CN110338952B

CN110338952B - 一种训练正常步态的装置及其应用

Info

Publication number: CN110338952B
Application number: CN201910566486.8A
Authority: CN
Inventors: 陈�峰; 郑敏; 楼国华
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-01-05
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: CN110338952A

Abstract

本发明涉及可穿戴设备领域，特别涉及一种训练正常步态的装置及其应用。一种基于人工智能的训练正常步态的装置，所述的装置包括三个部件：信息收集器：用于收集使用者的各种信息，传递到人工智能中心；人工智能中心：存储有基于与医学专业知识及医生经验相关的存储数据，在医生指导下录入正常步态的数据，以此为基础，对信息收集器的传输来的信息判断使用者的步态是否正常，并控制机械部随时更改；机械部：由多根小圆柱体组成，遍布使用者足底，每个柱子和人工智能中心连接，受人工智能中心控制，形成不同的步态模型。使用者可以在本装置的帮助下逐步矫正异常步态，放松异常步态引起的肌肉紧张。

Description

一种训练正常步态的装置及其应用

技术领域

本发明涉及可穿戴设备领域，特别涉及一种训练正常步态的装置及其应用。

背景技术

走路是每个人都会的，但却不是每个人都走得好的。比较被人熟知的异常步态有内八字、外八字、足内翻和足外翻，除此之外，还有一些不被人重视的步态，如脚后跟用力过猛，身体中轴左右摇摆或前后摇摆，骨盆前倾过度或骨盆后倾，这些不正确的步态都会导致身体不同的肌肉群紧张，长时间紧张的肌肉群会痉挛，最后导致疼痛。

临床上有很多腰腿疼患者纠正走路姿势后疼痛得以极大的缓解。

现有技术中的智能可穿戴式产品中，已有一些智能鞋或鞋垫，内设有称重设备、无线设备，能够测量人员的体重，并通过无线设备传输至移动终端显示，有对内八字和外八字有振动提醒作用。

现有技术的不足之处在于，尚没有结合临床医学知识，无法详细的将各种步态都汇总研究，并通过人工智能精确分析，无法形成一个正常步态的模型，如此无法实时形成正确步态模型以达到训练正常的步态。

发明内容

为了帮助用户用正常步态行走，本发明提供一种训练正常步态的装置。

本发明的具体方案如下：

一种基于人工智能的训练正常步态的装置，所述的装置包括三个部件：

1)信息收集器：用于收集使用者的各种信息，传递到人工智能中心；

2)人工智能中心：存储有基于与医学专业知识及医生经验相关的存储数据，在医生指导下录入正常步态的数据，以此为基础，对信息收集器的传输来的信息判断使用者的步态是否正常，并控制机械部随时更改；

3)机械部：由多根小圆柱体组成，遍布使用者足底，每个柱子和人工智能中心连接，受人工智能中心控制，形成不同的步态模型。

优选的，

信息收集器收集的信息包括使用者体重，心跳，以及各种步态的形状，用力点等信息。

所述信息收集器由多个感应器组成，所述感应器包括但不限于压力传感器、距离传感器，脉搏感应器。

所述压力传感器均匀遍布足底，距离传感器三个，放置在脚足底正中线足尖、足中心和足跟处；脉搏传感器放置在前脚掌；机械柱子和传感器连接在一起，传感器在柱子最顶上。

所述存储数据包括体重、身高、心跳、脊柱是否正常，是否有侧弯，关节是否有变形；所述正常步态的数据包括站立、正常行走、加快行走和慢跑的数据，所述数据步态正确，没有内侧翻、外侧翻、摇摆，或落脚点偏前或偏后的缺陷。

所述人工智能中心包括主控制器、电脑终端、电池、开关和无线通信模块，所述的主控制器分别与距离传感器、压力传感器、机械部、电池、开关、无线通信模块相连。无线通信模块安装在足跟处，与电脑终端通信。

其中，所述人工智能中心收集信息的方法为：

1)在医生的指导下，录入正常步态的数据(包括站立、正常行走、加快行走和慢跑，确保录入的步态正确，没有内侧翻、外侧翻、摇摆，或落脚点偏前或偏后等缺陷，身高与每一步的距离相关，体重与足部压力相关，心跳与正常行走与慢跑相关)，对数据进行预处理，主要包含删除重复数据、删除无效数据、补充缺失数据、3delta处理等，建立使用者正确足部模型；

2)收集使用者平时走路、慢跑的足底信息，建立使用者当前足部模型；

3)对比使用者正确足部模型和当前足部模型，人工智能中心建立一个渐变程序，分批次联通机械部，模拟出介于当前足部模型和正确足部模型之间的步态模型，逐步调整使用者步态；

所述机械部初始状态和使用者足底平齐，类似普通鞋垫。

另外，本发明还提供了一种鞋垫或鞋子。

一种基于人工智能的训练正常步态的鞋垫或鞋子,包括如下基于人工智能的训练正常步态的装置。

基于人工智能的训练正常步态的装置，所述的装置包括三个部件：

优选的，所述装置的机械部嵌入鞋底内部并铺满整个鞋底，用于检测整个脚掌对鞋底的压力变化。

一种训练正常步态的装置，可以制作成鞋垫，也可以制作成鞋子。以鞋子为例，包括左右两只鞋子，各种传感器，如距离传感器、压力传感器、脉搏传感器，无线传输模块与人工智能控制系统主控制器相连，主控制器通过无线传输模块与终端相连，机械末端，电池和开关。

所述的压力传感器均匀遍布足底，距离传感器三个，放置在两只脚足底正中线足尖、足中心和足跟处。脉搏传感器放置在前脚掌。机械柱子和传感器连接在一起，传感器在柱子最顶上，开关安装在足跟处，和电池并排，所述的控制系统包括主控制器和无线通信模块，所述的主控制器分别与距离传感器、压力传感器、机械部、电池、开关、无线通信模块相连，所述的无线通信模块用于与电脑终端通信。

所述的训练正常步态的装置的训练方法是：

双击开关开启系统，主控制器和电脑终端建立联系，输入使用者的个人信息，包括年龄，性别，身高，体重，疾病史；对使用者进行问诊，在本系统中，对使用者进行问诊时，使用者针对该问诊以“是”或“否”的形式回答。根据使用者的回答判断使用者的步态状况，从而能够根据使用者的步态状况而进一步提高人工智能主控制器所进行的矫正，提高时间效率和精度。

使用者双脚并拢，双脚与肩同宽，摆出正常步态，人工智能主控制器通过各个传感器获取使用者步态的基本信息，汇总到终端，终端结合使用者个人信息和已储存的医学专业知识，判断使用者步态是否正常，是否需要矫正。

使用者行走时，每一步都有大量的信息，并实时通过控制系统中的无线通信模块向终端发送，由终端进行汇总分析，用力是否正确，距离是否有偏移，重力有无前倾或后倾或左右摇摆。终端合成矫正足部模型，并将足部模型指令发送到机械部，机械部模拟出各种足的模型。这个模型，根据矫正幅度，可以分为几个档次，逐步微调，不强调一次到位。

根据本发明，使用正常步态训练装置的使用者能够与人工智能进行对话，获取自身行走步态的诊断和建议，使用者可以在本装置的帮助下逐步矫正异常步态，放松异常步态引起的肌肉紧张。

本发明提供一种训练正常步态的装置，这种装置可以做成但不限于鞋子、鞋垫的形状。这种装置基于人工智能，随时感应使用者行走步态并实时矫正异常步态。步态训练装置应该包括三个部件：信息收集器，人工智能中心和机械部。信息收集器由多个感应器组成，收集使用者的各种信息，包括体重，心跳，以及各种步态的形状，用力点；人工智能中心存储有基于与医学专业知识及医生经验相关的存储数据，正常步态以及各种异常步态(包括但不限于内八字、外八字、内翻、外翻等步态)的特征信息数据，能够判断出使用者的步态是否正常，并根据信息给出适当的建议；机械部由多根小圆柱体组成，遍布使用者足底，每个柱子和人工智能中心联系，由人工智能中心控制，初始状态和使用者足底平齐，人工智能在使用者走路时给出正常与否的诊断，在判断为步态错误的时候，根据信息库里相应的正确步态，指挥机械部小圆柱顶起，形成一个正确步态的模型，以达到实时纠正步态的结果。

附图说明

图1是本发明实施例1的系统框架图。

图2是本发明实施例2的鞋子结构图。

图3是本发明实施例2的鞋子分解图(其中A：机械部，B：无线发射装置，C：人工智能主控制器，D：电池，E：开关)。

具体实施方式

实施例1

一种基于人工智能的训练正常步态的装置，如图1所示：所述的装置包括三个部件：

2)人工智能中心：存储有基于与医学专业知识及医生经验相关的存储数据(如体重、身高、心跳、脊柱是否正常，是否有侧弯，关节是否有变形等)，正常步态(包括站立、正常行走、加快行走和慢跑，确保录入的步态正确，没有内侧翻、外侧翻、摇摆，或落脚点偏前或偏后等缺陷)以及各种异常步态的特征信息数据，对信息收集器的传输来的信息判断使用者的步态是否正常；若不正常，则根据存储的医学知识和医生经验的数据控制机械部；

所述信息收集器由多个感应器组成，所述感应器包括但不限于压力传感器、距离传感器，心跳感应器。

所述人工智能中心包括人工智能主控制器、电脑终端、电池、开关和无线通信模块，所述的主控制器分别与距离传感器、压力传感器、机械部、电池、开关、无线通信模块相连，所述的无线通信模块用于与电脑终端通信，控制开关的开关和用于供电的电池，开关和电池并排安装在足跟处。

所述人工智能中心存储有使用者的个人信息，包括年龄，性别，身高，体重，疾病史，可以预先录入，也可以通过电脑终端录入。

所述人工智能中心采用的算法包含但不限于逻辑回归、BP神经网络、SVM、决策树或随机森林。

所述人工智能中心收集信息的方法为：

4)在医生的指导下，录入正常步态的数据(包括站立、正常行走、加快行走和慢跑，确保录入的步态正确，没有内侧翻、外侧翻、摇摆，或落脚点偏前或偏后等缺陷，身高与每一步的距离相关，体重与足部压力相关，心跳与正常行走与慢跑相关)收集使用者足底信息，对数据进行预处理，主要包含删除重复数据、删除无效数据、补充缺失数据、3delta处理等，建立使用者基础足部模型；

5)接收使用者的步态信息，最后根据已存数据，判断出使用者的步态是否正常；

6)根据已存数据，给出最适当的建议，联通机械部，实时建立正常步态模型，调整使用者步态；

7)重复步骤5)和步骤6)，实时纠正使用者步态。所述机械部初始状态和使用者足底平齐，类似普通鞋垫。

实施例2

一种基于人工智能的训练正常步态的鞋子，包括左右两只鞋子，各种传感器，如距离传感器、压力传感器、脉搏传感器，无线传输模块与人工智能控制系统主控制器相连，主控制器通过无线传输模块与终端相连，机械末端，电池和开关。

所述的训练正常步态的装置的训练方法是：

Claims

1.一种基于人工智能的训练正常步态的装置，其特征在于，所述的装置包括三个部件：

2)人工智能中心：存储有基于与医学专业知识及医生经验相关的存储数据，录入正常步态的数据，以此为基础，对信息收集器的传输来的信息判断使用者的步态是否正常，并控制机械部随时更改；

3)机械部：由多根小圆柱体组成，遍布使用者足底，每个柱子和人工智能中心连接，受人工智能中心控制，形成不同的步态模型

其中，人工智能中心收集信息的方法为：

（1）录入正常步态的数据，对数据进行预处理，主要包含删除重复数据、删除无效数据、补充缺失数据、delta函数处理，建立使用者正确足部模型；

（2）收集使用者平时走路、慢跑的足底信息，建立使用者当前足部模型；

（3）对比使用者正确足部模型和当前足部模型，人工智能中心建立一个渐变程序，分批次联通机械部，模拟出介于当前足部模型和正确足部模型之间的步态模型，逐步调整使用者步态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：信息收集器收集的信息包括使用者体重，心跳，以及各种步态的形状，用力点信息。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述信息收集器由多个感应器组成，所述感应器包括但不限于压力传感器、距离传感器、脉搏感应器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述压力传感器均匀遍布足底，距离传感器三个，放置在脚足底正中线足尖、足中心和足跟处；脉搏传感器放置在前脚掌；机械柱子和传感器连接在一起，传感器在柱子最顶上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述存储数据包括体重、身高、心跳、脊柱是否正常，是否有侧弯，关节是否有变形；所述正常步态的数据包括站立、正常行走、加快行走和慢跑的数据，所述正常步态的数据步态正确，没有内侧翻、外侧翻、摇摆，或落脚点偏前或偏后的缺陷。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述人工智能中心包括主控制器、电脑终端、电池、开关和无线通信模块，所述的主控制器分别与距离传感器、压力传感器、机械部、电池、开关、无线通信模块相连；无线通信模块安装在足跟处，与电脑终端通信。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述机械部初始状态和使用者足底平齐，类似普通鞋垫。

8.一种基于人工智能的训练正常步态的鞋垫或鞋子,其特征在于：包括权利要求1-7任一所述的基于人工智能的训练正常步态的装置。

9.根据权利要求8所述的鞋垫或鞋子，其特征在于：所述装置的机械部嵌入鞋底内部并铺满整个鞋底，用于检测整个脚掌对鞋底的压力变化。