基于慣性傳感器的步態(tài)測量方法研究與實現(xiàn).pdf

1、步行是人類的主要活動之一。步行過程中的時間參數(shù)和空間參數(shù)對于異常步態(tài)的評估具有十分重要的意義，如評估康復(fù)狀況、預(yù)測跌倒等。有效的步態(tài)分析系統(tǒng)可以測量有關(guān)步態(tài)的運動學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)。基于視覺和壓力墊的步態(tài)分析實驗室是進行精確步態(tài)分析的有效工具。但是該類步態(tài)分析系統(tǒng)的安裝使用過程十分復(fù)雜，需要專門的技術(shù)人員進行操作，而且價格昂貴。隨著科學(xué)的進步與發(fā)展，基于可穿戴式傳感器的步態(tài)分析系統(tǒng)得以發(fā)展，并吸引了大量的研究學(xué)者，尤其是基于加速度計和陀

2、螺儀的步態(tài)分析更加受到學(xué)者的青睞。本文主要利用慣性傳感器對人類步行過程中的運動學(xué)數(shù)據(jù)進行采集并通過相關(guān)算法進行分析，最終給出客觀的步態(tài)參數(shù)計算結(jié)果。
　　本文利用兩個慣性測量單元分別放置在實驗對象的左右腳踝正下方的鞋外側(cè)，用于采集實驗對象在步行過程中腳部所產(chǎn)生的加速度和角速度信息。將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦后，利用本文提出的步態(tài)周期檢測方法將步態(tài)數(shù)據(jù)進行觀測窗口劃分并檢測出相應(yīng)的步態(tài)事件點，通過相關(guān)信息計算出相應(yīng)的時間參數(shù)。然后，使用基

3、于四元數(shù)的擴展卡爾曼濾波器求解步行過程中的腳部的姿態(tài)的變化，并利用姿態(tài)矩陣求解對應(yīng)于固定參考坐標(biāo)系中的加速度。最后，通過對轉(zhuǎn)換過后的加速度進行積分得到速度，采用零速度更新技術(shù)對速度進行誤差校正之后，再對速度信息進行積分從而得到相應(yīng)的跨步長、腳與地面間隙等空間參數(shù)。實驗結(jié)果顯示，本文提出的方法能準(zhǔn)確檢測到每一個步態(tài)周期，并且對于跨步長的估計誤差要小于2％，充分說明了本文提出的方法的可行性和有效性。通過實驗分析可以看出，本系統(tǒng)是一個用于步態(tài)