基于慣性傳感器的步態(tài)測(cè)量方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、步行是人類的主要活動(dòng)之一。步行過程中的時(shí)間參數(shù)和空間參數(shù)對(duì)于異常步態(tài)的評(píng)估具有十分重要的意義，如評(píng)估康復(fù)狀況、預(yù)測(cè)跌倒等。有效的步態(tài)分析系統(tǒng)可以測(cè)量有關(guān)步態(tài)的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。基于視覺和壓力墊的步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)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(jìn)行操作，而且價(jià)格昂貴。隨著科學(xué)的進(jìn)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(jì)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(duì)人類步行過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并通過相關(guān)算法進(jìn)行分析，最終給出客觀的步態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果。
　　本文利用兩個(gè)慣性測(cè)量單元分別放置在實(shí)驗(yàn)對(duì)象的左右腳踝正下方的鞋外側(cè)，用于采集實(shí)驗(yàn)對(duì)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(cè)方法將步態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)窗口劃分并檢測(cè)出相應(yīng)的步態(tài)事件點(diǎn)，通過相關(guān)信息計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)。然后，使用基

3、于四元數(shù)的擴(kuò)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(duì)應(yīng)于固定參考坐標(biāo)系中的加速度。最后，通過對(duì)轉(zhuǎn)換過后的加速度進(jìn)行積分得到速度，采用零速度更新技術(shù)對(duì)速度進(jìn)行誤差校正之后，再對(duì)速度信息進(jìn)行積分從而得到相應(yīng)的跨步長(zhǎng)、腳與地面間隙等空間參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本文提出的方法能準(zhǔn)確檢測(cè)到每一個(gè)步態(tài)周期，并且對(duì)于跨步長(zhǎng)的估計(jì)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(shí)驗(yàn)分析可以看出，本系統(tǒng)是一個(gè)用于步態(tài)