基于步态分析的不平衡预警方法及穿戴装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于步态分析的不平衡预警方法及穿戴装置，该方法利用穿戴于用户的肢体部位且包含惯性测量单元、处理单元和输出单元的穿戴装置来执行，并包含：所述处理单元根据所述惯性测量单元在用户连续行走多步期间获得的加速度数据，获得对应于用户的晃动角度阈值；所述处理单元根据所述惯性测量单元在用户行进时获得的角速度数据，计算出所述用户的肢体部位在每一单位时间内的晃动角度；及所述处理单元判定所述晃动角度是否大于所述晃动角度阈值，并在判定出所述晃动角度大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示不平衡的警示输出。由此，能提供符合个人平衡控制能力的防跌预警。制能力的防跌预警。制能力的防跌预警。

【技术实现步骤摘要】
基于步态分析的不平衡预警方法及穿戴装置


[0001]本专利技术有关于步态分析领域，特别是指一种基于步态分析的不平衡预警方法及一种穿戴装置。

技术介绍

[0002]正常运作的平衡系统可使人们在移动时清楚地看见、辨认相对于重力的方向、确定移动的方向和速度以及做出自动的姿势调整，以在各种情况和活动中保持姿势和稳定性。对于人类而言，平衡是通过一套复杂的控制系统来实现和保持的，这些控制系统接收来自于视觉(视力)、本体感觉(触摸)及前庭系统(运动、平衡、空间方向)的感觉输入，整合这些感觉输入，并产生对眼睛和身体肌肉的运动输出。然而，外伤、疾病、某些药物或老化过程可能会影响上述的一种或多种感觉输入。除了上述感觉输入的信息外，心理因素也可能削弱人们的平衡感。特别是对于高龄者而言，因其在生理感觉与心理认知方面的老化程度上的差异，他们的平衡能力亦因人而异。
[0003]现有用于复健及/或维持平衡的辅具通常依照正常人(具有正常平衡能力的人)的步态模式进行设计，通过辅具的支持提供因肌力不足而无法达到的平衡，并期望穿戴者在使用一段期间后能提升肌力以达到正常人步态的平衡感。然而，此种设计方式并未将因生理感觉与心理认知所导致的不同的个人平衡控制能力纳入考虑。
[0004]因此，在研发促进平衡及防跌的辅具时，如何提供一种符合个人平衡控制能力的不平衡预警方法已成为目前业界所致力的议题之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于步态分析的不平衡预警方法及一种穿戴装置，其能提供符合个人平衡控制能力的不平衡预警功能。
[0006]本专利技术所提供的一种基于步态分析的不平衡预警方法利用穿戴装置来执行，所述穿戴装置穿戴在用户的肢体部位上并包含用于测量角速度和加速度的惯性测量单元、输出单元、及电连接所述惯性测量单元和所述输出单元的处理单元。所述不平衡预警方法包含以下步骤：(A)所述惯性测量单元在所述用户在地面上连续行走N(N>1)步的校准期间内，获得所述穿戴装置移动时的加速度数据；(B)所述处理单元根据所述加速度数据，获得对应于所述用户且与所述肢体部位的晃动有关的晃动角度阈值；(C)所述处理单元根据所述惯性测量单元在所述用户行进时获得的对应于所述穿戴装置的晃动的角速度数据，计算出所述肢体部位在每一单位时间内的晃动角度；(D)所述处理单元判定所述晃动角度是否大于所述晃动角度阈值；及(E)所述处理单元在判定出所述晃动角度大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示不平衡的警示输出。
[0007]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，在步骤(D)后，还包含以下步骤：(F)所述处理单元在判定出所述晃动角度不大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示平衡的指示输出。
[0008]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，所述惯性测量单元包含三轴加速度计，在步骤(A)中，所述加速度数据包含与所述用户的行进方向有关且分别在彼此互相垂直的第一方向和第二方向的第一加速度和第二加速度，以及在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向的第三加速度。
[0009]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，在步骤(B)中，所述处理单元执行以下子步骤：根据所述第一加速度和所述第二加速度以及每一步的步态周期，计算出对应于每一步的步幅L1
i
，i＝1,
…
,N；根据所述第三加速度及每一步的步态周期，计算出在每一步的步态周期内所述肢体部位在所述第三方向的位移L2
i
；根据所述步幅L1
i
及所述位移L2
i
，计算出所述肢体部位在每一步的步态周期内的参考晃动角度β
i
，且所述参考晃动角度β
i
被定义为cot-1
(L1
i
/L2
i
)；及计算出所述参考晃动角度β1～β
N
的平均值作为所述晃动角度阈值。
[0010]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，每一步的步态周期是所述第三加速度中对应的两个相邻最小峰点之间相距的时间。
[0011]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，所述惯性测量单元还包含多轴陀螺仪，在步骤(C)中，所述角速度数据包含代表所述肢体部位绕着在所述第一方向的第一轴晃动的第一角速度、及代表所述肢体部位绕着在所述第二方向的第二轴晃动的第二角速度，所述单位时间为所述多轴陀螺仪的取样周期，并且所述晃动角度代表所述肢体部位绕着在所述用户的行进方向的一个轴晃动的角度。
[0012]本专利技术的基于步态分析的不平衡预警方法中，所述警示输出包含视觉输出及音频输出其中至少一者。
[0013]本专利技术所提供的一种穿戴装置包含穿戴本体、惯性测量单元、一处理单元、及输出单元。所述穿戴本体适于穿戴在用户的肢体部位上以便能与肢体部位一起移动。所述惯性测量单元安装于所述穿戴本体，并操作来测量所述穿戴本体在移动时的加速度与角速度。所述处理单元安装于所述穿戴本体且电连接所述惯性测量单元。所述输出单元安装于所述穿戴本体，且电连接并受控于所述处理单元。
[0014]当所述穿戴本体穿戴于所述用户时，所述穿戴装置能操作在初始时的校准模式或随后的监测模式。当操作在所述校准模式时，所述惯性测量单元在所述用户在地面上连续行走N(N>1)步的校准期间内，获得所述穿戴装置移动时的加速度数据，所述处理单元根据来自所述惯性测量单元的加速度数据，获得对应于所述用户且与所述肢体部位的晃动有关的晃动角度阈值。当操作在所述监测模式时，所述惯性测量单元获得所述用户行进时对应于所述穿戴装置的晃动的角速度数据，所述处理单元根据来自所述惯性测量单元的角速度数据，计算出所述肢体部位在每一单位时间内的晃动角度，且判定所述晃动角度是否大于所述晃动角度阈值，并在判定出所述晃动角度大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示不平衡的警示输出。
[0015]本专利技术的穿戴装置中，当操作在所述监测模式时，所述处理单元在判定出所述晃动角度不大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示平衡的指示输出。
[0016]本专利技术的穿戴装置中，所述惯性测量单元包含三轴加速度计及多轴陀螺仪。所述三轴加速度计操作来在所述校准期间测量所述穿戴本体分别在第一至第三方向的第一至第三加速度，所述第一方向及所述第二方向与所述用户的行进方向有关并且彼此互相垂
直，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，所述第一至第三加速度共同构成所述加速度数据。所述多轴陀螺仪操作来在所述用户行进时至少测量所述穿戴本体绕着在所述第一方向的第一轴晃动的第一角速度以及绕着在第二方向的第二轴晃动的第二角速度，所述第一角速度和所述第二角速度共同构成所述角速度数据。
[0017]本专利技术的穿戴装置中，所述处理单元通过以下操作来获得所述晃动角度阈值：根据所述第一加速度和所述第二加速度以及每一步的步态周期，计算出对应于每一步的步幅L1
i
，i＝1,
…...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于步态分析的不平衡预警方法，利用穿戴装置来执行，所述穿戴装置穿戴在用户的肢体部位上并包含用于测量角速度和加速度的惯性测量单元、输出单元、及电连接所述惯性测量单元和所述输出单元的处理单元，其特征在于，所述不平衡预警方法包括以下步骤：步骤A：所述惯性测量单元在所述用户在地面上连续行走N步的校准期间内，获得所述穿戴装置移动时的加速度数据，其中N>1；步骤B：所述处理单元根据所述加速度数据，获得对应于所述用户且与所述肢体部位的晃动有关的晃动角度阈值；步骤C：所述处理单元根据所述惯性测量单元在所述用户行进时获得的对应于所述穿戴装置的晃动的角速度数据，计算出所述肢体部位在每一单位时间内的晃动角度；步骤D：所述处理单元判定所述晃动角度是否大于所述晃动角度阈值；及步骤E：所述处理单元在判定出所述晃动角度大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示不平衡的警示输出。2.根据权利要求1所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，在步骤D后，还包含以下步骤：步骤F：所述处理单元在判定出所述晃动角度不大于所述晃动角度阈值时，使所述输出单元产生用于指示平衡的指示输出。3.根据权利要求2所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，所述惯性测量单元包含三轴加速度计，在步骤A中，所述加速度数据包含与所述用户的行进方向有关且分别在彼此互相垂直的第一方向和第二方向的第一加速度和第二加速度，以及在垂直于所述第一方向和所述第二方向的第三方向的第三加速度。4.根据权利要求3所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，在步骤B中，所述处理单元执行以下子步骤：根据所述第一加速度和所述第二加速度以及每一步的步态周期，计算出对应于每一步的步幅L1
i
，i＝1,
…
,N；根据所述第三加速度及每一步的步态周期，计算出在每一步的步态周期内所述肢体部位在所述第三方向的位移L2
i
；根据所述步幅L1
i
及所述位移L2
i
，计算出所述肢体部位在每一步的步态周期内的参考晃动角度β
i
，且所述参考晃动角度β
i
被定义为cot-1
(L1
i
/L2
i
)；及计算出所述参考晃动角度β1～β
N
的平均值作为所述晃动角度阈值。5.根据权利要求4所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，每一步的步态周期是所述第三加速度中对应的两个相邻最小峰点之间相距的时间。6.根据权利要求3所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，所述惯性测量单元还包含多轴陀螺仪，在步骤C中：所述角速度数据包含代表所述肢体部位绕着在所述第一方向的第一轴晃动的第一角速度、及代表所述肢体部位绕着在所述第二方向的第二轴晃动的第二角速度；所述单位时间为所述多轴陀螺仪的取样周期；及所述晃动角度代表所述肢体部位绕着在所述行进方向的一个轴晃动的角度。7.根据权利要求1所述的基于步态分析的不平衡预警方法，其特征在于，所述警示输出
包含视觉输出及音频输出其中至少一者。8.一种穿戴装置，其特征在于，包含：穿戴本体，适于穿戴在用户的肢体部位上以便能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昀儒，温玉瑭，
申请(专利权)人：李昀儒，
类型：发明
国别省市：