[發明專利]一種超聲波步態檢測裝置與方法

有效

• 申請號: 201110393351.X
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102499692A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 孫柏青;沈金虎;張秋豪;楊俊友;趙前程;劉曉剛
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司 21107
• 代理人: 韓輝

技術領域

本發明涉及一種助行康復訓練裝置與方法，特別涉及一種基于助行機器人平臺上安裝多路超聲波傳感器，檢測人行走時雙腿與超聲波檢測平臺之間的距離，通過對檢測的距離數據處理分析，提取出人體行走時的步態參數，包括平均步長，平均步速，步頻等的超聲波步態檢測裝置與方法。

背景技術

2011年11月初，世界總人口數已達到70億，根據中國最新公布的人口普查報告結果顯示，全國總人口為1.34億人，60歲及以上人口為1.77億人，約占總人口數的13％。60歲及以上人口的比重上升2.93個百分點，65歲及以上人口的比重上升1.91個百分點。隨著中國人口老齡化的現象逐漸加劇，在老齡人群中存在大量的下肢運動功能障礙的患者，這類患者除了早期的手術治療和必要的藥物治療外，正確的、科學的康復訓練對恢復或提高下肢運動功能發揮著重要的作用。助行康復訓練機器人可對下肢存在運動功能障礙的患者進行及時，科學而且有效的下肢康復訓練，而對這類患者的步態信息進行及時的檢測與分析是對這類患者進行康復訓練的理論依據和必要前提。

目前主流的步態特征提取方法是基于計算機視覺和基于傳感器等方法實現。L.Lee等用基于圖像輪廓各部分的矩陣特征來分析步態。Li-Shan?Chou，Kenton等人采用27個反光片貼在受試者的主要關節部位進行圖像采集。J.P.Foster等人提出了一種基于模型的自動跟蹤系統，通過建立人體運動模型對圖像數據進行處理分析。這些基于圖像的處理方法由于攝像機的位置、以及傳感器移動會給系統帶來誤差，必須具備正確的攝像方法和校準系統，需要操作人員具有專業技術。

在公開的世界專利號5831937提出一種用超聲波傳感器檢測人體行走的步態特征，超聲波發射端安裝在受試者腰部后面，接收端安裝在與發射端同一高度的某一固定位置上，通過距離數據提取人體步態信息。

在公開的中國專利申請號200420059643.5中提出一種應變式三維測力臺方法檢測步態信息，三維測力臺需要安裝在專用步道上，安裝繁瑣，成本較高。

在公開的中國專利申請號200910069062.7中提出一種用將超聲波傳感器放入鞋底檢測距離信號的一種步態測量裝置，這種檢測方法成本很低，但只能檢測在雙腳落地時進行步長和頻率。

在公開的中國專利申請號200910154024.1中提出一種在人體腰部前面安裝兩軸加速度傳感器進行人體步態的步速測量，這種步態檢測方法簡便，成本較低，但將傳感器安裝在受試者身上，對傳感器位置的安裝需要進行多次調試，檢測過程中攜帶在受試者身體上的傳感器的抖動會帶來很多干擾。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術存在的上述問題，提供出一種用多路超聲波步態檢測裝置與方法。本發明提出的這種裝置與方法可以檢測人體行走時的步態特征數據，對數據進行處理分析，計算出步長，平均步速，步頻等步態特征參數。

本發明給出的技術方案是：這種用多路超聲波步態檢測的方法，采用超聲波傳感器檢測人體行走的步態特征，其特點是將超聲波檢測裝置安裝在助行機器人平臺前方，，在受試者身體上不加裝任何檢測設備，通過多路超聲波傳感器分別檢測受試者左右腿行走時與超聲波檢測平臺之間的距離，提取出人體行走時的步態信息，分析計算步態參數，包括平均步長，平均步速，步頻，瞬時速度等參數。

設置在助行機器人平臺上的超聲波檢測裝置與受試者同時移動，多路超聲波檢測受試者在行走過程中左右腿與超聲波檢測平臺之間的相對距離數據，通過檢測的距離數據分析受試者步態信息，多路獨立的超聲波和其發射接受裝置，通過超聲波發射到受試者腿部并返回到接收端。

所述多路超聲波檢測受試者在行走過程中左右腿與超聲波檢測平臺之間的相對距離數據時是通過多路超聲波進行循環數據檢測。

檢測系統對檢測區域范圍的設置，包括：

(1)超聲波檢測系統平臺與受試者行走方向垂直。

(2)通過增加超聲波傳感器數量來增加檢測區域的寬度。

(3)通過軟件設置單路超聲波傳感器的最大檢測距離，避免助行機器人和其他障礙物對數據檢測產生干擾。

(4)通過結構設計改變超聲波傳感器與檢測平臺之間的角度，減小超聲波檢測時產生的干擾。

采樣時間的設置，通過在已設置的采樣周期內部進行采樣，采樣時間要小于采樣周期，增加了采樣密度，確保每次采樣周期相同。

通過單片機控制超聲波傳感器采集數據，通過單片機與計算機進行串行通訊，將采集回的數據傳入計算機。