[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

摘要

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。

主权项

1.一种用于可穿戴式设备的人体步长测量方法，其特征在于，包括以下步骤：通过在用户两侧小腿上安装传感器，测量两侧小腿行走过程中的X、Y轴加速度和Z轴角速度，根据Z轴角速度检测行走过程中的步态事件；根据步态事件以及Z轴角速度积分确定用户行走过程中的各个时刻小腿在矢状面内与铅垂线的夹角；根据所述的夹角利用X、Y轴加速度计算小腿在水平前进方向上的加速度；根据步态事件对所述水平前进方向上加速度进行二次积分并根据传感器位于小腿上的位置关系计算步距；通过利用几何关系估算的步长比例拆分步距，得到左腿和右腿的步长；所述人体步长测量方法的具体步骤如下：(1)确定用户行走过程中的各个时刻小腿在矢状面内与铅垂线的夹角具体方法为：所需要检测的步态事件包括脚落地以及站立中期；在左小腿或右小腿的各个站立中期时刻，计算该小腿与铅垂线的夹角：式中：θlms、θrms分别为左小腿、右小腿在其站立中期时刻与铅垂线的夹角，alyms、aryms分别为左小腿、右小腿在其站立中期时刻的Y轴加速度；在到下一个站立中期时刻之前的各个时刻，通过角速度积分计算该小腿在矢状面内与铅垂线的夹角：式中：tl、tr分别为当前时刻距离左、右小腿的上一个站立中期时刻的时间，θl(tl)、θr(tr)分别为左小腿在tl时刻、右小腿在tr时刻在矢状面内与铅垂线的夹角，ωlz(δ)、ωrz(δ)分别为左小腿、右小腿瞬时Z轴角速度；由此可以得到用户行走过程中的各个时刻的两小腿与铅垂线的夹角；(2)计算小腿在水平前进方向上的加速度的具体方法为：利用X、Y轴加速度计算两小腿在水平前进方向上的加速度，每个时刻的加速度均通过下式计算：ahl(tl)＝‑alx(tl)·sinθl(tl)+aly(tl)·cosθl(tl)ahr(tr)＝‑arx(tr)·sinθr(tr)+ary(tr)·cosθr(tr)式中，ahl(tl)、ahr(tr)分别为左小腿在tl时刻时、右小腿在tr时刻时在水平前进方向上的加速度，alx(tl)、arx(tr)分别为左小腿在tl时刻时、右小腿在tr时刻时的X轴加速度，aly(tl)、ary(tr)分别为左小腿在tl时刻时、右小腿在tr时刻时的Y轴加速度；(3)所述计算步距的具体方法为：在左小腿或右小腿的各个站立中期时刻，计算该小腿此时刻在水平前进方向上的运动速度：vlms＝‑d·ωlzms·cosθlmsvrms＝‑d·ωrzms·cosθrms式中，vlms、vrms为左、右小腿在其站立中期时刻在水平前进方向的运动速度，ωlzms、ωrzms为左、右小腿在其站立中期时刻的Z轴角速度，d为该小腿上用于测量加速度、角速度的传感器的摆放位置距离脚底的距离；在左小腿或右小腿的各个站立中期时刻，计算该小腿的在水平前进方向上的初始位移：slms＝‑d·sinθlmssrms＝‑d·sinθrms式中，slms、srms为左、右小腿在其站立中期时刻在水平前进方向上的初始位移；在到下一个站立中期时刻之前的各个时刻，该小腿的水平前进方向上的运动速度通过该方向上的加速度积分而得：式中，vl(tl)、vr(tr)分别为左小腿在tl时刻时、右小腿在tr时刻时水平前进方向上的运动速度，ahl(δ)、ahr(δ)分别为左小腿、右小腿瞬时的水平前进方向上的加速度；该小腿在相邻两个站立中期时刻之间产生的该腿的步距，通过下式计算：式中：LSDL、RSDL分别为左腿步距、右腿步距，slmsl、srmsl分别为左、右小腿在该腿前一个站立中期时刻的水平前进方向上的初始位移，slmsn、srmsn分别为左、右小腿在该腿后一个站立中期时刻的水平前进方向上的初始位移，Tl、Tr分别为左、右小腿的相邻两个站立中期时刻之间的时间长度，vlmsn、vrmsn分别为左、右小腿在该腿后一个站立中期时刻的水平前进方向上的运动速度，vl(Tl)、vr(Tr)分别为左小腿在Tl时刻时、右小腿在Tr时刻时通过加速度积分计算的水平前进方向上的运动速度；(4)拆分步距得到步长的具体方法为：该小腿相邻两个站立中期时刻之间产生的该腿的步长，通过下式计算：式中，LSL为左腿步长，RSL为右腿步长，θllc、θrlc分别为发生在该腿前一个站立中期时刻到后一个站立中期时刻之间的左脚落地时刻的左、右小腿与铅垂线的夹角，θlrc、θrrc分别为发生在该腿前一个站立中期时刻到后一个站立中期时刻之间的右脚落地时刻的左、右小腿与铅垂线的夹角。