摘 要：針對(duì)下肢癱瘓人群在外出活動(dòng)或者康復(fù)訓(xùn)練中無(wú)法準(zhǔn)確感知下肢痛覺(jué)、腳踝扭傷后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了帶有防護(hù)功能的智能監(jiān)測(cè)鞋。通過(guò)對(duì)足踝生理結(jié)構(gòu)和損傷機(jī)制的研究，總結(jié)歸納出足踝活動(dòng)閾值，利用MPU6050姿態(tài)傳感器對(duì)用戶的足踝活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；并設(shè)計(jì)手機(jī)APP對(duì)監(jiān)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行反饋；通過(guò)對(duì)足踝處壓力值的重新分配設(shè)計(jì)了彈性護(hù)踝，將護(hù)踝與鞋子一體化創(chuàng)新設(shè)計(jì)以此實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)鞋的防護(hù)性能和監(jiān)測(cè)性能。智能監(jiān)測(cè)鞋能對(duì)用戶的腳踝起到一定的防護(hù)和受傷警示作用，在下肢癱瘓人群日常生活和康復(fù)訓(xùn)練中起到了積極作用。

關(guān)鍵詞：智能服裝；姿態(tài)傳感器；智能警示；護(hù)踝鞋

中圖分類號(hào)：TS941.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095－414X（2024）03－0070－06

0 "引言

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，全球有超過(guò)250萬(wàn)下肢癱瘓患者，造成下肢癱瘓主要是脊髓損傷、腦部疾病和損傷、肌肉和神經(jīng)疾病、外傷意外事故或先天缺陷癱瘓影響神經(jīng)和肌肉系統(tǒng)功能，包括感覺(jué)、肌肉控制和協(xié)調(diào)能力，這些功能的下降會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性下降^[1]等。對(duì)于癱瘓患者，保持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性非常重要。踝關(guān)節(jié)扭傷是最常見(jiàn)的扭傷之一，其中74%的踝關(guān)節(jié)扭傷患者會(huì)出現(xiàn)持續(xù)的殘余癥狀^[2]。踝關(guān)節(jié)作為連接小腿和腳部的關(guān)節(jié)，在人體坐姿狀態(tài)或行走時(shí)不易觀察其狀態(tài)，尤其是癱瘓人群在日常使用輪椅或康復(fù)訓(xùn)練中容易造成腳踝扭傷，且癱瘓人群肢體自愈能力差，易導(dǎo)致病情惡化^[3]。智能監(jiān)測(cè)鞋可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)癱瘓人群腳部狀態(tài)，對(duì)扭傷情況及時(shí)反饋，并帶有護(hù)踝功能，可以減少癱瘓人群足踝受傷概率。

目前關(guān)于監(jiān)測(cè)姿態(tài)服裝的研究主要采用傳感器監(jiān)測(cè)人體狀態(tài)并通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳達(dá)到信號(hào)接收設(shè)備。如李帥等^[4-6]通過(guò)慣性傳感器監(jiān)測(cè)頸椎和胸椎狀態(tài)判斷人體坐姿，結(jié)合貼片電動(dòng)機(jī)對(duì)坐姿進(jìn)行矯正提醒。王樂(lè)樂(lè)等^[7-8]用傾斜角加速度傳感器對(duì)用戶身體姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)判斷用戶是否摔倒，若系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到用戶摔倒智能芯片可以實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警，并將用戶的位置信息發(fā)送到緊急聯(lián)系人手機(jī)上。王夢(mèng)琦^[9]結(jié)合人體腿部不同位置的變化信號(hào)，制備了基于姿態(tài)傳感器的可拆卸式傳感器，可以監(jiān)測(cè)蛙泳時(shí)人體腿部的動(dòng)作變化。由此可見(jiàn)，目前關(guān)于姿態(tài)監(jiān)測(cè)服裝有了一定程度的發(fā)展，但大多數(shù)產(chǎn)品使用單一傳感器監(jiān)測(cè)人體某一部位的姿態(tài)，姿態(tài)識(shí)別不準(zhǔn)確，容易造成系統(tǒng)誤判，且大部分只是將傳感器簡(jiǎn)單地放置在現(xiàn)有的服裝上，沒(méi)有將傳感器與服裝進(jìn)行結(jié)合設(shè)計(jì)，實(shí)用性不強(qiáng)。

因此，本文建立了基于雙姿態(tài)傳感器的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將智能監(jiān)測(cè)模塊與鞋子進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)了APP進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋和腳部狀態(tài)顯示，并根據(jù)癱瘓人群護(hù)踝需求和監(jiān)測(cè)硬件與產(chǎn)品結(jié)合問(wèn)題對(duì)鞋子款式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方案在物理提高足踝穩(wěn)定性的同時(shí)對(duì)足部狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在癱瘓病人日常生活及康復(fù)訓(xùn)練中起到了積極作用。

1 "足踝生理結(jié)構(gòu)和踝關(guān)節(jié)損傷機(jī)制

踝關(guān)節(jié)由脛骨、腓骨下端的關(guān)節(jié)面和距骨滑車組成，也稱為距骨小腿關(guān)節(jié)，三者為主要的活動(dòng)骨關(guān)節(jié)^[10]。踝韌帶結(jié)構(gòu)由下脛腓韌帶、內(nèi)側(cè)韌帶和外側(cè)韌帶組成。韌帶能夠使骨關(guān)節(jié)相互連接和運(yùn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)抗足外翻、足內(nèi)翻和后足外翻等作用，踝韌帶在踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)中對(duì)保持穩(wěn)定起著重要作用^[10]。人體足踝運(yùn)動(dòng)是復(fù)雜的組合運(yùn)動(dòng)，包括背屈、屈曲、內(nèi)翻和外翻。相關(guān)實(shí)驗(yàn)指出足踝伸屈運(yùn)動(dòng)可以視為具有一個(gè)特定的旋轉(zhuǎn)中心，在運(yùn)動(dòng)中受關(guān)節(jié)面支撐，韌帶產(chǎn)生拉力，可以通過(guò)機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)模擬伸屈運(yùn)動(dòng)規(guī)律^[11]。

當(dāng)踝關(guān)節(jié)受到扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、伸張或屈曲等力量時(shí)，踝關(guān)節(jié)周圍的肌肉、韌帶和骨骼會(huì)發(fā)揮作用來(lái)維持關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，如果這些組織受到損傷，就會(huì)影響踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)扭傷和其他損傷。足踝的耐受限度取決于多個(gè)因素，包括骨骼結(jié)構(gòu)、肌肉強(qiáng)度和柔韌性等。根據(jù)查閱相關(guān)資料總結(jié)^[12-13]，踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍為20°的背伸運(yùn)動(dòng)、40°的跖屈運(yùn)動(dòng)；內(nèi)翻30°，外翻20°；以踝關(guān)節(jié)為軸心腳掌的左右旋轉(zhuǎn)，跗骨關(guān)節(jié)內(nèi)收30°，向外展為30°。

人體的骨骼存在一定的個(gè)體差異，尤其是在特殊人群之間，但是足踝運(yùn)動(dòng)的主要特征在基本結(jié)構(gòu)和形態(tài)保持不變的情況下會(huì)保持一致^[14]。癱瘓患者下肢長(zhǎng)期無(wú)法充分活動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致肌肉和韌帶逐漸縮短變硬，鄰近的韌帶也會(huì)受到影響，使癱瘓部位的關(guān)節(jié)變僵，限制肌肉和韌帶的活動(dòng)范圍^[15]。因此與普通人相比，足踝運(yùn)動(dòng)耐受角度更小。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將各個(gè)耐受角度縮減5°，設(shè)置耐受限度背伸運(yùn)動(dòng)15°，跖屈運(yùn)動(dòng)35°，內(nèi)翻25°。外翻15°，內(nèi)收25°，外展25°，如圖1所示。

2 "智能監(jiān)測(cè)鞋整體研發(fā)方案

智能服裝是服裝工藝、信息傳感技術(shù)、通信技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合^[16]。智能服裝不僅要感知外部環(huán)境或內(nèi)部狀態(tài)的變化，而且要通過(guò)反饋機(jī)制實(shí)時(shí)地對(duì)這種變化做出反應(yīng)。因此，智能監(jiān)測(cè)鞋的設(shè)計(jì)不僅需要探索在系統(tǒng)功能上的參數(shù)設(shè)計(jì)，也要根據(jù)癱瘓人群對(duì)穿鞋的需求進(jìn)行功能和款式設(shè)計(jì)創(chuàng)新。

本文智能鞋的研發(fā)分為腳踝姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和款式開(kāi)發(fā)兩個(gè)方面。姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)腳踝上下的兩個(gè)姿態(tài)傳感器提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP，再由軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定，若數(shù)據(jù)超過(guò)閾值，系統(tǒng)則會(huì)通過(guò)手機(jī)聲音震動(dòng)對(duì)用戶進(jìn)行提醒。用戶可以在APP端通過(guò)虛擬三維模型查看腳部狀態(tài)，及時(shí)對(duì)下肢狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，降低受傷概率?？钍介_(kāi)發(fā)包括對(duì)護(hù)踝功能的設(shè)計(jì)和鞋子整體設(shè)計(jì)，將硬件監(jiān)測(cè)模塊、護(hù)踝和鞋子進(jìn)行創(chuàng)新結(jié)合，使其在具備功能的同時(shí)更加方便癱瘓人群穿脫。整體設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3 "智能監(jiān)測(cè)鞋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 "硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)分為左腳和右腳兩個(gè)部分，每部分都成一個(gè)獨(dú)立的硬件系統(tǒng)，分別由STM32F103C8T6微控制器、兩個(gè)GY-521MPU- 6050慣性傳感器、HC-06主從一體藍(lán)牙、開(kāi)關(guān)和電源組成。如圖3所示，系統(tǒng)中，慣性傳感器1放置在腳踝下面，慣性傳感器2放置在腳踝上面，通過(guò)對(duì)兩個(gè)傳感器之間角度的判定對(duì)用戶足踝狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，STM32微控制器將數(shù)據(jù)采集后通過(guò)串口發(fā)送到藍(lán)牙模塊，再由藍(lán)牙HC-06將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP。為方便后期軟件更新和系統(tǒng)升級(jí)，由手機(jī)APP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

STM32微控制器尺寸22mm×53mm，供電電壓2.0V-3.6V，支持低功耗模式，擁有USB、CAN、2個(gè)ADC和9個(gè)通信接口，性能穩(wěn)定，處理速度快。GY-521MPU-6050慣性傳感器尺寸20mm×15mm，搭載三軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)，供電電源3-5V，角速度全格感測(cè)范圍為±250°、±500°、±1000°與±2000°/SEC（DPS），可準(zhǔn)確追蹤快速與慢速動(dòng)作。HC-06主從一體藍(lán)牙尺寸35mm×15mm，輸入電壓3.6-6V，接口電平3.3V，可以直接連接各種單片機(jī)，空曠地有效距離10m，引出接口包括VCC、GND、TXD、RXD、KEY引腳、藍(lán)牙連接狀態(tài)引出腳。硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路圖如圖5所示。

3.2 "軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

APP軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)接收與3D顯示以及數(shù)據(jù)判斷與危險(xiǎn)報(bào)警兩個(gè)部分。當(dāng)APP通過(guò)藍(lán)牙接收到用戶腳部狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)計(jì)算后會(huì)將數(shù)據(jù)在手機(jī)界面以三維的形態(tài)顯示出來(lái)，方便用戶查看。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到用戶腳部可能處于不正常狀態(tài)時(shí)，手機(jī)會(huì)彈出危險(xiǎn)報(bào)警對(duì)話框，并伴隨聲音震動(dòng)提醒用戶查看腳部狀態(tài)，若用戶在20秒內(nèi)沒(méi)有點(diǎn)擊取消，系統(tǒng)會(huì)再次通過(guò)手機(jī)聲音震動(dòng)對(duì)用戶提示，二次提醒延時(shí)20秒后APP會(huì)自動(dòng)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送短信，以確保用戶的安全。

APP首頁(yè)通過(guò)藍(lán)牙連接與產(chǎn)品進(jìn)行配對(duì)使用，連接藍(lán)牙后即可進(jìn)入實(shí)時(shí)狀態(tài)界面，界面中人體腳部以三維狀態(tài)顯示以方便用戶查看。APP配備論壇交流功能，用戶可在論壇中發(fā)帖交流。在用戶界面中用戶可以根據(jù)個(gè)人喜好對(duì)APP色彩、設(shè)備名稱等進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。APP界面如圖6所示。

3.3 "姿態(tài)監(jiān)測(cè)算法

如圖7所示，傳感器1被放置腳踝下方，傳感器角度會(huì)跟隨腳踝的變化進(jìn)行變化，以此達(dá)到對(duì)腳踝監(jiān)測(cè)的目的。人體腳踝曲率會(huì)在x₁、y₁軸發(fā)生變化，因此引入z₁軸傾斜角度θ來(lái)反應(yīng)腳踝角度變化范圍，分別用θx和θy表示x軸和y軸上的彎曲角度。不管腳踝角度如何變化，θ值都會(huì)跳動(dòng)。因此姿態(tài)角θ可以作為判斷人體姿態(tài)的參考量。其定義為：

在智能監(jiān)測(cè)鞋系統(tǒng)中需要對(duì)踝關(guān)節(jié)變化引起的姿態(tài)角θ變化和其他關(guān)節(jié)引起的姿態(tài)角θ變化進(jìn)行區(qū)分。因此，將傳感器1放置在踝關(guān)節(jié)下方，引入傳感器2放置在踝關(guān)節(jié)上方。

兩個(gè)傳感器原始為平行狀態(tài)，傳感器2為傳感器1提供角度參考。當(dāng)兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測(cè)到角度發(fā)生變化，且兩個(gè)傳感器之間的角度沒(méi)有超過(guò)設(shè)置閾值時(shí)，系統(tǒng)則判定為其他關(guān)節(jié)變化引起的姿態(tài)角θ發(fā)生變化。當(dāng)傳感器1與傳感器2同時(shí)變化或傳感器1單獨(dú)變化，二者之間的角度超過(guò)閾值，此時(shí)無(wú)論傳感器2處于何種角度，系統(tǒng)都會(huì)判定是由踝關(guān)節(jié)變化引起的姿態(tài)角θ變化，若角度超出閾值，則判定為腳踝可能處于不正常狀態(tài)，觸發(fā)手機(jī)報(bào)警提示。根據(jù)前期研究，對(duì)z₁軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度閾值設(shè)置+25°，-25°；x₁軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置+15°，-35；y₁軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度設(shè)置+25°，-15°，左右腳取反。

MPU6050傳感器模塊采集小腿和腳部運(yùn)動(dòng)角度，通過(guò)串口傳輸?shù)絊TM32微控制器中，微控制器接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)運(yùn)算，通過(guò)藍(lán)牙將運(yùn)算數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端口，手機(jī)APP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果判斷出用戶腳踝角度超過(guò)正常閾值，則會(huì)通過(guò)手機(jī)聲音震動(dòng)進(jìn)行提示。姿態(tài)識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)流程圖如圖8所示。

4 "智能監(jiān)測(cè)鞋護(hù)踝功能和款式設(shè)計(jì)

4.1 "智能監(jiān)測(cè)鞋護(hù)踝設(shè)計(jì)

從足踝運(yùn)動(dòng)損傷機(jī)制來(lái)看，限制足踝運(yùn)動(dòng)角度范圍是一種有效的護(hù)踝產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，護(hù)踝產(chǎn)品可以有效減少踝關(guān)節(jié)扭傷的情況^[17]?，F(xiàn)有的踝護(hù)具主要分為彈性類和支撐類兩種。彈性類護(hù)具可以根據(jù)壓力需求纏繞在人體關(guān)節(jié)部位，主要用于運(yùn)動(dòng)時(shí)的關(guān)節(jié)防護(hù)，穿戴方便、舒適透氣；支撐類護(hù)具采用柔性、半剛性或剛性材料制作，對(duì)關(guān)節(jié)的固定性更強(qiáng)，主要用于足踝部位受傷后恢復(fù)使用^[11]585-591。且有研究表明適當(dāng)壓力的服裝可以有益于消除肌肉疼痛、肌肉損害和炎癥^[18]，因此在智能監(jiān)測(cè)鞋的設(shè)計(jì)中采用彈性類護(hù)具。

彈性護(hù)踝的款式設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)考慮兩個(gè)方面：第一提高護(hù)踝拉力和壓力，輔助韌帶發(fā)揮作用，第二要在人體壓力舒適范圍內(nèi)約束足踝角度范圍^[19]。彈性護(hù)踝在足踝表面產(chǎn)生壓力，受足踝表面形態(tài)相關(guān)的特征影響，考慮人體的舒適壓力，分析織物在足踝的壓力區(qū)，對(duì)較小壓力區(qū)域添加支撐材料，通過(guò)壓力傳遞提高與人體接觸部位的壓力值使彈性護(hù)踝壓力均勻分布^[20]。

如圖9所示，彈性護(hù)踝壓力極大區(qū)域主要在后腳跟，極小區(qū)域主要在內(nèi)側(cè)腳踝突出后下部分、外側(cè)腳踝突出后下部分、跖骨上部和足弓四個(gè)部位。為提高彈性護(hù)踝整體壓力，極大壓力區(qū)域采用后腳跟的鏤空設(shè)計(jì)，以減少最大壓力。極小壓力區(qū)域位于腳踝的兩側(cè)，內(nèi)側(cè)三角韌帶、外側(cè)副韌帶、距腓后韌帶和跟腓韌位于其中，這些側(cè)韌帶的薄弱性使得它們?cè)谧沲變?nèi)翻的過(guò)程中容易受傷。因此，在設(shè)計(jì)彈性護(hù)踝時(shí)需要特別考慮這些極小壓力部位。在腳踝左右側(cè)嵌入硅膠襯墊，提高該部位的壓力，使腳踝處的壓力重新分配到周圍，加大極小壓力區(qū)壓力，同時(shí)足踝兩側(cè)的硅膠襯墊在彈性織物拉力的作用下可以緊貼踝關(guān)節(jié)，在一定程度限制也踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。為進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)踝關(guān)節(jié)限制，在足踝后區(qū)和腳掌兩側(cè)設(shè)置低彈性區(qū)域。護(hù)踝款式設(shè)計(jì)及壓力測(cè)試圖如圖10所示。在CLO3D中進(jìn)行壓力模擬測(cè)試，

壓力區(qū)間在3kPa～8.3kPa，參考服裝舒適性壓力不超過(guò)9kPa^[11]585-591，壓力適中。

4.2 "智能監(jiān)測(cè)鞋款式設(shè)計(jì)

鞋子整體設(shè)計(jì)不僅要考慮智能監(jiān)測(cè)模塊、護(hù)踝功能與鞋子的結(jié)合，還要具備易穿脫的功能。

4.2.1 "傳感器、護(hù)踝與鞋子的結(jié)合

如圖11（a）所示，傳感器1、電源及其其他硬件模塊置入鞋底，傳感器2放置在護(hù)踝內(nèi)側(cè)上方，兩傳感器之間使用導(dǎo)電紗線連接。電源充電口和開(kāi)關(guān)在腳后跟部位，為防止涉水設(shè)計(jì)充電口口塞。如圖9（b）所示，將護(hù)踝與鞋子連接成一個(gè)整體，設(shè)計(jì)護(hù)后腳跟部位保護(hù)腳跟以免在用戶活動(dòng)時(shí)造成不必要的磨損。

4.2.2 "穿脫設(shè)計(jì)

護(hù)踝穿脫采用在前面用魔術(shù)貼固定，即方便穿脫，也可以保證護(hù)踝緊貼踝部，適當(dāng)對(duì)踝部加壓，保證腳踝上方的傳感器運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性。護(hù)后腳跟部位與鞋面通過(guò)彈性帶連接，連接通過(guò)魔術(shù)貼固定，進(jìn)一步增加鞋子的穩(wěn)定性。

5 "結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)下肢癱瘓人群輪椅外出、日常生活或康復(fù)訓(xùn)練時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確感知下肢狀態(tài)腳踝扭傷后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合電子信息技術(shù)、傳感技術(shù)、紡織科學(xué)、服裝設(shè)計(jì)等多個(gè)交叉學(xué)科，設(shè)計(jì)了帶有防護(hù)功能的智能監(jiān)測(cè)鞋。通過(guò)對(duì)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)等方面的文獻(xiàn)的查閱，總結(jié)出正常人體踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍為背伸20°、跖屈40°；內(nèi)翻30°，外翻20°；內(nèi)收30°，外展30°。智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)放置在小腿內(nèi)側(cè)和腳底雙傳感器對(duì)用戶腳踝角度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并通過(guò)藍(lán)牙將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)APP端口，系統(tǒng)通過(guò)手機(jī)APP對(duì)用戶進(jìn)行危險(xiǎn)提示，并可以實(shí)時(shí)查看腳部三維狀態(tài)。為進(jìn)一步防止用戶腳踝受傷，通過(guò)對(duì)足踝形態(tài)與彈性護(hù)踝壓力分析總結(jié)彈性護(hù)踝極大壓力區(qū)主要在后腳跟，極小壓力區(qū)域主要在內(nèi)側(cè)腳踝突出后下部分、外側(cè)腳踝突出后下部分、跖骨上部和足弓四個(gè)部位，通過(guò)極大壓力區(qū)鏤空，極小壓力區(qū)加入硅膠襯墊的方式增加整體壓力值，設(shè)計(jì)了鞋靴一體式護(hù)踝。將智能監(jiān)測(cè)模塊對(duì)鞋子款式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將傳感器、護(hù)踝和鞋子三者進(jìn)行結(jié)合，為方便穿脫和調(diào)節(jié)壓力大小，采用魔術(shù)貼進(jìn)行固定。智能監(jiān)測(cè)鞋實(shí)用性強(qiáng)，能有效輔助下肢癱瘓人群日?；顒?dòng)和康復(fù)訓(xùn)練?？紤]到市場(chǎng)產(chǎn)品的多元需求，在未來(lái)還需要進(jìn)行更深入的研究以繼續(xù)完善產(chǎn)品。

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Design and Development of Intelligent Monitoring Shoes for Paraplegic

WANG Yan，LI Yue

（School of Fashion Design， Wuhan Textile University，"Wuhan Hubei 430073，"China）

Abstract："In order to solve the problem that people with lower limb paralysis cannot accurately perceive pain in lower limbs during outdoor activities or rehabilitation training， and cannot timely detect ankle sprain， intelligent monitoring shoes with protective function are designed. Dual attitude sensors are used to monitor the user's ankle， and the ankle guard is designed by redistributing the pressure value at the ankle. The sensor， ankle guard and shoes are combined with innovative design to increase the protection while monitoring the user's ankle. The results show that the monitoring accuracy of intelligent monitoring shoes in stationary and slow walking state is 100% and 98%， which plays a certain protective role on the user's ankle， and also plays a positive role in the daily life and rehabilitation training of lower limb paralysis.

Key"words："smart clothing; attitude sensor; intelligent warning; ankle shoes

（責(zé)任編輯：李強(qiáng)）

引文格式：王妍，李月. 下肢癱瘓人群智能監(jiān)測(cè)鞋設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)[J]. 武漢紡織大學(xué)學(xué)報(bào)，2024，37（3）：70-75.

WANG Yan，LI Yue. Design and Development of Intelligent Monitoring Shoes for Paraplegic[J]. Journal of Wuhan Textile University，2024，37（3）：70-75.

*通信作者：李月（1970-），女，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：服裝數(shù)字化與制版技術(shù)

作者簡(jiǎn)介：王妍（1999-），女，碩士研究生，研究方向：服裝數(shù)字化與制版技術(shù).

基金項(xiàng)目：武漢紡織大學(xué)服裝數(shù)字化工程技術(shù)中心基金項(xiàng)目（161027）.