一种足底压力测量装置及其用于步态模式识别的方法
【专利摘要】一种足底压力测量装置及其用于步态模式识别的方法，涉及一种压力测量装置。所述足底压力测量装置，包括左脚鞋垫和右脚鞋垫，以及信号调理电路、数据采集电路和计算机；所述左脚鞋垫和右脚鞋垫均设有4个压力传感器，左脚鞋垫的4个压力传感器与右脚鞋垫的4个压力传感器对称设置；4个压力传感器的安装位置为：鞋垫的足跟处安装1个，鞋垫的足掌处安装2个，鞋垫的足尖处安装1个；各个压力传感器的信号输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端接数据采集电路的输入端，数据采集电路的输出端接计算机。所述用于步态模式识别的方法：1）采集数据；2）数据处理和模式识别。结构简单、稳定性好、灵敏度和准确率高。
【专利说明】—种足底压力测量装置及其用于步态模式识别的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压力测量装置，尤其是涉及一种足底压力测量装置及其用于步态模式识别的方法。
【背景技术】
[0002]人体足底压力分布反映了有关足的结构、功能及整个身体姿态控制等情况，当人体足部产生病变或人体运动状态改变时，足底压力和压强的分布都会相应地发生变化。对不同运动状态下(如站立或行走)足底各点与地面之间的压力及其时间参数进行测量，并对测量结果进行分析，可以获取人体在各种体态和运动状态下的生理、病理力学参数及机能参数，揭示不同的足底压力分布特征和模式，对临床医学诊断、疾患程度测定、术后疗效评价、生物力学及康复研究均有重要意义。但是，现有技术中对足底压力分布进行测量的系统装置存在较多缺陷，如体积较大、稳定性、灵敏度较低等，不适用于步态模式识别。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供结构简单、稳定性好、灵敏度和准确率高的一种足底压力测量装置及其用于步态模式识别的方法。
[0004]所述足底压力测量装置，包括左脚鞋垫和右脚鞋垫，以及信号调理电路、数据采集电路和计算机；
[0005]所述左脚鞋垫和右脚鞋垫均设有4个压力传感器，左脚鞋垫的4个压力传感器与右脚鞋垫的4个压力传感器对称设置；4个压力传感器的安装位置为:鞋垫的足跟处安装I个，鞋垫的足掌处安装2个，鞋垫的足尖处安装I个；各个压力传感器的信号输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端接数据采集电路的输入端，数据采集电路的输出端接计算机。
[0006]所述压力传感器可采用FSR压力传感器。
[0007]所述信号调理电路可包括放大电路和滤波电路。
[0008]所述数据采集电路可采用DAQ数据采集卡。
[0009]所述用于步态模式识别的方法，采用所述足底压力测量装置，包括以下步骤:
[0010]I)采集数据:将左脚鞋垫和右脚鞋垫分别放入供被测人穿的左脚鞋和右脚鞋内，让被测人依次按5种步态模式进行对应的各压力传感器数据检测，所述5种步态模式按顺序依次为:第一种，让被测人在平路行走， 采集平路行走数据；第二种，让被测人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走数据；第三种，让被测人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走数据；第四种，让被测人在楼梯上按上楼梯行走，采集上楼梯行走数据；第五种，让被测人在楼梯上按下楼梯行走，采集下楼梯行走数据；
[0011]2)数据处理和模式识别:将步骤I)所得的5种步态模式下的检测数据与事先存储于计算机中的5种步态模式的标准数据进行对比，并通过计算机进行数据处理，数据处理采用Matlab软件，得到被测人的步态运动规律，再通过事先存储于计算机中的KNN法和决策树法计算处理，即可得到能体现被测人步态模式的特征数据，从而实现识别被测人的步态模式。
[0012]与现有技术比较，本发明具有如下突出优点:
[0013]1、所述足底压力测量装置结构十分简单，成本低且使用十分方便，易于携带。
[0014]2、所述足底压力测量装置用于步态模式识别的方法，操作简便，在算法上采用KNN法和决策树法进行步态1旲式的识别，具有很闻的精度，精度最闻可达100%。
[0015]3、所述足底压力测量装置直接将传感器放在鞋垫内，对应于足底需要测量的相应位置上，定位准确，应力响应速度较快，动态测量精度较高，传感器采用FSR压力传感器，容易设计，结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述足底压力测量装置实施例的结构组成示意框图。
[0017]图2为本发明所述足底压力测量装置实施例中的传感器电路图。
【具体实施方式】
[0018]以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0019]参见图1，本实施例所述足底压力测量装置，设有左脚鞋垫11和右脚鞋垫12，以及信号调理电路2、数据采集电路3和计算机4。所述左脚鞋垫11和右脚鞋垫12均设有4个压力传感器13，左脚鞋垫11和右脚鞋垫12的各压力传感器13对称设置，压力传感器13的安装位置为:鞋垫的足跟处安装I个，鞋垫的足掌处安装2个，鞋垫的足尖处安装I个；各个压力传感器13的信号输出端接信号调理电路2的输入端，信号调理电路2的输出端接数据采集电路3的输入端，数据采集电路3的输出端接计算机4。
[0020]所述压力传感器13采用FSR压力传感器。
[0021]所述信号调理电路2包括放大电路和滤波电路。
[0022]所述数据采集电路3采用DAQ数据采集卡。
[0023]本实施例所述足底压力测量装置用于步态模式识别的方法，包括以下步骤:
[0024]I)采集数据
[0025]将左脚鞋垫和右脚鞋垫分别放入供被测人穿的左脚鞋和右脚鞋内，让被测人依次按5种步态模式进行对应的各压力传感器数据检测，所述5种步态模式按顺序依次为:第一种，让被测人在平路行走，采集平路行走数据；第二种，让被测人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走数据；第三种，让被测人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走数据；第四种，让被测人在楼梯上按上楼梯行走，采集上楼梯行走数据；第五种，让被测人在楼梯上按下楼梯行走，采集下楼梯行走数据；
[0026]2)数据处理和模式识别
[0027]将步骤1)所得的5种步态模式下的检测数据与事先存储于计算机中的5种步态模式的标准数据进行对比，并通过计算机进行数据处理，数据处理采用Matlab软件，得到被测人的步态运动规律，再通过事先存储于计算机中的KNN法和决策树法计算处理，即可得到能体现被测人步态模式的特征数据，从而实现识别被测人的步态模式。
[0028]参见图2，图2给出了同一只鞋垫中的4个传感器的电路图。4个传感器的电路相同。
[0029]下面给出本实施例被测人的实际步态模式与计算机识别出的模式符合性验证结果:
[0030]参见表1，表1为采用KNN算法处理。表1中的模式a至模式e分别表示上述步骤O中所述的第一种至第五种步态模式，表1中的数值2表示实际步态模式与计算机识别出的模式相符合；表1中的数值I表示实际步态模式与计算机识别出的模式不完全相符。由表1可见，10组数据中有9组步态模式吻合，其中有一组错误，该空间向量法正确率为90%。
[0031]表1
[0032]
【权利要求】
1.一种足底压力测量装置，其特征在于，包括左脚鞋垫和右脚鞋垫，以及信号调理电路、数据采集电路和计算机；所述左脚鞋垫和右脚鞋垫均设有4个压力传感器，左脚鞋垫的4个压力传感器与右脚鞋垫的4个压力传感器对称设置；4个压力传感器的安装位置为:鞋垫的足跟处安装I个，鞋垫的足掌处安装2个，鞋垫的足尖处安装I个；各个压力传感器的信号输出端接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端接数据采集电路的输入端，数据采集电路的输出端接计算机。
2.如权利要求1所述的一种足底压力测量装置，其特征在于，所述压力传感器采用FSR压力传感器。
3.如权利要求1所述的一种足底压力测量装置，其特征在于，所述信号调理电路包括放大电路和滤波电路。
4.如权利要求1所述的一种足底压力测量装置，其特征在于，所述数据采集电路采用DAQ数据采集卡。
5.一种步态模式识别方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的足底压力测量装置，包括以下步骤:1)采集数据将左脚鞋垫和右脚鞋垫分别放入供被测人穿的左脚鞋和右脚鞋内，让被测人依次按5种步态模式进行对应的各压力传感器数据检测，所述5种步态模式按顺序依次为:第一种，让被测人在平路行走，采集平路行走数据；第二种，让被测人在斜坡上按上坡行走，采集上坡行走数据；第三种，让被测人在斜坡上按下坡行走，采集下坡行走数据；第四种，让被测人在楼梯上按上楼梯行走，采集上楼梯行走数据；第五种，让被测人在楼梯上按下楼梯行走，采集下楼梯行走数据；2)数据处理和模式识别将步骤I)所得的5种步态模式下的检测数据与事先存储于计算机中的5种步态模式的标准数据进行对比，并通过计算机进行数据处理，数据处理采用Matlab软件，得到被测人的步态运动规律，再通过事先存储于计算机中的KNN法和决策树法计算处理，即可得到能体现被测人步态模式的特征数据，从而实现识别被测人的步态模式。
【文档编号】A61B5/22GK103462619SQ201310461791
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】方正, 张兴亮, 王超, 王磊, 马盛林, 陈思媛, 顾盺, 张锦瑞 申请人:厦门大学