[发明专利]一种人体下肢位姿步态检测装置及方法

权利要求书

1.一种人体下肢位姿步态检测装置，用于检测人体的下肢位步态，其特征在于，包括：

多个九轴运动传感器，布置于所述人体的后腰部、双侧大腿、小腿以及足部位置，用于检测三轴加速度、三轴角速度以及三轴地磁场数据；

多个压力传感器，布置于所述人体的足底，用于检测压力数据；

多个角度传感器，布置于所述人体的关节处，用于检测关节弯曲角度数据；以及

主控制器，设置在所述人体的腰部，通过CAN总线分别与所述九轴运动传感器、所述压力传感器以及所述角度传感器连接，

其中，所述主控制器包括：

控制模块，用于控制各个传感器采集检测数据；

接收模块，用于接收所述检测数据；

数据存储模块，用于存储所述检测数据；

数据处理模块，用于对存储后的所述检测数据进行处理得到步态检测结果；以及

WIFI模块，该WIFI模块用于将所述检测数据实时传输至计算机进行数据显示与处理，

所述人体下肢位姿步态检测装置进行的步态检测，包括以下步骤：

步骤1，所述控制模块控制所述九轴运动传感器、所述压力传感器以及所述角度传感器进行实时数据采集，得到检测数据；

步骤2，将所述检测数据通过所述WIFI模块实时传输至计算机进行数据显示与处理或将采集到的所述检测数据通过所述CAN总线实时上传至所述接收模块并通过所述数据存储模块对所述检测数据进行存储，而后所述数据处理模块对存储后的所述检测数据进行处理，得到运动信号特征、压力信号特征以及角度信号特征；

步骤3，所述数据处理模块根据所述运动信号特征、所述压力信号特征、所述角度信号特征以及每个传感器的检测数据在计算步态细分相位时的不同权重值构成的权重值矩阵M进行综合分析，得到当前步态细分相位，并根据所述当前步态细分相位进行步态划分，得到所述步态检测结果，且每次得到所述当前步态细分相位后，所述权重值矩阵M根据所述当前步态细分相位进行权重值的优化调整，并使用优化调整后的所述权重值矩阵M进行下一个步态细分相位的分析，

其中，所述步骤2中还包括以下子步骤：

步骤2-1，所述数据处理模块采用梯度下降算法和扩展卡尔曼数字滤波算法融合所述九轴运动传感器的检测数据进行四元数姿态解算和传感器信号降噪，解算出左右大小腿的运动状态，得到所述运动信号特征；

步骤2-2，所述数据处理模块根据所述压力传感器的检测数据，设置相应的阈值，分别解算出左右腿支撑和摆动相互转换的状态以及足尖和足底的着地和离地时刻，得到所述压力信号特征；

步骤2-3，所述数据处理模块根据髋关节和膝关节处的所述角度传感器的检测数据分别解算出髋关节和膝关节的弯曲角度、大腿和小腿的实时相对角度，得到所述角度信号特征。

2.根据权利要求1所述的人体下肢位姿步态检测装置，其特征在于：

其中，所述压力传感器在每个足底至少设置两个，分别设置在足尖与足跟处。

3.根据权利要求1所述的人体下肢位姿步态检测装置，其特征在于：

其中，所述控制模块控制所述九轴运动传感器、所述压力传感器以及所述角度传感器的数据采集时间同步，且每隔一段时间重复同步过程。

4.根据权利要求1所述的人体下肢位姿步态检测装置，其特征在于：

其中，所述步骤3中，所述步态细分相位包括足跟着地、全足底着地、重心转移至同侧、足跟离地、膝关节屈曲增大、足上提、膝关节最大屈曲以及髋关节最大屈曲，

所述步态检测结果包括根据所述步态细分相位划分得到的步态相位、每个所述步态细分相位的开始时刻与结束时刻、每个所述步态细分相位占所述步态相位的时长以及每个所述步态细分相位的特征，

所述步态相位为单支撑相、双支撑相或摆动相。