1.一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：包括可穿戴主体(1)、感知模块(2)、所述主控模块(3)和上位机。

所述可穿戴主体(1)包括n个可穿戴部件，其中，n‑1个可穿戴部件均设置有感知模块(2)，1个可穿戴部件设置有主控模块(3)；

所述感知模块(2)实时监测用户穿戴可穿戴主体(1)后的运动信号，并传输至主控模块(3)；

所述主控模块(3)对接收到的运动信号进行姿态解算，得到姿态解算结果；

所述主控模块(3)将姿态解算结果和运动信号发送至上位机；

所述上位机对姿态解算结果和运动信号进行解算，得到用户空间运动姿态。

2.根据权利要求1所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：所述感知模块(2)包括九轴惯性传感器；所述九轴惯性传感器包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计；

所述九轴惯性传感器监测用户的运动信号；所述运动信号包含3轴线性加速度传感信号、3轴陀螺仪传感信号、3轴磁力计传感信号；

所述九轴惯性传感器在人体下肢关节符合运动学范围内可移动；所述六个模块可拆卸。

3.根据权利要求2所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于，主控模块(3)对接收到的运动信号进行姿态解算的步骤包括：

1)建立用户姿态信息方程，即：

2 2 2 T

式中，参数i ＝j＝k ＝ijk＝‑1；u＝[ux，uy，uz]为地面坐标下物体旋转轴；θ为旋转角度；(q0，q1，q2，q3)为四元数；

2)建立旋转矩阵RG，即：

3)利用三轴陀螺仪进行四元数的姿态更新，得到更新后的陀螺仪四元数Qw，t，即：式中，Qt‑1为上一时刻校准好的估计四元数；Δt为时间间隔；

其中，陀螺仪四元数导数 如下所示：T

式中，wt＝[0，wx，wy，wz]为陀螺仪监测到的3轴陀螺仪传感信号；

3)利用梯度下降法得到梯度四元数，步骤包括：

3.1)分别计算加速度计的估计值 和加速度计的误差函数fa，即：‑1

式中， 是标准化后加速度计测量的值；旋转矩阵Rb＝(RG) ；gG＝[0，T

0，1]为重力加速度；

3.2)计算误差函数fa对四元数Q的偏导数，得到雅各比矩阵Ja，即：

3.3)计算加速度计误差函数的梯度 即：

3.4)设定中间变量hm，即：式中， 是标准化后磁力计测量的值；hx，hy，hz为中间变量的元素；

3.5)计算中间变量的估计值 和磁力计的误差函数fm；

3.6)计算误差函数fm对四元数Q的偏导数，得到雅各比矩阵Jm，即：

3.7)计算磁力计误差函数的梯度 即：

3.9)计算总体梯度 即：

式中，向量 向量

3.10)根据总体梯度 沿梯度反方向迭代更新梯度四元数 得到：其中，最优迭代步长μt如下所示：式中，α为增益；α＞1；

4)融合陀螺仪四元数与梯度四元数，更新最终的四元数。

式中，γt为权重；

5)通过式(17)对四元数进行更新，得到用户姿态解算结果，即：式中， 表示空间角。

4.根据权利要求1所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于，所述上位机对姿态解算结果和运动信号进行解算的步骤包括：

1)利用D‑H变换矩阵输出用户腿部关节的姿势，即：locankle‑to‑knee＝g(θ1，θ2，θ3，θ4)    (20)locankle＝locknee+locankle‑to‑knee     (21)式中，参数lu＝||locknee||；locknee是通过D‑H变换得到的膝盖位置；θ1、θ2、θ3分别是大腿股骨俯仰角、翻滚角、偏航角；θ4为小腿胫骨俯仰角；locankle‑to‑knee是脚踝和膝盖的相对位置；locankle是脚踝的绝对位置；

2)计算膝盖处运动速度vknee(t)，即：将膝盖处运动速度vknee(t)带入式(20)‑(21)，得到：式中：accell，t是小腿处惯性传感器测量的加速度值；Rot是转换到下肢坐标系的旋转矩阵；vv‑1为上一时刻的速度；

3)预测当前状态X(k|k‑1)，即：X(k|k‑1)＝A·X(k‑1|k‑1)+B·U(k)     (24)式中，A和B是参数矩阵；状态包括膝盖位置与膝盖速度；X(k‑1|k‑1)为上一状态最优预测值；U(k)为现在状态的控制量；

4)预测当前状态的协方差P(k|k‑1)，即：T

P(k|k‑1)＝A·P(k‑1|k‑1)A+N    (25)T

式中，P(k‑1|k‑1)是X(k‑1|k‑1)对应的协方差；A是A的转置矩阵；N是系统的噪声；

5)估计参考状态X(k|k)，即：X(k|k)＝X(k|k‑1)+kg(k)·(Z(k)‑H·X(k|k‑1))   (26)式中，kg(k)是k时刻的卡尔曼增益；H是测量参数；Z(k)是状态测量值；

其中，k时刻的卡尔曼增益kg(k)如下所示：T T ‑1

kg(k)＝P(k|k‑1)·H·(H·P(k|k‑1)·H+∑)    (27)式中，P(k|k‑1)为k‑1时刻的协方差；∑是观测分布的不确定度；

k时刻协方差P(k|k)如下所示：P(k|k)＝(1‑kg(k)·H)·P(k|k‑1)    (28)

6)根据膝盖位置、空间角 确定用户的空间运动姿态。

5.根据权利要求1所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：还包括用于上位机、主控模块(3)信息交互的通信模块(4)。

6.根据权利要求5所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：所述通信模块(4)为无线通信模块或有线串口通信模块。

7.根据权利要求5所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：还包括为感知模块(2)、主控模块(3)和通信模块(4)供电的供电模块(5)。

8.根据权利要求7所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：所述供电模块(5)包括充电模块、稳压放电电源板和锂电池；

所述充电模块用于为锂电池充电；

锂电池放电时，电压经过稳压模块稳压后为感知模块(2)、主控模块(3)和通信模块(4)供电。

9.根据权利要求7所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：还包括连接带(6)；

所述连接带(6)包括连接感知模块(2)与主控模块(3)的信号线，连接主控模块(3)与通信模块(4)的信号线，连接感知模块(2)、主控模块(3)、通信模块(4)、供电模块的供电线。

10.根据权利要求1所述的一种实时追踪人体下肢运动的穿戴设备，其特征在于：带有感知模块(2)的可穿戴部件为供用户下肢穿戴的绑带。