一種足底壓力測(cè)量裝置及其用于步態(tài)模式識(shí)別的方法
【專利摘要】一種足底壓力測(cè)量裝置及其用于步態(tài)模式識(shí)別的方法，涉及一種壓力測(cè)量裝置。所述足底壓力測(cè)量裝置，包括左腳鞋墊和右腳鞋墊，以及信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路和計(jì)算機(jī)；所述左腳鞋墊和右腳鞋墊均設(shè)有4個(gè)壓力傳感器，左腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器與右腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器對(duì)稱設(shè)置；4個(gè)壓力傳感器的安裝位置為：鞋墊的足跟處安裝1個(gè)，鞋墊的足掌處安裝2個(gè)，鞋墊的足尖處安裝1個(gè)；各個(gè)壓力傳感器的信號(hào)輸出端接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端接計(jì)算機(jī)。所述用于步態(tài)模式識(shí)別的方法：1）采集數(shù)據(jù)；2）數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度和準(zhǔn)確率高。
【專利說明】—種足底壓力測(cè)量裝置及其用于步態(tài)模式識(shí)別的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力測(cè)量裝置，尤其是涉及一種足底壓力測(cè)量裝置及其用于步態(tài)模式識(shí)別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人體足底壓力分布反映了有關(guān)足的結(jié)構(gòu)、功能及整個(gè)身體姿態(tài)控制等情況，當(dāng)人體足部產(chǎn)生病變或人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，足底壓力和壓強(qiáng)的分布都會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下(如站立或行走)足底各點(diǎn)與地面之間的壓力及其時(shí)間參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，可以獲取人體在各種體態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的生理、病理力學(xué)參數(shù)及機(jī)能參數(shù)，揭示不同的足底壓力分布特征和模式，對(duì)臨床醫(yī)學(xué)診斷、疾患程度測(cè)定、術(shù)后療效評(píng)價(jià)、生物力學(xué)及康復(fù)研究均有重要意義。但是，現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)足底壓力分布進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)裝置存在較多缺陷，如體積較大、穩(wěn)定性、靈敏度較低等，不適用于步態(tài)模式識(shí)別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、靈敏度和準(zhǔn)確率高的一種足底壓力測(cè)量裝置及其用于步態(tài)模式識(shí)別的方法。
[0004]所述足底壓力測(cè)量裝置，包括左腳鞋墊和右腳鞋墊，以及信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路和計(jì)算機(jī)；
[0005]所述左腳鞋墊和右腳鞋墊均設(shè)有4個(gè)壓力傳感器，左腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器與右腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器對(duì)稱設(shè)置；4個(gè)壓力傳感器的安裝位置為:鞋墊的足跟處安裝I個(gè)，鞋墊的足掌處安裝2個(gè)，鞋墊的足尖處安裝I個(gè)；各個(gè)壓力傳感器的信號(hào)輸出端接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端接計(jì)算機(jī)。
[0006]所述壓力傳感器可采用FSR壓力傳感器。
[0007]所述信號(hào)調(diào)理電路可包括放大電路和濾波電路。
[0008]所述數(shù)據(jù)采集電路可采用DAQ數(shù)據(jù)采集卡。
[0009]所述用于步態(tài)模式識(shí)別的方法，采用所述足底壓力測(cè)量裝置，包括以下步驟:
[0010]I)采集數(shù)據(jù):將左腳鞋墊和右腳鞋墊分別放入供被測(cè)人穿的左腳鞋和右腳鞋內(nèi)，讓被測(cè)人依次按5種步態(tài)模式進(jìn)行對(duì)應(yīng)的各壓力傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)，所述5種步態(tài)模式按順序依次為:第一種，讓被測(cè)人在平路行走， 采集平路行走數(shù)據(jù)；第二種，讓被測(cè)人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走數(shù)據(jù)；第三種，讓被測(cè)人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走數(shù)據(jù)；第四種，讓被測(cè)人在樓梯上按上樓梯行走，采集上樓梯行走數(shù)據(jù)；第五種，讓被測(cè)人在樓梯上按下樓梯行走，采集下樓梯行走數(shù)據(jù)；
[0011]2)數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別:將步驟I)所得的5種步態(tài)模式下的檢測(cè)數(shù)據(jù)與事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的5種步態(tài)模式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理采用Matlab軟件，得到被測(cè)人的步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再通過事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的KNN法和決策樹法計(jì)算處理，即可得到能體現(xiàn)被測(cè)人步態(tài)模式的特征數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別被測(cè)人的步態(tài)模式。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、所述足底壓力測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，成本低且使用十分方便，易于攜帶。
[0014]2、所述足底壓力測(cè)量裝置用于步態(tài)模式識(shí)別的方法，操作簡(jiǎn)便，在算法上采用KNN法和決策樹法進(jìn)行步態(tài)1旲式的識(shí)別，具有很聞的精度，精度最聞可達(dá)100%。
[0015]3、所述足底壓力測(cè)量裝置直接將傳感器放在鞋墊內(nèi)，對(duì)應(yīng)于足底需要測(cè)量的相應(yīng)位置上，定位準(zhǔn)確，應(yīng)力響應(yīng)速度較快，動(dòng)態(tài)測(cè)量精度較高，傳感器采用FSR壓力傳感器，容易設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述足底壓力測(cè)量裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意框圖。
[0017]圖2為本發(fā)明所述足底壓力測(cè)量裝置實(shí)施例中的傳感器電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]參見圖1，本實(shí)施例所述足底壓力測(cè)量裝置，設(shè)有左腳鞋墊11和右腳鞋墊12，以及信號(hào)調(diào)理電路2、數(shù)據(jù)采集電路3和計(jì)算機(jī)4。所述左腳鞋墊11和右腳鞋墊12均設(shè)有4個(gè)壓力傳感器13，左腳鞋墊11和右腳鞋墊12的各壓力傳感器13對(duì)稱設(shè)置，壓力傳感器13的安裝位置為:鞋墊的足跟處安裝I個(gè)，鞋墊的足掌處安裝2個(gè)，鞋墊的足尖處安裝I個(gè)；各個(gè)壓力傳感器13的信號(hào)輸出端接信號(hào)調(diào)理電路2的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路2的輸出端接數(shù)據(jù)采集電路3的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路3的輸出端接計(jì)算機(jī)4。
[0020]所述壓力傳感器13采用FSR壓力傳感器。
[0021]所述信號(hào)調(diào)理電路2包括放大電路和濾波電路。
[0022]所述數(shù)據(jù)采集電路3采用DAQ數(shù)據(jù)采集卡。
[0023]本實(shí)施例所述足底壓力測(cè)量裝置用于步態(tài)模式識(shí)別的方法，包括以下步驟:
[0024]I)采集數(shù)據(jù)
[0025]將左腳鞋墊和右腳鞋墊分別放入供被測(cè)人穿的左腳鞋和右腳鞋內(nèi)，讓被測(cè)人依次按5種步態(tài)模式進(jìn)行對(duì)應(yīng)的各壓力傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)，所述5種步態(tài)模式按順序依次為:第一種，讓被測(cè)人在平路行走，采集平路行走數(shù)據(jù)；第二種，讓被測(cè)人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走數(shù)據(jù)；第三種，讓被測(cè)人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走數(shù)據(jù)；第四種，讓被測(cè)人在樓梯上按上樓梯行走，采集上樓梯行走數(shù)據(jù)；第五種，讓被測(cè)人在樓梯上按下樓梯行走，采集下樓梯行走數(shù)據(jù)；
[0026]2)數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別
[0027]將步驟1)所得的5種步態(tài)模式下的檢測(cè)數(shù)據(jù)與事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的5種步態(tài)模式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理采用Matlab軟件，得到被測(cè)人的步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再通過事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的KNN法和決策樹法計(jì)算處理，即可得到能體現(xiàn)被測(cè)人步態(tài)模式的特征數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別被測(cè)人的步態(tài)模式。
[0028]參見圖2，圖2給出了同一只鞋墊中的4個(gè)傳感器的電路圖。4個(gè)傳感器的電路相同。
[0029]下面給出本實(shí)施例被測(cè)人的實(shí)際步態(tài)模式與計(jì)算機(jī)識(shí)別出的模式符合性驗(yàn)證結(jié)果:
[0030]參見表1，表1為采用KNN算法處理。表1中的模式a至模式e分別表示上述步驟O中所述的第一種至第五種步態(tài)模式，表1中的數(shù)值2表示實(shí)際步態(tài)模式與計(jì)算機(jī)識(shí)別出的模式相符合；表1中的數(shù)值I表示實(shí)際步態(tài)模式與計(jì)算機(jī)識(shí)別出的模式不完全相符。由表1可見，10組數(shù)據(jù)中有9組步態(tài)模式吻合，其中有一組錯(cuò)誤，該空間向量法正確率為90%。
[0031]表1
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種足底壓力測(cè)量裝置，其特征在于，包括左腳鞋墊和右腳鞋墊，以及信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路和計(jì)算機(jī)；所述左腳鞋墊和右腳鞋墊均設(shè)有4個(gè)壓力傳感器，左腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器與右腳鞋墊的4個(gè)壓力傳感器對(duì)稱設(shè)置；4個(gè)壓力傳感器的安裝位置為:鞋墊的足跟處安裝I個(gè)，鞋墊的足掌處安裝2個(gè)，鞋墊的足尖處安裝I個(gè)；各個(gè)壓力傳感器的信號(hào)輸出端接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端接數(shù)據(jù)采集電路的輸入端，數(shù)據(jù)采集電路的輸出端接計(jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種足底壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述壓力傳感器采用FSR壓力傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種足底壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路包括放大電路和濾波電路。
4.如權(quán)利要求1所述的一種足底壓力測(cè)量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集電路采用DAQ數(shù)據(jù)采集卡。
5.一種步態(tài)模式識(shí)別方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的足底壓力測(cè)量裝置，包括以下步驟:1)采集數(shù)據(jù)將左腳鞋墊和右腳鞋墊分別放入供被測(cè)人穿的左腳鞋和右腳鞋內(nèi)，讓被測(cè)人依次按5種步態(tài)模式進(jìn)行對(duì)應(yīng)的各壓力傳感器數(shù)據(jù)檢測(cè)，所述5種步態(tài)模式按順序依次為:第一種，讓被測(cè)人在平路行走，采集平路行走數(shù)據(jù)；第二種，讓被測(cè)人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走數(shù)據(jù)；第三種，讓被測(cè)人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走數(shù)據(jù)；第四種，讓被測(cè)人在樓梯上按上樓梯行走，采集上樓梯行走數(shù)據(jù)；第五種，讓被測(cè)人在樓梯上按下樓梯行走，采集下樓梯行走數(shù)據(jù)；2)數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別將步驟I)所得的5種步態(tài)模式下的檢測(cè)數(shù)據(jù)與事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的5種步態(tài)模式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理采用Matlab軟件，得到被測(cè)人的步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再通過事先存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的KNN法和決策樹法計(jì)算處理，即可得到能體現(xiàn)被測(cè)人步態(tài)模式的特征數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)識(shí)別被測(cè)人的步態(tài)模式。
【文檔編號(hào)】A61B5/22GK103462619SQ201310461791
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】方正, 張興亮, 王超, 王磊, 馬盛林, 陳思媛, 顧盺, 張錦瑞 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)