[發明專利]一種可適應變步頻行走的步態相位識別方法

在審

• 申請號: 202010908495.3
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN114190921A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 趙新剛;談曉偉;張弼;趙明;姚杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/103;A61B5/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種可適應變步頻行走的步態相位識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

采集運動過程中的足部步態數據并進行數據預處理；

利用自適應極值檢測算法對足部矢狀面旋轉角以及足部矢狀面旋轉角速度的極值點特征進行提?。?/p>

利用融合自適應振蕩器的零速檢測算法對足部的零速狀態特征進行估計；

利用提取的特征值，結合有限狀態機對足部步態相位進行識別。

2.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述運動過程中的足部步態數據是通過慣性測量單元采集的，所述慣性測量單元放置在人體踝關節外側，其在足部運動過程中不與足部產生相對位移。

3.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述足部步態數據包括足部矢狀面旋轉角度、角速度與加速度。

4.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述數據預處理包括：對采集的數據進行濾波和方向角估計；所述濾波采用低通濾波，所述方向角估計采用梯度下降法。

5.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述利用自適應極值檢測算法對足部運動極值點特征進行提取，包括：

1)對預處理后的足部數據，利用滑動窗的首尾數據點信息初步檢測當前滑動窗是否包含極值點p_n；

2)若包含，則利用自適應確認增益對初步檢測到的極值點進行判斷，若極值點或則當前極大值點或極小值點被確認，迭代更新極值窗，否則返回步驟1)重新搜索；

定義時刻n時的極值窗可更新迭代為：

其中，T_e為常系數，為n-1時刻的極值窗，N_e為極值窗的數據長度；為已被確認極值點的數值，{}表示內部數據的順序拼接組合。

6.根據權利要求5所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述初步檢測極值點p_n，包括：當兩個連續的滑動窗中的首尾數據點數值滿足：

且時，極大值點p_n已經被初步搜索到；

或，且時，極小值點p_n已經被初步搜索到；

極大值點或極小值點的公式為：

其中，

n為時刻值，為n時刻滑動窗的第i個數據點，N_d為滑動窗的數據長度，可表示為n時刻滑動窗的數值積分，且滑動窗的移動步長為1個數據點。

7.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，所述利用融合自適應振蕩器的零速檢測算法對足部零速狀態特征進行估計，包括：

通過自適應振蕩器對足部矢狀面旋轉角信號進行建模與估計，利用所估計模型的步頻參數來對零速檢測算法的指標值閾值進行自適應更改，當零速檢測算法的指標值S滿足下式時，判斷為零速狀態：

S≤T_zupt(n)

其中，T_zupt-NP為采用傳統Neyman–Pearson方法得出的固定式的閾值，ω_n為自適應振蕩器估計的足部步頻特征，c_z和k_z為常系數，與足部步態特性有關，T_zupt(n)為n時刻的自適應閾值。

8.根據權利要求1所述的步態相位識別方法，其特征在于，結合有限狀態機將足部步態相位分為：

四個步態相位：觸地相、站立相、站立末相、預擺動相，以及一個異態相共5個狀態作為有限狀態機的狀態鏈；其中異態相用于連接預擺動相與站立相兩個狀態，用于避免因無法識別出觸地相而導致有限狀態機狀態過渡產生阻塞。