[发明专利]一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统

权利要求书

1.一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统，该系统包括假肢主体结构和识别系统；所述的假肢主体结构包括假肢接受腔、假肢膝关节、假肢小腿管、假肢脚，其中，假肢接受腔底部连接假肢膝关节，假肢膝关节底部连接假肢小腿管上端，假肢小腿管下端连接假肢脚；

其特征为所述的识别系统包括假肢接受腔角度模块、假肢小腿模块、脚尖压力传感器模块、脚心压力传感器模块、脚跟压力传感器模块、单片机模块和驱动电机模块；其中，假肢接受腔角度模块安装在假肢接受腔内，与假肢小腿模块在假肢伸展时在同一平行线上；假肢小腿模块安装在假肢脚上方假肢小腿管处；脚尖压力传感器模块安装在假肢脚前脚掌；脚心压力传感器模块安装在假肢脚脚心；脚跟压力传感器模块安装在假肢脚脚跟；单片机模块安装在假肢小腿模块上方假肢小腿管处；驱动电机模块安装在紧靠假肢膝关节下方且在单片机模块上方的假肢小腿管处；

所述的假肢接受腔角度模块包括假肢接受腔陀螺仪、假肢接受腔加速度计、假肢接受腔卡尔曼滤波信号放大电路；

所述的假肢小腿模块包括假肢小腿陀螺仪、假肢小腿加速度计、假肢小腿卡尔曼滤波信号放大电路；

所述的脚尖压力传感器模块包括脚尖压力传感器、脚尖压力信号放大电路；

所述的脚心压力传感器模块包括脚心压力传感器、脚心压力信号放大电路；

所述的脚跟压力传感器模块包括脚跟压力传感器、脚跟压力信号放大电路；脚尖压力传感器安装在假肢前脚掌位置；脚心压力传感器安装在假肢脚脚心位置；脚跟压力传感器安装在假肢脚脚跟位置；将脚尖压力信号放大电路安装在假肢脚前脚掌内侧；脚心压力信号放大电路安装在假肢脚脚心内侧；脚跟压力信号放大电路安装在假肢脚脚跟内侧；

所述的驱动电机模块包括电机正反转控制电路以及直流电机；

其连接方式为：假肢接受腔陀螺仪、假肢接受腔加速度计分别与假肢接受腔卡尔曼滤波信号放大电路连接，假肢接受腔卡尔曼滤波信号放大电路与单片机模块中的A/D转换电路连接；假肢小腿陀螺仪与假肢小腿加速度计分别与假肢小腿卡尔曼滤波信号放大电路连接，假肢小腿卡尔曼滤波信号放大电路与单片机模块中的A/D转换电路连接；脚尖压力传感器与脚尖压力信号放大电路连接，脚尖压力放大电路与单片机模块中的A/D转换电路连接；脚心压力传感器与脚心压力信号放大电路连接，脚心压力信号放大电路与单片机模块中的A/D转换电路连接；脚跟压力传感器与脚跟压力信号放大电路连接，脚跟压力信号放大电路与单片机模块中的A/D转换电路连接；A/D转换电路与单片机的I口连接，D/A转换电路与单片机的O口连接；电机正反转控制电路与直流电机连接，电机正反转控制电路与D/A转换电路连接，直流电机与假肢膝关节连接。

2.如权利要求1所述的智能膝上假肢骑行运动状态识别系统的识别方法，其特征为包括如下步骤：

(1)当脚尖压力传感器模块中信号输入为1，脚心压力传感器模块中信号输入为0，脚跟压力传感器模块中信号输入为1时，则可以直接判断出此时的假肢穿戴者运动状态为骑行；判断假肢小腿加速度信号为正时，控制电机模块使假肢张开；当膝关节角度信号达到110°时，控制假肢收缩；当判断假肢小腿加速度信号为负时，控制假肢膝关节收缩，当膝关节角度缩小到75°时，控制假肢张开；

(2)当脚尖压力传感器模块信号输入为0，脚心压力传感器模块中信号输入为1，脚跟压力传感器模块中信号输入为1时，则可能当前运动状态为行走或者骑行，判断膝关节角度信号，当角度在75°与110°之间时则当前运动状态为骑行，判断假肢小腿加速度信号为正时，控制电机模块使假肢张开；当膝关节角度信号达到110°时，控制假肢收缩；当判断假肢小腿加速度信号为负时，控制假肢膝关节收缩，当膝关节角度缩小到75°时，控制假肢张开；若膝关节角度在130°与180°之间时，为步行运动状态中的支撑相末期；若为其他角度则重新对运动状态进行判断；

(3)当脚尖压力传感器模块信号输入为1，脚心压力传感器模块中信号输入为1，脚跟压力传感器模块中信号输入为0时，则可能当前运动状态为行走或者骑行，判断膝关节角度信号；当膝关节角度在75°与110°之间时则当前运动状态为骑行，且判断假肢小腿加速度信号为正时，控制电机模块使假肢张开；当膝关节角度信号达到110°时，控制假肢收缩；判断假肢小腿加速度信号为负时，控制假肢膝关节收缩；当膝关节角度缩小到75°时，控制假肢张开；若膝关节角度150°与180°之间时，则为步行运动状态中的首次触地期；若为其他角度则重新对运动状态进行判断。