[实用新型]一种单加速度计人体步态检测装置和可穿戴设备

说明书

本实用新型公开了一种基于单加速度计的人体步态检测装置和相应的可穿戴设备，装置包括运动测量设备和数据处理设备。运动测量设备获得人体在行走时的三轴加速度数据，数据处理设备根据所述三轴加速度数据检测步态事件发生的时间点，识别步态事件的左右特征，并根据所检测的步态事件发生的时间点及其左右特征，计算步态特征。本实用新型采用的单个惯性传感器体积小、能耗低，测量直接，造价经济，且本实用新型有较高的精度和适应性，使用方便，不受时空控制。

技术领域

本申请涉及可穿戴检测技术领域，具体涉及一种单加速度计人体步态检测装置及包含该装置的可穿戴设备。

背景技术

人体运动在日常活动(Activities of daily living，ADL)中起着至关重要的作用，检测和分析人体运动，研究人在行走过程中的步态参数不仅对了解人体运动规律，发现肢体间的协调配合决策具有重要的意义，而且在临床诊断、康复医疗、体育科学以及仿生机构与类人机器人等领域也具有重要的意义。准确地确定步态时间参数能帮助我们理解对行走过程产生影响的病理变化。要做到这一点，就需要识别运动周期内可重复的时间特征。这些特征中最基本的是脚接触或离开地面的瞬间，这些瞬间使得步态周期被识别并划分为单支撑和双支撑阶段，可以用来分析健康和病理受试者的许多步行时间参数，并提供对人类步行病理变化的理解。

基于脚开关的力敏电阻(Force Sensitive Resistance，FSR)传感器已经被用于检测步态事件，包括脚跟着地(Heel strike，HS)和脚尖离地(Toe off，TO)，以及控制功能电刺激系统的开/关时间，但这种FSR传感器在实时应用中存在一定的问题，传感器的开机和关机过程通常很复杂，常常会给佩戴者带来一定程度的不便和不适。此外，传感器有时是不可靠的，只能在有限的周期内使用。

除了FSR传感器，近年来，加速度计、陀螺仪等可穿戴惯性传感器也被广泛用于步态事件的检测，有很多研究使用放置在人体腿部、腰部、手腕、胸部等部位的可穿戴传感器测量步态时间参数，如步态事件、步态周期等。

例如，申请号为CN201710039236的发明专利申请公开了一种步态事件检测方法，将惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)置于被试人员的小腿处，在被试人员于室内行走的过程中，惯性传感器中的角速度数据被获得，由此可利用角速度峰值检测方法确定步态事件。

再如，申请号为US201414269029的发明专利申请提出了一种利用加速度计检测步态事件的方法，其将加速度计安装在行人的鞋上，采集人在行走时的加速度数据，利用前后向和竖直向加速度数据阈值检测法确定步态事件。然而，典型的陀螺仪传感器功耗较大(通常为几毫安)，限制了其在日常生活中的长期使用。并且，如果将惯性测量单元放置在脚上或腿上，则至少需要两个IMU用于确定步态事件。

还有，申请号为KR20160124602的发明专利申请公开了一种步态事件检测方法，其将三轴加速度计放在测试者第三腰椎到第四腰椎的位置，采集测试者行走时的加速度数据，对竖直向加速度滤波后利用峰值检测法确定步态事件。

但上述方法在实际使用过程中均存在步态测量精度较低，在不同人群中的适应能力差等缺陷。因此，有必要提出一种新型的、高精度的，在不同人群中适应能力强的步长测量方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中步态测量精度较低，在人群中适应能力差等缺陷，并提供一种用于可穿戴设备的人体步态检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种人体步态检测装置，包括运动测量设备和数据处理设备，其中，所述运动测量设备用于获得人体在行走时的三轴加速度数据；所述数据处理设备与运动测量设备通信连接，用于根据所述三轴加速度数据检测步态事件发生的时间点，识别所述步态事件的左右特征，根据所检测的步态事件发生的时间点及其左右特征，计算步态特征。