[发明专利]一种对人体行走足底地面反应力的卡尔曼滤波方法

权利要求书

1.一种对人体行走足底地面反应力的卡尔曼滤波方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波方法具体包括如下步骤：

S1：根据步行过程中人腿的受力特征，建立动力学控制方程；

S2：根据所述动力学控制方程，构建地面测试反应力方程；

S3：将所述地面测试反应力方程进行离散化，并根据噪声影响，建立卡尔曼滤波的状态更新方程和测量更新方程；

S4：根据所述卡尔曼滤波的状态更新方程和测量更新方程对测试数据进行滤波处理，得到所述滤波处理后的测试数据；

在所述步骤S1中，建立所述动力学控制方程，具体如下：

S1.1：根据步行过程中人腿的受力特征，获取足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力，具体为：

其中：F为足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力，F_x为足底在空间纵向的作用力，F_y为足底在空间侧向的作用力，F_z为足底在空间竖向的作用力；

S1.2：通过所述足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力、足底在空间竖向的作用力，获取人腿和重力方向之间的夹角，具体为：

其中：θ为人腿和重力方向之间的夹角，F_z为足底在空间竖向的作用力，F为足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力；

S1.3：根据所述人腿和重力方向之间的夹角，建立所述动力学控制方程，具体为：

其中：θ为人腿和重力方向之间的夹角，t为时间变量，m为人体重量，c为阻尼，k为弹簧刚度，为腿的轴向加速度，为腿的速度，u为腿的位移，g为重力加速度。

2.根据权利要求1所述的一种对人体行走足底地面反应力的卡尔曼滤波方法，其特征在于，在所述步骤S2中，构建所述地面测试反应力方程，具体如下：

S2.1：将所述动力学控制方程进行简化，获得地面反应力关系，具体为

其中：c为阻尼，k为弹簧刚度，为腿的速度，u为腿的位移，F为足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力；

S2.2：设置空间变量，将所述地面反应力关系获取公式进行转换，获得所述地面测试反应力方程，具体为：

Z＝HX

其中：Z为无量纲化测试地面反应量，H为测量矩阵，X为空间变量。

3.根据权利要求2所述的一种对人体行走足底地面反应力的卡尔曼滤波方法，其特征在于，所述无量纲化测试地面反应量和测量矩阵的获取公式，具体为：

其中：Z为无量纲化测试地面反应量，H为测量矩阵，F为足底在空间纵向、侧向和竖向作用力的合成力，m为人体重量，g为重力加速度，ω为人腿自振角频率，ξ为人腿自振阻尼比。