1.一种基于行人足底力提取腿部动力特征值的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)基于人腿结构的受力特征建立动力学控制方程;
(2)基于动力学控制方程建立人腿状态矩阵方程;
(3)建立人腿结构的扩展Kalman状态更新方程和测量更新方程;
(4)建立扩展Kalman状态和测量更新计算流程;
(5)把测量的行人足底力代入所建立的扩展Kalman状态和测量更新计算流程,提取出人腿刚度和阻尼比参数。
2.根据权利要求1所述的基于行人足底力提取腿部动力特征值的方法,其特征在于,所述步骤(1)包括:基于人腿结构的受力特征建立动力学控制方程:其中,m、k、c分别为人体质量、腿刚度和阻尼;g为重力加速度,θ为人腿与重力方向之间的夹角, u分别腿部的轴向加速度、速度和位移,Z为足底力。
3.根据权利要求1所述的基于行人足底力提取腿部动力特征值的方法,其特征在于,步骤(2)包括:(21)设置t时刻的动力学控制方程的系统变量 状态矩阵状态向量 系统速度变量 其中,m、
k、c分别为人体质量、腿刚度和阻尼;g为重力加速度,θ为人腿与重力方向之间的夹角,u分别腿部的轴向加速度、速度和位移;
(22)建立人腿状态矩阵方程为
4.根据权利要求1所述的基于行人足底力提取腿部动力特征值的方法,其特征在于,所述步骤(3)包括:(31)建立人腿结构的扩展Kalman状态更新方程:Xi+1=ΦiXi+Γi+wi
其中,系统变量Xi+1为离散化条件下X(t)在ti+1时刻的值,Γi为系统向量;Φi+1表示Φ(ti+1,ti)在ti+1时刻的值, 为系统参数矩阵;wi为服从均值为0,协方差矩阵Q的正态分布噪声向量,下标i表示离散状态下时间点序号,i=1,...,n;n为计算步数;
(32)建立测量更新方程为:
Zi+1=Hi+1Xi+1+vi+1
其中,Hi+1=0.5[Xi+1(3)Xi+1(4)Xi+1(1)Xi+1(2)]为测量矩阵,Zi+1为所测得足底力,vi+1为服从均值为0,协方差矩阵R的正态分布测量噪声向量,Xi+1(j)表示Xi+1中的第j个元素。
5.根据权利要求1所述的基于行人足底力提取腿部动力特征值的方法,其特征在于,所述步骤(4)包括:(41)输入初始参数,所述参数包括:测试采样时间间隔Δt,计算步数n,刚度值k,阻尼值c,人体质量m,人腿与重力方向之间的夹角θ,腿轴向位移u和速度 初始状态估计噪声协方差矩阵R和Q;
(42)计算关联参数,包括:A、B、Φi、后验状态估计 Γi;
(43)按 计算先验状态估计;
(44)按 计算先验协方差估计矩阵Pi+1|i,其中,Pi|i为ti时刻的后验协方差估计矩阵,εi+1|i为ti时刻的先验误差向量;
(45)按 计算增益矩阵Ki+1,其中Hi+1为测量矩阵,其元素从 中提取;
(46)按 计算后验状态估计,其中Zi+1为ti+1时刻的足底力;
(47)按如下公式计算后验协方差估计矩阵:其中,εi+1|i+1为ti+1时刻的后验误差向量;
(48)判断是否遍历完计算步数n,遍历完则结束,否则返回步骤(42);每一时刻的cosθ取所测竖向地面反应力Fz与足底力Z的比值。