[发明专利]一种少儿步姿检测鞋及步姿检测方法

摘要

本发明一种少儿步姿检测鞋及步姿检测方法，检测鞋包括鞋面和鞋底，鞋底设有步姿检测电路，步姿检测电路包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块、存储器和电源，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块和三轴加速度计分别与单片机连接，单片机分别与无线通信模块和存储器连接。通过实时采集行走时第一跖骨、第五跖骨、跟骨受到的压力、三轴旋转角速度和三轴加速度，获得实时步姿数列，与在监护者指导下行走时获得的标准步姿数列相比较，判断步姿是否正确，不正确时生成提醒信息通过无线通信模块发出，告知监护者，便于监护者及时发现少儿脚步不协调或脚步不正常现象。

主权项

1.一种少儿步姿检测方法，其特征在于，应用于如下少儿步姿检测鞋：一种少儿步姿检测鞋，包括鞋面和鞋底，其特征在于，所述鞋底包括上鞋底和下鞋底，上鞋底和下鞋底之间设有步姿检测电路；所述步姿检测电路包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块、存储器和电源，第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块和三轴加速度计分别与单片机连接，单片机分别与无线通信模块和存储器连接，电源分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块和存储器连接；穿上时，第一压力传感器位于第一跖骨位置，第二压力传感器位于第五跖骨位置，第三压力传感器位于跟骨位置，MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块、存储器和电源位于足弓位置；该方法具体包括如下步骤：S1、获取由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、三轴加速度计和MPU6050模块采集的标准步姿参数，所述标准步姿参数包括标准前脚掌第一跖骨压力、标准前脚掌第五跖骨压力、标准后跟跟骨压力、标准三轴加速度和标准三轴角速度；S2、对S1获取的标准步姿参数进行处理，获得标准步姿数列{X₀(1),X₀(2),X₀(3),X₀(4),X₀(5),X₀(6)}，其中X₀(1)表示标准第一跖骨压力比，X₀(2)表示标准第五跖骨压力比，X₀(3)表示标准跟骨压力比，X₀(4)表示标准水平偏移角度，X₀(5)表示标准步高，X₀(6)表示标准步长，具体处理步骤为：S2.1、计算标准第一跖骨压力比标准第五跖骨压力比标准跟骨压力比其中y₀(1)是第一压力传感器采集的标准前脚掌第一跖骨压力，y₀(2)是第二压力传感器采集的标准前脚掌第五跖骨压力，y₀(3)是第三压力传感器采集的标准后跟跟骨压力；S2.2、利用下式计算标准水平偏移角度：其中q0＝quat[0]/q30，q1＝quat[1]/q30，q2＝quat[2]/q30，q3＝quat[3]/q30，quat[0]、quat[1]、quat[2]和quat[3]是MPU6050模块将采集的标准三轴角速度转换后的四元数，q30＝1073741824；S2.3、计算标准步高和标准步长其中步行时间常数f_cutoff为截止频率，v_z(0)＝0，v_y(0)＝0，A_zj(n)＝A_zd(n)‑A_zg(n)，A_yj(n)＝A_yd(n)‑A_yg(n)，n为正整数，d_t为采样周期，A_yd,A_zd分别表示三轴加速度计采集的标准三轴加速度中的y,z轴方向上的加速度；S3、获得由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、三轴加速度计和MPU6050模块采集的实时步姿参数，所述实时步姿参数包括实时前脚掌第一跖骨压力、实时前脚掌第五跖骨压力、实时后跟跟骨压力、实时三轴加速度和实时三轴角速度；S4、采用与S2相同的方法对实时步姿参数进行处理，获得第i步的实时步姿数列{X_i(1),X_i(2),X_i(3),X_i(4),X_i(5),X_i(6)}，其中X_i(1)表示第i步的实时第一跖骨压力比，X_i(2)表示第i步的实时第五跖骨压力比，X_i(3)表示第i步的实时跟骨压力比，X_i(4)表示第i步的实时水平偏移角度，X_i(5)表示第i步的实时步高，X_i(6)表示第i步的实时步长；S5、使用下式计算第i步的实时步姿数列与标准步姿数列之间的方差：其中S6、将第i步的方差MSD_i与阈值MSD相比较，若MSD_i＞MSD，生成第i步步姿不正确信息通过无线通信模块发出，若MSD_i≤MSD，生成第i步步姿正确信息通过无线通信模块发出。