足底压力鞋垫传感器是测量重力转移的决定性工具，因为它们能提供直接、量化的证据，证明外骨骼正在有效地将穿着者的体重卸载。通过测量足部的精确压力分布，工程师可以验证机器是否成功绕过了人腿，并将躯干的负荷直接传递到地面。
核心见解：这些传感器的主要目的是计算重力转移效率。这一指标证明了外骨骼不仅仅是一个可穿戴结构，而是一个功能性的承重设备，通过减少足底压力来积极保护用户的肌肉骨骼系统。
承重验证的力学原理
绕过生物肢体
下肢外骨骼的基本目标是创建一个平行的负荷路径。设备必须承担重量，而不是人体的骨骼。鞋垫传感器是这条机械链中的最终检查点；如果传感器检测到高压，则表明外骨骼未能支撑负荷。如果压力显著降低，则表明设备已成功将其重力通过自身的框架传递到地面。
量化减负效果
来自操作员的主观反馈（“感觉更轻了”）不足以进行工程验证。鞋垫传感器允许对“外骨骼开启”和“外骨骼关闭”状态进行比较分析。通过从基线值中减去佩戴设备时测得的压力值，研究人员可以确定减负效果的具体大小。
压力分布映射
有效的负荷转移不仅仅是关于总重量，更是关于分布。主要参考资料表明，这些传感器测量的是整个足部的压力分布。这确保了外骨骼不会仅仅将负荷转移到某个特定的、疼痛的压力点，而是真正地减轻了足部的整体负担。
转向客观数据
从主观到数字化
历史上，评估承重方案依赖于患者的描述，而这些描述是出了名的不可靠。如补充文件中所述，智能鞋垫利用多点电容传感器阵列将这一过程数字化。这会将模糊的缓解感转化为关于峰值压力和平均承重水平的可操作的实时数据点。
实时合规性监测
在工业和康复环境中，了解用户是否正确地与设备互动至关重要。传感器阵列提供承重合规性的实时监测。这种反馈循环使工程师和医疗专业人员能够验证外骨骼在动态运动中是否执行了预期的支撑协议，而不仅仅是在静止站立时。
理解权衡
数据复杂性与可操作性见解
虽然鞋垫传感器提供精确数据，但它们在解释和校准方面引入了一层复杂性。
- 细微差别：总力的简单降低是好的，但如果由于贴合不当导致小区域的峰值压力增加，如果只看平均值，传感器数据可能会被误读。
- 要求：正确的分析需要同时查看总负荷降低和压力图拓扑，以确保安全。您不能仅依赖一个指标；力的空间分布与总降低幅度同样关键。
根据您的目标做出正确的选择
无论您是设计新的工业外骨骼还是管理康复方案，这项技术的应用都取决于您的具体目标。
- 如果您的主要重点是工程验证：优先考虑重力转移效率计算，以证明设备在物理上绕过了用户的下肢并保护了肌肉骨骼系统。
- 如果您的主要重点是临床康复：专注于合规性监测，以确保患者遵守特定的承重方案，同时不超过安全压力限制。
外骨骼的真正性能不是由硬件本身定义的，而是由对人体应变的测量减少来定义的。
摘要表：
| 指标类别 | 关键功能 | 对外骨骼分析的好处 |
|---|---|---|
| 重力转移效率 | 计算负荷路径绕行 | 证明设备在物理上承担了重量。 |
| 压力映射 | 可视化空间分布 | 确保没有产生有害的压力点。 |
| 定量减负 | 比较开启与关闭状态 | 用客观的减负数据取代主观反馈。 |
| 合规性监测 | 跟踪实时交互 | 确保用户遵守安全承重方案。 |
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参考文献
- Yao Tu, Guang‐Zhong Cao. Design and Experimental Evaluation of a Lower-Limb Exoskeleton for Assisting Workers With Motorized Tuning of Squat Heights. DOI: 10.1109/tnsre.2022.3143361
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
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