ロードコンセントレーターの目的は、データの忠実度を確保することです。 スマートインソールの設計では、3Dプリントされたロードコンセントレーター(「パケット」とも呼ばれる)が圧力センサーの直上に設置され、力をセンサーの効果的なアクティブゾーンに正確に伝達します。この機械的なインターフェースは、横方向の動きや柔らかいインソール素材の自然な圧縮によって発生するノイズから垂直圧力を分離するために不可欠です。
コアの要点 ロードコンセントレーターは、センシング環境を安定させる物理的なフィルターとして機能します。力を正確に伝達し、材料の変形や横方向の動きからの干渉をブロックすることで、ノイズの多い信号を正確で信頼性の高い圧力データに変換します。
力伝達の仕組み
負荷の伝達
パケットの主な役割は、足の重さを圧力センサーの「効果的なセンシングゾーン」に集中させることです。
このコンポーネントがないと、力は足とセンサーの間の隙間に分散してしまう可能性があります。コンセントレーターはこの隙間を埋め、印加された負荷が周囲の空間に失われることなくセンサーに登録されるようにします。
材料変形の軽減
スマートインソールは通常、快適性のために柔らかく柔軟な素材で作られています。しかし、これらの素材は重量がかかると予測不能に変形します。
ロードコンセントレーターは、この変形がセンサーに影響を与えるのを防ぐ剛性インターフェースを提供します。センサーは、インソールケーシングのねじれや伸びによって引き起こされるアーティファクトではなく、印加された実際の圧力を読み取ります。
信号干渉の排除
横方向の接線力のブロック
人が歩いたり走ったりするとき、垂直方向の圧力だけでなく、せん断力(水平方向)も発生します。
これらの横方向の接線力は、標準的な圧力センサーを混乱させ、誤った読み取りを引き起こす可能性があります。ロードコンセントレーターは、センサーをこれらの横方向の力から分離し、意図された垂直負荷のみを測定するようにします。
均一な分布の確保
不均一な圧力分布は、ウェアラブルセンサーにおける一般的なエラーの原因です。
コンセントレーターをセンシング表面の直上に配置することで、設計により圧力がセンサーのアクティブエリア全体に均一に分散されます。これにより、データを歪める可能性のある局所的な圧力スパイクを防ぎます。
省略のリスク
単純化の代償
ロードコンセントレーターなしでインソールを設計すると、組み立ては簡単になりますが、データの品質は著しく低下します。
これらのパケットがないと、「効果的なセンシングゾーン」はノイズの影響を受けやすくなります。収集されたデータは、実際の圧力、せん断力の干渉、材料の歪みの混合物となり、真の生体力学的信号を分離することが困難になります。
精度対機械的複雑さ
ロードコンセントレーターの実装は、精密なアライメントの必要性を導入します。
コンセントレーターは、センシング表面の直上に設置する必要があります。アライメントがずれると、コンポーネントの目的が損なわれ、負荷を効果的なゾーンにチャネリングできなくなり、コンセントレーターがない場合よりもデータが悪化する可能性があります。
プロジェクトに最適な選択をする
スマートインソールの設計にロードコンセントレーターが必要かどうかを判断するには、特定のデータ要件を考慮してください。
- 臨床精度が最優先事項の場合:材料の変形による「ノイズ」を排除し、圧力データが医学的に有効であることを保証するために、ロードコンセントレーターを含める必要があります。
- 動的な歩行分析が最優先事項の場合:歩行のブレーキおよび推進段階で自然に発生する横方向の接線力(せん断)をフィルタリングするために、コンセントレーターが必要です。
概要:ロードコンセントレーターは単なるスペーサーではなく、センサーがインソールの材料変形ではなく、ユーザーの足の力学を測定することを保証する重要な機械的フィルターです。
概要表:
| 機能 | 目的 | スマートインソールへのメリット |
|---|---|---|
| 力伝達 | 負荷をセンサーのアクティブゾーンに伝達する | 周囲の素材への力の損失を防ぐ |
| 素材分離 | 柔らかいフォームの上にある剛性インターフェース | 変形アーティファクトによる読み取りの歪みを防ぐ |
| せん断フィルタリング | 横方向の接線力をブロックする | クリーンな生体力学的データのために垂直圧力を分離する |
| 均一な分布 | センサー全体に圧力を均一にする | 局所的なスパイクとデータの不整合を防ぐ |
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参考文献
- Shuo Xu, Anahita Emami. Slip Risk Prediction Using Intelligent Insoles and a Slip Simulator. DOI: 10.3390/electronics12214393
この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .
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