基于足底壓力測(cè)量的步態(tài)識(shí)別與預(yù)測(cè).pdf

1、外骨骼機(jī)器人是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，在軍事和醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。對(duì)外骨骼機(jī)器人的一個(gè)基本要求是能夠穩(wěn)定的跟隨人的行為，故而及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別人的步態(tài)對(duì)外骨骼的控制至關(guān)重要。步態(tài)識(shí)別算法通常需要多種類型傳感器的數(shù)據(jù)作為參考，這增加了外骨骼機(jī)器人傳感器系統(tǒng)的復(fù)雜性，也加重了信號(hào)處理的負(fù)荷。
　　人在行走過(guò)程中，足底與地面的接觸力具有周期性，是重要的步態(tài)數(shù)據(jù)，分析其與下肢關(guān)節(jié)角度之間的相關(guān)性，試圖通過(guò)壓力信號(hào)來(lái)判斷關(guān)節(jié)角度的變化趨勢(shì)以達(dá)

2、到減少外骨骼系統(tǒng)傳感器數(shù)量的目的。因此需要根據(jù)關(guān)節(jié)角度變化情況重新定義步態(tài)周期，并利用壓力數(shù)據(jù)完成步態(tài)識(shí)別。由于系統(tǒng)延時(shí)，為了實(shí)時(shí)的跟隨人的行為，外骨骼機(jī)器人必須對(duì)人的步態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　本文首先設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套足底壓力測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一套壓力鞋墊和一個(gè)信號(hào)處理模塊，電池供電。其能夠?qū)崟r(shí)地采集人行走過(guò)程中的足底壓力信號(hào)而不影響人的行為，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、放大、采樣和存儲(chǔ)。結(jié)合姿態(tài)傳感器，該系統(tǒng)即能同時(shí)采集到壓力信號(hào)與關(guān)節(jié)角度信

3、號(hào)。
　　然后分別從足底壓力數(shù)據(jù)和關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)對(duì)人的步態(tài)進(jìn)行特征分析，并從相關(guān)系數(shù)和單調(diào)性分析了壓力數(shù)據(jù)與同側(cè)和對(duì)側(cè)關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)的相關(guān)性，根據(jù)二者的關(guān)系重新劃分了步態(tài)周期，并定義了兩個(gè)步態(tài)特征，并根據(jù)步態(tài)特征完成步態(tài)識(shí)別的工作。
　　其次利用LMS和RLS自適應(yīng)濾波算法對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)仿真確定了算法的關(guān)鍵參數(shù)。利用預(yù)測(cè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行步態(tài)識(shí)別，以此達(dá)到步態(tài)預(yù)測(cè)的目的。
　　最后在信號(hào)處理模塊中實(shí)現(xiàn)了LMS預(yù)測(cè)算法和