A method of human body imbalance monitoring based on the improved ZMP theory, first extracts the three-dimensional position information of the body skeleton node, and configuring the quality of each body segment in the body model, and then obtains each body according to the difference of the space between the body segments by the space position of each body in the walking state. The velocity and acceleration information of the segment motion, and then the information of the inertia force of each segment, the dynamic multi rigid body model is constructed, the position of the zero moment point (ZMP) of the dynamic multi rigid body model is calculated, the dynamic support area of the human body walking is constructed, and the position of the dynamic multi rigid body model ZMP position and the dynamic support area position is made. To judge whether the ZMP is located in the dynamic support area, and if it is located in it, the balance of human walking is judged. If it is located outside, the imbalance of human walking is judged. The invention combines the dynamic support area of the human body with the ZMP theory to monitor the walking state of the human body, and is suitable for the stability judgment of the walking state of the human body.
【技术实现步骤摘要】
一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法
本专利技术涉及人体失衡监测
,具体涉及一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法。
技术介绍
ZMP理论(零力矩理论)多应用于双足机器人步态规划及平衡判定,零力矩点是指机器人足底与地面接触时受到反作用力N及力矩M,若存在一点P其反作用力、惯性力的力矩和为零,则点P称为零力矩点(简称ZMP)。与ZMP配合应用的另一个概念是支撑区,机器人行走时支撑脚与地面的接触区域(双脚支撑时,为两脚所构成的凸多边形的面积)称为支撑区。零力矩原理是指机器人行走过程中保持动态平衡的条件是零力矩点始终位于支撑区之内。人体行走过程中,在单侧足趾离地之后及单侧足跟落地之前的短暂时间内,无法实现双足同时支撑地面,该状态为人体行走的短暂不平衡期。在将ZMP理论应用于人体行走状态的稳定平衡判定中,该理论在人体两只腿交换支撑时的短暂不稳定平衡期无法给出判定结果。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点,本专利技术目的在于提供一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法,适用于人体行走状态的稳定性判断。为了达到上述目的,本专利技术采用的技术方案是:一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法,包括以下步骤:第一步,采用集景深信息采集和彩色信息采集于一体的Kinect体感传感器,实时提取人体全身骨骼节点的三维位置信息;第二步,通过《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》的人体各体段质量之比例,为人体形体模型中各体段配置质量;所构建的包含人体形体信息及运动信息的人体形体模型由头颈体段、上躯干体段、下躯干体段、上臂体段、下臂体段、大腿体段、小腿体段、 ...
【技术保护点】
一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步,采用集景深信息采集和彩色信息采集于一体的Kinect体感传感器,实时提取人体全身骨骼节点的三维位置信息;第二步,通过《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》的人体各体段质量之比例,为人体形体模型中各体段配置质量;所构建的包含人体形体信息及运动信息的人体形体模型由头颈体段、上躯干体段、下躯干体段、上臂体段、下臂体段、大腿体段、小腿体段、手、脚15个段构成;将每个人的体重作为已知输入参数,同时参照《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》中身体各部重量占体重比例来确定此模型中各段肢体的质量;此人体形体模型具备:人体解剖学结构、人体空间位置坐标信息和人体姿态更新的特点;第三步,通过人体在行走状态下各体段的空间位置、质量,根据各体段空间位置在时间上的差分求得各体段运动的速度、加速度信息,进而求出各体段的惯性力信息,从而构建出动态多刚体人体模型;第四步,计算动态多刚体人体模型的零力矩点(ZMP)的位置;具体求解过程如下公式所示:
【技术特征摘要】
1.一种基于改进的ZMP理论的人体失衡监测方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步,采用集景深信息采集和彩色信息采集于一体的Kinect体感传感器,实时提取人体全身骨骼节点的三维位置信息;第二步,通过《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》的人体各体段质量之比例,为人体形体模型中各体段配置质量;所构建的包含人体形体信息及运动信息的人体形体模型由头颈体段、上躯干体段、下躯干体段、上臂体段、下臂体段、大腿体段、小腿体段、手、脚15个段构成;将每个人的体重作为已知输入参数,同时参照《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》中身体各部重量占体重比例来确定此模型中各段肢体的质量;此人体形体模型具备:人体解剖学结构、人体空间位置坐标信息和人体姿态更新的特点;第三步,通过人体在行走状态下各体段的空间位置、质量,根据各体段空间位置在时间上的差分求得各体段运动的速度、加速度信息,进而求出各体段的惯性力信息,从而构建出动态多刚体人体模型;第四步,计算动态多刚体人体模型的零力矩点(ZMP)的位置;具体求解过程如下公式所示:式中:mi——动态多刚体人体模型各体段的质量;Xi、Yi、Zi——动态多刚体人体模型各体段的质心;——动态多刚体人体模型各体段的加速度;第五步,构建人体行走时的动态支撑区;采用Kinect体感传感器所提取到的“...
【专利技术属性】
技术研发人员:徐光华,麻晓龙,梁仍昊,张四聪,罗爱玲,
申请(专利权)人:西安交通大学,广东顺德西安交通大学研究院,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。