【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外骨骼步态识别，具体而言涉及基于足部外骨骼的步态检测系统和检测方法。
技术介绍
1、外骨骼步态识别方法主要依赖于多种传感器和算法来准确捕捉和分析人体的步态特征。例如基于传感器的步态识别，基于传感器的识别方式通常是imu(惯性测量单元)传感器或压力传感器；imu传感器通过采集人体步态数据，利用imu传感器中的加速度计、陀螺仪等元件，实时测量人体的运动状态，包括角速度、加速度等，但是通过imu传感器获得足部外骨骼的动态数据存在计算量大，成本高的问题。压力传感器通过测量足底的压力分布和变化，可以识别出步态的不同阶段，如支撑相、摆动相等。压力传感器的计算量小，但是对步态的识别精度不高，不能体现足部外骨骼的不同步态。
2、因此，如何低成本的精准步态识别是亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中足部外骨骼步态识别存在的技术问题，本专利技术的第一方面提出基于足部外骨骼的步态检测系统，包括：
2、足部外骨骼，用于穿戴在用户足部，所述足部外骨骼包括足部主体、前足底板和后足底板，所述前足底板包括第一连接端和第二连接端，所述前足底板的第一连接端连接到所述足部主体，第二连接端连接到后足底板，所述足部主体和后足底板之间弹性连接；
3、小腿外骨骼，连接到所述足部主体，并能相对于所述足部主体转动；
4、第一检测单元，连接到所述足部主体的底部，用于检测所述足部主体和后足底板之间的间距；
5、第二检测单元，连接在所述足部主体和小腿外
6、第三检测单元，连接到所述小腿外骨骼，用于检测所述小腿外骨骼在y轴的欧拉角，定义小腿外骨骼与身体长度方向共线时为初始位置，小腿外骨骼处于身体前方为反向转动，小腿外骨骼处于身体后方为正向转动；
7、控制器，与所述第一检测单元、第二检测单元以及第三检测单元电连接；
8、其中，所述控制器根据所述第一检测单元获得当前状态下足部主体和后足底板之间的间距h以及间距的变化率kh，所述控制器根据所述第二检测单元获得当前状态下足部主体相对于小腿外骨骼的转动角度w以及转动角度的变化率kw，所述控制器第三检测单元获得当前状态下小腿外骨骼在y轴的欧拉角ry以及欧拉角的变化率kry；
9、所述控制器根据h、kh、w、kw、ry和kry中的多个参数判断当前足部外骨骼的姿态。
10、优选的，所述控制器根据足部主体和后足底板之间间距h以及间距变化率kh判断后足底板的受力状态。
11、优选的，定义静态站立时，足部主体和后足底板之间的间距为hl；所述足部外骨骼的姿态包括步行姿态中的第一姿态、第二姿态、第三姿态和第四姿态；
12、所述第一姿态为足部外骨骼的后跟着地；
13、所述第二姿态为足部外骨骼的前掌着地，并定义足部外骨骼与小腿外骨骼的相对角度w∈[w1，w2]，小腿外骨骼在y轴的欧拉角ry∈[ry1，ry2]；
14、所述第三姿态为足部外骨骼的后跟离地；
15、所述第四姿态为足部外骨骼的前掌离地；
16、当kh<0、kw>0、kry(t-1)<0∩kryt>0时，所述控制器判断足部外骨骼为第一姿态；
17、当h<hl、kh>0、kw<0、w∈[w1，w2]、ry∈[ry1，ry2]时，所述控制器判断足部外骨骼为第二姿态；
18、当h>hl、w>0、kw>0、kry>0时，所述控制器判断足部外骨骼为第三姿态；
19、当h>hl、kh>0、kw≈0、kry(t-1)>0∩kryt<0，所述控制器判断足部外骨骼为第四姿态。
20、优选的，所述足部主体和后足底板之间设有弹性元件，所述足部主体和后足底板之间还设有连接板，所述弹性元件、后足底板和连接板构成三角形结构，其中所述弹性元件所处的边长长度可变。
21、优选的，所述前足底板被构造为柔性结构，所述前足底板的第一连接端和第二连接端之间的间距可变。
22、优选的，所述第一检测单元包括霍尔传感器模组，所述霍尔传感器模组包括设置在足部主体底部的霍尔传感器以及设置在后足底板上部的永磁体；所述第二检测单元包括角度传感器，所述第三检测单元包括姿态传感器。
23、优选的，所述第一检测单元对应于所述足部主体的足跟处。
24、本专利技术第二方面提出一种技术方案，一种基于足部外骨骼的步态检测方法，使用上述的基于足部外骨骼的步态检测系统，包括以下步骤：
25、步骤1、实时检测足部主体和后足底板之间的间距h以及间距的变化率kh，足部主体相对于小腿外骨骼的转动角度w以及转动角度的变化率kw，小腿外骨骼在y轴的欧拉角ry以及欧拉角的变化率kry；
26、步骤2、根据h、kh、w、kw、ry和kry中的多个参数判断当前足部外骨骼的姿态。
27、优选的，所述足部外骨骼的姿态包括步行姿态中的第一姿态、第二姿态、第三姿态和第四姿态；
28、当kh<0、kw>0、kry(t-1)<0∩kryt>0时，判断足部外骨骼为第一姿态；
29、当h<hl、kh>0、kw<0、w∈[w1，w2]、ry∈[ry1，ry2]时，判断足部外骨骼为第二姿态；
30、当h>hl、w>0、kw>0、kry>0时，所述控制器判断足部外骨骼为第三姿态；
31、当h>hl、kh>0、kw≈0、kry(t-1)>0∩kryt<0，所述控制器判断足部外骨骼为第四姿态。
32、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
33、本申请将足部外骨骼设置为包括足部主体、前足主体和后足底板，前足主体和后足底板之间形成一定的间距，当用户行走时，前足主体和后足底板之间的间距形成周期性的变化，通过对前足主体和后足底板之间间距以及间距变化，脚踝的转动角度以及角度的变化，小腿的y轴的欧拉角以及y轴的欧拉角的变化，采集的数据可靠性高，计算量小，并且能对腿部以及脚步的姿态有精准的判断，以识别当前用户足部和腿部的姿态。
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1.一种基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述控制器根据足部主体(11)和后足底板(13)之间间距h以及间距变化率Kh判断后足底板(13)的受力状态。
3.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，定义静态站立时，足部主体(11)和后足底板(13)之间的间距为hl；所述足部外骨骼(10)的姿态包括步行姿态中的第一姿态、第二姿态、第三姿态和第四姿态；
4.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述足部主体(11)和后足底板(13)之间设有弹性元件(15)，所述足部主体(11)和后足底板(13)之间还设有连接板(14)，所述弹性元件(15)、后足底板(13)和连接板(14)构成三角形结构，其中所述弹性元件(15)所处的边长长度可变。
5.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述前足底板(12)被构造为柔性结构，所述前足底板(12)的第一连接端和第二连接端之间的间距可变。
6.
7.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述第一检测单元(16)对应于所述足部主体(11)的足跟处。
8.一种基于足部外骨骼的步态检测方法，其特征在于，使用权利要求1-7中任意一项所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的基于足部外骨骼的步态检测方法，其特征在于，所述足部外骨骼(10)的姿态包括步行姿态中的第一姿态、第二姿态、第三姿态和第四姿态；
...【技术特征摘要】
1.一种基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述控制器根据足部主体(11)和后足底板(13)之间间距h以及间距变化率kh判断后足底板(13)的受力状态。
3.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，定义静态站立时，足部主体(11)和后足底板(13)之间的间距为hl；所述足部外骨骼(10)的姿态包括步行姿态中的第一姿态、第二姿态、第三姿态和第四姿态；
4.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统，其特征在于，所述足部主体(11)和后足底板(13)之间设有弹性元件(15)，所述足部主体(11)和后足底板(13)之间还设有连接板(14)，所述弹性元件(15)、后足底板(13)和连接板(14)构成三角形结构，其中所述弹性元件(15)所处的边长长度可变。
5.根据权利要求1所述的基于足部外骨骼的步态检测系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏巍，林西川，唐薪皓，李柯江，
申请(专利权)人：迈宝智能科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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