Способ определения длины шага Советский патент 1992 года по МПК A61B5/11 

(Л

С

Использование изобретение относится к измерению механических величин и может быть использовано для определения длины шага человека животных и шагающих механизмов Сущность цель достигается определением последовательных постановок конечности на опору по максимальному пиковому значению ускорения дистального сегмента конечности, а расстояние между постановками конечности на опору - путем определения составляющих ускорения для двух точек дистального сегмента конечности, расположенных на фиксированном расстоянии одна от другой и последовательного определения с помощью двойного интегрирования составляющих перемещения и угла поворота дистального сегмента конечности 1 ил

Изобретение относится к измерению механических величин и может быть использовано для определения длины шага человека, животных а также шагающих механизмов.

Известен способ измерения длины шага, предполагающий оборудование специальной дорожки, состоящей из нескольких слоев материала, фиксирующих отпечатки ног с последующим измерением длины шага, как расстояния между последующими отпечатками.

Недостатком данного способа является невозможность его применения в естественных условиях движения человека Аналогичным недостатком обладает и способ измерения длины шага

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения длины шага предполагающий использование дорожки, состоящей из поперечных металлических

пластин, соединенных между собой через сопротивление. При этом на носке и на пятке шагающей ноги имеются контакты При реализации этого способа постановка конечности на опору определяется по замыканию контактов, а расстояние между положениями конечности во время шага - по изменению сопротивления замыкаемой цепи.

Цель изобретения - повышение достоверности определения длины шага путем обеспечения возможности проведения измерений в естественных условиях выполнения локомоторного акта.

Цель достигается определением последовательных постановок конечности н а опору по максимальному пиковому значению ускорения дистального сегмента конечности, а расстояния между постановками ко- не«ности на опору - путем определения составляющих ускорения для двух точек диvi

V4

СК Ю

стального сегмента конечности, расположенных на фиксированном расстоянии друг от друга и последовательного определения с помощью двойного интегрирования составляющих перемещения и угла поворота дистального сегмента конечности.

Процесс осуществления способа иллюстрируется чертежом.

На чертеже От и 02 - точки, для которых измеряются составляющие ускорения датчиками. OiXi и OiYi - направления измерения составляющих ускорения тбчки Oi, a ОаХз и 02Y2 - направления измерения составляющих ускорения точки О2. X и Y - оси координат, совпадающие по ориентации с осями OiXi и OtYi в момент постановки конечности на опору и сохраняющие постоянную ориентацию во время совершения шагательного движения.

Направление измерения ускорения датчиками каждой пары поворачивается вместе с поворотом конечности, выполняющей шагательное движение, и для определения перемещения конечности необходимо знать проекции ускорений, измеряемых датчиками на оси координат X и Y:

ах ау, sin tp + аХ( cos p Эу -aX| sin (p + аУ| cos p

где ах - проекция ускорения точки Oi на ось ОХ, а ау - проекция ускорения точки Oi на ось ОY, р - угол поворота линии, соединяющей точки закрепления пар датчиков по отношению к ее положению в момент постановки конечности на опору, ах, - ускорение, измеряемое датчиком 01x1, ay) - измеряемое датчиками 01У1.

Перемещение точки Oi в системе координат XOY может быть вычислено двойным интегрированием:

Х /Jaxdt Y- J/aydt

Определение угла р производится по разности перемещения точек Oi и 02 по составляющим ускорения oixi и 02x2. Эта разность обуславливается величиной угла поворота линии ОЮ2 по отношению к положению в момент постановки конечности на опору.

Поскольку при повороте точки 02 по отношению к точке Oi направление измерения ускорения О2Х2 совпадает с касательной к окружности с центром в точке От и радиусом, равным расстоянию I между точками 01

0

5

и 02, угол поворота в радианах будет определяться по формуле

Дх Д х Х2 - XL a xi - перемещение, полученное двойным интегрированием составляющей ускорения oixi, a X2 - аналогичная величина для составляющей 02x2.

Таким образом, определяя моменты постановки конечности на опору, измеряя составляющие ускорения для точек конечности Ot и 02, расположенных на фиксированном расстоянии и проведя двойное интегрирование ускорения между постановками конечности на опору, получаем перемещение точки От, составляющее длину шага

Способ осуществляется следующим образом.

К конечности, совершающей шагательное движение, прикрепляют две пары датчиков ускорения, причем точки закрепления этих пар (Oi и 02) расположены на постоянном расстоянии друг от друга, Датчики, составляющие пару (61X1 и OiYi, 02X2 и P2Y2) ориентированы так, что направления измерения ими ускорения расположены под прямым углом (т. е. OiXilOiYi и 02X2102Y2). При этом направления измерения ускорения OiXi параллельны 02X2, a OiYi - соответственно 02Y2, При постановке конечности на опору датчики ускорения реализуют импульс пикового характера, по которому фиксируются моменты начала и

окончания шага, при появлении пикового импульса начинают последовательное выполнение двойного интегрирования ускорений, измеряемых каждым датчиком (т. е, вычисление перемещений Xi и Х2, YI и Y2),

вычисление разности перемещений точек Oi и 02 { А X), определение угла поворота конечности по отношению к. ее положению в момент постановки на опору и тригонометрических функций (sin р и cos р), вычисление по приведенным формулам перемещения конечности по вертикали и горизонтали и длины шага.

При повторной постановке конечности на опору, сопровождающейся появлением

импульса пикового характера, происходит завершение вычислительных операций и начинается новый цикл измерения длины шага. Описанные операции могут быть осуществлены посредством аналоговой) или

цифровой ЭВМ по известным программам и алгоритмам.

Формула изобретения Способ определения длины шага, состоящий в определении последовательных постановок конечности на опору и измерении расстояния между ними, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения длины шага путем проведения измерений в естественных условиях выполнения локомоторного акта, последовательные постановки конечности

////////////7///////////////////////

на опору определяют по максимальному пиковому значению ускорения дистального сегмента конечности, а расстояние между постановками на опору - путем определения составляющих ускорения для двух точек дистального сегмента конечности, расположенных на фиксированном расстоянии одна от другой, и последовательного определения с помощью двойного интегрирования составляющих перемещения и угла поворота дистального сегмента конечности, определяют длину шага.