一种人体踝关节运动轨迹测量方法及可穿戴式设备技术

本发明专利技术公开了一种人体踝关节运动轨迹测量方法及可穿戴式设备，其中的方法包括以下步骤：通过可穿戴式设备测量用户行走过程中小腿的X、Y、Z三轴加速度和三轴角速度；通过测得的加速度、角速度数据测量用户步态事件；通过测得的加速度、角速度数据及步态事件识别踝关节的零速状态；在踝关节零速状态结束时重置小腿的姿态角度、速度和位移；通过对测得的加速度进行两次积分，计算步态周期内踝关节的三维位移曲线。本发明专利技术可以测量并输出用户在行走时的踝关节运动轨迹，用于评价用户步态，使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以高精度对用户的踝关节运动进行测量，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

A measurement method and wearable device of human ankle joint movement track

【技术实现步骤摘要】
一种人体踝关节运动轨迹测量方法及可穿戴式设备
本专利技术涉及一种人体踝关节运动轨迹测量方法及可穿戴式设备。
技术介绍
人体踝关节在行走过程中的运动轨迹，可以从中提取出重要的步态参数，反映人类运动能力，拥有较大的应用价值，因此目前有许多研究者在研究踝关节运动轨迹测量。大型实验室测量步态参数的设备如光学式运动捕捉系统、测力台等等常常用于临床上的运动轨迹测量，但其存在价格昂贵，受空间限制，使用不便等缺点。可穿戴传感器作为包括惯性测量单元，超声波传感器，微型摄像头等等，相比于大型实验室测量步态参数的设备如光学式运动捕捉系统、测力台等等，以其小巧、廉价，不受时间、空间限制、易于推广等优点作为新兴技术被广泛应用于步态测量领域。目前有很多研究使用放置在人体下肢部位的可穿戴传感器测量下肢运动轨迹，但大多数研究方法较为简单，无法进行高精度的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中踝关节运动轨迹测量精度等缺陷，并提供一种人体踝关节运动轨迹测量方法及可穿戴式设备。本专利技术为解决技术问题，所采用的具体技术方案如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体踝关节运动轨迹测量方法，应用于可穿式设备，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.通过可穿戴式设备测量用户行走过程中小腿的X、Y、Z三轴加速度和三轴角速度；/nS2.通过测得的加速度、角速度数据测量用户步态事件，包括脚落地、脚离地事件；/nS3.通过测得的加速度、角速度数据及步态事件识别每个步态周期踝关节的零速状态；/nS4.在所述踝关节零速状态结束时重置小腿的姿态角度、速度和位移；/nS5.通过对测得的加速度进行两次积分，计算步态周期内踝关节的三维位移曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种人体踝关节运动轨迹测量方法，应用于可穿式设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过可穿戴式设备测量用户行走过程中小腿的X、Y、Z三轴加速度和三轴角速度；
S2.通过测得的加速度、角速度数据测量用户步态事件，包括脚落地、脚离地事件；
S3.通过测得的加速度、角速度数据及步态事件识别每个步态周期踝关节的零速状态；
S4.在所述踝关节零速状态结束时重置小腿的姿态角度、速度和位移；
S5.通过对测得的加速度进行两次积分，计算步态周期内踝关节的三维位移曲线。


2.如权利要求1所述的人体踝关节运动轨迹测量方法，其特征在于，所述的踝关节零速状态识别包括以下步骤：
S31.计算ep值：



式中：ax、ay分别为小腿X轴、Y轴加速度，ωz为小腿Z轴角速度，θp为小腿Pitch角，l为所述传感器至踝关节的直线距离；ep为小腿Pitch角的差值；
S32.对ep进行低通滤波；
S33.设置滑动窗，计算ep的标准差；
S34.将处于支撑期且所述ep标准差小于零速阈值的时段识别为踝关节零速状态。


3.如权利要求2所述的人体踝关节运动轨迹测量方法，其特征在于，步骤S32中，滤波器的截止频率为3Hz；步骤S33中，滑动窗设置为0.1秒长度；步骤S34中，零速阈值为0.01。


4.如权利要求2所述的人体踝关节运动轨迹测量方法，其特征在于，步骤S31之前，包括如下步骤：
S311.
af1≈ay·cosθp-ax·sinθp
式中：af1为F轴加速度，ax、ay分别为小腿X轴、Y轴加速度，θp为小腿Pitch角；
S312.假定踝关节处于零速状态，则
af2≈-d(ωz·l·cosθp)/dt
式中：af2为F轴加速度，ωz为小腿Z轴角速度，l为所述传感器至踝关节的直线距离；
S313.当踝关节处于零速状态时，满足af1＝af2，由此可计算θp的值：



式中：θ′p为根据所述af1＝af2而计算的小腿Pi...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩梅梅，王磊，
申请(专利权)人：浙江福祉医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33