[發(fā)明專利]一種用于測量人體步態(tài)及步速的智能傳感靴

在審

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• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108567431A
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 歐陽小平;李威杰;胡晉愷;葉陳帥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;A61B5/11
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明提供一種用于測量人體步態(tài)及步速的智能傳感靴，包括鞋子本體、測量電路和上位機，鞋子本體的鞋墊上貼附有壓力傳感器，用于測量腳底部分關(guān)鍵部位的壓力信號數(shù)據(jù)；測量電路固定在鞋子本體上，包括單片機、慣性測量模塊、電源模塊、信號調(diào)理模塊，電源模塊為整個電路提供工作電壓；慣性測量模塊用于測量三軸加速度及角速度數(shù)據(jù)；信號調(diào)理模塊用于將壓力傳感器采集到的壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；單片機用于將電壓信號、三軸加速度及角速度打包發(fā)送給上位機；上位機采用模糊邏輯算法判斷步態(tài)，采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算當前步速。本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)中智能移動終端采用中低端慣性測量單元測量步速準確度較低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域和數(shù)字信號處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于測量人體步態(tài)及步速的智能傳感靴。

背景技術(shù)

目前，人們在行人慣性導(dǎo)航中遇到的一個重要問題是提升行人步行速度的測量準確度。以智能手機為例，當前智能手機上普遍帶有加速度傳感器及GPS。目前智能手機能夠利用加速度傳感器或融合加速度傳感器和GPS數(shù)據(jù)計算行人步行速度。大部分智能手機測算出的行走速度準確度不高，這是受限于其內(nèi)置加速度傳感器的精度，此外，行走時智能手機相對于攜帶者的不規(guī)律晃動也帶來了較大的誤差。

中國專利200510088617.4(公開號CN1723848A)公開了利用加速度傳感器輸出值計算行人的步數(shù)，并判斷行人是在全速跑、慢跑、正常行走還是快速行走，然后結(jié)合人的體重估計卡路里消耗的方法。該專利中的方法只能定性估計行人走路或者跑步速度是快還是慢，無法準確定量計算出速度的具體大小。已有的相關(guān)工作一般通過步頻乘以步長計算出步行速度，其中難點在于步長測量。有研究者使用一個固定的近似公式來作為步長:身高乘以0.413(女性)，0.415(男性)。其他的一些文獻也使用了該方法。有研究指出，特定行人的步長會在±50％的范圍變化。所以步長使用固定值必定會對步行速度估計結(jié)果帶來較大誤差。

目前實現(xiàn)行走速度的測量裝置主要通過采集慣性測量單元測得的動力學(xué)數(shù)據(jù)(如三軸加速度，，角速度)來估計人的行走速度。不可避免地，在采用中低端慣性測量單元時，速度測量結(jié)果的精確度將會被其較大的噪聲和漂移限制。而如果選用高端的慣性測量單元，又會帶來顯著的成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述不足，本發(fā)明提供一種用于測量人體步態(tài)及步速的智能傳感靴。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種用于測量人體步態(tài)及步速的智能傳感靴，包括：鞋子本體、測量電路和上位機，

所述鞋子本體的鞋墊上貼附有壓力傳感器，用于測量腳底部分關(guān)鍵部位的壓力信號數(shù)據(jù)；

所述測量電路固定在鞋子本體上，包括單片機、慣性測量模塊、電源模塊、信號調(diào)理模塊，

所述電源模塊為整個電路提供工作電壓；

所述慣性測量模塊用于測量三軸加速度及角速度數(shù)據(jù)；

所述信號調(diào)理模塊用于將壓力傳感器采集到的壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；

所述單片機用于將電壓信號、三軸加速度及角速度打包發(fā)送給上位機；

所述上位機采用模糊邏輯算法判斷步態(tài)，采用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計算當前步速。

進一步的，所述鞋墊的大腳趾和腳跟處各布置一個壓力傳感器，腳弓處布置兩個壓力傳感器。

進一步的，所述采用模糊邏輯算法判斷步態(tài)，具體如下：

利用sigmoid函數(shù)，將采集到的電壓信號轉(zhuǎn)換為模糊邏輯值f(x)：

式中，x代表測量到的電壓信號，x₀代表電壓閾值，s代表敏感因子；