基于足底壓力測量的步態(tài)識別與預(yù)測.pdf

1、外骨骼機器人是當(dāng)前的研究熱點，在軍事和醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。對外骨骼機器人的一個基本要求是能夠穩(wěn)定的跟隨人的行為，故而及時準(zhǔn)確地識別人的步態(tài)對外骨骼的控制至關(guān)重要。步態(tài)識別算法通常需要多種類型傳感器的數(shù)據(jù)作為參考，這增加了外骨骼機器人傳感器系統(tǒng)的復(fù)雜性，也加重了信號處理的負荷。
　　人在行走過程中，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，試圖通過壓力信號來判斷關(guān)節(jié)角度的變化趨勢以達

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)識別。由于系統(tǒng)延時，為了實時的跟隨人的行為，外骨骼機器人必須對人的步態(tài)進行預(yù)測。
　　本文首先設(shè)計并實現(xiàn)了一套足底壓力測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一套壓力鞋墊和一個信號處理模塊，電池供電。其能夠?qū)崟r地采集人行走過程中的足底壓力信號而不影響人的行為，并對信號進行調(diào)理、放大、采樣和存儲。結(jié)合姿態(tài)傳感器，該系統(tǒng)即能同時采集到壓力信號與關(guān)節(jié)角度信

3、號。
　　然后分別從足底壓力數(shù)據(jù)和關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)對人的步態(tài)進行特征分析，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，并定義了兩個步態(tài)特征，并根據(jù)步態(tài)特征完成步態(tài)識別的工作。
　　其次利用LMS和RLS自適應(yīng)濾波算法對壓力數(shù)據(jù)進行預(yù)測，通過仿真確定了算法的關(guān)鍵參數(shù)。利用預(yù)測后的數(shù)據(jù)進行步態(tài)識別，以此達到步態(tài)預(yù)測的目的。
　　最后在信號處理模塊中實現(xiàn)了LMS預(yù)測算法和