多点压力传感智能鞋和鞋垫可作为可穿戴实验室，通过在脚跟和跖骨等关键承重点放置传感器来实时测量足底力分布。通过将此压力数据与逆动力学算法相结合，这些设备可以帮助您计算垂直膝关节反作用力 (VKRF) 等内部生物力学变量，而这些变量通常无法直接观察。
这些设备弥合了实验室精度与实际应用之间的差距。它们将标准鞋履转化为诊断工具，能够在不受控制的移动环境中估算内部关节负荷并监测人体工学压力。
测量机制
战略性传感器布局
为了捕获准确的数据，这些设备不依赖于单个传感器。相反，它们在关键的解剖学标志点上分布了多个压力传感器。
特定的承重点通常包括脚趾、脚跟中心以及第一和第四跖骨。
捕获垂直地面反作用力
这些传感器的主要物理输出是测量地面反作用力 (GRF) 的垂直分量。
这项功能使鞋履能够作为移动式替代品，取代传统笨重且仅限于实验室环境的固定式测力台。
从原始数据到生物力学洞察
逆动力学的作用
仅凭原始压力数据无法全面了解人体工学负荷。
为了提取有意义的见解，系统利用逆动力学算法。这些数学模型处理压力数据，以推断作用于身体内部结构的力。
揭示不可见
传感器数据和算法的结合可以计算无法直接测量的内部生物力学变量。
通过此过程得出的关键指标包括垂直膝关节反作用力 (VKRF) 和内侧膝关节扭矩，这些是关节压力和潜在损伤风险的关键指标。
人体工学中的实际应用
打破实验室限制
传统的人体工学评估通常需要带有固定设备的受控环境。
智能鞋垫消除了这些空间限制，能够对实际工业生产现场的处理任务进行长期监测。
直接负荷估算
在工厂车间等不受控制的环境中，这些设备可提供连续数据。
这支持在工人移动并执行日常工作时进行直接负荷估算和足底压力分布监测。
理解权衡
维度限制
虽然对于移动性非常有效，但需要注意的是，这些传感器主要测量力的垂直分量。
固定的实验室测力台通常测量三维力（包括剪切力），提供更全面的力分布，而可穿戴鞋垫可能近似但无法完全复制。
算法依赖性
人体工学评估的准确性在很大程度上取决于所使用的逆动力学算法的质量。
传感器提供原始输入，但膝关节扭矩等内部负荷的计算是推导出的估算值，而非直接测量。
根据您的目标做出正确的选择
要确定此技术是否适合您的人体工学评估需求，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要重点是基于现场的安全监测：重视该设备作为移动测力台的能力，使您能够在实际工业环境中评估工人，而没有空间限制。
- 如果您的主要重点是关节健康和预防伤害：依赖该设备的逆动力学能力来计算垂直膝关节反作用力 (VKRF) 和内侧膝关节扭矩等特定内部变量。
通过将负荷测量从地面转移到足部，您可以评估工作的真实生物力学成本。
总结表：
| 特征 | 功能与影响 |
|---|---|
| 传感器布局 | 战略性地放置在脚跟、脚趾和跖骨处，以获取精确的足底力数据。 |
| 垂直 GRF | 捕获垂直地面反作用力，取代固定的实验室测力台。 |
| 逆动力学 | 算法将原始压力数据转换为 VKRF 等内部生物力学见解。 |
| 工业应用 | 实现实际生产现场的长期、移动式人体工学监测。 |
| 指标监测 | 跟踪膝关节反作用力和内侧扭矩，以预防关节损伤。 |
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参考文献
- Geoffrey A. Clark, Heni Ben Amor. Learning Ergonomic Control in Human–Robot Symbiotic Walking. DOI: 10.1109/tro.2022.3192779
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
