CN107174253A - 一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统 - Google Patents

一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统，涉及智能穿戴设备领域。所述判断方法包括：获取人体的足底压力值；根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数；根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。所述判断装置用于执行所述判断方法，所述判断系统包括所述判断装置和穿戴装置。本发明通过在用户的运动过程中，获取人体的足底压力值计算人体的运动参数，并根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，能够指导用户遵照正确的运动方法和运动姿势进行锻炼，以达到更好的运动效果，保证肢体不受损伤。

Description

一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及智能穿戴设备领域，尤其涉及一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统。
背景技术
时下跑步运动越来越受人们追捧，但是每个人适用的运动方法不同，错误的跑步姿势或者方法容易导致意外和身体的慢性损伤，所以指导分析个人跑步中存在问题并给出一个有效的跑步建议就变得尤为重要。
现有技术中的智能鞋垫主要用于精准计步、足部受力分析，以得到用户准确的运动数据和状态，但是，用户并不知道自己的运动方式是否正确，是否会损伤肢体。
发明内容
本发明的目的在于提出一种下肢运动姿态的判断方法、装置和系统，能够通过分析人体足底的压力变化，判断人体的运动姿态是否正确。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种下肢运动姿态的判断方法，包括：
获取人体的足底压力值；
根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数；
根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
其中，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数，包括：
在每一个步态周期中选取压力峰值、压力峰值时间点和零压力值时间点；
所述零压力值时间点包括第一零压力值时间点和第二零压力值时间点；
所述运动参数包括膝关节负荷率和加速能力；
膝关节负荷率为压力峰值与落地时间的比值，其中，落地时间为第一零压力值时间点到压力峰值时间点经过的时长；
加速能力为压力峰值与蹬地时间的比值，其中，蹬地时间为压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。
进一步的，所述压力峰值包括第一压力峰值和第二压力峰值，分别对应第一压力峰值时间点和第二压力峰值时间点；
相应的，
膝关节负荷率为第一压力峰值与落地时间的比值，其中，落地时间为第一零压力值时间点到第一压力峰值时间点经过的时长；
加速能力为第二压力峰值与蹬地时间的比值，其中，蹬地时间为第二压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。
相应的，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
若膝关节负荷率在第一阈值范围内，则确定人体的落地姿势正确；
若加速能力在第二阈值范围内，则确定人体的蹬地姿势正确。
进一步的，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数，还包括：
在每一个步态周期中获取足底压力值为零的腾空时长和足底压力值不为零的触地时长；
计算腾空时长与触地时长的比值，作为腾空触地时间比。
相应的，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
根据运动类型、腾空触地时间比和预设标准，判断人体的运动姿势是否正确。
进一步的，计算腾空时长与触地时长的比值，作为腾空触地时间比，还包括：
分别计算左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比；
相应的，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
若左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比的差的绝对值大于等于第三阈值，则确定人体的左右脚负荷不平衡。
第二方面，本发明提供一种下肢运动姿态的判断装置，包括：
获取模块，用于获取人体的足底压力值；
计算模块，用于根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数；
判断模块，用于根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
第三方面，本发明提供一种下肢运动姿态的判断系统，包括：穿戴装置和上述的下肢运动姿态的判断装置；
其中，所述穿戴装置上设置有至少一个压力传感器，用于感应人体的足底压力值，并将感应到的足底压力值发送至所述判断装置。
其中，所述穿戴装置为智能鞋垫。
本发明的有益效果为：
本发明通过在运动过程中，获取人体的足底压力值来计算人体的运动参数，并根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，能够指导用户遵照正确的运动方法和运动姿势进行锻炼，以达到更好的运动效果，保证肢体不受损伤。
附图说明
图1是本发明实施例一和实施例二提供的下肢运动状态的判断方法的流程图；
图2是本发明实施例三提供的下肢运动状态的判断系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一
本实施例提供一种下肢运动姿态的判断方法，适用于在运动过程中判断人体的下肢部分的姿态是否正确。由一种下肢运动姿态的判断装置来执行，该装置包括穿戴装置和智能终端两个部分，由软件和硬件实现。
如图1所示，该下肢运动姿态的判断方法包括如下步骤：
S11，获取人体的足底压力值。
本实施例中，穿戴装置为智能鞋垫，通过在智能鞋垫上设置的压力传感器采集人体运动过程中的足底压力值。压力传感器分布在拇趾、跖骨和足跟等位置。
S12，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数。
对于走路、跑步、三级跳、打球等运动，因人体的步伐变化，压力传感器采集到的足底压力值会不断变化，根据这些变化划分步态周期，一个完整的步态周期包括支撑相和摆动相，其中支撑相又依次包括足跟触地、前足触地、全足支撑和前足蹬地四个阶段。A、足跟触地阶段，足跟接触地面到跖骨开始触地，即从任意一个位于足跟的压力传感器的压力数据不为零到任意一个位于跖骨的压力传感器的压力数据不为零；B、前足触地阶段，跖骨开始触地到前足完全触地，即从任意一个位于跖骨的压力传感器的压力数据不为零到位于拇趾和跖骨的全部压力传感器的压力数据都不为零；C、全足支撑阶段，前足完全触地到后足离开地面，即从位于拇趾和跖骨的全部压力传感器的压力数据不为零到任意一个位于足跟的压力传感器压力数据为零；D、前足蹬地阶段，足跟离开地面到整个足部离开地面，即从任意一个位于足跟的压力传感器压力数据为零到全部的压力传感器压力数据为零；前足蹬地阶段后进入摆动相，全部压力传感器的压力数据为零。
在每一个步态周期中选取压力峰值、压力峰值时间点和零压力值时间点；所述零压力值时间点包括第一零压力值时间点和第二零压力值时间点。
所述运动参数包括膝关节负荷率和加速能力。
膝关节负荷率＝压力峰值/落地时间，落地时间为第一零压力值时间点到压力峰值时间点经过的时长，即从上一个步态周期中前足蹬地阶段压力为零开始到本步态周期中足跟触地阶段的时长，足跟触地阶段会出现压力峰值。膝关节负荷率是针对足部落地的情况进行计算的，第一零压力值时间点为上一个步态周期中前足蹬地阶段全部的压力传感器压力数据变为零的时刻。
加速能力＝压力峰值/蹬地时间，蹬地时间为压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。前足蹬地会出现压力峰值，第二零压力值时间点为本步态周期中前足蹬地阶段全部的压力传感器压力数据变为零的时刻。
部分跳跃动作的支撑相只有B阶段和D阶段，前足触地后迅速蹬地，压力数据出现在拇趾和跖骨的压力传感器上，此时，一个步态周期中只有一个压力峰值。
进一步的，当一个步态周期的支撑相出现完整的A～D阶段，则所述压力峰值包括第一压力峰值和第二压力峰值，分别对应第一压力峰值时间点和第二压力峰值时间点；在足跟触地阶段出现第一压力峰值，该时间点标记为第一压力峰值时间点，在前足触地阶段出现第二压力峰值，该时间点标记为第二压力峰值时间点。
相应的，膝关节负荷率＝第一压力峰值/落地时间，落地时间为第一零压力值时间点到第一压力峰值时间点经过的时长；加速能力＝第二压力峰值/蹬地时间，蹬地时间为第二压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。
S13，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
若膝关节负荷率在第一阈值范围内，则确定人体的落地姿势正确；若膝关节负荷率大于第一阈值范围，则确定人体的落地姿势异常；此时膝关节的缓冲不足，负荷较大，该运动姿态对膝关节的损伤也较大；若膝关节负荷率小于第一阈值范围，则确定人体的落地姿势良好，缓冲能力强，膝关节负荷较小。
若加速能力在第二阈值范围内，则确定人体的蹬地姿势正确，加速能力正常；若加速能力大于第二阈值范围，则确定人体的蹬地姿势正确，加速能力良好，下肢的肌肉力量较好、收缩速度快，动作轻盈具有弹性；若加速能力小于第二阈值范围，则确定人体的蹬地姿势异常，加速能力差。
所述第一阈值范围和所述第二阈值范围根据实际情况和不同的运动项目、运动场地进行设置，可以根据大量实测数据分析得出。
另外，可进一步分析左右脚的膝关节负荷率和加速能力，当左右脚的差异较大时，说明左右脚受力或施力不平衡。
进一步的，在步骤S11之前，还包括：
判断人体是否进入运动状态，若是，执行步骤S11。
穿戴装置上设置了加速度计，当加速度计的值符合某个预设规律，即可判断人体在进行某项运动，确定人体进入运动状态，此时穿戴装置自动进入足底压力值的采集状态。
本实施例通过在运动过程中，获取人体的足底压力值计算人体的运动参数，并根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，能够指导用户遵照正确的运动方法和运动姿势进行锻炼，以达到更好的运动效果，保证肢体不受损伤，在实际生活中具有广泛的应用场景。
实施例二
本实施例提供一种下肢运动姿态的判断方法，在实现实施例一的判断的同时进行。
如图1所示，该下肢运动姿态的判断方法包括如下步骤：
S11，获取人体的足底压力值。
S12，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数。
在每一个步态周期中获取足底压力值为零的腾空时长和足底压力值不为零的触地时长，即摆动相的时长和支撑相的时长；计算腾空时长与触地时长的比值，作为腾空触地时间比。
此外，针对左右脚不同步的运动(如跑步)，分别计算左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比。
S13，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
根据运动类型、腾空触地时间比和预设标准，判断人体的运动姿势是否正确。预设标准与运动类型相关，不同类型的运动其判断标准也不同。例如，对于弹跳类运动，腾空触地时间比越大，说明弹跳能力越好，跳得高或者跳得远；对于跑步一类的运动，若左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比的差的绝对值大于等于第三阈值，则确定人体的左右脚负荷不平衡。
本实施例通过在运动过程中，获取人体的足底压力值计算人体的运动参数，并根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，能够指导用户遵照正确的运动方法和运动姿势进行锻炼，以达到更好的运动效果，保证肢体不受损伤，在实际生活中具有广泛的应用场景。
实施例三
本实施例提供一种下肢运动姿态的判断装置，用于执行上述实施例所述的判断方法，解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
如图2所示，该下肢运动姿态的判断装置32包括：获取模块320，计算模块321和判断模块322。
获取模块320，用于获取人体的足底压力值。
计算模块321，用于根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数。
判断模块322，用于根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
本实施例还提供一种下肢运动姿态的判断系统，包括：穿戴装置31和上述判断装置32；其中，所述穿戴装置31上设置有至少一个压力传感器310，压力传感器310分布在拇趾、跖骨和足跟等位置，用于感应人体的足底压力值，并将感应到的足底压力值发送至所述判断装置32。
所述穿戴装置31和所述判断装置32分别包括传输模块，所述判断装置32与所述穿戴装置31通过传输模块连接，用于接收所述获取模块320获取的足底压力值，该连接可以是有线连接，也可以是无线连接。
所述穿戴装置31还可包括存储模块，用于保存采集到的足底压力值。
所述穿戴装置31为智能鞋垫。所述判断装置32可以与穿戴装置31集成，设置在智能鞋垫中，用户在显示设备上查看判断结果，也可以单独置于智能终端，用户在运动完后将数据同步到判断装置32上即可，运动过程中无须携带判断装置32，穿戴装置31也不需要时刻保持与判断装置32的连接，节省能耗。智能终端包括手机、电脑等智能处理设备，用于执行相应的软件部分的操作。
本实施例提供的判断装置，只要将穿戴装置置于足底进行运动，其中的传感器就能够实时采集压力数据，提供给判断装置进行运动姿态的判断，以辅助用户的运动，起到记录和指导的双重效果。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种下肢运动姿态的判断方法，其特征在于：
获取人体的足底压力值；
根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数；
根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
2.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数，包括：
在每一个步态周期中选取压力峰值、压力峰值时间点和零压力值时间点；
所述零压力值时间点包括第一零压力值时间点和第二零压力值时间点；
所述运动参数包括膝关节负荷率和加速能力；
膝关节负荷率为压力峰值与落地时间的比值，其中，落地时间为第一零压力值时间点到压力峰值时间点经过的时长；
加速能力为压力峰值与蹬地时间的比值，其中，蹬地时间为压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。
3.根据权利要求2所述的判断方法，其特征在于：
所述压力峰值包括第一压力峰值和第二压力峰值，分别对应第一压力峰值时间点和第二压力峰值时间点；
相应的，
膝关节负荷率为第一压力峰值与落地时间的比值，其中，落地时间为第一零压力值时间点到第一压力峰值时间点经过的时长；
加速能力为第二压力峰值与蹬地时间的比值，其中，蹬地时间为第二压力峰值时间点到第二零压力值时间点经过的时长。
4.根据权利要求2或3所述的判断方法，其特征在于，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
若膝关节负荷率在第一阈值范围内，则确定人体的落地姿势正确；
若加速能力在第二阈值范围内，则确定人体的蹬地姿势正确。
5.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数，还包括：
在每一个步态周期中获取足底压力值为零的腾空时长和足底压力值不为零的触地时长；
计算腾空时长与触地时长的比值，作为腾空触地时间比。
6.根据权利要求5所述的判断方法，其特征在于，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
根据运动类型、腾空触地时间比和预设标准，判断人体的运动姿势是否正确。
7.根据权利要求5所述的判断方法，其特征在于，计算腾空时长与触地时长的比值，作为腾空触地时间比，还包括：
分别计算左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比；
相应的，根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确，包括：
若左脚的腾空触地时间比和右脚的腾空触地时间比的差的绝对值大于等于第三阈值，则确定人体的左右脚负荷不平衡。
8.一种下肢运动姿态的判断装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取人体的足底压力值；
计算模块，用于根据所述足底压力值的变化划分步态周期，并计算人体的运动参数；
判断模块，用于根据所述运动参数判断人体的运动姿态是否正确。
9.一种下肢运动姿态的判断系统，其特征在于，包括：穿戴装置和如权利要求8所述的下肢运动姿态的判断装置；
其中，所述穿戴装置上设置有至少一个压力传感器，用于感应人体的足底压力值，并将感应到的足底压力值发送至所述判断装置。
10.根据权利要求9所述的判断系统，其特征在于：
所述穿戴装置为智能鞋垫。
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