CN112618284B - 一种用于辅助下肢的鞋具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于辅助下肢的鞋具，包括：足底机构；多个图像识别模块，其安装在所述足底机构外侧的前端；多个视频采集模块，其设置在所述足底机构内，贯穿于所述足底机构内；多个超声波测距模块，其嵌设在所述视频摄像模块的一侧，所述超声波测距模块设置在所述足底机构上，位于所述足底机构的两侧，可以检测用户周边环境、实现预判使用者的运动倾向、并做出运动轨迹规划，以实现对腿脚乏力、行走不便的者提供有效的助力助行；压力充电模块，通过脚步对地压力，实现对压力薄膜电池的自我充电；无线信号传输模块，实现信息传送。

Description

一种用于辅助下肢的鞋具

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种用于辅助下肢的鞋具。

背景技术

随着中国社会老年化人口的增多，老年人的健康问题日渐突出，其中相当比例的老年人腿脚乏力，或者由于偏瘫等原因造成行动不便。为了帮助这批腿脚不便者恢复或改善行走功能，下肢外骨骼机器人成为了一种辅助工具的有效选项。

传统的下肢外骨骼机器人与人体的随动，往往是通过装在下肢外骨骼上的角度/加速度传感器、姿态传感器、以及足底压力传感器等来实现的，无法实现识别外部环境，导致随动的滞后。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于辅助下肢的鞋具，能够检测脚底离地高度，识别路面状况等足底外部环境，并实时地将相关数据上传到可穿戴服务器，从而使得助力、助行外骨骼机器人能够预判使用者的运动倾向、并做出运动轨迹规划，以实现对腿脚乏力、行走不便的者提供有效的助力、助行。另外，盲人也可用本装置，实现对地面环境的辅助识别。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

足底机构；多个图像识别模块，其安装在所述足底机构外侧的前端；多个视频采集模块，其设置在所述足底机构内，贯穿于所述足底机构内；多个超声波测距模块，其嵌设在所述视频采集模块的一侧，所述超声波测距模块设置在所述足底机构上，位于所述足底机构的两侧。

在一实施例中，所述辅助下肢的鞋具还包括：主控装置，包括主控板和压力薄膜电池，所述主控装置设置在所述足底机构的底部，所述压力薄膜电池安装在鞋具底部缓冲泡沫层上，所述主控板上设有无线信号传输模块、定位模块及信号采集模块；保护装置，包括缓冲泡沫层及防水密封圈，所述密封圈设置在所述足底机构底部，所述缓冲泡沫层设置在所述防水密封圈上，包裹覆盖所述主控装置。

在一实施例中，所述防水密封圈包括上防水密封圈及下防水密封圈。

在一实施例中，所述足底机构还包括足部固定带、第一固定带及第二固定带，所述足部固定带设置在所述足底机构的一端。

在一实施例中，所述足部固定带的两端安装在所述足底机构的两侧。

在一实施例中，所述第一固定带的两端连接所述足底机构的两端，所述第二固定带邻近设置在所述第一固定带的一侧。

在一实施例中，所述足底机构的前端设置有至少两个孔，用于放置所述图像识别模块。

在一实施例中，所述超声波测距模块包括：下防尘盖，其设置在所述防水密封圈上；

下防水密封垫，其设置在所述透明防尘盖上；超声波测距模块，其设置在所述下防水密封垫上，所述下防水密封垫套设在所述超声波测距装模块上；上防水密封垫，其设置在所述超声波测距模块上；上防尘盖，其设置在所述上防水密封垫上。

在一实施例中，所述足底机构底部设有一暗槽，所述暗槽设置在所述防水密封垫上。

在一实施例中，所述视频采集模块包括：透明防尘盖，其设置在所述铝制防尘层上；下防水密封垫，其设置在所述透明防尘盖上；视频采集模块，其设置在所述下防水密封垫上，所述下防水密封垫套设在所述视频采集模块上；上防水密封垫，其设置在所述视频采集模块上；上防尘盖，其设置在所述上防水密封垫上。

本发明提供一种辅助下肢的鞋具，包括足底机构，多个图像识别模块，多个视频采集模块，多个超声波测距装模块，主控装置，保护装置，足底机构用于辅助支撑下肢外骨骼机器人的足部，图像识别模块用于实时识别前方道路信息，视频采集模块用于信息采集，能够检测脚底离地高度，识别路面状况等足底外部环境，并实时地将相关数据上传到可穿戴服务器，从而使得助力、助行外骨骼机器人能够预判使用者的运动倾向、并做出运动轨迹规划，以实现对腿脚乏力、行走不便的者提供有效的助力、助行。另外，盲人也可用本装置，实现对地面环境的辅助识别。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的结构示意图。

图2为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的底部结构示意图。

图3为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的俯视图。

图4为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的侧视图。

图5为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的视频采集模块示意图。

图6为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的超声波测距模块示意图。

图7为本发明的一种用于辅助下肢的鞋具的主控装置示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

根据本发明的实施例，提供了一种用于辅助下肢的鞋具，图1是本发明中的实施例的一种用于辅助下肢的鞋具结构示意图，请参考图1及图7，该辅助下肢的鞋具结构包括足底机构100，其中包括足部固定带101、第一固定带102及第二固定带103，凹槽104，孔105，缓冲泡沫层106，防尘层107，防水密封圈108，其中防尘层107包括上防尘盖和下防尘盖，防水密封圈108包括上防水密封圈和下防水密封圈，图像识别模块200，视频采集模块300，超声波测距模块400，主控装置500，主控板501，保护装置。

请参考图1及图6，足底机构100，其中足底机构100包括足部固定带101、第一固定带102及第二固定带103，凹槽104，孔105，缓冲泡沫层106，防尘层107，防水密封圈108；多个图像识别模块200，其安装在所述足底机构100外侧的前端；多个视频采集模块300，其设置在所述足底机构100内，贯穿于所述足底机构100内；多个超声波测距模块400，其嵌设在所述视频采集模块300的一侧，所述超声波测距模400块设置在所述足底机构100上，位于所述足底机构100的两侧，主控装置500，包括主控板501和压力薄膜电池，设有所述主控装置500设置在所述足底机构100的底部，所述压力薄膜电池阵列分布在所述主控板501上；保护装置，包括缓冲泡沫层及防水密封圈，所述防水密封圈设置在所述足底机构100底部，所述缓冲泡沫层设置在所述防水密封圈上，包裹覆盖所述主控装置500。

请参考图1，足底机构100设置有底板，包括足部固定带101、第一固定带102及第二固定带103，本发明中的底板的一端呈圆弧状，足底机构100的两侧设置有凹槽，用于放置超声波测距模块400，本实施例中的凹槽的数量例如可以是四个或者多个，足底机构100的后端连接足部固定带101，足部固定带101转动连接足底机构100的后端，足部固定带101的一端转动连接足底机构的一侧。足底机构100的前端设置有孔，本实施例中的孔用于放置图像识别模块200，在足底机构100的外侧后部的两侧装有足部固定带101，足底机构100内部设置有视频采集模块300，至少两个视频采集模块300分别设置在足底机构100的上表面，第一固定带101的一端连接鞋体100的一侧，第一固定带101的另一端连接鞋体100的另一侧，在本发明的实施例中，第一固定带101与第二固定带102相距一定间隔。足底机构100的两侧设置有凹槽，用于放置超声波测距装置，足底机构100的一侧设有至少两个凹槽，两凹槽贯穿于足底机构100的足底机构100的底部设有暗槽，用于放置主控装置500，足底机构100的底部设置有保护装置600。足底机构100的一侧设置有三角支撑架，用于连接足底机构100的凹槽，使得相邻的在一侧的超声波测距模块相连，三角支撑架的一端连接第二固定带的一端，三角支撑架的另一端连接第一固定带的一端，使得第一固定带和第二固定带固定下肢外骨骼机器人足部，三角支撑架分布在足底机构100的两侧。

请参考图1及图7，图像识别模块200，图像识别模块200设置在足底机构100的一端，图像识别模块200嵌入足底机构100的孔中，图像识别模块200能够实时识别前方道路路况信息，图像识别模块连接主控装置500，经主控装置500控制，助力外骨骼机器人提前规划步态轨迹。

请参考图1及图5，视频采集模块300包括透明防尘盖305，下防水密封垫304，视频采集单元303，上防水密封垫302，上防尘盖301，透明防尘盖305设置在所述防尘层107上，下防水密封垫304设置在透明防尘盖305上，视频采集单元303设置在下防水密封垫304上，下防水密封垫304套设在视频采集单元303上，上防水密封垫302设置在视频采集单元303上，上防尘盖301设置在上防水密封垫302上。视频采集模块300用于采集环境图像。

请参考图1及图6，超声波测距模块400，超声波测距模块400贯穿于足底机构100,的凹槽，超声波测距模块400包括下防尘盖406，下防水垫405，超声波测距单元401，上防水垫404、上防尘盖403，其中超声波测距单元401包括距离感知传感器、材质识别传感器和位置识别传感器。下防尘盖406设置在防水密封圈上，下防水垫405设置在下防尘盖406上，超声波测距单元401设置在下防水垫405上，所述下防水垫405套设在识别超声波测距模块400上，上防水垫404设置在识别超声波测距装模块400上，上防尘盖403设置在上防水垫404上。超声波测距模块400用于定时检测足底机构离地距离。

请参考图1及图7，主控装置500，包括主控板501和压力薄膜电池，主控装置500嵌设置在所述足底机构100的底部，压力薄膜电池分布在所述主控板501上，主控板501上设有无线信号传输模块500a、定位模块500b及信号采集模块500c，当人体行走时，依靠足底的压力实现压力薄膜电池的充电功能，完成主控装置500及各类识别超声波测距装模块的电源供应。本发明的实施例中的主控装置500连接视频采集装置，用于视频传感器供电。

请参考图1及图7，保护装置，用于保护足底机构100的主控装置500以及足底机构100，包括缓冲泡沫层及防水密封圈，密封圈设置在足底机构100底部，缓冲泡沫层设置在防水密封圈上，包裹覆盖主控装置500。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，辅助下肢的鞋具穿戴在足部机构100内，当迈步尝试行走时，图像识别模块200实施采集周边环境数据，并传送至外骨骼机器人的控制装置，距离传感器定时检测足底机构100离地距离，当足底机构100离地距离高度大于等于上台阶所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将足底高度数据上传；或当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，使用者原地不动，进一步指导外骨骼机器人实现步态轨迹，纠正外骨骼机器人完成跨步，实现外骨骼机器人更好的适应相应的路况，增强用户体验。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，辅助下肢的鞋具穿戴在足部机构100内，当迈步尝试行走时，图像识别模块实施采集周边环境数据，并传送至外骨骼机器人的控制装置，距离传感器定时检测足底机构100离地距离，当足底机构100离地距离高度数据大于等于上台阶所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将足底高度上传；或当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，使用者原地不动，进一步指导外骨骼机器人实现步态轨迹，纠正外骨骼机器人完成绕道轨迹，实现外骨骼机器人更好的适应相应的路况，增强用户体验。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，辅助下肢的鞋具穿戴在足部机构100内，当迈步尝试行走时，图像识别模块200实施采集周边环境数据，并传送至外骨骼机器人的控制装置，距离传感器定时检测足底机构100离地距离，当足底机构100离地距离高度大于等于上台阶所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将图像数据上传；或当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，使用者原地不动，进一步指导外骨骼机器人实现步态轨迹，纠正外骨骼机器人完成跨步步态轨迹，实现外骨骼机器人更好的适应相应的路况，增强用户体验。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，辅助下肢的鞋具穿戴在足部机构100内，当迈步尝试行走时，图像识别模块200实施采集周边环境数据，并传送至外骨骼机器人的控制装置，距离传感器定时检测足底机构离地距离，当足底机构离100地距离高度大于等于上台阶所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将图像数据上传；或当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，使用者原地不动，进一步指导外骨骼机器人实现步态轨迹，纠正外骨骼机器人完成绕道步态轨迹，实现外骨骼机器人更好的适应相应的路况，增强用户体验。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，辅助下肢的鞋具穿戴在老年人足部上，当迈步尝试行走时，图像识别模块实施采集周边环境数据，并传送至鞋具的控制装置，距离传感器定时检测足底机构离地距离，当足底机构100离地距离高度大于等于上台阶所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将图像数据上传；或当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动视觉传感器拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，使用者原地不动，进一步指导鞋具实现步态轨迹，纠正鞋具完成跨步或者绕道等步态轨迹，实现老年人行动自如，更好的适应相应的路况，增强用户体验。

请参考图1及图7，在本发明的实施例中，还包括鞋具环境数据采集的方法，执行环境数据采集算法，检测距离传感器，所述检测距离传感器还包括定时检测，用于判断足底离地高度是都已达上台阶加权平均高度。第一次执行高度计数器，当低高度计数器大于不太周期最大值时，低高度计数器清零，循环往复，最终采集环境数据，使得数据上传云端。采集的环境数据还包括足底离地高度数据及图像数据，然不限于此，还可以包括距离障碍物的测距数据。

需要说明的是，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。

此外，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁盘或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本发明提供一种辅助下肢的鞋具，包括足底机构，多个图像识别模块，多个视频采集模块，多个超声波测距装模块，主控装置，保护装置，足底机构用于辅助支撑下肢外骨骼机器人的足部，图像识别模块用于实时识别前方道路信息，视频采集模块用于信息采集，能够检测脚底离地高度，识别路面状况等足底外部环境，并实时地将相关数据上传到可穿戴服务器，从而使得助力、助行外骨骼机器人能够预判使用者的运动倾向、并做出运动轨迹规划，以实现对腿脚乏力、行走不便的者提供有效的助力、助行。另外，盲人也可用本装置，实现对地面环境的辅助识别。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，其至少包括：

足底机构；

多个图像识别模块，其安装在所述足底机构外侧的前端；

多个视频采集模块，其设置在所述足底机构内，贯穿于所述足底机构内；

多个超声波测距模块，其嵌设在所述视频采集模块的一侧，所述超声波测距模块设置在所述足底机构上，位于所述足底机构的两侧；

当足底高度大于等于步行所需平均加权足底高度时，启动图像识别模块和视频采集模块拍摄图像并将环境数据上传，设置低高度计数器，用于判定是否在一个步态周期内，进一步指导鞋具实现步态轨迹，纠正鞋具完成跨步或者绕道步态轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述辅助下肢的鞋具还包括：

主控装置，包括主控板和压力薄膜电池，所述主控装置设置在所述足底机构的底部，所述压力薄膜电池安装在鞋具底部缓冲泡沫层上，所述主控板上设有无线信号传输模块、定位模块及信号采集模块；

保护装置，包括缓冲泡沫层及防水密封圈，所述防水密封圈设置在所述足底机构底部，所述缓冲泡沫层设置在所述防水密封圈上，包裹覆盖所述主控装置。

3.根据权利要求2所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述防水密封圈包括上防水密封圈及下防水密封圈。

4.根据权利要求1所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述足底机构还包括足部固定带、第一固定带及第二固定带，所述足部固定带设置在所述足底机构的一端。

5.根据权利要求4所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述足部固定带的两端安装在所述足底机构的两侧。

6.根据权利要求4所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述第一固定带的两端连接所述足底机构的两端，所述第二固定带邻近设置在所述第一固定带的一侧。

7.根据权利要求1所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述足底机构的前端设置有至少两个孔，用于放置所述图像识别模块。

8.根据权利要求2所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述视频采集模块包括：

透明防尘盖，其设置在铝制防尘层上；

下防水密封垫，其设置在所述透明防尘盖上；

视频采集单元，其设置在所述下防水密封垫上，所述下防水密封垫套设在所述视频采集模块上。

9.根据权利要求8所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述超声波测距模块包括：

下防尘盖，其设置在所述防水密封圈上；

下防水垫，其设置在所述下防尘盖上；

超声波测距单元，其设置在所述下防尘盖上，所述下防尘盖套设在所述超声波测距单元上。

10.根据权利要求9所述的一种用于辅助下肢的鞋具，其特征在于，所述足底机构底部设有一暗槽，所述暗槽设置在所述下防水密封垫上。