[发明专利]一种超声波步态检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种助行康复训练装置与方法，特别涉及一种基于助行机器人平台上安装多路超声波传感器，检测人行走时双腿与超声波检测平台之间的距离，通过对检测的距离数据处理分析，提取出人体行走时的步态参数，包括平均步长，平均步速，步频等的超声波步态检测装置与方法。

背景技术

2011年11月初，世界总人口数已达到70亿，根据中国最新公布的人口普查报告结果显示，全国总人口为1.34亿人，60岁及以上人口为1.77亿人，约占总人口数的13％。60岁及以上人口的比重上升2.93个百分点，65岁及以上人口的比重上升1.91个百分点。随着中国人口老龄化的现象逐渐加剧，在老龄人群中存在大量的下肢运动功能障碍的患者，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对恢复或提高下肢运动功能发挥着重要的作用。助行康复训练机器人可对下肢存在运动功能障碍的患者进行及时，科学而且有效的下肢康复训练，而对这类患者的步态信息进行及时的检测与分析是对这类患者进行康复训练的理论依据和必要前提。

目前主流的步态特征提取方法是基于计算机视觉和基于传感器等方法实现。L.Lee等用基于图像轮廓各部分的矩阵特征来分析步态。Li-Shan Chou，Kenton等人采用27个反光片贴在受试者的主要关节部位进行图像采集。J.P.Foster等人提出了一种基于模型的自动跟踪系统，通过建立人体运动模型对图像数据进行处理分析。这些基于图像的处理方法由于摄像机的位置、以及传感器移动会给系统带来误差，必须具备正确的摄像方法和校准系统，需要操作人员具有专业技术。

在公开的世界专利号5831937提出一种用超声波传感器检测人体行走的步态特征，超声波发射端安装在受试者腰部后面，接收端安装在与发射端同一高度的某一固定位置上，通过距离数据提取人体步态信息。

在公开的中国专利申请号200420059643.5中提出一种应变式三维测力台方法检测步态信息，三维测力台需要安装在专用步道上，安装繁琐，成本较高。

在公开的中国专利申请号200910069062.7中提出一种用将超声波传感器放入鞋底检测距离信号的一种步态测量装置，这种检测方法成本很低，但只能检测在双脚落地时进行步长和频率。

在公开的中国专利申请号200910154024.1中提出一种在人体腰部前面安装两轴加速度传感器进行人体步态的步速测量，这种步态检测方法简便，成本较低，但将传感器安装在受试者身上，对传感器位置的安装需要进行多次调试，检测过程中携带在受试者身体上的传感器的抖动会带来很多干扰。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供出一种用多路超声波步态检测装置与方法。本发明提出的这种装置与方法可以检测人体行走时的步态特征数据，对数据进行处理分析，计算出步长，平均步速，步频等步态特征参数。

本发明给出的技术方案是：这种用多路超声波步态检测的方法，采用超声波传感器检测人体行走的步态特征，其特点是将超声波检测装置安装在助行机器人平台前方，，在受试者身体上不加装任何检测设备，通过多路超声波传感器分别检测受试者左右腿行走时与超声波检测平台之间的距离，提取出人体行走时的步态信息，分析计算步态参数，包括平均步长，平均步速，步频，瞬时速度等参数。

设置在助行机器人平台上的超声波检测装置与受试者同时移动，多路超声波检测受试者在行走过程中左右腿与超声波检测平台之间的相对距离数据，通过检测的距离数据分析受试者步态信息，多路独立的超声波和其发射接受装置，通过超声波发射到受试者腿部并返回到接收端。

所述多路超声波检测受试者在行走过程中左右腿与超声波检测平台之间的相对距离数据时是通过多路超声波进行循环数据检测。

检测系统对检测区域范围的设置，包括：

(1)超声波检测系统平台与受试者行走方向垂直。

(2)通过增加超声波传感器数量来增加检测区域的宽度。

(3)通过软件设置单路超声波传感器的最大检测距离，避免助行机器人和其他障碍物对数据检测产生干扰。

(4)通过结构设计改变超声波传感器与检测平台之间的角度，减小超声波检测时产生的干扰。

采样时间的设置，通过在已设置的采样周期内部进行采样，采样时间要小于采样周期，增加了采样密度，确保每次采样周期相同。

通过单片机控制超声波传感器采集数据，通过单片机与计算机进行串行通讯，将采集回的数据传入计算机。