[发明专利]一种基于上下肢运动信息的步态相位判别方法

说明书

本发明公开了一种基于上下肢运动信息的步态相位判别方法，其包括：通过颈部、大臂、大腿和小腿部位的角度传感器接收角度信息；通过角度信息处理系统得到肩关节角度、角速度和膝关节角度、角速度；通过判断肩关节角速度和膝关节角速度得到当前步态相位。本发明的目的在于提供一种双足行走过程中针对人体步态运动过程中上下肢运动映射关系的建立方法。该方法通过安装在颈部、大臂、大腿、小腿部位的角度传感器接收水平面，冠状面以及矢状面的角度信息，完成对上肢、下肢的步态相位判断，结构简单，安装方便。

技术领域

本发明涉及智能假肢膝关节运动的控制，特别是涉及一种基于上下肢运动信息的步态相位判别方法。

背景技术

随着人口老龄化以及疾病、车祸导致的运动功能缺失病人数量显著增长，如何在康复领域实现老弱残障助行，响应国家助老助残政策，减轻人力成本，已经成为假肢研究的重点。

假肢就是用工程技术的手段和方法，为弥补截肢或肢体不完全缺损而专门设计和制作装配的人工假体。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力。传统基于机械结构的假肢穿戴不自然，并且需要消耗较多能量，与普通假肢相比，智能假肢能通过当前接收到的传感器状态判断假肢所处的步态相位区间，根据不同相位区间内关节的步态特性，控制假肢的运动。因此，准确判断假肢所处的步态相位区间，是智能假肢运动控制的前提。

目前国内外对步态运动研究集中于下肢运动识别分析，包括基于图像的特征步态分析；基于步态的参数分析，利用信号与步态的线性关系加以分析。目前假肢产品主要采用安装在假肢上的或是安装在健肢侧的传感器判断步态行为，进行相应假肢控制。而双足行走是一个神经肌肉耦合、肢体协调的过程，由于现有研究主要集中于下肢步态，难以全面描述人体步态运动，步态领域内上肢姿态信息及上下肢协调运动尚需深入突破。

因此，针对步态分析中上肢姿态的缺失，有必要综合研究人体步态上下肢协调的姿态，运用信号处理等方法揭示四肢协调的姿态，通过建立拟合关系实现步态识别。为康复医学现代体育运动科学等开辟了新的研究视角，为创新助行机器人提供理论依据与技术储备，响应国家助老助残政策，减轻人力成本，以解决老龄化日益突出带来的老年人康复问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种双足行走过程中针对人体步态运动过程中上下肢运动映射关系的建立方法，该方法通过安装在颈部、大臂、大腿、小腿部位的角度传感器接收水平面，冠状面以及矢状面的角度信息，完成对上肢、下肢的步态相位判断，结构简单，安装方便。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于上下肢运动信息的步态相位判别方法，其将一个步态周期分为摆动弯曲相、摆动伸展相、支撑相三个相位，该步态相位判别方法具体包括以下步骤：

(1)通过设置在颈部、大臂、大腿和小腿的角度传感器分别接收颈部、大臂、大腿、小腿的角度信息；

(2)通过角度信息处理系统得到肩关节角度、角速度，膝关节角度、角速度；

(3)判断肩关节角速度的正负，当肩关节角速度小于零时为第三相位支撑相，进入(5)；当肩关节角速度大于零时可能为第一相位摆动弯曲相或第二相位摆动伸展相，进入(4)；

(4)当膝关节角速度大于零时，为第一相位摆动弯曲相，当膝关节角速度小于零时，为第二相位摆动伸展相，特别的，当膝关节角速度为零时，处于一二相位交界点；

(5)一个步态周期结束，循环下一步态周期。

优选的，在上述基于下肢关节运动信息的步态相位判别方法中，所述(2)中角度信息处理系统通过接收颈部、大臂、大腿和小腿的角度传感器的数据，计算得到膝关节和肩关节的角度，对关节角度一阶求导后得到关节角速度，并对得到的关节角速度滤波处理。