本發(fā)明涉及一種用于間接測(cè)定步行力的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，屬于智能穿戴技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

由于以往測(cè)定步行力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都存在各自缺點(diǎn)，例如測(cè)力板由于儀器位置較為固定，對(duì)測(cè)試者的自由行走造成限制，不利于范圍較大的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)本身體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本太高，而壓力鞋墊因其薄膜傳感器輸出的電信號(hào)微弱，且柔性材料自身存在滯后性，易發(fā)生信號(hào)失真，運(yùn)動(dòng)時(shí)足部與鞋底存在滑移，精準(zhǔn)度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于間接測(cè)定步行力的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的測(cè)定步行力監(jiān)控系統(tǒng)自身設(shè)備位置固定、體積龐大、信號(hào)失真、精度較低、成本過(guò)高等問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于間接測(cè)定步行力的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含加速度傳感器1、穿戴背心2、控制器3和導(dǎo)線4，所述加速度傳感器1數(shù)量為兩組，分別位于穿戴背心2的后背與腰部處，控制器3內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5，控制器3通過(guò)導(dǎo)線4與加速度傳感器1連接，控制器3將加速度傳感器1采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5中。

進(jìn)一步的，所述加速度傳感器1為三軸加速度傳感器，垂直體表方向的厚度小于10mm，其他方向長(zhǎng)度小于50mm。

進(jìn)一步的，所述穿戴背心2采用可緊密貼附身體的背心，與加速度傳感器1之間采用粘扣帶連接。

進(jìn)一步的，所述控制器3上還設(shè)有電源開(kāi)關(guān)6。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5選用sd存儲(chǔ)卡，可從控制器3中取出。

進(jìn)一步的，所述的導(dǎo)線4與加速度傳感器1的連接采用焊接，與控制器3中電路的連接采用插接，長(zhǎng)度為1000mm。

本發(fā)明還包括利用上述傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)定步行力的方法，在忽略空氣阻力影響的情況下，雙足步行力模型人體質(zhì)心的重力與慣性力之和與人體步行力之間能夠建立力學(xué)平衡方程，而慣性力又與人體質(zhì)心加速度存在關(guān)系，如式（1）~式（5）所示，將讀取的人體質(zhì)心加速度數(shù)據(jù)代入下述方程即可得到相應(yīng)人體步行力數(shù)據(jù)；

g+fgz=fz=-f’z（1）

fgu=fu=-f’u（2）

g=g1+g2=m1g+m2g（3）

fgz=fz1+fz2=m1az1+m2az2（4）

fgu=fu1+fu2=m1au1+m2au2（5）

其中，g為人體質(zhì)心的重力；fgz和fgu分別為人體質(zhì)心的慣性力；fz和fu分別為人體在豎直方向和水平方向的足底反力；f’z和f’u分別為人體在豎直方向和水平方向的步行力；負(fù)號(hào)表示力的方向相反；g1和g2分別為上部軀干和下部軀干質(zhì)心的重力；fz1和fz2分別為上部軀干和下部軀干質(zhì)心豎向的慣性力；fu1和fu2分別為上部軀干和下部軀干質(zhì)心水平方向的慣性力；m1和m2分別為人體上部軀干和下部軀干的質(zhì)心質(zhì)量，按測(cè)試者自身質(zhì)量以0.83:0.17的比例劃分；g為重力加速度，取9.8m/s²；az1和az2分別為上部軀干和下部軀干質(zhì)心的豎直方向加速度；au1和au2分別為上部軀干和下部軀干質(zhì)心的水平方向加速度。

本發(fā)明的工作過(guò)程和工作原理：測(cè)試者穿著上穿戴背心2，按照身體的質(zhì)心位置將加速度傳感器1穩(wěn)定安置在穿戴背心2上，加速度傳感器1測(cè)定行走過(guò)程中身體質(zhì)心瞬時(shí)加速度。利用控制器3操作新型傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將加速度傳感器1的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5，待測(cè)試完成后取出讀取數(shù)據(jù)。最后，利用雙足步行力模型推導(dǎo)出的人體質(zhì)心加速度與步行力之間的力學(xué)平衡方程，便可將測(cè)定的人體質(zhì)心瞬時(shí)加速度換算得到人體步行力。

本發(fā)明的有益效果：自身設(shè)備不影響測(cè)試者的行走，適用性強(qiáng)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與讀取較為便捷，而且制作簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明測(cè)定步行力傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的正面示意圖。

圖2是本發(fā)明測(cè)定步行力傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的背面示意圖。

圖中各標(biāo)號(hào)，1-加速度傳感器，2-穿戴背心，3-控制器，4-導(dǎo)線，5-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，6-電源開(kāi)關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1：如圖1-2所示，一種用于間接測(cè)定步行力的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包含加速度傳感器1、穿戴背心2、控制器3和導(dǎo)線4，所述加速度傳感器1數(shù)量為兩組，分別位于穿戴背心2的后背與腰部處，控制器3內(nèi)設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5，控制器3通過(guò)導(dǎo)線4與加速度傳感器1連接，控制器3將加速度傳感器1采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5中。

實(shí)施例2：本實(shí)施例其余部分與前一實(shí)施例相同，其中所述加速度傳感器1為三軸加速度傳感器，垂直體表方向的厚度應(yīng)小于10mm，其他方向長(zhǎng)度小于50mm，體積小巧輕薄，不影響測(cè)試者行走，同時(shí)晃動(dòng)較小，可準(zhǔn)確測(cè)定質(zhì)心加速度。

實(shí)施例3：本實(shí)施例其余部分與前一實(shí)施例相同，其中所述穿戴背心2選用背背佳式緊貼背心可緊密貼附身體，與加速度傳感器1之間選用粘扣帶連接，拆裝方便。

實(shí)施例4：本實(shí)施例其余部分與前一實(shí)施例相同，其中所述控制器3上還設(shè)有電源開(kāi)關(guān)6，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5為sd存儲(chǔ)卡可從控制器3中取出，方便實(shí)用。

實(shí)施例5：本實(shí)施例其余部分與前一實(shí)施例相同，其中所述導(dǎo)線4與加速度傳感器1的連接采用焊接，與控制器3中電路的連接采用插接，長(zhǎng)度為1000mm，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。

實(shí)施例6：本實(shí)施例其余部分與前一實(shí)施例相同，其中加速度傳感器1選用型號(hào)為mpu-6050，測(cè)定步行力時(shí)，先測(cè)量測(cè)試者自身質(zhì)量為65kg，以0.83:0.17的比例劃分上部軀干質(zhì)心質(zhì)量m1為53.76kg，下部軀干質(zhì)心質(zhì)量m2為11.24kg，再讓測(cè)試者穿著上背背佳式穿戴背心，按照身體的質(zhì)心位置將mpu-6050型加速度傳感器穩(wěn)定安置在穿戴背心上，其上部軀干質(zhì)心位于后背，下部軀干質(zhì)心位于腰部，利用電源開(kāi)關(guān)開(kāi)啟系統(tǒng)，待行走測(cè)試完成后關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，取出4gb的sd存儲(chǔ)卡讀取上部軀干質(zhì)心豎向加速度az1為10m/s²、上部軀干質(zhì)心縱向加速度au1為3.1m/s²、下部軀干質(zhì)心豎向加速度az2為10.5m/s²和下部軀干質(zhì)心縱向加速度au2為3.4m/s²，按照人體質(zhì)心加速度與步行力之間的力學(xué)平衡方程，如式（1）~式（5）所示：

g+fgz=fz=-f’z（1）

fgu=fu=-f’u（2）

g=g1+g2=m1g+m2g（3）

fgz=fz1+fz2=m1az1+m2az2（4）

fgu=fu1+fu2=m1au1+m2au2（5）

即可換算得到相應(yīng)豎向步行力f’z為1292.62n和縱向步行力f’u為204.87n，其豎向步行力與相同條件下由傳統(tǒng)測(cè)力板測(cè)定的1305.46n相接近，縱向步行力與模型模擬的206.41n相接近，具有較高的準(zhǔn)確性。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。