CN106955109A - 步态行为记录分析仪、方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种步态行为记录分析仪、方法及系统，该步态行为记录分析仪包括硬件盒、支撑配件，硬件盒包括主控板、以及与主控板相连的三维加速度计和三维陀螺仪，支撑配件用于佩戴在人体的腰部，硬件盒为两个，两个硬件盒分别安装在支撑配件两侧。本发明的有益效果是：步态行为记录分析仪记录到有关骨盆、骶椎甚至大腿等部位在行走时的动态动作位移，通过原有的人体生理理论和结合一定量的常模建立人类走路最优动作模型。经过步态行为记录分析仪的后台分析，给用户手机APP上呈现出简单易懂的数据反馈，如步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度，给予用户自我调整走路姿势的精确反馈，同时为走路姿势的医疗、矫正和研究打下基础。

Description

步态行为记录分析仪、方法及系统

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及步态行为记录分析仪、方法及系统。

背景技术

行走是人类每天进行最多的动作。从双脚直立-行走-跑-长跑，人类肌体经过了一系列适应环境的变化，行走动作的保持和进行才得以发挥最大的作用。但是，随着健康问题的日益受关注，走路的科学性和正确性问题也逐渐受到关注，如防止损伤、防止摔倒、高效行走等。

同时，走路是一项必不可少的日常活动。目前市面上有诸多监测记录走路的软硬件，如Nike手环、小米手环、乐动力计步软件、咕咚运动、Keep运动软件等。上述软硬件在大众中十分普遍，简单易操作，传达的信息简明易懂。它们很大程度上只是对运动量/活动量的简单评估，如步数、运动时间、配速、路程、步频等等，能再很大程度上满足了行走和跑步运动者的需要，在量化行走上确实迈了一大步。但是，但从另一个角度健康角度来说，同类的转硬件则有所偏颇，离健康动作、健康运动还是有不小的距离。

发明内容

本发明提供了一种步态行为记录分析仪，包括硬件盒、支撑配件，所述硬件盒包括主控板、以及与所述主控板相连的三维加速度计和三维陀螺仪，所述支撑配件用于佩戴在人体的腰部，所述硬件盒为两个，两个所述硬件盒分别安装在所述支撑配件两侧。

作为本发明的进一步改进，所述三维加速度计的X维水平方向、往身前为正方向，Y维平行于人体的冠状面、往右为正方向，Z维是竖直线、向上为正方向。

作为本发明的进一步改进，所述三维陀螺仪的XYZ三维的方向跟所述三维加速度计一致，分别用于记录矢状面、冠状面和水平面的角速度变化。

作为本发明的进一步改进，所述硬件盒与所述支撑配件为可拆式连接。

作为本发明的进一步改进，所述支撑配件为腰带，所述腰带能够捆绑在人体腰部，所述腰带两侧分别设有挂环，两个所述硬件盒分别安装在两个所述挂环上。

作为本发明的进一步改进，所述腰带为两侧窄前后宽的形状，所述腰带内部嵌套有涤纶材料。

作为本发明的进一步改进，所述腰带前部由PTE材料制成。

作为本发明的进一步改进，所述挂环由硬皮质材料制成。

本发明还提供了一种使用所述步态行为记录分析仪进行步态分析的方法，包括：

记录分析步骤，通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示步骤，通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。

本发明还提供了一种使用所述步态行为记录分析仪进行步态分析的系统，包括：

记录分析模块，用于通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示模块，用于通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。

本发明的有益效果是：通过实时地监测走路的生物力学和物理学数据，步态行为记录分析仪可以记录到有关骨盆、骶椎甚至大腿等部位在行走时的动态动作位移，通过原有的人体生理理论和结合一定量的常模来建立出人类走路最优的动作模型。经过步态行为记录分析仪的后台分析，给用户手机APP上呈现出简单易懂的数据反馈，如步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度，进而给予用户自我调整走路姿势的精确反馈，提供关于健康行走的客观科学的指导，降低因不正当行走而造成的损伤和病痛，同时给行为医学相关人员及研究提供了检测和衡量行走质量的新手段，为走路姿势的医疗、矫正和研究打下基础。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的后视图。

图3是本发明的侧视图。

图4是本发明的俯视图。

具体实施方式

如图1至4所示，本发明公开了一种步态行为记录分析仪，包括硬件盒、支撑配件，所述硬件盒包括主控板、以及与所述主控板相连的三维加速度计和三维陀螺仪，所述支撑配件用于佩戴在人体的腰部，所述硬件盒为两个，两个所述硬件盒分别安装在所述支撑配件两侧。

三维加速度计：量程±16，分辨率为6.1e^-5g，稳定性为0.01g，其中X维水平方向，往身前为正方向；Y维平行于人体的冠状面，往右为正方向；Z维是竖直线，向上为正方向。3mm*5mm*1mm超小封装，23至140uA超低工作功耗，内置多种运动状态检测功能和灵活的中断方式，以串口(TTL电平)I2C的数字接口输出。

三维陀螺仪：量程±2000°/s，分辨率为7.6e^-3°/s，稳定性为0.05°/s。XYZ三维的方向跟加速度计一致。分别记录矢状面、冠状面和水平面的角速度变化。

所述硬件盒与所述支撑配件为可拆式连接，即，硬件盒与支撑配件可以安装在一起，硬件盒与支撑配件也可以拆分开。

所述支撑配件为腰带10，所述腰带10能够捆绑在人体腰部，所述腰带10两侧分别设有挂环，两个所述硬件盒分别安装在两个所述挂环上。

步态行为记录分析仪位于腰带10的两侧，属于可拆卸的三维加速度计和三维陀螺仪的集合，安装在两侧的外观为立方体(见附图)的底座上。步态行为记录分析仪上仅有一颗方形按钮以作启动和矫正功能，当穿上腰带10扣上步态行为记录分析仪后，短按按钮以启动；如果腰带10与平时位置有较大差别是，长按按钮以重新调整记录位置。整机由一粒500mA的锂电池功能，同时支持安卓口径的USB充电器进行充电。

腰带10的整体形状采用两侧窄前后宽的设计，并采用内外嵌套的形式以及类似安全带的系法。腰带10主要由四个模块组成：1、腰带10前部分呈半弧形形状(见附图)，主要以软质TPE材料组成，其周长适用于一般人群；2、腰带10的后部分由两块约占四分之一弧形组成(见附图)，同样是软质TPE材料组成；3、腰带10的内部嵌套有内置的高密度涤纶，布条能像系皮带那样调节腰带10的松紧，因此整条腰带能代替普通皮带；4、腰带10的两侧分别有一个硬皮质环(PVC或PE)，分别覆盖与两侧布条的上方，连接着前弧形和两块后弧形塑料，整机分别安置在两侧的硬皮质环上(可拆解)。不同腰围的人调整松紧度时，硬皮质环的位置相对不变，仍处于腰部两侧髋关节位置，这样设计的好处是让不同使用者的记录点得到标准化，减少位置不当带来的误差。当腰带10系好后，再把步态行为记录分析仪嵌入到两侧的挂环(硬皮环)上。

在软件方面，本发明公开了一种使用步态行为记录分析仪进行步态分析的方法，包括：

记录分析步骤，通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示步骤，通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。

步态分析的方法还包括：

模式：步行模式分水平地面、上坡、下坡；静止模式分站立、坐着、躺和转身；跑步模式分长跑和短跑。

建模优化：通过对不同年龄、性别、身高体重的人进行建模，得出相对正态稳定的步行模式，即标准姿态。

本发明还公开了一种使用所述步态行为记录分析仪进行步态分析的系统，包括：

记录分析模块，用于通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示模块，用于通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。

本发明的步态行为记录分析仪具有如下技术优势：

简单易操作易普及：用户或消费者能在短时间内通过简单的操作来佩戴、启动、记录、调整步态的硬件。

穿戴人性化和舒适性：让用户或消费者喜欢上穿戴步态行为记录分析仪，感到舒适且不影响日常生活。

数据记录的准确性和标准化：以简明扼要的方式给用户说明穿戴步态仪的正确使用方式和正确位置，教会用户如何矫正步态仪以准确记录数据。

通过实时地监测走路的生物力学和物理学数据，步态行为记录分析仪可以记录到有关骨盆、骶椎甚至大腿等部位在行走时的动态动作位移，通过原有的人体生理理论和结合一定量的常模来建立出人类走路最优的动作模型。经过步态行为记录分析仪的后台分析，给用户手机APP上呈现出简单易懂的数据反馈，如步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度，进而给予用户自我调整走路姿势的精确反馈，提供关于健康行走的客观科学的指导，降低因不正当行走而造成的损伤和病痛，同时给行为医学相关人员及研究提供了检测和衡量行走质量的新手段，为走路姿势的医疗、矫正和研究打下基础。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种步态行为记录分析仪，其特征在于，包括硬件盒、支撑配件，所述硬件盒包括主控板、以及与所述主控板相连的三维加速度计和三维陀螺仪，所述支撑配件用于佩戴在人体的腰部，所述硬件盒为两个，两个所述硬件盒分别安装在所述支撑配件两侧。

2.根据权利要求1所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述三维加速度计的X维水平方向、往身前为正方向，Y维平行于人体的冠状面、往右为正方向，Z维是竖直线、向上为正方向。

3.根据权利要求2所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述三维陀螺仪的XYZ三维的方向跟所述三维加速度计一致，分别用于记录矢状面、冠状面和水平面的角速度变化。

4.根据权利要求1所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述硬件盒与所述支撑配件为可拆式连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述支撑配件为腰带，所述腰带能够捆绑在人体腰部，所述腰带两侧分别设有挂环，两个所述硬件盒分别安装在两个所述挂环上。

6.根据权利要求5所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述腰带为两侧窄前后宽的形状，所述腰带内部嵌套有涤纶材料。

7.根据权利要求6所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述腰带前部由PTE材料制成。

8.根据权利要求7所述的步态行为记录分析仪，其特征在于，所述挂环由硬皮质材料制成。

9.一种使用权利要求1至8任一项所述步态行为记录分析仪进行步态分析的方法，其特征在于，包括：

记录分析步骤，通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示步骤，通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。

10.一种使用权利要求1至8任一项所述步态行为记录分析仪进行步态分析的系统，其特征在于，包括：

记录分析模块，用于通过两个步态行为记录分析仪得到两侧记录点的三维位移在时间轴上的变化，从而计算步长步幅，记录点的前后旋转和上下移动的幅度，重心的起伏，两侧动作的对称性，大腿内外旋程度，抬脚高度，进而得到人体运动姿态，所述人体运动姿态包括步幅、骨盆三维摆动和旋转的幅度、大腿提高高度；

比较提示模块，用于通过人体运动姿态与标准姿态的比较，提示用户进行姿态的矫正。