yùn)動(dòng)員最有效地運(yùn)動(dòng)方式等具有重要作用。