[实用新型]一种人体运动信息检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于传感器与电子通讯技术的人体运动信息检测装置及其检测方法，属于电子信息与模式识别领域。 

背景技术

智能运动鞋是一个信息技术与传统制鞋业的交叉产物。目前市面上所出现的智能运动鞋有耐克的nike+和阿迪达斯的micoach。其中nike+系列运动鞋采用了压电感应技术，通过其专利技术实现了跑步的计数和里程的估算，并实时的通过无线传输技术将人体的运动数据传输到苹果的智能终端上，如IPOD、IPHONE等；阿迪达斯的micoach智能运动鞋，采用了VTI科技有限公司的技术，基于内置的加速度计，结合其修正技术，可以测量加速度、速度以及跑动的里程。阿迪达斯的micoach除了实时传输外，还可以将数据记录在内置的闪存中，将运动数据离线的传输给PC机等智能终端。 

国内所申请的专利中，申请号为201020676320.6的专利申请公开了一种多功能智能鞋，是基于加速度计实现的，其提到的“所述的空间传感器可以包括三轴加速度传感器，采集的原始数据包含空间位置、方向、加速度、加速度时间等，数据价值高”，其中对于采集的“原始数据包含”的内容表述是不科学的。加速度计本身只能输出代表实际加速度值的三个电压值，经过AD采样量化，以及做零偏和刻度因数的试验后，可以根据所选用的加速度计量程，通过计算还原成实际的加速度值。所谓“原始数据”自然也就只有加速度信息一种。而对于利用加速度计所得到的信息还原“空间位置”，工程上基本是不可能实现的，具体原因有三个： 

1、所有的加速度计都是基于其本身的局部坐标系的，也就是说每一次所采集的加速度都是相对值，加速度计所输出的信息是三个局部坐标系轴向上的加速度，而局部坐标系的本身就是一个不断变化的，其原点位置和姿态都是随着人体的脚部的移动随时变化的。单靠加速度计是无法还原出加速度在空间中的真实方位的，当然也就不可能实现“空间位置”的测量； 

2、其所谓的“可以根据实际应用中不同功能的鞋子，设计安放位置”对于计算“空间位置”是一个巨大的缺陷，原因在于如果加速度计的放置位置是任意的，比如将所谓的“空间传感器”绑在鞋带上，那么加速度计的基准位置就是不定的（运动过程中会剧烈晃动，导致姿态变化。退一步讲，即使绑的很结实，那么每个人体绑的位置和姿态不同，加速度计的三个轴向输出的基准值也是不同的，也就是说静止状态时刻，加速度计三个轴向的输出电压是不确定的，XYZ三个轴向的静止时刻加速度输出也是各不相同的），一般而言，对于平放在地面的加速 度计，设地平面为XOY面，天地轴为Z轴，其经过计算量化后的实际输出应该接近，aX=0,aY=0,aZ=g(其中g是重力加速度)。因此，想要测量“空间位置”，校准是必不可少的，即使将装置平放在鞋底，也是需要对静止状态下加速度计三个轴向的输出进行测量，作为校正的基准，才有可能通过加速度等原始数据测量得到所谓的“空间位置”。 

3、加速度计至少需要配合陀螺（最好还要附加磁阻传感器进行航向修正），才可以测量传感器所在载体的“空间位置”，因为陀螺（附加磁阻传感器）可以提供运动的方向数据，将加速度计所计算得到的相对坐标系下的位移量，通过空间坐标的转换，转换到绝对的坐标系下，经过每一个计算周期不断的计算，才可以计算得到空间位置以及姿态信息。因此在实际应用中，仅仅依靠三轴加速度计，是几乎不可能计算出所谓的“空间位置”的。 

此外，任何电池供电过程中，电压都是在不断下降的，而对于加速度计，工作电压直接影响到其三个轴向的电压输出。由于在实际的工程应用中，，人在较快的运动中，其脚部瞬时加速度绝对值可达5g，因此以±10g的量程的加速度计为例，3.3V供电，2.5V参考电压下，实际输出的零偏1.65V，当工作电压下降0.05V，则代表着实际输出的加速度将偏差为10g*0.05/（2.5-1.65）=0.588g，也意味着误差将达到重力加速度的一半还多，这将严重影响到对于实际加速度和速度，以及位置等信息的计算。因此对于任何依靠加速度计进行测量的系统，稳定工作电压是必不可少的，否则所量化得到的加速度值本身就是错误的，也就无从谈起后续的速度和距离等的计算。