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专利号: 2017107024104
申请人: 南京信息职业技术学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种少儿步姿检测鞋,包括鞋面和鞋底,其特征在于,所述鞋底包括上鞋底和下鞋底,上鞋底和下鞋底之间设有步姿检测电路;所述步姿检测电路包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块、存储器和电源,第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块和三轴加速度计分别与单片机连接,单片机分别与无线通信模块和存储器连接,电源分别与第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块和存储器连接;穿上时,第一压力传感器位于第一跖骨位置,第二压力传感器位于第五跖骨位置,第三压力传感器位于跟骨位置,MPU6050模块、三轴加速度计、单片机、无线通信模块、存储器和电源位于足弓位置。

2.根据权利要求1所述的少儿步姿检测鞋,其特征在于,所述无线通信模块为蓝牙模块。

3.根据权利要求1所述的少儿步姿检测鞋,其特征在于,所述电源为压电发电装置。

4.一种少儿步姿检测方法,其特征在于,应用于权利要求1-3任意一项所述的少儿步姿检测鞋,包括以下步骤:S1、获取由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、三轴加速度计和MPU6050模块采集的标准步姿参数,所述标准步姿参数包括标准前脚掌第一跖骨压力、标准前脚掌第五跖骨压力、标准后跟跟骨压力、标准三轴加速度和标准三轴角速度;

S2、对S1获取的标准步姿参数进行处理,获得标准步姿数列{X0(1),X0(2),X0(3),X0(4),X0(5),X0(6)},其中X0(1)表示标准第一跖骨压力比,X0(2)表示标准第五跖骨压力比,X0(3)表示标准跟骨压力比,X0(4)表示标准水平偏移角度,X0(5)表示标准步高,X0(6)表示标准步长,具体处理步骤为:S2.1、计算标准第一跖骨压力比 标准第五跖骨压力比

标准跟骨压力比 其中y0(1)是第一

压力传感器采集的标准前脚掌第一跖骨压力,y0(2)是第二压力传感器采集的标准前脚掌第五跖骨压力,y0(3)是第三压力传感器采集的标准后跟跟骨压力;

S2.2、利用下式计算标准水平偏移角度:

其中q0=quat[0]/q30,q1=quat[1]/q30,q2=quat[2]/q30,q3=quat[3]/q30,quat[0]、quat[1]、quat[2]和quat[3]是MPU6050模块将采集的标准三轴角速度转换后的四元数,q30=1073741824;

S2.3、计算标准步高 和标准步长 其中步行时间

常数 fcutoff为截止频率, vz

(0)=0,vy(0)=0,Azj(n)=Azd(n)-Azg(n),Ayj(n)=Ayd(n)-Ayg(n),n为正

整数, dt为采样周期,Ayd,Azd分别表示三轴加速度计采集的标准三轴加速度中的y,z轴方向上的加速度;

S3、获得由第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、三轴加速度计和MPU6050模块采集的实时步姿参数,所述实时步姿参数包括实时前脚掌第一跖骨压力、实时前脚掌第五跖骨压力、实时后跟跟骨压力、实时三轴加速度和实时三轴角速度。

S4、采用与S2相同的方法对实时步姿参数进行处理,获得第i步的实时步姿数列{Xi(1),Xi(2),Xi(3),Xi(4),Xi(5),Xi(6)},其中Xi(1)表示第i步的实时第一跖骨压力比,Xi(2)表示第i步的实时第五跖骨压力比,Xi(3)表示第i步的实时跟骨压力比,Xi(4)表示第i步的实时水平偏移角度,Xi(5)表示第i步的实时步高,Xi(6)表示第i步的实时步长;

S5、使用下式计算第i步的实时步姿数列与标准步姿数列之间的方差:

其中

S6、将第i步的方差MSDi与阈值MSD相比较,若MSDi>MSD,生成第i步步姿不正确信息通过无线通信模块发出,若MSDi≤MSD,生成第i步步姿正确信息通过无线通信模块发出。