一种拐杖触地与离地情况的分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种拐杖触地与离地情况的分析方法，包括在采样总周期中，获取每一采样周期由安装于拐杖底座内的四向压力信号传感器所采集到的四个方向上的压力信号；对每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均进行处理；基于阈值的峰值寻找算法，在同一个时间轴上对所有采样周期处理后的四个方向上的压力信号进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，且进一步结合整个时间轴上初始触地方向及结束触地方向各自对应的峰值时间点，确定出采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点。本发明专利技术还提供一种拐杖触地与离地情况的分析系统。实施本发明专利技术，能够准确地分析出拐杖触地与离地的情况。能够准确地分析出拐杖触地与离地的情况。能够准确地分析出拐杖触地与离地的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种拐杖触地与离地情况的分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及计算机智能识别
，尤其涉及一种拐杖触地与离地情况的分析方法及系统。

技术介绍

[0002]随着社会人口老龄化现象的加剧，老年人口数量不断增加，使用拐杖辅助行走的情况也越来越普遍。拄拐步态能够反映出拄拐者的健康状况和许多疾病的症状，例如骨质疏松症等。此外，拐杖还可以用于预防老年人摔倒，并监测中风和帕金森患者康复进展情况。因此，对老年人与行动障碍者的拄拐步态信息进行监测显得尤为重要。
[0003]随着物联网和人工智能技术的快速发展，近年来涌现出许多与拐杖步态监测和识别相关的方法。一些研究者提出利用摄像头拍摄拐杖图像、用毫米波雷达感知拐杖动作，以及在行走场地上安装大范围压力信号传感器阵列等方法来监测和分析拐杖步态。然而，这些方法需要在固定场地实施，难以实现随时随地的步态监测。
[0004]为了实现随时随地的拄拐步态监测，许多研究者提出在拄拐者的身体上或者直接在拐杖上安装惯性传感器，通过测量加速度与角速度来进行拄拐步态的监测与分析，同时还有在拐杖的手柄上安装压力传感器来分析手部给手柄的压力信息来分析拄拐步态。这些方法可以在一定程度上进行拄拐步态的分析，但是却无法准确分辨拐杖触地与离地事件的发生，在空挥拐杖时也容易发生误判。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种拐杖触地与离地情况的分析方法及系统，能够准确地分析出拐杖触地与离地的情况。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种拐杖触地与离地情况的分析方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]在采样总周期中，获取每一采样周期由安装于拐杖底座内的四向压力信号传感器所采集到的四个方向上的压力信号；
[0008]对每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均进行处理；
[0009]基于阈值的峰值寻找算法，在同一个时间轴上对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合初始触地方向对应的压力出现时间点及结束触地方向对应的压力消失时间点，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点。
[0010]其中，所述每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均通过公式(1)来计算得到相应的电压值；
[0011]pressure＝(ad/(2
12
‑
1))
×
V
ref
(1)；
[0012]其中，pressure是每一个方向上压力信号大小对应的电压值；ad是每一个方向上压力信号传感器的AD采样结果，即原始数据；V
ref
是每一个方向上压力信号传感器的外接参
考电压，其为固定值。
[0013]其中，通过公式(2)，对每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均进行处理；
[0014]y[n]＝b0x[n]+b1x[n
‑
1]+b2x[n
‑
2]+b3x[n
‑
3]+b4x[n
‑
4]‑
[0015]a1y[n
‑
1]‑
a2y[n
‑
2]‑
a3y[n
‑
3]‑
a4y[n
‑
5](2)；
[0016]其中，b0,b1,b2,b3是滤波器的前向系数；a1,a2,a3,a4是滤波器的反馈系数；x[n]和y[n]分别是输入和输出信号的离散时间域序列。
[0017]其中，所述基于阈值的峰值寻找算法，在同一个时间轴上对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合初始触地方向对应的压力出现时间点及结束触地方向对应的压力消失时间点，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点，具体步骤包括：
[0018]基于阈值的峰值寻找算法，对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号分别进行峰值查找；其中，所述基于阈值的峰值寻找算法具体为，将四个方向上中某一个方向上的压力信号确定为当前查找的数据信号，并对当前查找的数据信号进行极值点的搜索以获得全部的波峰与波谷，若检测到当前查找的数据信号中先后出现波峰与波谷紧邻，且波峰与紧邻的波谷之间数值差大于预设阈值时，则将该波峰作为真峰值点保存下来，反之则将该波峰为假的峰值点并丢弃；
[0019]在同一个时间轴上，将四个方向上的压力信号分别进行峰值查找后所保存的峰值点进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合初始触地方向对应的压力出现时间点及结束触地方向对应的压力消失时间点，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点，具体包括：从零开始遍历整个时间轴，找到第一个峰值点出现的时间和该峰值点对应的压力方向，以此为拐杖的初始触地方向，并以该点时间为开始向后继续遍历，直到寻找到另外三个方向上压力的峰值点出现，并记录下最后出现压力峰值点的时间和对应的压力方向，以此为拐杖的结束触地方向；如若初始触地方向压力再度出现，而其余三个方向上压力并未全部出现，则直接以最后出现的那路压力方向为结束触地方向；
[0020]以每一个初始触地方向及其对应的峰值时间点为基准，在每一个初始触地方向这一路信号上向前遍历，直到压力大小变为零，并记录压力点变为零的点的时间，且将该时间记为这一个步态周期的初始接触点；以及，以每一个结束触地方向及其对应的峰值时间为基准，在每一个结束触地方向这一路信号上向后遍历，直到压力大小变为零，并记录下压力变为零点的时间，且将该时间记为这一个步态周期的结束接触点；直到完成遍历整个时间轴，即可完成所述采样总周期中全部初始接触点与结束接触点的寻找。
[0021]其中，所述方法进一步包括：
[0022]在所述的采样总周期中，获取每一采样周期由安装于拐杖底座内的惯性传感器所采集到的加速度信号及角速度信号并均进行处理，以得到所有采样周期处理后的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度；
[0023]根据所确定的每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点，得到每一个初始触地点及每一个结束接触点各自对应的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度，以及进一步确定每一步态周期内四路压力的峰值大小、俯仰角峰值大小及其与初始触地点
对应俯仰角大小的比值、横滚角峰值大小及其与初始触地点对应横滚角大小的比值、x轴加速度峰值大小及其与初始触地点对应x轴加速度大小的比值、z轴加速度峰值大小及其与初始触地点对应z轴加速度大小的比值、y轴角速度峰值大小；将每一步态周期对应的每一个初始触地点及每一个结束接触点各自对应的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度，以及每一步态周期内四路压力的峰值大小、俯仰角峰值大小及其与初始触地点对应俯仰角大小的比值、横滚角峰值大小及其与初始触地点对应横滚角大小的比值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拐杖触地与离地情况的分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在采样总周期中，获取每一采样周期由安装于拐杖底座内的四向压力信号传感器所采集到的四个方向上的压力信号；对每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均进行处理；基于阈值的峰值寻找算法，在同一个时间轴上对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合初始触地方向对应的压力出现时间点及结束触地方向对应的压力消失时间点，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点。2.如权利要求1所述的拐杖触地与离地情况的分析方法，其特征在于，所述每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均通过公式(1)来计算得到相应的电压值；pressure＝(ad/(2
12
‑
1))
×
V
ref
(1)；其中，pressure是每一个方向上压力信号大小对应的电压值；ad是每一个方向上压力信号传感器信号的AD采样结果，即原始数据；V
ref
是每一个方向上压力信号传感器的外接参考电压，其为固定值。3.如权利要求2所述的拐杖触地与离地情况的分析方法，其特征在于，通过公式(2)，对每一采样周期所获取到的四个方向上的压力信号均进行处理；y[n]＝b0x[n]+b1x[n
‑
1]+b2x[n
‑
2]+b3x[n
‑
3]+b4x[n
‑
4]
‑
a1y[n
‑
1]
‑
a2y[n
‑
2]
‑
a3y[n
‑
3]
‑
a4y[n
‑
5](2)；其中，b0,b1,b2,b3是滤波器的前向系数；a1,a2,a3,a4是滤波器的反馈系数；x[n]和y[n]分别是输入和输出信号的离散时间域序列。4.如权利要求3所述的拐杖触地与离地情况的分析方法，其特征在于，所述基于阈值的峰值寻找算法，在同一个时间轴上对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合初始触地方向对应的压力出现时间及结束触地方向对应的压力消失时间，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点的具体步骤包括：基于阈值的峰值寻找算法，对每一采样周期处理后的四个方向上的压力信号分别进行峰值查找；其中，所述基于阈值的峰值寻找算法具体为，将四个方向上中某一个方向上的压力信号确定为当前查找的数据信号，并对当前查找的数据信号进行极值点的搜索以获得全部的波峰与波谷，若检测到当前查找的数据信号中先后出现波峰与波谷紧邻，且波峰与紧邻的波谷之间数值差大于预设阈值时，则将该波峰作为真峰值点保存下来，反之则将该波峰为假的峰值点并丢弃；在同一个时间轴上，将四个方向上的压力信号分别进行峰值查找后所保存的峰值点进行分析，以得到初始触地方向及结束触地方向，并结合整个时间轴上初始触地方向及结束触地方向各自对应的峰值时间点，确定出所述采样总周期中所含步态周期及每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点，具体包括：从零开始遍历整个时间轴，找到第一个峰值点出现的时间和该峰值点对应的压力方向，以此为拐杖的初始触地方向，并以该点时间为开始向后继续遍历，直到寻找到另外三个方向上压力的峰值点出现，并记录下最后出现压力峰值点的时间和对应的压力方向，以此为拐杖的结束触地方向；如若初始触地方向压力再度出现，而其余三个方向上压力并未全部出现，则直接以最后出现的那路压力方向为结束
触地方向；以每一个初始触地方向及其对应的峰值时间点为基准，在每一个初始触地方向这一路信号上向前遍历，直到压力大小变为零，并记录压力点变为零的点的时间，且将该时间记为这一个步态周期的初始接触点；以及，以每一个结束触地方向及其对应的峰值时间为基准，在每一个结束触地方向这一路信号上向后遍历，直到压力大小变为零，并记录下压力变为零点的时间，且将该时间记为这一个步态周期的结束接触点；直到完成遍历整个时间轴，即可完成所述采样总周期中全部初始接触点与结束接触点的寻找。5.如权利要求4所述的拐杖触地与离地情况的分析方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在所述的采样总周期中，获取每一采样周期由安装于拐杖底座内的惯性传感器所采集到的加速度信号及角速度信号并均进行处理，以得到每一采样周期处理后的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度；根据所确定的每一步态周期对应的初始触地点和结束接触点，得到每一个初始触地点及每一个结束接触点各自对应的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度，以及进一步确定每一步态周期内四路压力的峰值大小、俯仰角峰值大小及其与初始触地点对应俯仰角大小的比值、横滚角峰值大小及其与初始触地点对应横滚角大小的比值、x轴加速度峰值大小及其与初始触地点对应x轴加速度大小的比值、z轴加速度峰值大小及其与初始触地点对应z轴加速度大小的比值、y轴角速度峰值大小；将每一步态周期对应的每一个初始触地点及每一个结束接触点各自对应的俯仰角、横滚角、x轴加速度、z轴加速度、y轴角速度，以及每一步态周期内四路压力的峰值大小、俯仰角峰值大小及其与初始触地点对应俯仰角大小的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐玉，温知翔，叶盛，唐震洲，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：