本發(fā)明涉及智能鞋墊，尤其涉及一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊。

背景技術(shù)：

1、康復(fù)領(lǐng)域?qū)τ诓綉B(tài)分析技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)，特別是在康復(fù)治療和康復(fù)訓(xùn)練中，了解和監(jiān)測(cè)患者的步態(tài)變化對(duì)于評(píng)估治療效果和指導(dǎo)康復(fù)計(jì)劃至關(guān)重要。傳統(tǒng)的步態(tài)評(píng)估方法往往受限于專業(yè)設(shè)備和臨床環(huán)境，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)和跟蹤。

2、然而現(xiàn)有方案大多通過(guò)壓力傳感器分布于鞋墊表面來(lái)傳遞足底壓力信息力傳感器僅能傳遞足底壓力信息，這種方案獲取的數(shù)據(jù)較為單一，難以全面解析出完整的步態(tài)信息，導(dǎo)致分析結(jié)果較為片面。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)難以全面解析出完整的步態(tài)信息的問(wèn)題，提供了一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊。

2、本發(fā)明提供了一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，包括：

3、鞋墊本體、磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、主控模塊、藍(lán)牙通訊模塊以及上位機(jī)，所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、主控模塊、藍(lán)牙通訊模塊均設(shè)置在所述鞋墊本體內(nèi)；

4、所述電源管理模塊為所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊供電，所述主控模塊將所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)所述藍(lán)牙通訊模塊發(fā)送至所述上位機(jī)，所述上位機(jī)接收所述數(shù)據(jù)信息并根據(jù)內(nèi)置機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算獲取磁場(chǎng)變化從而得到磁珠到傳感器的距離變化，基于所述磁珠到傳感器的距離變化得到當(dāng)前步態(tài)信息并進(jìn)行顯示。

5、所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊采用96個(gè)lis3mdl磁場(chǎng)陣列傳感器，所述磁場(chǎng)陣列傳感器通過(guò)i2c的通信方式連接到所述主控模塊。

6、包括，

7、將多個(gè)磁珠嵌入所述鞋墊本體內(nèi)，將96個(gè)lis3mdl磁場(chǎng)陣列傳感器植入在距離磁珠的2mm深度以下，利用所述磁場(chǎng)陣列傳感器檢測(cè)磁珠的磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向，得到所述磁珠到傳感器的距離變化。

8、在鞋墊靜置時(shí)，按照磁珠分離距離閾值將所述磁珠嵌入所述鞋墊本體內(nèi)。

9、根據(jù)兩個(gè)磁珠之間的電磁感應(yīng)力、經(jīng)驗(yàn)分離距離閾值以及最大抗力求解兩個(gè)磁珠之間所經(jīng)歷的最大力，并獲取新磁珠之間的分離距離閾值。

10、所述兩個(gè)磁珠之間的電磁感應(yīng)力f的計(jì)算為，

11、設(shè)定兩個(gè)具有相同幾何形狀和磁矩分別為m1和m2的球形磁珠之間的距離為d，且兩個(gè)磁珠的方向是對(duì)齊的，兩個(gè)磁珠之間的電磁感應(yīng)力f為，

12、

13、其中，μ0表示自由空間的磁導(dǎo)率，π表示圓周率。

14、植入根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分離距離閾值d0，且磁珠m1和m2的磁頭對(duì)不遷移，設(shè)定鞋墊材料在整個(gè)研究期間彈性極限的最大抗力為c，則在整個(gè)研究期間磁珠之間所經(jīng)歷的最大力fmax為，

15、

16、給定兩個(gè)具有相同幾何形狀和新磁矩分別為m1'和m2'的新磁珠，設(shè)定一個(gè)新的分離距離閾值d'0，最大作用力與新分離距離閾值之間的關(guān)系式為:

17、

18、m1'＝am1；

19、m2'＝bm2；

20、其中，a、b分別表示新磁珠m1'和m2'對(duì)應(yīng)磁矩的比例因子。

21、新的分離距離閾值d'0的計(jì)算為，

22、

23、當(dāng)植入磁珠時(shí)，使得磁珠之間的距離小于d'0時(shí)，磁珠對(duì)受到磁感應(yīng)力從而影響步態(tài)檢測(cè)分析；

24、當(dāng)植入磁珠時(shí)，使得磁珠之間的距離大于d'0時(shí)，磁珠對(duì)不受磁感應(yīng)力影響。

25、有益效果：本發(fā)明采用磁珠和磁場(chǎng)陣列傳感器進(jìn)行步態(tài)分析，通過(guò)鞋墊本體提取出足底壓力導(dǎo)致的磁珠距離變化，并搭建機(jī)器學(xué)習(xí)模型，將以上信息輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型綜合對(duì)步態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析，能夠快速解析出完整的步態(tài)信息。

26、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識(shí)本發(fā)明的實(shí)施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過(guò)以下的說(shuō)明書而變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于，包括：鞋墊本體、磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、主控模塊、藍(lán)牙通訊模塊以及上位機(jī)，所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、主控模塊、藍(lán)牙通訊模塊均設(shè)置在所述鞋墊本體內(nèi)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：所述磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊采用96個(gè)lis3mdl磁場(chǎng)陣列傳感器，所述磁場(chǎng)陣列傳感器通過(guò)i2c的通信方式連接到所述主控模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：包括，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：在鞋墊靜置時(shí)，按照磁珠分離距離閾值將所述磁珠嵌入所述鞋墊本體內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：根據(jù)兩個(gè)磁珠之間的電磁感應(yīng)力、經(jīng)驗(yàn)分離距離閾值以及最大抗力求解兩個(gè)磁珠之間所經(jīng)歷的最大力，并獲取新磁珠之間的分離距離閾值。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：所述兩個(gè)磁珠之間的電磁感應(yīng)力f的計(jì)算為，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：植入根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分離距離閾值d0，且磁珠m1和m2的磁頭對(duì)不遷移，設(shè)定鞋墊材料在整個(gè)研究期間彈性極限的最大抗力為c，則在整個(gè)研究期間磁珠之間所經(jīng)歷的最大力fmax為，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，其特征在于：新的分離距離閾值d'0的計(jì)算為，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種利用磁珠對(duì)步態(tài)進(jìn)行分析的智能鞋墊，涉及康復(fù)技術(shù)領(lǐng)域。具體實(shí)現(xiàn)方案為：鞋墊本體、磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊、電源管理模塊、主控模塊、藍(lán)牙通訊模塊以及上位機(jī)；電源管理模塊為磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊供電，主控模塊將磁場(chǎng)信號(hào)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息通過(guò)藍(lán)牙通訊模塊發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)信息并根據(jù)內(nèi)置機(jī)器學(xué)習(xí)算法計(jì)算獲取磁場(chǎng)變化從而得到磁珠到傳感器的距離變化，基于磁珠到傳感器的距離變化變化得到當(dāng)前步態(tài)信息并進(jìn)行顯示。本發(fā)明采用磁珠和磁場(chǎng)陣列傳感器進(jìn)行步態(tài)分析，通過(guò)鞋墊本體提取出足底壓力導(dǎo)致的磁珠距離變化，并搭建機(jī)器學(xué)習(xí)模型，將以上信息輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型綜合對(duì)步態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析，能夠快速解析出完整的步態(tài)信息。

技術(shù)研發(fā)人員：楊建濤,王思佳,吳靜鈺,喻洪流
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30