نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 پژوهشگاه تربیت بدنی و علوم ورزشی
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران
چکیده
فشار صفحه‌ای پا فشاری است که بین سطح خارجی پا و مکان اتکای پا وجود دارد. اطلاعات مستخرج از چنین فشاری برای پژوهش‌های مربوط به مطالعة نحوة راه‌رفتن، مشکلات تعادلی، طراحی کفش، بیومکانیک ورزشی و پیشگیری از آسیب‌های ناشی از نبود حفظ تعادل به‌کار می‌رود؛ بنابراین، لزوم ایجاد روش‌ها و ساخت سیستم‌هایی برای اندازه‌گیری فشار و نحوة توزیع آن در کف پا به‌خوبی احساس می‌شود. با استفاده از یک سیستم قابل‌حمل میتوان تحلیل پایداری و تحلیل رفتار حرکتی فرد را انجام داد. سیستم کفی هوشمند داخل کفش نیز می‌تواند ازطریق ارسال دادة بیسیم به‌صورت لحظهای اطلاعات و دادههای رفتار حرکتی و پایداری و تعادل فرد را دراختیار مربی یا حتی پزشک معالج فرد قرار دهد. ازطرفی، لازمة اندازه‌گیری لحظه‌به‌لحظة پارامترهای راه‌رفتن طبیعی عبارت‌اند از: قابلیت حمل مجموعه سنسورها، نبود محدودیت ازلحاظ برد کاری، قابلیت کاشت داخل کفش یا کفی و قابلیت داده‌خوانی در شرایط مطلوب که اصلی‌ترین الزام‌های چنین سنسورهایی هستند؛ براین‌اساس، هدف از انجام این مطالعه، طراحی ساخت و اعتبارسنجی کفی هوشمندی بود که توانایی اندازه‌گیری متغیرهای بیومکانیکی مدنظر را داشته باشد. با بررسی دقیق نتایج و نمودارهای حاصل، درنهایت سنسور اثر هال با ارتفاع پنج میلی‌متر و قطر دو میلی‌متری ناحیة مغناطیسی برای کاشت در کفی انتخاب شد. پس از ساخت کفی ذکرشده، ۱۰ نفر به‌عنوان آزمودنی به‌طور تصادفی انتخاب شدند. برای انجام مرحلة تست برداری، هر فرد باید کفیها را به پا می‌کرد و دو آزمایش ایستا و پویا را (راه‌رفتن) انجام می‌داد. تستهای انجام‌شده برای کفی مجهز به سنسور اثر هال انجام شدند و با نتایج آزمونهای حاصل از کفی پدار مقایسه شدند. نتایج دو آزمون پدار و کفی سنسور اثر هال تطبیق خوبی داشت و ضریب رگرسیون عددی نزدیک به یک بود که نشانگر هماهنگی زیاد نتایج کفی مجهز به سنسور اثر هال با پدار است. شایان ذکر است که طبق نتایج پژوهش امکان ساخت انواع سنسورها در اندازهها و ابعاد گوناگون وجود دارد و نسبت به کاربرد موردنظر یا حتی تغییرات ساختاری و طراحی کفی در آینده آزادی عمل بیشتری وجود دارد. مجموعه عوامل یادشده علاوه‌براینکه کاربردی نوین برای سنسورهای اثر هال ارائه میدهند، نوید امکان ساخت محصول تجاری با استفاده از این نوع سنسور را نیز میدهند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Design and manufacturing of an intelligent insole for gait analysis
نویسندگان [English]
- Ali sharifnezhad 1
- Mohammad Mojarrabi Tabrizi 2
- Mohammad Mahdi Agheli Haji Abadi 2
1 Department of Sport Biomechanics and Technology, Sport Sciences Research Institute, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده [English]
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.
کلیدواژه‌ها [English]
- Sole plantar pressure
- Pressure sensor
- Wireless systems
- Balance
- Lavery L, Vela S, Fleishli J, Armstrong D, Lavery D. Reducing plantar pressure in the neuropathic foot. Diabetes Care. 1997; 20:1706–10.
- Mueller M. Application of plantar pressure assessment in footwear and insert design. J Orthop Sports Phys. Ther. 1999; 29:747–5.
- Praet S, Louwerens J. The influence of shoe design on plantar pressures in neuropathic feet. Diabetes Care. 2003; 26:441–5.
- Queen RM, Abbey AN, Wiegerinck JI, Yoder JC, Nunley JA. Effect of shoe type on plantar pressure: A gender comparison. Gait and Posture. 2010:31;18–22.
- Larejani B, Zahedi F. Epidemiology of diabetes mellitus in Iran. Iranian journal of Diabetes and metabolism. 2001; 1 (1) :1-8
- Miranda DL, Hsu W-H, Gravelle DC, Petersen K, Ryzman R, Niemi J, Lesniewski-Laas N. Sensory enhancing insoles improve athletic performance during a hexagonal agility task. J biomech. 2016; 7:1058-63.
- Gregor K, Pias M, Bezodis I, Kerwin D, Coulouris G, Irwin G. Custom-built wireless pressure sensing insoles for determining contact-times in 60m maximal sprint running. In: ISBS-Conference Proceedings Archive. 2009;1(1):1-4.
- Saito M, Nakajima K, Takano C, Ohta Y, Sugimoto C, Ezoe R, Sasaki K, et al. An in-shoe device to measure plantar pressure during daily human activity. Medical engineering and physics. 2011;33(5):638-45.
- Interlink Electronics, Inc, “FSR 402”. Available at: http://interlinkelectronics.com/FSR402.php (cited 2019 July).
- Mirzanejad H, Agheli M. Soft force sensor made of magnetic powder blended with silicone rubber. Sensors and Actuators. 2019; 293:108-118.
- SS49E Linear Hall-Effect Sensor, ADDICARE-TM. (Online). Available: https://www.addicore.com/SS49E-Linear-Hall-Sensor-p/ad316.htm (cited 2019 July).
)