基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統的制作方法

基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及矯正系統，具體地，涉及一種基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統。
【背景技術】
[0002]人體步態對行走時平衡性、關節負載有很大影響。不合理的步態會導致摔跤概率增大，關節軟組織損傷，進而對人體健康產生巨大的影響。傳統步態矯正通過理療師眼看嘴說指導患者調整步態，可穿戴步態矯正系統則能代替理療師幫助患者進行步態矯正。
[0003]傳統的步態矯正系統主要基于視覺捕捉系統進行步態訓練，然而視覺捕捉系統成本很高并且僅限于室內。由于步態矯正周期很長，并且使用者需要到指定的實驗室或醫院進行訓練，費用又十分昂貴，因此普及率很低。

【發明內容】

[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統。
[0005]根據本發明提供的基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統，包括傳感反饋裝置和數據處理裝置；
[0006]其中，所述傳感反饋裝置無線連接所述數據處理裝置；
[0007]所述傳感反饋裝置用于粘附在使用者各個部位并將采集到的傳感器信息發送給數據處理裝置以及接收并執行所述數據處理裝置的反饋指令；
[0008]所述數據處理裝置用于根據所述傳感器信息計算出人體步態參數，并將所述人體步態參數和理想步態參數進行對比計算出反饋參數，進而將根據反饋參數生成的反饋指令發送至所述傳感反饋裝置以矯正使用者的步態。
[0009]優選地，所述傳感反饋裝置包括第一無線模塊、傳感器、第一 CPU以及振動器；
[0010]其中，所述第一無線模塊、所述傳感器以及所述振動器均連接所述第一 CPU ;
[0011]所述傳感器用于采集傳感器信息；
[0012]所述第一無線模塊用于將傳感器信息發送給數據處理裝置以及接收數據處理裝置發出的反饋指令；
[0013]所述第一 CPU用于獲取所述傳感器信息后將傳感器信息發送至所述第一無線模塊并根據反饋指令控制振動器工作；
[0014]所述振動器通用于根據所述反饋指令提供振動反饋提醒使用者進行相應的步態調整。
[0015]優選地，所述數據處理裝置包括第二無線模塊、第二 CPU、顯示模塊、藍牙模塊、存儲卡以及USB接口 ；
[0016]其中，所述第二無線模塊、所述顯示模塊、所述藍牙模塊、所述存儲卡以及USB接口均連接所述第二 CPU ;
[0017]所述第二 CPU用于根據所述傳感器信息計算出人體步態參數，并將所述人體步態參數和理想步態參數進行對比計算出反饋參數，進而生成反饋指令；
[0018]所述第二無線模塊用于接收傳感反饋裝置的傳感器信息并發送反饋指令至傳感反饋裝置；
[0019]所述顯示模塊用于顯示所述人體步態參數和所述反饋參數；
[0020]所述藍牙模塊用于發送人體步態參數至手機客戶端至并接收手機客戶端的控制指令；
[0021]所述儲存卡用于存儲傳感器信息和反饋參數；
[0022]所述USB接口用于發送傳感器信息和反饋參數至電腦客戶端并接收電腦客戶端的控制指令。
[0023]優選地，所述傳感器包括加速度傳感器、陀螺儀以及磁力計；所述傳感器信息包括人體運動加速度信號、人體運動角速度信號和磁場信號；
[0024]所述加速度傳感器、所述陀螺儀以及所述磁力計均連接所述第一 CPU ;
[0025]所述加速度傳感器用于采集人體運動加速度信號；
[0026]所述陀螺儀用于采集人體運動角速度信號；
[0027]所述磁力計用于采集磁場信號。
[0028]優選地，所述傳感反饋裝置還包括第一電池；所述第一電池連接所述第一無線模塊、傳感器、第一 CPU以及振動器；
[0029]所述數據處理裝置還包括相連的電源管理模塊和第二電池；
[0030]所述第二電池連接所述第二無線模塊、第二 CPU、顯示模塊以及藍牙模塊；
[0031]所述電源管理模塊用于第二電池的充電控制，電量檢測和穩壓功能。
[0032]優選地，所述傳感反饋裝置的數量為多個；
[0033]多個所述傳感反饋裝置均無線連接所述數據處理裝置。
[0034]優選地，將所述人體步態參數和理想步態參數進行對比計算出反饋參數包括如下步驟:
[0035]步驟1:將傳感器信息進行拆分，得到傳感器原始數據，并進行濾波；
[0036]步驟2:基于傳感器融合算法，根據傳感器原始數據計算傳感器在大地坐標系下的角度；
[0037]步驟3:根據傳感器原始數據計算人體運動軌跡并得到人體運動方向向量；
[0038]步驟4:根據傳感器在大地坐標下的角度和人體運動方向向量，計算人體步態，并將人體步態和理想步態參數進行對比，進而生成反饋參數。
[0039]優選地，數據處理裝置根據傳感器信息對傳感器進行校正的具體過程，包括如下步驟:
[0040]步驟1:將傳感器信息進行拆分，得到傳感器原始數據，并進行濾波；
[0041]步驟2:基于傳感器融合算法，根據傳感器原始數據計算傳感器在大地坐標系下的角度；
[0042]步驟3:根據指定動作時理想時傳感器在大地坐標系下的角度和實際情況下傳感器在大地坐標系下的角度，估計傳感器的安裝誤差；
[0043]步驟4:對以后收到的傳感器信息進行校正，從而達到減小安裝誤差的目的。
[0044]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0045]1、本發明采用可穿戴設計，能夠根據需要安裝在人體各部位，測量人體各部位的慣性傳感器信息，從而準確實時測量現有步態，使用環境不受拘束；
[0046]2、本發明中數據處理裝置能夠根據理想步態生成的反饋指令發，實時提供反饋指導使用者調整步態；
[0047]3、本發明基于慣性傳感器測量人體步態參數，極大降低使用成本，采用實時反饋技術，精確矯正用戶步態，用戶可選擇多種步態矯正模式，適用范圍廣，數據可進行云同步，便于遠程監控。
【附圖說明】
[0048]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0049]圖1為本發明的結構示意圖。
[0050]圖中:
[0051]I為傳感反饋裝置
[0052]2為第一無線模塊；
[0053]3為傳感器；
[0054]4 為第一 CPU ；
[0055]5為第一電池；
[0056]6為振動器；
[0057]7為第二無線模塊；
[0058]8 為第二 CPU ；
[0059]9為顯示模塊；
[0060]10為藍牙模塊；
[0061]11為存儲卡；
[0062]12 為 USB 接口；
[0063]13為電源管理模塊；
[0064]14為第二電池；
[0065]15為數據處理裝置；
[0066]16為手機客戶端；
[0067]17為云存儲模塊；
[0068]18為電腦客戶端。
【具體實施方式】
[0069]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0070]在本實施例中，如圖1所示，本發明提供的基于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統包括傳感反饋裝置I和數據處理裝置15。傳感反饋裝置I根據要求粘附在使用者各個部位的皮膚上，并將采集到的傳感器信息通過第一無線模塊送給數據處理裝置。數據處理裝置根據所述傳感器信息計算出人體步態參數，并將所述人體步態參數和理想步態參數進行對比計算出反饋參數，進而生成反饋指令，再通過第二無線模塊將反饋指令發送給各個傳感反饋裝置以矯正使用者的步態。數據處理裝置將所述傳感器信息和反饋指令存儲在儲存卡內以便使用者進行數據的離線分析。數據處理裝置同時也會將人體步態參數和反饋指令通過藍牙模塊傳輸給手機客戶端或通過USB接口傳輸給電腦客戶端。用戶可以通過手機客戶端或電腦客戶端了解本發明提供的于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統的運行狀態，也能夠發送指令控制本發明提供的于可穿戴傳感和觸覺反饋的步態矯正系統的運行或調整參數。手機客戶端和電腦客戶端均會和云端服務器進行數據同步，以便用戶進行遠程監控。
[0071]傳感反饋裝置包括第一無線模塊、傳感器、第一 CPU、第一電池以及振動器。所述第一無線模塊、所述傳感器以及所述振動器均連接所述第一 CPU。所述第一無線模塊用于與數據處理裝置進行無線通信，將傳感器信息發送給數據處理裝置并接收數據處理裝置發出的反饋指令。傳感器包括加速度傳感器、陀螺儀以及磁力計，分別采集3軸加速度信息，3軸角速度信息和3軸磁場強度信息。第一 CPU用于傳感器信息的數據處理并根據反饋指令控制振動器工作。第一電池用于為第一無線模塊、傳感器、第一 CPU以及振動器供電。振動器通用于通過偏心輪的轉動提供振動反饋提醒使用者進行相應的步態調整。
[0072]數據處理裝置包括第二無線模塊7、第二 CPU、顯示模塊9、藍牙模塊10、存儲卡11、USB接口 12、電源管理模塊13和第二電池14。第二無線模塊用于與傳感反饋裝置進行通信，接收傳感反饋裝置的傳感器信息并發送反饋指令至傳感反饋裝置。第二 CPU用于根據所述傳感器信息計算出人體步態參數，并將所述人體步態參數和理想步態參數進行對比計算出反饋參數，