一种足绑式行人足部零速度检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于惯性检测技术领域，提供了一种足绑式行人足部零速度检测方法及系统。该方法包括，获取足部角速度信息和加速度信息；根据足部角速度信息和加速度信息，结合行人开始运动之前静止站立期间的足部角速度数据和加速度数据，得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征；根据所述加速度瞬时特征，得到加速度能量曲线值；根据所述加速度瞬时特征和角速度瞬时特征，判断当前时刻足部的运动状态是否为指定的运动特征，结合所述加速度能量曲线值，得到当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。

【技术实现步骤摘要】
一种足绑式行人足部零速度检测方法及系统


[0001]本专利技术属于惯性检测
，具体涉及一种足绑式行人足部零速度检测方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]在行人导航、室内定位、医疗康复等领域，利用航迹推算技术通过融合低成本的惯性测量单元信息可以估计行人足部运动学参数，如加速度、速度、姿态、位置和步态时相等，从而达到准确的导航、定位以及足部运动分析等目的。在一个步态周期内足部运动包括静止和运动两个阶段，静止阶段中足部运动速度为零。然而由于低成本的惯性测量模块易受噪声影响，导致静止阶段检测到的足部运动速度并不为零，航迹推算过程中极易产生累计误差，长时间运行精度差。零速度更新技术通过复位静止阶段中足部运动速度抑制累计误差，可以有效提高系统长时间运行精度。因此准确检测行人足部运动中的静止阶段，即零速度阶段，对于提高航迹推算精度具有重要意义。
[0004]行人的运动模式多种多样，较为典型的运动模式包括正常走路、快走、慢走、跑步、快跑、上楼以及下楼等。行人足部零速度检测方法通过分析角速度传感器采集的足部角速度和加速度传感器采集的足部加速度数据特征，主要包括幅值特征和方差特征，判断当前足部所处的运动阶段。然而传统的检测方法通常要求传感器以特定的姿态固定于足部，并且当行人处于单一运动模式时可以较好的检测出该运动模式下步态周期中的零速度阶段。然而当人的运动中包括多种运动模式时，传统的方法将难以检测出不同运动模式下的零速度阶段。<br/>
技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有行人足部零速度检测方法无法准确检测行人处于多种运动中的足部零速度阶段，并且对惯性测量模块在足部的安装姿态有特殊要求等问题，提出一种足绑式行人足部零速度检测方法及系统，其惯性测量模块以任意姿态绑定于足部时，实现多种运动中的足部零速度阶段检测，提高行人处于多种运动中的足部零速度阶段检测的准确性和灵活性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一个方面提供一种足绑式行人足部零速度检测方法。
[0008]一种足绑式行人足部零速度检测方法，包括：
[0009]获取足部角速度信息和加速度信息；
[0010]根据足部角速度信息和加速度信息，结合行人开始运动之前静止站立期间的足部角速度数据和加速度数据，得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征；
[0011]根据所述加速度瞬时特征，得到加速度能量曲线值；
[0012]根据所述加速度瞬时特征和角速度瞬时特征，判断当前时刻足部的运动状态是否为指定的运动特征，结合所述加速度能量曲线值，得到当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。
[0013]本专利技术的第二个方面提供一种足绑式行人足部零速度检测系统。
[0014]一种足绑式行人足部零速度检测系统，包括：
[0015]以任意姿态绑定于行人足部任意鞋面上惯性测量模块，其被配置为：采集足部角速度信息和加速度信息；
[0016]数据采集模块，其被配置为：根据惯性测量模块发送的足部角速度信息和加速度信息，结合行人开始运动之前静止站立期间的足部角速度数据和加速度数据，得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征；根据所述加速度瞬时特征，得到加速度能量曲线值；根据所述加速度瞬时特征和角速度瞬时特征，判断当前时刻足部的运动状态是否为指定的运动特征，结合所述加速度能量曲线值，得到当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。
[0017]本专利技术的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
[0018]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的足绑式行人足部零速度检测方法中的步骤。
[0019]本专利技术的第四个方面提供一种计算机设备。
[0020]一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的足绑式行人足部零速度检测方法中的步骤。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]1、本专利技术通过在行人的任意一只足部鞋面上绑定一个惯性测量模块，采集足部运动的角速度和加速度信息，用于实现灵活方便、适用于行人混合运动中的足部零速度检测。
[0023]2、本专利技术对惯性测量模块在鞋面上的固定姿态没有要求，简化了模块安装流程；依靠自身独立电源供电，通过无线方式进行数据传输，不受环境限制，测量灵活，可靠性高。
[0024]3、惯性测量模块可以通过蓝牙、WiFi、2.4G、5G等方式将足部运动信息发送至数据采集模块，使得测量过程不受数据线限制。
[0025]4、数据采集模块根据惯性测量模块实时传输的足部运动角速度和加速度信息，利用本专利技术提出的零速度检测方法，判断当前足部在多种运动状态中是否处于零速度阶段。
[0026]5、基于无线惯性测量模块检测行人足部运动的零速度阶段的方法，简化了检测设备的部署过程，能够有效识别出行人在正常走路、快走、慢走、快跑、慢跑以及上下楼运动中的足部零速度阶段，很大程度上提高了行人足部零速度检测的普适性与灵活性。
附图说明
[0027]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0028]图1是本专利技术示出的足绑式行人足部零速度检测方法原理图；
[0029]图2是本专利技术示出的行人足部零速度检测系统示意图；
[0030]其中，1、一个惯性测量模块，2、行人左右足鞋子中的任意一只，3、数据采集模块，4、计算机。
具体实施方式
[0031]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种足绑式行人足部零速度检测方法，其特征在于，包括：获取足部角速度信息和加速度信息；根据足部角速度信息和加速度信息，结合行人开始运动之前静止站立期间的足部角速度数据和加速度数据，得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征；根据所述加速度瞬时特征，得到加速度能量曲线值；根据所述加速度瞬时特征和角速度瞬时特征，判断当前时刻足部的运动状态是否为指定的运动特征，结合所述加速度能量曲线值，得到当前足部所处的运动阶段是否为零速度阶段。2.根据权利要求1所述的足绑式行人足部零速度检测方法，其特征在于，所述足部角速度信息和加速度信息通过惯性测量模块采集得到，所述惯性测量模块任意姿态绑定于行人足部任意鞋面上。3.根据权利要求2所述的足绑式行人足部零速度检测方法，其特征在于，所述惯性测量模块包括微型处理器、三轴加速度传感器、三轴角速度传感器、锂电池模块和无线通信模块，所述三轴加速度传感器、三轴角速度传感器、锂电池模块和无线通信模块均与微型处理器连接；所述三轴加速度传感器用于采集足部加速度信息，所述三轴角速度传感器用于采集足部角速度信息，所述锂电池模块用于为所述惯性测量模块供电，所述无线通信模块用于将采集的足部角速度信息和加速度信息发送至数据采集模块。4.根据权利要求1所述的足绑式行人足部零速度检测方法，其特征在于，所述得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征的过程包括：获取行人开始运动之前静止站立期间的足部角速度数据和加速度数据，计算该阶段的角速度幅值均值和加速度幅值均值；行人运动开始后，根据足部角速度数据和加速度数据，结合静止站立阶段的角速度幅值均值和加速度幅值均值，得到加速度瞬时特征和角速度瞬时特征。5.根据权利要求1所述的足绑式行人足部零速度检测方法，其特征在于，所述判断当前时刻足部的运动状态是否为指定的运动特征的过程包括：获取一段时间内的角速度瞬时特征集合，得到该段时间内的角速度离散度；当前时刻足部的运动状态是指定的运动特征时，所述加速度瞬时特征大于设定的加速度幅值的自适应阈值参数，所述角速度瞬时特征大于设定的角速度幅值的自适应阈值参数，所述角速度离散度大于设定的角速度离散度的自适应阈值参数；当前足部运动运动状态是非指定的运动特征时，所述加速度瞬时特征不大于设定的加速度幅值的自适应阈值参数，所述角速度瞬时特征不大于设定的角速度幅值的自适应阈值参数，所述角速度离散度不大于设定的角速度离散度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：田新诚，孙玉杰，徐小龙，宋锐，周乐来，马昕，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：