[发明专利]一种可穿戴式设备及用于该设备的实时步长测量方法

摘要

本发明属于可穿戴传感器领域，具体公开了一种可穿戴式设备及用于该设备的实时步长测量方法，可以实时的测量并输出用户在行走时的下肢二维姿态以及每一步的步长信息，并可应用于检测用户的步态不对称度。本发明利用四个惯性传感器单元采集的角速度、加速度实时数据，通过一种几何算法，计算并输出用户的下肢姿态以及步长。本发明使用方便，不受场地限制，成本低廉，可以实时、高精度的输出用户的下肢姿态以及步长，拥有较高的可靠性以及较好的推广前景。

主权项

一种用于可穿戴式设备的实时步长测量方法，其特征在于，包括以下步骤：实时测量用户两侧大腿和小腿行走过程中的Y轴加速度和Z轴角速度，同时根据Z轴角速度实时确定行走过程中的步态事件；根据步态事件以及Z轴角速度积分实时确定大腿和小腿在矢状面内与铅垂线的夹角；再根据所述的夹角以及大腿和小腿的长度计算实时步长；所述的步态事件包括脚落地、站立中期以及腿伸直；当检测到左小腿或右小腿站立中期时，计算该小腿与铅垂线的夹角：θlsms=arcsinalsymsg-θl0]]>θrsms=arcsinarsymsg-θr0]]>式中：θlsms、θrsms分别为左小腿、右小腿在站立中期时与铅垂线的夹角，alsyms、arsyms分别为此时左小腿、右小腿Y轴加速度；其中，θl0、θr0分别为用户静态站立状态下的左小腿、右小腿在矢状面内与铅垂线的夹角，且满足：θl0=arcsinalsysg]]>θr0=arcsinarsysg]]>式中：alsys、arsys分别为用户静态站立时左小腿、右小腿Y轴加速度；在检测到下一个站立中期事件之前，通过角速度积分实时计算该腿的小腿在矢状面内与铅垂线的夹角：θls(t)=θlsms+∫0tωlsz(δ)dδ]]>θrs(t)=θrsms+∫0tωrsz(δ)dδ]]>式中：t为当前时刻距离左小腿或右小腿的上一个站立中期的时间，θls(t)、θrs(t)分别为t时刻时左小腿、右小腿在矢状面内与铅垂线的夹角，ωlsz(δ)、ωrsz(δ)分别为左小腿、右小腿瞬时Z轴角速度；当检测到左腿或右腿腿伸直时，计算该腿的大腿在矢状面内与铅垂线的夹角：θltls＝θlslsθrtls＝θrsls式中：θltls、θrtls分别为左大腿、右大腿在腿伸直时刻在矢状面内与铅垂线的夹角，θlsls、θrsls分别为此时左小腿、右小腿在矢状面内与铅垂线的夹角；在检测到下一个腿伸直事件之前，通过角速度积分实时计算该腿的大腿在矢状面内与铅垂线的夹角：θlt(t)=θltls+∫0tωltz(δ)dδ]]>θrt(t)=θrtls+∫0tωrtz(δ)dδ]]>式中：t为自左大腿或右大腿的上一个腿伸直时刻后的时间，θlt(t)、θrt(t)分别为t时刻时左大腿、右大腿与铅垂线的夹角，ωltz(δ)、ωrtz(δ)分别为左大腿、右大腿的瞬时Z轴角速度；当检测到左腿或右腿脚落地时，计算该腿此时的步长：LSL＝l1(sinθrtic+sin(‑θltic))+l2(sinθrsic+sin(‑θlsic))RSL＝l1(sin(‑θrtic)+sinθltic)+l2(sin(‑θrsic)+sinθlsic)式中：θlsic、θrsic、θltic、θrtic分别为该腿落地时刻的左小腿、右小腿、左大腿、右大腿与铅垂线的夹角，l1、l2分别为大腿长、小腿长，LSL为左腿落地时刻该腿的步长，RSL为右腿落地时刻该腿的步长。