一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法，属于可穿戴传感器领域。该方法可以测量并输出用户在行走时的膝关节摆动期力矩，用于评价用户步态。本发明专利技术利用惯性传感器单元采集的角速度、加速度数据，计算并输出用户的摆动期膝关节力矩。本发明专利技术使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以高精度对用户的摆动期膝关节力矩进行测量，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。高的可靠性以及较好的推广前景。高的可靠性以及较好的推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法


[0001]本专利技术属于可穿戴传感器领域，具体涉及一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法。

技术介绍

[0002]膝关节力矩是反映人类运动能力的重要指标之一，拥有较大的应用价值，因此膝关节力矩的测量被广泛研究。大型实验室测量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膝关节力矩测量，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。然而，目前仅有较少研究使用放置在人体下肢部位的可穿戴传感器测量膝关节力矩。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法。
[0004]本专利技术中所涉及的部分名词含义如下：
[0005]摆动期是人走路步态周期的一个组成部分，如图1所示，以右腿为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：利用佩戴于两小腿脚踝外侧上方的两个可穿戴式设备识别用户行走过程中的摆动期，并测量人体矢状面内小腿角度以及踝关节X轴、Y轴位移；S2：通过对两只小腿的重心运动方程二次求导，得出两只小腿重心的运动加速度，再利用牛顿第二定律分别求得膝关节对两只小腿重心处的作用力；基于测量或计算得到的当前用户的小腿重量、转动惯量、踝关节至小腿重心的直线距离、膝关节至小腿重心的直线距离，代入小腿力矩平衡方程，求得两只小腿摆动期内的膝关节力矩。2.如权利要求1所述的用于可穿戴式设备的人体摆动期膝关节力矩测量方法，其特征在于，所述S2中，两只小腿摆动期内的膝关节力矩计算过程包括以下步骤：S21：计算摆动期内小腿重心的X轴加速度a
x
和Y轴加速度a
y
：a
x
＝(d
x
+l
ca
·
sinθ)
″
a
y
＝(d
y
+l
ca
·
cosθ)
″
式中：d
x
、d
y
分别为踝关节X轴位移、踝关节Y轴位移，θ为小腿角度，l
ca
为踝关节至小腿重心的直线距离，
″
为对时间两次求导；S22：计算摆动期内膝关节在X轴、Y轴方向上对小腿的作用力：F
x
＝m
·
a
x
F
y
＝m
·
(a
y
+g)式中：F
x
、F
y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相志，王磊，谷雨，韩翔宇，刘涛，王新蕊，李小奇，李鹏杰，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团兵器装备研究所，
类型：发明
国别省市：