一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法及应用，构建停步制动难度系数模型，量化各因素对特因环境行走平衡的影响，准确判定特因环境作业人员的特因环境行走过程中的失衡风险。本发明专利技术在训练过程中，能够选择特因环境作业人员行进中最优步态、步速以及步长，提高特因环境作业人员行进的稳定性。本发明专利技术针对各种步态恢复进行评估，给出最优恢复方式，采用最优恢复方式对特因环境作业人员行进训练，提高了特因环境作业人员恢复稳定的能力；在特因环境作业人员需要多步制动的情况下，输出最优恢复方式提示，保证了特因环境作业人员尽快恢复步态。业人员尽快恢复步态。业人员尽快恢复步态。

【技术实现步骤摘要】
一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法及应用


[0001]本专利技术涉及航天工程
，尤其涉及一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法及应用。

技术介绍

[0002]在各类特因环境任务中，特因环境行走是基础性活动，是特因环境作业人员执行特因环境任务的最基本能力之一。在特因环境下，低重力服装服严重影响了特因环境作业人员的运动和操作能力，特因环境作业人员的行走方式、运动表现、平衡状况均与地面行走存在差异。由于服装特性、特因环境等因素的影响，特因环境行走难度较高，此外，特因环境遍布了陨石、沟坎、斜坡等路况，需要频繁的改变运动状态，同样对步态行走的平衡造成了挑战。在此情况下，阿波罗登月时，特因环境作业人员在特因环境行走时出现了大量跌倒的情况，由于特因环境分布了大量菱角尖锐的陨石，如果头盔撞在陨石上，将是非常危险的情况，严重影响特因环境作业人员执行特因环境任务的安全。因此，特因环境行走的运动生物力学特性和平衡状况，是特因环境行走重点关注的方向。
[0003]在地面环境步态行走平衡研究方面，研究者已经取得了一些成果。例如，滑跌造成的失衡已有的研究比较多，研究者分析了鞋
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地摩擦系数、坡面倾角等因素对滑跌概率的影响，但是特因环境比较特殊，与地球的沙地、湿滑路面不同，特因环境表面是尖锐的小颗粒，摩擦系数大，基本不存在滑倒情况；此外，针对老年人也有一些步态平衡能力模型，步速、步频等参数跟老人的年龄会呈现出一定的相关性，但是这类模型的评价指标和步态平衡之间的理论支撑不明确，且老人的跌倒是以年为单位统计的，跌倒频率与特因环境行走差异较大，难以借鉴作为特因环境行走的评价依据。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法及应用，判断特因环境作业人员行进过程中是否稳定，能够准确判定特因环境作业人员的状态，另可以选择特因环境作业人员行进中步态、步速以及步长方面的策略，以及步态恢复方面的策略。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供了一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法，包括：
[0006]特因环境作业人员穿着特种服装在低重力状态下行进；
[0007]采集特因环境作业人员的步态，计算步速v以及行走周期减速阶段的足地接触时间T；
[0008]采集足底压力，计算足地接触过程中竖直方向的足底压力；
[0009]计算停步制动难度系数其中f为鞋底与地的摩擦系数，m为特因环境作业人员穿着特种服装的总重量；
[0010]当R不大于第一阈值时，输出步态稳定；当R大于第一阈值时，输出需要多步制动。
[0011]进一步地，当R大于第二阈值时，输出需紧急制动；所述第一阈值为1.03～ 1.1，所述第二阈值为1.54～1.6。
[0012]进一步地，至少在每只脚的脚后跟和脚尖位置以及髋关节粘贴反光球，实时检测反光球的位置；根据脚后跟反光球在竖直方向的位置，判断脚后跟落地时刻，作为足地接触的起始时刻；足地接触情况下，当髋关节反光球在前进方向上与脚尖位置反光球相同时，作为足地接触的结束时间，计算每个行走周期减速阶段的足地接触时间T；
[0013]当行进经过测力台时，测力台采集步态行走过程中的三维足底压力，获取足地接触过程中竖直方向的足底压力，计算经过测力台的行走周期竖直方向的足底压力的均值
[0014]进一步地，服的重量，模拟低重力状态。
[0015]第二方面提供一种特因环境作业人员步态确定方法，包括：
[0016]特因环境作业人员穿着特种服装在模拟低重力状态下，以各种步态、步速以及步长行进一段时长；
[0017]针对每种步态、步速以及步长，采集特因环境作业人员的步态，计算步速v 以及行走周期减速阶段的足地接触时间T；采集足底压力，实时计算足地接触过程中竖直方向的足底压力；在每个行走周期计算停步制动难度系数f为鞋底与地的摩擦系数，m为特因环境作业人员穿着特种服装的总重量；当R不大于第一阈值时，输出步态稳定；当R大于第一阈值时，输出需要多步制动；
[0018]针对每种步态、步速以及步长，计算多个行走周期的制动难度系数均值，选择制动难度系数均值最小的步态、步速以及步长，作为该特因环境作业人员穿着该特种服装的最稳定行走策略。
[0019]进一步地，构建特因环境场景，特因环境作业人员以最稳定行走策略在所述特因环境场景行走；当特因环境作业人员以R大于第一阈值时的步态恢复至R不大于第一阈值时的步态时，记录步态变化的过程；
[0020]针对每种R大于第一阈值的步态，选择步态恢复速度最快的步态变化过程，提取步态恢复动作，作为最优恢复方式。
[0021]进一步地，按照所述最稳定行走策略以及最优恢复方式对特因环境作业人员进行训练。
[0022]进一步地，在特因环境作业人员行走时，R大于第一阈值，输出对应的最优恢复方式以提示特因环境作业人员。
[0023]进一步地，所述各种步态包括：双脚交替前进以及跳跃步态；所述跳跃步态包括双脚前后分叉跳跃步态和双脚并列跳跃步态；
[0024]所述步速范围为：0.61m/s到1.22m/s；
[0025]所述步长范围为：0.50m到0.82m；
[0026]特因环境作业人员单次测试行走距离至少为6m，每个动作重复至少5次。
[0027]进一步地，当R大于第二阈值时，输出需紧急制动；所述第一阈值为1.03～ 1.1，所述第二阈值为1.54～1.6。
[0028]第三方面提供一种特种服装验证检测方法，包括；
[0029]针对每一方案的特种服装，特因环境作业人员或志愿者穿着特种服装在模拟低重力状态下，以特定步态、步速及步长行进特定距离；采集特因环境作业人员的步态，实时计算步速v以及每个行走周期减速阶段的足地接触时间T；采集足底压力，计算足地接触过程中竖直方向的足底压力；每个行走周期计算停步制动难度系数其中f为鞋底与地的摩擦系数，m为特因环境作业人员穿着特种服装的总重量；当R不大于第一阈值时，输出步态稳定；当R大于第一阈值时，输出需要多步制动；
[0030]计算第i个方案的特种服装的停步制动难度系数均值；
[0031]选择停步制动难度系数均值最小时对应方案的特种服装作为确定的特种服装方案。
[0032]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0033](1)本专利技术的特因环境作业人员步态稳定性检测方法，构建停步制动难度系数模型，量化各因素对特因环境行走平衡的影响，准确判定特因环境作业人员的特因环境行走过程中的失衡风险。
[0034](2)本专利技术在训练过程中，能够选择特因环境作业人员行进中最优步态、步速以及步长，提高特因环境作业人员行进的稳定性。
[0035](3)本专利技术针对各种步态恢复进行评估，给出最优恢复方式，采用最优恢复方式对特因环境作业人员行进训练，提高了特因环境作业人员恢复稳定的能力；在特因环境作业人员需要多步制动的情况下，输出最优恢复方式提示，保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种特因环境作业人员步态稳定性检测方法，其特征在于，包括：特因环境作业人员穿着特种服装在低重力状态下行进；采集特因环境作业人员的步态，计算步速v以及行走周期减速阶段的足地接触时间T；采集足底压力，计算足地接触过程中竖直方向的足底压力计算停步制动难度系数其中f为鞋底与地的摩擦系数，m为特因环境作业人员穿着特种服装的总重量；当R不大于第一阈值时，输出步态稳定；当R大于第一阈值时，输出需要多步制动。2.根据权利要求1所述的特因环境作业人员步态稳定性检测方法，其特征在于，当R大于第二阈值时，输出需紧急制动；所述第一阈值为1.03～1.1，所述第二阈值为1.54～1.6。3.根据权利要求1或2所述的特因环境作业人员步态稳定性检测方法，其特征在于，至少在每只脚的脚后跟和脚尖位置以及髋关节粘贴反光球，实时检测反光球的位置；根据脚后跟反光球在竖直方向的位置，判断脚后跟落地时刻，作为足地接触的起始时刻；足地接触情况下，当髋关节反光球在前进方向上与脚尖位置反光球相同时，作为足地接触的结束时间，计算每个行走周期减速阶段的足地接触时间T；当行进经过测力台时，测力台采集步态行走过程中的三维足底压力，获取足地接触过程中竖直方向的足底压力，计算经过测力台的行走周期竖直方向的足底压力的均值4.根据权利要求1或2所述的特因环境作业人员步态稳定性检测方法，其特征在于，所述低重力状态，包括：采用减重悬吊设备悬吊特因环境作业人员，定量抵消人体及特种服装的重量，模拟低重力状态。5.一种特因环境作业人员步态确定方法，其特征在于，包括：特因环境作业人员穿着特种服装在模拟低重力状态下，以各种步态、步速以及步长行进一段时长；针对每种步态、步速以及步长，采集特因环境作业人员的步态，计算步速v以及行走周期减速阶段的足地接触时间T；采集足底压力，实时计算足地接触过程中竖直方向的足底压力在计算停步制动难度系数f为鞋底与地的摩擦系数，m为特因环境作业人员穿着特种服装的总重量；当R不大于第一阈值时，输出步态稳定；当R大于第一阈值时，输出需要多步制动；针对每种步态、步速以及步长，计算多个行走周期的制动难度系数均值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昊，李凡，王春慧，姜昌华，杨辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九一九部队，
类型：发明
国别省市：