工业级压力传感鞋垫采用三区域布局，主要是为了精确捕捉足部最关键的生物力学区域的足底压力空间分布。通过将足部分割为足跟、足弓和前掌——通常采用30%、30%和40%的长度比例——该系统可以分离出区分不同工业活动所需的特定力学特征。
这种布局的核心优势在于能够实现硬件级别的任务分类。通过监测重心（CoG）在这些特定三个区域之间的移动或稳定情况，系统可以可靠地区分行走等动态动作与站立等静态状态。
布局的生物力学原理
这种设计并非随意，而是为了映射人类足部在工作相关任务中的自然力学运动而设计的。
30/30/40比例
有效的工业鞋垫通常采用特定的长度划分：30%用于足跟，30%用于足弓，40%用于前掌。
这个特定比例与足部的解剖结构相符。它确保了传感器恰好位于静态承重和动态运动期间施加力的位置。
捕捉空间分布
主要的技术目标是捕捉压力的空间分布。
该系统不是将足部视为一个单一数据点，而是允许分析重量如何在整个足底表面分布。这对于理解用户意图和疲劳程度至关重要。
实现自动化任务分类
三区域布局对于将原始压力数据转化为关于工人活动的可用见解至关重要。
识别动态运动（行走）
系统使用三个不同的区域来检测重心（CoG）的节律性变化。
在行走等活动中，传感器会检测到可预测的力转移。系统会以循环模式记录重心在足跟和前掌之间的来回移动。
识别静态状态（站立）
与行走相比，站立需要稳定性分析。
当工人站立时，重心保持相对稳定。三区域布局确认压力在各个区域之间均匀施加，而没有运动固有的振荡移动。
理解权衡
虽然三区域布局在工业监测方面非常有效，但重要的是要了解其与其他传感方法相比的局限性。
数据效率与粒度
这种布局优先考虑效率。通过将数据限制在三个关键区域，系统可以在硬件级别执行分类，而无需大量计算资源。
分辨率限制
权衡的是空间分辨率。
三区域系统在确定工人正在做什么（例如，提举、行走、站立）方面非常出色。然而，它缺乏识别单个脚趾上的特定压力点或微小跖骨异常等详细临床诊断所需的高清映射。
为您的应用选择合适的技术
在为工业应用选择传感器技术时，请根据您的具体数据要求来调整传感器布局。
- 如果您的主要重点是实时活动识别： 利用三区域（30/30/40）布局，在不使处理硬件过载的情况下，有效地区分行走和站立。
- 如果您的主要重点是详细的医疗诊断： 请注意，虽然三区域布局可以捕捉一般的力学特征，但您可能需要更高密度的传感器矩阵来分析微观步态病理。
三区域布局代表了工业环境中生物力学精度与计算效率之间的最佳平衡。
总结表：
| 区域 | 长度比例 | 在任务分类中的主要功能 |
|---|---|---|
| 足跟 | 30% | 检测行走过程中的初始接触和重心转移 |
| 足弓 | 30% | 监测站立中期稳定性和负荷分布 |
| 前掌 | 40% | 捕捉推进力和静态平衡信号 |
| 整个系统 | 100% | 实现实时硬件级别任务区分 |
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参考文献
- P. A. O’SULLIVAN, Dimitrios-Sokratis Komaris. AI-Based Task Classification With Pressure Insoles for Occupational Safety. DOI: 10.1109/access.2024.3361754
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
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