[發明專利]一種基于上下肢運動信息的步態相位判別方法

有效

• 申請號: 201610103806.2
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105769206B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 張虹淼;于佳利;趙志遠;郭浩;李娟;李偉達;孫立寧
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫

本發明公開了一種基于上下肢運動信息的步態相位判別方法，其包括：通過頸部、大臂、大腿和小腿部位的角度傳感器接收角度信息；通過角度信息處理系統得到肩關節角度、角速度和膝關節角度、角速度；通過判斷肩關節角速度和膝關節角速度得到當前步態相位。本發明的目的在于提供一種雙足行走過程中針對人體步態運動過程中上下肢運動映射關系的建立方法。該方法通過安裝在頸部、大臂、大腿、小腿部位的角度傳感器接收水平面，冠狀面以及矢狀面的角度信息，完成對上肢、下肢的步態相位判斷，結構簡單，安裝方便。

技術領域

本發明涉及智能假肢膝關節運動的控制，特別是涉及一種基于上下肢運動信息的步態相位判別方法。

背景技術

隨著人口老齡化以及疾病、車禍導致的運動功能缺失病人數量顯著增長，如何在康復領域實現老弱殘障助行，響應國家助老助殘政策，減輕人力成本，已經成為假肢研究的重點。

假肢就是用工程技術的手段和方法，為彌補截肢或肢體不完全缺損而專門設計和制作裝配的人工假體。它的主要作用是代替失去肢體的部分功能，使截肢者恢復一定的生活自理和工作能力。傳統基于機械結構的假肢穿戴不自然，并且需要消耗較多能量，與普通假肢相比，智能假肢能通過當前接收到的傳感器狀態判斷假肢所處的步態相位區間，根據不同相位區間內關節的步態特性，控制假肢的運動。因此，準確判斷假肢所處的步態相位區間，是智能假肢運動控制的前提。

目前國內外對步態運動研究集中于下肢運動識別分析，包括基于圖像的特征步態分析；基于步態的參數分析，利用信號與步態的線性關系加以分析。目前假肢產品主要采用安裝在假肢上的或是安裝在健肢側的傳感器判斷步態行為，進行相應假肢控制。而雙足行走是一個神經肌肉耦合、肢體協調的過程，由于現有研究主要集中于下肢步態，難以全面描述人體步態運動，步態領域內上肢姿態信息及上下肢協調運動尚需深入突破。

因此，針對步態分析中上肢姿態的缺失，有必要綜合研究人體步態上下肢協調的姿態，運用信號處理等方法揭示四肢協調的姿態，通過建立擬合關系實現步態識別。為康復醫學現代體育運動科學等開辟了新的研究視角，為創新助行機器人提供理論依據與技術儲備，響應國家助老助殘政策，減輕人力成本，以解決老齡化日益突出帶來的老年人康復問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種雙足行走過程中針對人體步態運動過程中上下肢運動映射關系的建立方法，該方法通過安裝在頸部、大臂、大腿、小腿部位的角度傳感器接收水平面，冠狀面以及矢狀面的角度信息，完成對上肢、下肢的步態相位判斷，結構簡單，安裝方便。

為解決上述問題，本發明提供如下技術方案：

一種基于上下肢運動信息的步態相位判別方法，其將一個步態周期分為擺動彎曲相、擺動伸展相、支撐相三個相位，該步態相位判別方法具體包括以下步驟：

(1)通過設置在頸部、大臂、大腿和小腿的角度傳感器分別接收頸部、大臂、大腿、小腿的角度信息；

(2)通過角度信息處理系統得到肩關節角度、角速度，膝關節角度、角速度；

(3)判斷肩關節角速度的正負，當肩關節角速度小于零時為第三相位支撐相，進入(5)；當肩關節角速度大于零時可能為第一相位擺動彎曲相或第二相位擺動伸展相，進入(4)；

(4)當膝關節角速度大于零時，為第一相位擺動彎曲相，當膝關節角速度小于零時，為第二相位擺動伸展相，特別的，當膝關節角速度為零時，處于一二相位交界點；

(5)一個步態周期結束，循環下一步態周期。

優選的，在上述基于下肢關節運動信息的步態相位判別方法中，所述(2)中角度信息處理系統通過接收頸部、大臂、大腿和小腿的角度傳感器的數據，計算得到膝關節和肩關節的角度，對關節角度一階求導后得到關節角速度，并對得到的關節角速度濾波處理。