惯性步态测试装置
专利汇可以提供惯性步态测试装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种惯性步态测试系统，其特点是采用国内最小巧的 加速 度计 为 基础 元件，在国内外首先将先进的惯性导航技术引入人体步态参数测试系统，除可输出三轴向加速度外，还可方便地给出三向 力 、三向速度和三向位移量，使所测参数更全面准确。本实用新型适用面广，可用于医院骨科、矫形科检查病情；也可用于体育界运动员培训，还可用于工业领域，如对 机器人 的研制与控制，和多种移动物体的检测与控制等。，下面是惯性步态测试装置专利的具体信息内容。
1、一种惯性步态测试装置，其特征在于它是由惯性测量鞋与角度计、系统电路与信号调理电路和微机组成的：
a.惯性测量鞋分左足鞋和右足鞋、左接线板和右接线板、左电缆组和右电缆组，角度计设有左踝关节角度计、左膝关节角度计和左髋关节角度计，还设有相应的三个右角度计；
b.信号调理电路包括有：
①加速度计电路，②角度计电路，③系统电路，④电源电路，⑤时间机构、综合电路，⑥与微机的接口电路；
c.微型计算机(例如IBM-pc)包括：主机、输入键盘、显示屏、打印机、软件存储盘和六笔绘图仪等。
2、根据权利要求1所述的一种惯性步态测试装置，其特征是在惯性测量鞋底内装有三轴向加速度计，即在脚跟部、脚掌内侧和脚掌外侧装有三个单轴向加速度计。
一种惯性步态测试装置，它属于骨科，矫形科及体育生理用医学仪器。
骨科、矫形科病员及运动员的步态（含走步姿态、跑步与跳步姿态，下同）是检查病情、评定康复情况和指导运动员训练的重要指标。现有的步态测试设备有两种，一种为测力平台式：在试验走道当中的一块约（400×400）平方厘米的地板下面安装三向测力传感器，当被试足踏在其上时可记下三向力参数，再加上角度、时间等参数，就可以算出这一步“落地相”时间内的受力分布情况；另一种为测力靴式：在足跟和足掌内外侧相应位置上安装三个三向力传感器，被测试者穿上这种靴走步时可记下每一步的三向力参数；这两种方法虽然一种为固定式，一种为可移动式，各有其优缺点，但其共同点都是以测力传感器为基础的，因此在不增加更多设备的前提下，很难实现三向运动速度、三向运动加速度和三向位移量的测量，这就给完整准确地描述步态带来困难，更限制了其在体育运动领域中的应用。
本实用新型的目的是提供一种惯性步态测试装置，除可直接输出三向加速度参数外，还可同时输出三向力，三向运动速度和三向位移参数，再加上角度与时间参数，可以全面、准确地描述步态过程。
本实用新型是这样实现的：
1.它是由惯性测量鞋与角度计、系统电路与信号调理电路和微机组成的。惯性测量鞋分左足鞋和右足鞋、左接线板和右接线板、左电缆组和右电缆组，角度计设有左踝关节角度计、左膝关节角 度计和左髋关节角度计，还设有相应的三个右角度计；系统电路与信号调理电路包括有：①加速度计电路，②角度计电路，③系统电路，④电源电路，⑤时间机构、综合电路，⑥与微机的接口电路；微型计算机（例如IBM－pc）包括：主机、输入键盘、显示屏、打印机、软件存储盘和六笔绘图仪等。
在惯性测量鞋底内装有三轴向加速度计，即在脚跟部、脚掌内侧和脚掌外侧装有三个单轴向加速度计。
2.本实用新型的原理：“惯性步态测试系统”就是像在飞行器、舰船航行中采用的先进的惯性导航系统一样，在人体步态测试当中，引入惯性加速度传感器作为基础测量元件，除可直接输出三向加速度参数外，还可同时输出三向力，三向运动速度和三向位移参数，再加上角度与时间参数可以全面准确地描述步态过程，并可运用生物力学和运动力学的理论配以相应的软件去分析步态规律和了解其运动学机理。详见附图（7）。
3.主要元件选择：
〔1〕.A、B、C、D、E、F六个角度计可选用精密线绕电位计，转角范围0～180°，输入电压为6伏直流；
〔2〕.每只脚三组惯性加速度计，每组三个单向加速度计，分别检测沿X、Y、Z三轴向的加速度ax、ay、az，均用我们自己研制的重量仅一克的、外形为（5×5×12）立方毫米的微型加速度计，三个组合在一起外形为（17×12×5）立方毫米。
4.测试过程：（以左脚为例）
按附图2Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置安放好三组加速度计，给被试者穿上惯性测量鞋，并在如图1所示的A、B、C位置安放好踝、膝、髋关节的转角角度计，联接好各电缆接头；在试验场地一端测 好被试者体重、身高（h）和直立时三个角度计距地面高度（hA、hB、hC）；在微机键盘上输入被试者原始情况：姓名、性别、年龄、病历号、民族、籍贯、体重、身高（h）和hA、hB、hC、诊断、日期等；被试者自然站立在出发位置，操作者按下工作准备键；系统应答后，被试者自然走步向前进，每一时刻的各点各向加速度值、角度值都同时输入微机；大约走4～8步停下来后，自动显示、打印或描画出：（1）被试者原始情况；（2）步态变化的形象示意图；（3）按需要在同一时间座标轴上给出加速度a、力f、速度v、位移l、角度αA、αB、αC的分量图或综合量图；（4）按需要给出分别以各被测量参数为纵横坐标的相关图，例如：
αA－a、αA－f、αA－v、αA－l；
αB－a、αB－f、αB－v、αB－l；
αC－a、αC－f、αC－v、αC－l………；
将测试结果存储，以备以后调用。
5.下面结合附图进一步说明：本实用新型共有七张图：
图1是惯性鞋与角度计安装示意图。
图2是惯性鞋底内三轴向加速度计安装位置图。
图3是每组三个单向加速度计敏感方向示意图。1～6均相同，此图以1为例。
图4是微型压阻式加速度计电路图。硅压阻电桥R1＝R2＝R3＝R4＝（1～3）KΩ。
图5是角度计电路图（为一环形电位计）。
图6是系统电路图。加速度计共9个，9路电路，图中只画一路；角度计共3个，3路电路，图中只画一路。
图7是工作原理方框图。
附图1中给出了惯性鞋与角度计安装示意图。其中：①为左足鞋；②为左接线板；③为左电缆组；④为右足鞋；⑤为右接线板；⑥为右电缆组；A为左踝关节角度计；B为左膝关节角度计；C为左髋关节角度计；D为右踝关节角度计；E为右膝关节角度计；F为右髋关节角度计。
坐标方向：X为前后方向，向前为正；
Y为左右方向，向左为正；
Z为上下方向，向上为正。
附图2中给出了惯性鞋底内三轴向加速度计安装位置示意图，其中：左脚跟部为Ⅰ，包括Ⅰx、Ⅰy、Ⅰz三个单轴向加速度计；
左脚掌内侧为Ⅱ，包括Ⅱx、Ⅱy、Ⅱz三个单轴向加速度计；
左脚掌外侧为Ⅲ，包括Ⅲx、Ⅲy、Ⅲz三个单轴向加速度计；
右脚跟部为Ⅳ，包括Ⅳx、Ⅳy、Ⅳz三个单轴向加速度计；
右脚掌内侧为Ⅴ，包括Ⅴx、Ⅴy、Ⅴz三个单轴向加速度计；
右脚掌外侧为Ⅵ，包括Ⅵx、Ⅵy、Ⅵz三个单轴向加速度计；
坐标方向：X为前后方向，向前为正；
Y为左右方向，向左为正；
Z为上下方向，向上为正。
图2中，因是平面图，Z为垂直纸面方向，⊙为正。
附图3给出了（Ⅰ～Ⅵ六个测点）每个测点的三个单轴向加速度计的敏感方向示意图。
坐标方向：X为前后方向，向前为正；
Y为左右方向，向左为正；
Z为上下方向，向上为正。
图4加速度计电路图。3个为一组，分别测量ax、ay、az；每支脚分布三个测点，这样共要9个单轴向的微型加速度计；
图5角度计电路图。实际上就是个精密环形电位计。每个下肢配三个，对应测出踝关节，膝关节，髋关节在人前进方向的竖直平面内的角度变化。
图6系统电路图中因为对应9个加速度计的放大线路和对应三个角度计的放大线路都一样，所以在图中只画出了 1/9 和 1/3 ，其余均省略了。
微型加速度计及角度计的电源－－6伏直流，共12路，每个都为独立供电；及系统选用的低漂移放大集成电路块所用电源±15伏直流，可以用标准的多路电源供电；也可以自己制电源板；甚至用蓄电池供电。时间机构、综合电路与微机的接口电路省略，因这些电路都是通用的技术。
本实用新型的优点：
1.采用我们自己研制的国内最小巧的加速度计为基础元件，在国内外首先将先进的惯性导航技术引入人体步态参数测试系统，除可输出三轴向加速度外，还可以方便地给出三向力、三向速度和三向位移量，使所测参数更全面准确，因而开创了由运动学的高度去真实地反映与研究步态的新阶段；
2.适用面广：在与遥测系统联接后可供运动员训练时使用，无论走、跑、跳、跨、投掷……，都可提供可靠的客观参数，成为评定运动员素质、改进训练方法的可靠依据；如扩展到工业领域，可用于机器人的研制与控制，多种移动物体的检测与控制等。
实施例：受试者感觉舒适自然，因此更符合真实情况；医生们认为所得生物力学、运动力学参数丰富全面、操作简单、重复性好，在医院、康复中心、运动员训练基地等部门有推广应用的价值。
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