用惯性传感器测量脚的位置及其变化性

用惯性传感器测量脚的位置及其变化性(中文5000字,英文PDF)
摘要
像步长、步宽、周期这些步态参数以及它们各自的变化性被广泛应用于移动和行走功能的指标，因此步态及其变化性被应用于很多领域，比如衰老、跌倒风险,脊髓损伤,糖尿病神经病变和神经系统的健康状况，但是存在一个缺点，现在这些测量最好的方法是通过专业实验室的设备来获取，比如动作捕捉系统、仪表化通道，而这些设备可能在很多诊所以及日常活动中都是不可获取的。一个替代方法是在脚上或身体上安装惯性测量单元(IMUs)来收集移动数据。然而，由于存在与惯性数据相关联的漂移，很少有可以直接测量脚的位置的方法。我们开发了一种可以在在无限制的环境中测量脚的位置的方法，并且测试它能否准确的量化长距离行走的步态参数。这种方法通过接触地面来校正漂移，通过状态估计算法来提高角定位估计。我们让健康的成年人在地面上行走来测试这种方法，平均下来每次试验走93步，同时使用一个移动动作捕捉系统来提供参考数据。我们发现惯性测量单元估计的平均步长和持续时间与动作捕捉系统相比较的偏差在1%内，而步长和步宽的标准差与动作捕捉系统相比较的偏差在4%以内。尽管横向跨步的变化性可以被测量，但是步宽不能通过惯性测量单元直接测量。惯性传感器测量任意距离的行走,能输出统计中很准确的估计。因此步态可以在各种环境中被测量,甚至应用于日常行走的长期监测中。