[发明专利]一种用于可穿戴式设备的人体步长测量方法及其测量设备

说明书

本发明属于可穿戴传感器领域，具体公开了一种用于可穿戴式设备的人体步长测量方法及其测量设备。本测量方法需要使用两个惯性传感器单元采集并存储的人体行走过程中的加速度、角速度数据，随后利用相应算法计算使用者的步长信息，并可用于估计用户的步态不对称度。两个惯性传感器分别放置在用户的两条小腿上，穿戴简单、方便、轻巧。因此本方法使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以高精度的计算使用者的步长，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

技术领域

本发明属于可穿戴传感器领域，具体涉及一种用于可穿戴式设备的人体步长测量方法及其测量设备。

背景技术

步态参数是人类行走过程中的物理参数，可以反映人类运动能力，拥有较大的应用价值，因此目前有许多研究者在研究步态参数的测量。可穿戴传感器包括惯性测量单元，超声波传感器，微型摄像头等等，相比于大型实验室测量步态参数的设备如光学式运动捕捉系统、测力台等等，以其小巧、廉价，不受时间、空间限制、易于推广等优点被广泛应用于步态参数测量领域。目前有很多研究使用放置在人体腿部、腰部、手腕、胸部等部位的可穿戴传感器测量步态时间参数，如步态事件、步态周期等等；也有的测量步态空间参数，如步行速度、步距等等。如申请号为CN201510887154.1的发明专利公开了一种室内定位步长计算方法，将惯性测量单元置于人员的腰部，人员在室内行走过程中，获得人员惯性传感器数据，然后计算步长。而申请号为CN201310007945.1的发明专利公开了一种步长计算方法和装置，获取载体在三维坐标系中的各轴加速度值；根据所述各轴加速度值计算步长补偿系数；根据所述步长补偿系数和预先设定的预设步长确定载体移动幅度的最终步长。但上述方法再实际使用过程中，均存在步态测量精度较低、在不同人群中的适应能力差等缺陷。

步长的测定具有重要的意义。现在有很多研究用可穿戴传感器测量步速、步距等空间参数，比较成熟，但是测量步长的研究不多。一些疾病如帕金森综合征会使人体运动能力下降，步速、步距减小，因此步距和步速可以用来反映人体下肢运动能力。但是步距、步速不能反映出偏瘫造成的人体两侧运动能力的差异，即步态不对性，而我们可以根据两腿步长的比值量化人体两侧步态的不对称性，而且通过步长也可以求出步距、步速等参数，因此步长拥有更大的临床应用价值。现有的使用可穿戴设备测量步长的方法主要是利用腰部重心的上下位移或者利用基于步频、加速度等变量的数学模型，均存在精度差，适应能力差等缺陷。因此有必要提出一种新型的高精度、在不同人群中适应能力强的步长测量方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中步态测量精度较低、无法测量单步步长等缺陷，并提供一种用于可穿戴式设备的人体步长测量方法及其测量设备。

本发明中所涉及的部分名词含义如下：

步距是指人行走过程中同一只脚相邻着地点之间的距离，左腿步距是指行走过程中左脚相邻着地点之间的距离，右腿步距是指行走过程中右脚相邻着地点之间的距离；步长是指人行走过程中双脚的相邻着地点之间的距离，左腿步长是指行走过程中左脚着地点在前的步长，右腿步长是指行走过程中右脚着地点在前的步长。通常来说，步距等于两腿步长之和。

步态事件是指人在行走过程中的每个步态周期中的重要时刻，主要有摆动中期、脚落地、站立中期、脚离地四个步态事件。人的走路步态周期如图4所示，以右腿为例，左腿支撑人体，右腿向前迈出的这段时间为右腿的摆动相；右腿摆到左腿附近时为摆动中期；接着右脚落地，右腿开始支撑人体，左腿向前迈出的这段时间，为右腿的站立相；右腿以右踝关节为旋转中心，向前移动，到达接近于与地面垂直的位置，此时为站立中期；随后右脚离地，右腿向前迈出，完成一个步态周期。