一种行人步幅测量系统

摘要

本发明公开了一种行人步幅测量系统，它包括腰部测量装置1、大腿部测量装置2、小腿部测量装置3、足面测量装置4以及网关5，其中，腰部测量装置1、大腿部测量装置2、小腿部测量装置3以及足面测量装置4分别用于测量步态周期期间行人步态的各个测量数据，通过无线通信将各个测量数据发送至网关5并传输至PC机。该系统具有体积小、结构简单、功耗低、无线通信便于扩展、能对多人同时测量、成本低等优点；无需历史数据支持，不但可以准确测量水平路面的行人步幅，而且还可以准确测量斜坡路面的行人步幅。

主权项

一种行人步幅测量系统，它包括腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)、足面测量装置(4)以及网关(5)，其中，腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)以及足面测量装置(4)分别用于测量步态周期期间行人步态的各个测量数据，通过无线通信将各个测量数据发送至网关(5)并传输至PC机，其特征在于：所述的腰部测量装置(1)安装于行人腰部位置，腰部测量装置(1)包括腰部三轴微陀螺(11)、腰部三轴微加速度计(12)、腰部无线数据收发模块(13)、腰部嵌入式微处理器(14)，其中，腰部三轴微陀螺(11)和腰部三轴微加速度计(12)分别用于读取测量行人腰部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给腰部嵌入式微处理器(13)；腰部嵌入式微处理器(13)用于接收腰部三轴微陀螺(11)、腰部三轴微加速度计(12)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；腰部无线数据收发模块(14)接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的大腿部测量装置(2)安装于行人大腿部位置，且包括大腿部三轴微陀螺(21)、大腿部三轴微加速度计(22)、大腿部嵌入式微处理器(23)、大腿部无线数据收发模块(24)，其中，大腿部三轴微陀螺(21)和大腿部三轴微加速度计(22)分别用于读取测量行人大腿部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给大腿部嵌入式微处理器(23)；大腿部嵌入式微处理器(23)用于接收大腿部三轴微陀螺(21)、大腿部三轴微加速度计(22)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；大腿部无线数据收发模块(24)接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的小腿部测量装置(3)安装于行人小腿部位置，且包括小腿部三轴微陀螺(31)、小腿部三轴微加速度计(32)、小腿部嵌入式微处理器(33)、小腿部无线数据收发模块(34)，其中，小腿部三轴微陀螺(31)和小腿部三轴微加速度计(32)分别用于读取测量行人小腿部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给小腿部嵌入式微处理器(33)；小腿部嵌入式微处理器(33)用于接收小腿部三轴微陀螺(31)、小腿部三轴微加速度计(32)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；小腿部无线数据收发模块(34)用于接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的足面测量装置(4)安装于行人足面位置，且包括足面三轴微陀螺(41)、足面三轴微加速度计(42)、足面嵌入式微处理器(43)、足面无线数据收发模块(44)，其中，足面三轴微陀螺(41)和足面三轴微加速度计(42)分别用于读取测量行人足面部的旋转角速度数据和加速度数据并传送给足面嵌入式微处理器(43)；足面嵌入式微处理器(43)用于接收足面三轴微陀螺(41)、足面三轴微加速度计(42)的测量的旋转角速度数据以及加速度数据；足面无线数据收发模块(44)用于接收或发送旋转角速度数据以及加速度数据，将其发送给网关(5)；所述的网关(5)用于计算行人的水平路面步幅SL(j)、斜坡路面步幅SL(j)，它将步幅计算结果发送至传输给PC机，该模块包括网关无线数据收发模块(51)、网关嵌入式微处理器(52)、网关非易失存储模块(53)、网关显示模块(54)和网关以太网通信模块(55)，其中，所述网关无线数据收发模块(51)用于接收腰部测量装置(1)、大腿部测量装置(2)、小腿部测量装置(3)以及足面测量装置(4)发来的各测量数据，并发送给网关嵌入式微处理器模块(52)；所述网关嵌入式微处理器(52)用于计算行人步幅SL(j)，并存储于非易失存储模块(53)中；所述非易失存储模块(53)用于存储来自网关嵌入式微处理器(52)的测量数据以及步幅计算结果；所述显示模块(54)用于显示非易失存储模块(53)中的步幅计算结果；所述以太网通信模块(55)用于将各测量数据以及步幅计算结果从网关(5)中传输至PC机中；所述网关嵌入式微处理器(52)用于计算行人水平路面步幅SL(j)和斜坡路面步幅SL(i)，具体如下：计算行人水平路面步幅，记为SL(j)，计算式如下：$\begin{array}{c}\mathrm{SL}\left(j\right)={2L}_{A1A2}(\sin \left({\theta }_1\left(j\right)\right)+\sin \left({\phi }_1\left(j\right)\right))\\ +2L_{A2A3}[\sin ({\theta }_1\left(j\right)+{\theta }_2\left(j\right))+\sin ({\phi }_1\left(j\right)+{\phi }_2\left(j\right))]\\ -2L_{A3A4}\left[\cos ({\theta }_1\left(j\right)+{\theta }_2\left(j\right)+{\theta }_3\left(j\right)-\frac{\pi }{2})\right]+2\mathrm{Sf}\end{array}---\left(2\right)$计算斜坡路面步幅，记为SL(i)，计算式如下：$\begin{array}{c}\mathrm{SL}\left(i\right)=2L_{A1A2}(\sin \left({\theta }_1\left(j\right)\right)+\sin \left({\phi }_1\left(j\right)\right))\sin ({\theta }_3\left(t_m\left(j\right)\right)-{\theta }_3\left(t_m\left(0\right)\right))\\ +2L_{A2A3}[\sin ({\theta }_1\left(j\right)+{\theta }_2\left(j\right))+\sin ({\phi }_1\left(j\right)+{\phi }_2\left(j\right))]\sin ({\theta }_3\left(t_m\left(j\right)\right)-{\theta }_3\left(t_m\left(0\right)\right))\\ -2L_{A3A4}\left[\cos ({\theta }_1\left(j\right)+{\theta }_2\left(j\right)+{\theta }_3\left(j\right)-\frac{\pi }{2})\right]\sin ({\theta }_3\left(t_m\left(j\right)\right)-{\theta }_3\left(t_m\left(0\right)\right))\\ +2\mathrm{Sf}\sin ({\theta }_3\left(t_m\left(j\right)\right)-{\theta }_3\left(t_m\left(0\right)\right))\end{array}---\left(3\right)$式(1)和式(2)中，L_A1A2表示行人大腿长度，L_A2A3表示小腿长度，L_A3A4表示行人足面长度，sf表示行人足底长度；θ₁(j)表示通过网关(5)中接收到的第j个步态周期中行人处于步态双脚支撑期时后腿的髋关节角度；、θ₂(j)表示通过网关(5)中接收到的第j个步态周期中行人处于步态双脚支撑期时后腿的膝关节角度；θ₃(j)表示通过网关(5)中接收到的第j个步态周期中行人处于步态双脚支撑期时后腿的踝关节角度；φ₁(j)表示通过网关(5)中接收到的第j个步态周期中行人处于步态双脚支撑期时前腿的髋关节角度，φ₂(j)表示第j个步态周期中行人处于步态双脚支撑期时前腿的膝关节角度；θ₃(t_m(j))表示通过网关(5)中接收到的第j个步态周期中行人处于单脚支撑期时支撑腿的踝关节角度，t_m(j)表示第j个步态周期中行人处于单脚支撑期的采用时刻，θ₃(t_m(0))表示通过网关(5)中接收到的初始步态周期中行人的踝关节角度。