一种基于多传感器的步态相位实时检测系统.pdfVIP

2016年 第35卷 第2期 传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies) 91 DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02--0091-03 一 种基于多传感器的步态相位实时检测系统 周小华，李 娟，李伟达，李春光，胡海燕，张虹淼 (苏州大学 机电工程学院江苏省机器人技术与系统重点实验室，江苏 苏州215021) 摘 要：对人体步态相位进行准确实时的判断是智能假肢等康复机器人控制的基础，提出并建立了一种 实时状态相位检测系统。该系统包含了4只压力传感器和2只姿态传感器 ，能够准确地区分出平地行走 时足跟着地、足放平、足跟离地、足尖离地、摆动弯曲以及摆动伸展等五种状态相位，实验表明：该系统能够 适应不同测试者的不同步幅和步速，并能够应用在假肢的实时控制中。 关键词：智能假肢；步态相位；状态判断；传感器 中图分类号：TP242 文献标识码：B 文章编号：1000--9787(2016)02-0091-03 A real-timegaitphasedetection system basedonmulti-sensors ZHOU Xiao—hua，LIJuan，LIWei-da，LIChun-guang，HUHai—yan，ZHANGHong-miao (SchoolofMechanicalandElectricEngineering，SoochowUniversity，KeyLaboratoryof RoboticsandSystem ofJiangsuProvince，Suzhou215021，China) Abstract：Accurateand real—time gaitphase detection isbasis ofcontrolofintelligentprosthesisand other rehabilitationrobot。areal—timephasedetectionsystem iSproposed．Fourfootforcesensorsandtwoattitudesensors areusedinthesystem ，whichcandetectphasesofheelstrike，footflat，heeloff，toeoff，swingflexionand swing extendduringwalkingon levelground．The experimentalresultsshow thatthe system can adaptto different walkingvelocities，differentstridelengthofdifferentsubjects，andtheexperimentofprosthesiscontrolisperformed toprovethegaitphasedetectionsystem canbeusedtorealcontrolofprosthesis． Keywords：intelligentprosthesis；gaitphase；statejudgement；sensor 0 引 言 1 人体下肢运动规律分析与步态相位划分方法 人工假肢、助行机器人以及康复训练机器人等是中风、 人体行走过程是一个典型的节律性运动 ，根据图1(a) 偏瘫 、截肢患者等恢复行走能力和生活能力的主要手段。 所示的一个步态周期 内的踝关节力矩与角度关系 以及 机器人的控制方法是保证其穿戴者行走更 自然和安全的重 图1(b)所示的膝关节角度曲线，本文将人体行走的一个周 要因素。由于人体运动时具有典型的步态特征，基于状态 期划分为5个相位，即 CP(cont