[发明专利]精准识别步态的可穿戴足底-地面接触力测量装置及方法

权利要求书

1.一种精准识别步态的可穿戴足底-地面接触力测量装置，其特征在于：包括前承载架、后承载架、五个固定部、两个测量电路、两个保护罩及信号采集器；所述前承载架和后承载架通过可调长度连杆连接；所述前承载架上安装有两个固定部，后承载架上安装有三个固定部；所述前承载架和后承载架均包括凹槽结构，凹槽内均布置测量电路；所述两个保护罩均包括三个凸台结构，分别通过固定部固定连接在前承载架和后承载架的上，保护罩的凸台之间的薄壁下面安装测量电路中的元器件，当薄壁承受一定的垂直向下的力时，薄壁会弯曲并触发下面的测量电路中的元器件，这种薄壁与凸台的结构会增加测量装置的灵敏度，并且防止凹槽内测量电路中元器件的损坏；所述测量电路包括两个并联的传感器元器件，每个传感器元器件与一个电阻串联后接地；每个传感器元器件的输出端均连接到信号采集器，采集传感器元器件的数据；

所述五个固定部均为T形结构，用于固定前承载架和后承载架，同时，五个固定部上均设置有一个矩形孔；

所述前承载架上安装的两个固定部分别位于前承载架的左右两侧，后承载架上安装的三个固定部分别位于后承载架的左右两侧及后侧；

所述前承载架、后承载架、五个固定部及两个保护罩均采用弹性材料制作；

所述前承载架凹槽内测量电路包括的两个并联的传感器元器件的安装位置位于前脚掌的左右两侧，一个位于前脚掌压力中心的位置，另一个位于另一侧的对称位置；所述后承载架凹槽内测量电路包括的两个并联的传感器元器件的安装位置，避开了后脚跟的压力最大的位置，位于脚后跟压力中心的两侧；

所述传感器元器件采用按钮或开关；

所述前承载架、内置其凹槽内的测量电路、两个固定部和一个保护罩共同组成前足底力测量传感器，所述后承载架、内置其凹槽内的测量电路、三个固定部和一个保护罩共同组成后足底力测量传感器，两个传感器单独使用或通过可调长度连杆连接后同时使用；

所述信号采集器采用STM32单片机采集足底-地面接触力信号，包括两种采集方式，一种是通过STM32单片机的I/O端口读取传感器元器件输出的数字信号，另一种是通过STM32单片机控制AD转换芯片采集传感器元器件的输出信号。

2.一种精准识别步态的可穿戴足底-地面接触力测量方法，采用权利要求1所述的精准识别步态的可穿戴足底-地面接触力测量装置进行测量，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、通过绑带穿过可穿戴足底-地面接触力测量装置的固定部，将可穿戴足底-地面接触力测量装置穿戴在测量者左脚和右脚上；

步骤2、由信号采集器采集足底-地面接触力信号，并通过2.4G无线串口将数据发送给上位机，上位机通过读取串口获得传感器元器件的数据，并将加时间戳后的数据保存到文件中；

步骤3、在上位机中，将数据进行滤波处理，通过BP神经网络进行穿戴者行走时脚底接地状态的识别，进而判断穿戴者的重心位于左脚还是右脚上，以及判别穿戴者是行走还是跳跃动作。

3.根据权利要求2所述的精准识别步态的可穿戴足底-地面接触力测量方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

首先将采集到的传感器数据传到上位机进行中值滤波的预处理，去除抖动，然后比较左右脚的可穿戴足底-地面接触力测量装置的输出值：

(1)当右脚后脚跟和前脚掌的传感器的输出值V_{R_H}和V_{R_F}都等于1时，继续判断左脚后脚跟和前脚掌的传感器的输出值V_{L_H}和V_{L_F}，如果V_{L_H}和V_{L_F}都等于1，则此时为双足支撑的状态；如果V_{L_H}和V_{L_F}不都等于1，则此时为重心在右足的状态；

(2)当右脚后脚跟和前脚掌的传感器的输出值V_{R_H}和V_{R_F}都不等于1时，继续判断左脚后脚跟和前脚掌的传感器的输出值V_{L_H}和V_{L_F}，如果V_{L_H}和V_{L_F}都等于1，则此时为重心在左足的状态；如果V_{L_H}和V_{L_F}不都等于1，继续进行下一步的判断，如果V_{R_H}、V_{R_F}、V_{L_H}和V_{L_F}都等于0，则此时为跳跃腾空状态。