[發明專利]基于加速度信號和角速度信號的人體姿態檢測裝置

有效

• 申請號: 201410185030.4
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103961109A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 牛海軍;陳龍圖;任鵬玲;蔡夕然;王立;樊瑜波
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/103
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

1.基于加速度信號和角速度信號的人體姿態檢測裝置，包括姿態檢測部分和姿態檢測信息傳輸部分；

姿態檢測信息傳輸部分連接姿態檢測部分；姿態檢測部分對人體姿態進行檢測，實時判別人體姿態，姿態檢測信息傳輸部分向監護人或監護中心發送當前的姿態信息。

2.根據權利要求1所述的基于加速度信號和角速度信號的人體姿態檢測裝置，姿態檢測部分包括微控制器、第一加速度傳感器、第二加速度傳感器、第一陀螺儀和第二陀螺儀；

第一加速度傳感器和第一陀螺儀佩戴于人體腰部，第二加速度傳感器和第二陀螺儀佩戴于人體大腿部，第一加速度傳感器用于測量腰部的加速度信號，第一陀螺儀用于測量腰部的角速度信號，第二加速度傳感器用于測量大腿部的加速度信號，第二陀螺儀用于測量大腿部的角速度信號，微控制器對兩個加速度傳感器和兩個陀螺儀的信號進行同時采集，將第一加速度傳感器測量的加速度帶入公式(1)，得到人體腰部加速度信號向量模svm₁；

svm=ax2+ay2+az2---(1)]]>

其中：a_x、a_y、a_z分別表示x y z三個方向上的線加速度大小，其中z方向為垂直方向，y方向為人體前后向，x方向為左右方向；

帶入公式(2)，得到人體腰部和重力方向夾角為θ₁；

θ=arccos(az/ax2+ay2+az2)---(2)]]>

將第二加速度傳感器測量的加速度帶入公式(1)，得到人體腿部加速度信號向量模svm₂，帶入公式(2)，得到腿部和重力方向夾角為θ₂；

通過第一陀螺儀得到人體腰部運動角速度，帶入公式(3)，得到人體腰部角速度信號向量模ω₁；

ω=ωx2+ωy2+ωz2---(3)]]>

其中：ω_x、ω_y、ω_z分別表示繞x軸、y軸、z軸轉動時的角速度大小，其中z軸為人體垂直軸，y軸為人體矢狀軸，x軸為人體冠狀軸；

通過第二陀螺儀,得到人體大腿運動角速度，帶入公式(3)，得到人體腿部角速度信號向量模ω₂；

設定人體處于靜態姿態時腰部和腿部svm和ω的閾值，靜態姿態包括站、坐和躺三個動作，針對不同被監測人群，設定個性化的svm和ω閾值；

微控制器通過人體腰部和重力方向夾角為θ₁、腿部和重力方向夾角為θ₂判斷人體靜態姿態；如當θ₁和θ₂均小于A時，則人體處于站立姿態；如當θ₁小于A且θ₂大于B時，人體處于坐姿態；如當θ₁和θ₂均大于B時，則人體處于躺位姿態；A為20°-30°，B為60°-70°；

當人體腰部信號向量模svm₁和人體腿部信號向量模svm₂均超過svm閾值，并且人體腰部運動角速度向量模ω₁和人體大腿運動角速度向量模ω₂均超過ω閾值，微控制器判斷人體處于動態姿態，動態姿態包括走、跑、上樓梯和下樓梯；此時，微控制器采集被監護人位于腰部和腿部的加速度信號和角速度信號，并檢測運動過程中位于腿部x軸角速度信號ω_x的波谷，將兩個波谷間的數據作為一個觀測窗口，并在腰部和腿部采集到的a_x、a_y、a_z、ω_y、ω_z、svm、ω中找到與之相對應的窗口起點和終點，提取腰部和腿部位于窗口間信號a_x，a_y，a_z，ω_x，ω_y，ω_z，svm和ω的均值、標準差、平均絕對偏差作為特征向量，輸入BP神經網絡，BP神經網絡進行動作姿態識別，得到監護人為走、跑、上樓梯或者下樓梯的動作姿態。