[发明专利]一种基于足底压力的人体步态检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于足底压力的人体步态检测系统和方法，该系统包括：足底压力检测装置、单片机控制模块、信号调理模块和安装有步态分析程序的上位机模块；足底压力检测装置包括传感鞋和压力传感器；压力传感器、单片机控制模块和信号调理模块均集成在传感鞋上；压力传感器感知穿戴传感鞋的人行走过程中脚与地面的相互作用力，测量出该相互作用力下的电压信号，电压信号经过信号调理模块的转换和放大后传送到单片机控制模块，单片机控制模块将电压信号发送到上位机模块，上位机模块根据电压信号得到不同步态下对应的足底施加力。本发明将基本的器件集成在传感鞋中，具有低成本、结构简单、便携穿戴及易维护等优点。

技术领域

本发明涉及人体步态检测技术领域，具体涉及一种基于足底压力的人体步态检测系统和方法。

背景技术

人体步态是一种行走方式，由身份各个不同的部位运动组成，其已经广泛地被用于医学诊断和运动训练中，帮助病人健康恢复和指导运动员更加合理的训练。足底压力的分布与大小反映了人体下肢运动功能的信息。人体步态系统研究是外骨骼智能化最重要的技术之一，它不仅可以为下肢外骨骼的机构设计与优化提供理论指导和技术支持，而且是外骨骼实现辅助行走、负重、康复训练等功能的基础。此外，当下肢发生病变时，足底的压力分布也会发生相应变化，因此通过检测和分析足底压力的相关参数获得人体的某些生理或病理信息，对临床医学诊断、手术效果评价、康复训练、下肢外骨骼设计等方面均有重要的科学意义和应用价值。

目前，步态检测领域的研究热点大多是使用图形技术来实现对步态信息的采集和检测，但是这种利用图像技术的方法有价格较为昂贵、不可移动的缺点，并且对于外部条件因素要求较高(例如光照等)，一旦光线强度不够就会对检测结果造成较大的影响。此外,有学者提出采用基于肌电信号传感器的步态检测方法。该方法是利用电极经过多倍放大、带通滤波和低通滤波相结合并且最终加上数字化等相应处理的方式，从而在人体肌肤表层获取肌电信号，然后把所获取的肌电信号传递到计算机并生成表面肌电图。但是这种方法最大的缺点在于一旦人体肌肤表面发生了变化，就会严重影响所采集到的肌电信号的准确度(例如出汗时)，会导致最终结果产生巨大的误差，并且该试验要求较为严苛，不利于广泛应用。

因此，行业内急切需要提出一种可便携穿戴、长期检测人体步态数据，并且能耗低、体积小、价格低廉，拥有较高精度和较强适应性的人体步态检测系统或者方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种低成本、结构简单、便携穿戴及易维护的基于足底压力的人体步态检测系统和方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于足底压力的人体步态检测系统，包括：足底压力检测装置、单片机控制模块、信号调理模块和安装有步态分析程序的上位机模块；足底压力检测装置包括传感鞋和压力传感器；压力传感器感知穿戴传感鞋的人行走过程中脚与地面的相互作用力，测量出该相互作用力下的电压信号，电压信号经过信号调理模块的转换和放大后传送到单片机控制模块，单片机控制模块将电压信号发送到上位机模块，上位机模块根据电压信号得到不同步态下对应的足底施加力，并将足底施加力和预先收集的压力数据进行分析比较，进而判断人体是否进入支撑模式或者行走模式。

优选地，传感鞋的鞋底包括从下到依次分别触地鞋底层、中间传感层和足底接触层；穿戴绑带设置在传感鞋的鞋面；压力传感器设置在中间传感层中的钢片上。

优选地，将人体足底第二跖骨区域和第三跖骨之间区域、足底中部区域、足后跟相接触的区域作为足底压力测试点，将3个压力传感器分别设置在3个足底压力测试点。

优选地，压力传感器为FSR 408型薄膜压力传感器。