طراحي و ساخت كفي كفش هوشمند جهت تحليل راه رفتن

Design and manufacturing of an intelligent insole for gait analysis

فشار صفحه‌اي پا فشاري است كه بين سطح خارجي پا و مكان اتكاي پا وجود دارد. اطلاعات مستخرج از چنين فشاري براي پژوهش‌هاي مربوط به مطالعة نحوة راه‌رفتن، مشكلات تعادلي، طراحي كفش، بيومكانيك ورزشي و پيشگيري از آسيب‌هاي ناشي از نبود حفظ تعادل به‌كار مي‌رود؛ بنابراين، لزوم ايجاد روش‌ها و ساخت سيستم‌هايي براي اندازه‌گيري فشار و نحوة توزيع آن در كف پا به‌خوبي احساس مي‌شود. با استفاده از يك سيستم قابل‌حمل مي­توان تحليل پايداري و تحليل رفتار حركتي فرد را انجام داد. سيستم كفي هوشمند داخل كفش نيز مي‌تواند ازطريق ارسال دادة بي­سيم به‌صورت لحظه ­اي اطلاعات و داده­ هاي رفتار حركتي و پايداري و تعادل فرد را دراختيار مربي يا حتي پزشك معالج فرد قرار دهد. ازطرفي، لازمة اندازه‌گيري لحظه‌ به‌ لحظة پارامترهاي راه‌رفتن طبيعي عبارت‌اند از: قابليت حمل مجموعه سنسورها، نبود محدوديت از لحاظ برد كاري، قابليت كاشت داخل كفش يا كفي و قابليت داده‌خواني در شرايط مطلوب كه اصلي‌ترين الزام‌هاي چنين سنسورهايي هستند؛ بر اين ‌اساس، هدف از انجام اين مطالعه، طراحي ساخت و اعتبارسنجي كفي هوشمندي بود كه توانايي اندازه‌گيري متغيرهاي بيومكانيكي مدنظر را داشته باشد. با بررسي دقيق نتايج و نمودارهاي حاصل، درنهايت سنسور اثر هال با ارتفاع پنج ميلي‌متر و قطر دو ميلي‌متري ناحية مغناطيسي براي كاشت در كفي انتخاب شد. پس از ساخت كفي ذكرشده، 10 نفر به‌عنوان آزمودني به‌طور تصادفي انتخاب شدند. براي انجام مرحلة تست برداري، هر فرد بايد كفي­ ها را به پا مي‌كرد و دو آزمايش ايستا و پويا را (راه‌رفتن) انجام مي‌داد. تست­ هاي انجام‌شده براي كفي مجهز به سنسور اثر هال انجام شدند و با نتايج آزمون ­هاي حاصل از كفي پدار مقايسه شدند. نتايج دو آزمون پدار و كفي سنسور اثر هال تطبيق خوبي داشت و ضريب رگرسيون عددي نزديك به يك بود كه نشانگر هماهنگي زياد نتايج كفي مجهز به سنسور اثر هال با پدار است. شايان ذكر است كه طبق نتايج پژوهش امكان ساخت انواع سنسورها در اندازه ­ها و ابعاد گوناگون وجود دارد و نسبت به كاربرد موردنظر يا حتي تغييرات ساختاري و طراحي كفي در آينده آزادي عمل بيشتري وجود دارد. مجموعه عوامل ياد شده علاوه‌ بر اينكه كاربردي نوين براي سنسورهاي اثر هال ارائه مي­دهند، نويد امكان ساخت محصول تجاري با استفاده از اين نوع سنسور را نيز مي‌دهند.

Plate foot pressure is the pressure that exists between the foot and the surface under it. Information extracted from such pressure is used for research on gait, balance, shoe design, sport biomechanics and injury prevention. Therefore, it is necessary to develop methods and systems for measuring pressure. The purpose of this study was to design and validate intelligent insoles capable of measuring biomechanical gait variables. After careful examination of the results and diagrams, the Hall effect sensor was selected for implantation. After fabrication of the aforementioned insole, 10 subjects were randomly selected. Each participants had to perform both static and dynamic (walking) experiments. Tests were performed for the insole equipped with a Hall effect sensor and compared with the results of the tests with the Pedar insoles system. The results of the two Pedar and Hall effect sensor tests were matched and the numerical regression coefficient were close to one.