1.一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,包括以下步骤:
s1、将惯性测量单元(1)布置于下肢关节连杆处,将关节角度测量单元(2)布置于下肢关节处;
s2、针对单个关节,获取下肢周期性运动中的惯性测量单元(1)测量的六轴数据以及关节角度测量单元(2)获取的关节角度angle;
得到每个采样时刻获取的运动数据列向量
其中,accx为x轴加速度,accy为y轴加速度,accz为z轴加速度,gyrox为x轴角速度,gyroy为y轴角速度,gyroz为z轴角速度;
s3、通过实时滑动窗口连续获取当前运动数据帧pt=[vec1vec2vec3…vecn]和关节角度标签帧pt'=]vec'n],并构建关节运动规律数据库
s4、将当前运动数据帧pt与关节运动规律数据库t中的历史帧序列进行匹配搜索,找到匹配度最高的历史帧pm,以采样点坐标m作为最佳匹配位置;
s5、以采样点m后的关节角度标签帧p′m+i的值作为t+i采样点时刻的关节角度预测值anglepredict,实现对当前采样点t后多个连续时刻的关节角度预测。
2.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,还包括s6,令所述t+i采样点时刻的关节角度预测值anglepredict满足以下关系:
angle'predict=anglet+w·(anglepredict-anglet)
将angle'predict作为最终关节角度预测值,其中,w为系数,w满足0<w<1,anglet为t采样点时刻的关节角度值。
3.根据权利要求2所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,系数w满足w=f(r),其中r为每次规律匹配过程中序列中相关度最高的值,w与r正相关。
4.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s1中,针对髋关节角度的预测,在髋关节与膝关节连杆上布置有惯性测量单元(1);对于膝关节角度的预测,膝关节与踝关节连杆上布置有惯性测量单元(1);所述惯性测量单元(1)包含加速度计和陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s1中,角度测量仪(2)采用倾角仪或旋转角度仪。
6.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s2中,所述下肢周期性运动包括行走、跑步、上楼、下楼、上坡和下坡。
7.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s3中,通过6×n的滑动窗口windowslid实时滑动窗口连续获取当前运动数据帧,n小于单个运动周期的采样点数。
8.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s3中,在构建当前运动数据帧之前,需要判断历史采样点数是否不小于滑动窗口长度n,当历史采样点数不小于滑动窗口长度n时,开始构建运动数据帧。
9.根据权利要求1所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s4中,将当前运动数据帧pt与关节运动规律数据库t中的历史帧序列进行匹配搜索,获取每次匹配过程中当前运动帧pt与历史帧序列的相关度rk构成序列{rk|0<k<t},其中,关节运动规律数据库t中的历史帧序列为{pk|pk∈t,0<k<t},模板匹配中采用矩阵相关性计算或矩阵hash特征提取与汉明距离计算来计算运动帧之间的相关度。
10.根据权利要求9所述的一种基于相似规律搜索的下肢运动关节角度实时预测方法,其特征在于,s4中,在匹配搜索过程中,设置搜索停止条件:次数限制qlimit和相关度阈值rthreshold,当搜索次数大于qlimit或相关度大于rthreshold时中止搜索。