一种步态检测分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种步态检测分析方法及装置，其中，所述检测装置包括载体、数据采集器、微处理器和电池；将采集到数据进行分析处理，进而计算出对应的数据并将该数据传输至智能终端，执行步态检测分析方法；所述计步方法步骤如下：1)信号采集；2)定位完全着地时间点；3)进行步态检测；4)单步信号划分；5)步数统计；6)计算角度的大小；7)判断走跑方式；8)判断着地方式；9)判断足内旋和足外旋；10)判断足内八和足外八。本发明专利技术能够方便，快捷，精准的对步态进行检测分析，为医生、运动教练、用户自己提供客观的步态分析依据及康复治疗、矫正或运动改善后的效果评估。

A gait detection and analysis method and device

【技术实现步骤摘要】
一种步态检测分析方法及装置
本专利技术涉及计步
，尤其涉及一种步态检测分析方法及装置。
技术介绍
步态是人体结构与功能、运动调节系统、行为及心理活动在行走时的外在表现，但是，其中某个系统或某些方面的功能障碍，都可引起步态异常。据调查显示，50％-60％的轻运动人群由于运动过程中步态不正确而患有不同程度的膝盖伤(统称跑步伤)；发育期行走姿态异常直接影响儿童成长阶段骨骼腿部甚至脊柱发育；步态异常具有对某些疾病有提示意义，如糖尿病足、下肢关节炎、下肢肌无力。通过步态分析可以实现对某些疾病的预防以及辅助性治疗。现有的步态分析方法需要多台摄像机同时采集数据，设备投资昂贵，采集的运动信息有限，不能很好地跟踪分析运动连续性。因此，有必要提供一种方便，快捷，精准的步态检测分析方法，为医生、运动教练、用户自己提供客观的步态分析依据及康复治疗、矫正或运动改善后的效果评估。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种步态检测分析方法及装置。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种步态检测分析方法，包括以下步骤：1)数据采集：传感器至少采集脚在空间X、Y、Z三个方向上的线加速度及角加速度数据，所述X、Y、Z方向为设定的方向；2)定位完全着地时间点：设置初始阈值为0.5G，方波信号为0，将原始信号放大3倍，消除干扰，对信号数据进行低通滤波处理，利用y轴加速度生成方波信号，若检测到方波是为下降边沿，开始检测x轴角速度极大值，判断极大值是否大于500DPS，若否，则以该极大值的时间点为着地时间点，若是，则继续寻找以角速度为零的时间点为完全着地时间点；3)进行步态检测：从极大值开始寻找与极大值相差大于阈值的实时信号数据，实时信号数据与极大值的差值大于阈值时将方波信号置为-1，在方波信号为-1时开始检测y轴加速度的最小值，并检测完全着地时间点，在找到完全着地时间点后，方波信号置为0，以极大值和最小值的差值的0.8倍作为下一步的阈值；4)单步信号划分：检测生成的方波信号的下降沿，在实时信号大于最小值0.2G时(减少过程误差)开始检测角速度的极大值判断极大值的大小，小于零时以该极值点作为一步结束的时间，大于零时，从极值点位置开始寻找角速度为零的时间点，作为一步的结束；5)步数统计：进行坐标转换，若单步的步幅大于s且离地高度大于h则该步有效，步数加一，反之则无效不计数；6)计算角度的大小：定位着地后脚掌翻转的时间，对角速度进行积分，求解出角度θ，θ＝∫(w*t),式中w为角速度，t为采样时间；7)判断走跑方式：定位x轴离地时间和着地时间，判断触地腾空比是否小于1，若小于1，则为跑步状态，反之则为走路状态，其中触地腾空比为单步着地时间/腾空时间；8)判断着地方式：判断该角度的正负关系以及绝对值大小，若θ绝对值小于α，则当前步态为全掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为正，则当前步态为前脚掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为负，则当前步态为后脚掌着地；9)判断足内旋和足外旋：若角度θ大于β，则当前步态为足外旋；若角度θ小于或等于0°，则当前步态为足内旋；当角度θ属于0°到β之间，则为正常内旋；10)判断足内八和足外八：进行二次坐标转换，计算脚掌偏转角度gama＝arctg(Accx′/Accy′)；式中：gama为脚掌偏转角度，Accx’为变换后的X轴加速度值，Accy’为变换后的Y轴加速度值；判断脚掌偏转角度方向的正负关系以及绝对值大小，若该角度的绝对值小于θ，则当前步态为正常步态；若该角度的绝对值大于θ，且方向为正，则当前步态为外八；若该角度的绝对值大于θ，且方向为负，则当前步态为内八。优选的，所述s为20cm,所述h为2cm。优选的，所述的滤波方式采用二阶巴特沃斯低通滤波器进行滤波。优选的，所述步态检测还包括极大值的更新：在检测到极大值后极大值的值会锁定，在之后若检测到10个以上的极大值时该极大值的值重新确定。或若后面的极大值大于该极大值，将极大值替换为较大的极大值。优选的，离地高度的计算方法：H＝∫∫azdt；式中az为原始的Z轴加速度值。优选的，所述单步步幅的计算方法，具体步骤如下：1)对加速度进行坐标转换，得到前进方向的加速度；2)对前进方向的加速度进行二重积分的到单步步幅；3)对步幅进行误差修正；4)对平均速度进行修正；5)对所述的平均速度计算得到步幅。优选的，所述α＝β＝10°。一种基于上述的计步准确的方法的智能鞋，包括载体、数据采集器、微处理器和电池；所述载体为一智扣，所述智扣包括上盖、透光片和底座，所述上盖和底座之间形成放置槽，所述放置槽内用于放置数据采集器、微处理器和电池，所述数据采集器用于至少采集人体在空间X、Y、Z三个方向上的线加速度及角加速度数据；所述传感器的输出端电性连接微处理器的信号输入端，所述微处理器具有A/D转换功能、串口通信功能以及蓝牙通信功能，并通过蓝牙通信连接智能终端，微处理器将采集到的传感器的数据进行分析处理，进而计算出对应的数据并将该数据传输至智能终端。优选的，所述数据采集器为六轴加速度传感器。优选的，所述检测装置还设有红、黄、绿三种颜色的LED灯，所述LED灯电性连接为处理器。本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本专利技术能帮助跑步爱好者和徒步爱好者，排除一些干扰信号，精确地记录运动中所产生的步数，步频和配速等运动数据，准确的记录每次运动所产生的里程和卡路里消耗等运动数据，以便跑步爱好者或徒步爱好者更好更合理地安排自己的运动计划。附图说明图1为本专利技术计步方法的流程示意图；图2为本专利技术定位完全着地的时间点示意图；图3为本专利技术步态检测信号示意图；图4为本专利技术单步划分信号示意图。图5为本专利技术步数统计流程示意图；图6为本专利技术x轴角速度示意图；图7为本专利技术判断判断着地方式示意图；图8为本专利技术判断判断足内旋和足外旋示意图；图9为本专利技术判断足内八和足外八流程示意图；图10为本专利技术检测装置拆解结构示意图。图中：1、y轴机速度信号；2、生成的方波信号；3、单步划分信号；4、y轴加速度；5、方波信号下降沿；6、直线一；7、直线二；8、上盖；9、透光片；10、微处理器；11、电池；12、底座。具体实施方式以下结合附图和具体实施例来进一步说明本专利技术。如图1所示，一种步态检测分析方法，包括以下步骤：1)信号采集：六轴加速度传感器至少采集脚在空间X、Y、Z三个方向上的线加速度及角加速度六类信号，所述X、Y、Z方向为设定的方向。2)参照图2，定位完全着地点：设置初始阈值为0.5G，方波信号为0，将原始信号放大3倍，消除干扰，对信号数据进行低通滤波处理，也可以采用通带滤波的方法，利用y轴加速度生成方波信号，若检测到方波是为下降边沿，开始检测x轴角速度极大值，判断极大值是否大于500DPS，若否，则以该极大值的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步态检测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)数据采集：至少采集脚在空间X、Y、Z三个方向上的线加速度及角加速度数据，所述X、Y、Z方向为设定的方向；/n2)定位完全着地点：设置初始阈值为0.5G，方波信号为0，将原始信号放大3倍，消除干扰，对信号数据进行低通滤波处理，利用y轴加速度生成方波信号，若检测到方波是为下降边沿，开始检测x轴角速度极大值，判断极大值是否大于500DPS，若否，则以该极大值的时间点为着地时间点，若是，则继续寻找以角速度为零的时间点为完全着地时间点；/n3)进行步态检测：从极大值开始寻找与极大值相差大于阈值的实时信号数据，实时信号数据与极大值的差值大于阈值时将方波信号置为-1，在方波信号为-1时开始检测y轴加速度的最小值，并检测完全着地时间点，在找到完全着地时间点后，方波信号置为0，以极大值和最小值的差值的0.8倍作为下一步的阈值；/n4)单步信号划分：检测生成的方波信号的下降沿，在实时信号大于最小值0.2G时开始检测角速度的极大值判断极大值的大小，小于零时以该极值点作为一步结束的时间，大于零时，从极值点位置开始寻找角速度为零的时间点，作为一步的结束；/n5)步数统计：进行坐标转换，若单步的步幅大于s且离地高度大于h则该步有效，步数加一，反之则无效不计数；/n6)计算角度的大小：定位着地后脚掌翻转的时间，对角速度进行积分，求解出角度θ，θ＝∫(w*t),式中w为角速度，t为采样时间；/n7)判断走跑方式：定位x轴离地时间和着地时间，判断触地腾空比是否小于1，若小于1，则为跑步状态，反之则为走路状态，其中触地腾空比为单步着地时间/腾空时间；/n8)判断着地方式：判断该角度的正负关系以及绝对值大小，若θ绝对值小于α，则当前步态为全掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为正，则当前步态为前脚掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为负，则当前步态为后脚掌着地；/n9)判断足内旋和足外旋：若角度θ大于β，则当前步态为足外旋；若角度θ小于或等于0°，则当前步态为足内旋；当角度θ属于0°到β之间，则为正常内旋；/n10)判断足内八和足外八：进行二次坐标转换，计算脚掌偏转角度gama＝arctg(Accx′/Accy′)；式中：gama为脚掌偏转角度，Accx’为变换后的X轴加速度值，Accy’为变换后的Y轴加速度值；判断脚掌偏转角度方向的正负关系以及绝对值大小，若该角度的绝对值小于θ，则当前步态为正常步态；若该角度的绝对值大于θ，且方向为正，则当前步态为外八；若该角度的绝对值大于θ，且方向为负，则当前步态为内八。/n...

【技术特征摘要】
1.一种步态检测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)数据采集：至少采集脚在空间X、Y、Z三个方向上的线加速度及角加速度数据，所述X、Y、Z方向为设定的方向；
2)定位完全着地点：设置初始阈值为0.5G，方波信号为0，将原始信号放大3倍，消除干扰，对信号数据进行低通滤波处理，利用y轴加速度生成方波信号，若检测到方波是为下降边沿，开始检测x轴角速度极大值，判断极大值是否大于500DPS，若否，则以该极大值的时间点为着地时间点，若是，则继续寻找以角速度为零的时间点为完全着地时间点；
3)进行步态检测：从极大值开始寻找与极大值相差大于阈值的实时信号数据，实时信号数据与极大值的差值大于阈值时将方波信号置为-1，在方波信号为-1时开始检测y轴加速度的最小值，并检测完全着地时间点，在找到完全着地时间点后，方波信号置为0，以极大值和最小值的差值的0.8倍作为下一步的阈值；
4)单步信号划分：检测生成的方波信号的下降沿，在实时信号大于最小值0.2G时开始检测角速度的极大值判断极大值的大小，小于零时以该极值点作为一步结束的时间，大于零时，从极值点位置开始寻找角速度为零的时间点，作为一步的结束；
5)步数统计：进行坐标转换，若单步的步幅大于s且离地高度大于h则该步有效，步数加一，反之则无效不计数；
6)计算角度的大小：定位着地后脚掌翻转的时间，对角速度进行积分，求解出角度θ，θ＝∫(w*t),式中w为角速度，t为采样时间；
7)判断走跑方式：定位x轴离地时间和着地时间，判断触地腾空比是否小于1，若小于1，则为跑步状态，反之则为走路状态，其中触地腾空比为单步着地时间/腾空时间；
8)判断着地方式：判断该角度的正负关系以及绝对值大小，若θ绝对值小于α，则当前步态为全掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为正，则当前步态为前脚掌着地；若θ绝对值大于α，且θ方向为负，则当前步态为后脚掌着地；
9)判断足内旋和足外旋：若角度θ大于β，则当前步态为足外旋；若角度θ小于或等于0°，则当前步态为足内旋；当角度θ属于0°到β之间，则为正常内旋；
10)判断足内八和足外八：进行二次坐标转换，计算脚掌偏转角度gama＝arctg(Accx′/Accy′)；式中：gama为脚掌偏转角度，Accx’为变换后的X轴加速度值，Accy’为变换后的Y轴加速度值；判断脚掌偏转角度方向的正负关系以及绝对值大小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡清来，许金泰，杨晓川，王明佳，
申请(专利权)人：福建省万物智联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35