利用压力传感器的脚趾离地检测方法与流程

本发明涉及一种用于确定脚趾离地(toe off)的方法。更准确地说，本发明涉及一种利用包括多个感测单元的鞋垫来确定脚趾离地的方法。本发明还涉及一种用于执行该方法的步骤的计算机程序产品。背景技术：1、在各个领域，例如医疗领域或体育训练，通常希望在步态周期中确定用户的脚不再接触地面的时间，从而确定站姿阶段的结束和摆动阶段的开始(分别为图1中的p1和p2)。这个时间被称为脚趾离地。2、为此，常常使用感测单元。为了尽可能精确地获取脚趾离地，每个感测单元测量的信号必须准确反映施加到所述感测单元的压力。然而，感测单元中通常使用的介电材料会有延迟(也称为弹性恢复)。这种延迟是在施加到感测单元的压力的衰减过程中发生的一种现象，其表现为来自该单元的与压力变化相比有所推迟的信号衰减。因此，当施加到该单元的压力为空时，感测单元仍会测量到信号。因此，在测量来自感测单元的压力变化时，这种现象会导致几毫秒量级的时间推迟。就步态而言，延迟发生在预摆动阶段(图1中的p15)期间，即用户的脚刚好离开地面之前。因此，由于延迟而导致的时间推迟会导致对用户的脚不再接触地面(脚趾离地)的时间的确定的精度损失。3、已知的利用感测单元确定脚趾离地的方法并不令人满意。4、实际上，一些已知的方法使用数千个感测单元来捕捉每个脚步的几何形状和相对排列随时间的变化。此外，一些已知的方法需要将从各种传感器(例如压力传感器、摄像头、陀螺仪、角速度传感器等)捕获的数据进行组合，这使得该方法复杂、耗时且繁琐。此外，这些系统价格昂贵，并且只能在临床和受控实验室环境中使用。此外，由于分析是在受限且受控的环境中进行的，因此患者可能无法表现出他们的自然运动模式，因为只能观察到有限数量的跨步/姿态。5、本发明的目的是提供一种更精确、更可靠或可以在受控实验室环境之外以更低成本进行的脚趾离地检测方法。技术实现思路1、为此，本发明涉及一种利用鞋垫确定脚趾离地的方法，所述鞋垫包括控制器和多个感测单元，所述方法包括：2、-识别释放时段，3、-在释放时段期间：4、○通过控制器收集来自每个感测单元的测量信号，5、○对于每个感测单元：6、■如果所述信号大于或等于预定单元校准阈值，则通过控制器输出该信号，7、■如果所述信号小于所述预定单元校准阈值，则通过控制器输出空输出，8、○根据总输出信号计算感测单元的总信号，以及9、○当总信号小于预定脚趾离地阈值时触发脚趾离地的输出，10、其中，释放时段是施加在感测单元上的负载正在减小的时间段，并且11、其中，预定单元校准阈值是在校准阶段期间针对每个感测单元所确定的值，这些值被确定为卸载阶段期间当施加的负载变为的空时由所述感测单元测量的信号。12、实际上，该方法仅在释放时段期间执行，与在整个步态周期期间执行的已知方法相比，这可以降低鞋垫的能量消耗。13、此外，对于每个感测单元，如果信号小于预定单元校准阈值，则输出空输出，这允许抑制由感测单元的延迟等产生的大部分噪声信号，从而允许更精确的方法。14、此外，当总信号小于预定脚趾离地阈值时，触发脚趾离地的输出，这允许校正任何可能剩余的噪声信号。15、最后，该方法仅基于包含在鞋垫中的感测单元。这使得该方法比已知方法更便宜，并且允许在受控实验室环境之外执行该方法。16、根据本发明的另一个有利方面，预定脚趾离地阈值对应于5至40n之间的力。17、根据本发明的另一个有利方面，识别释放时段包括：18、-通过控制器收集来自每个感测单元的测量信号，19、-根据测量信号计算总信号，20、-将该总信号与前一时刻计算出的总信号进行比较，并且21、-根据该比较，当前一时刻计算出的总信号大于该总信号时，触发释放时段开始的确定。22、根据本发明的另一个有利方面，当总信号对应于小于300n的力时，执行触发释放时段开始的确定。23、这是有利的，因为这避免了由于每个感测单元的噪声而引起的任何错误触发，这种错误触发可能意味着在实际释放时段之外，前一时刻计算出的总信号大于当前总信号。24、根据本发明的另一个有利方面，该方法还包括，在识别释放时段之前，确定脚跟着地(heel strike)，包括：25、-通过控制器收集来自每个感测单元的测量信号，26、-根据收集到的信号计算总信号，并且27、-当该总信号超过预定脚跟着地阈值时，触发脚跟着地的确定。28、该确定允许提高该方法的精度。实际上，通过包括该确定，释放时段仅在站姿阶段(即当脚在地面上时)期间被识别。这可以避免释放时段由于来自感测单元的噪声测量结果而在摆动阶段期间被识别。29、此外，由于这允许仅在站姿期间执行用于识别释放时段的计算，因此与在整个步态周期期间执行的已知方法相比，该方法消耗的能量更低。30、最后，脚跟着地的确定还允许以更高的精度确定脚与地面之间的接触的持续时间(即脚跟着地和脚趾离地之间的持续时间)。31、根据本发明的另一个有利方面，预定脚跟着地阈值对应于5至40n的力。32、根据本发明的另一个有利方面，总信号被计算为控制器输出的信号的总和。33、在本发明的一个有利方面中，感测单元测量压力，并且总信号是压力场的积分，所述压力场是控制器输出的压力信号的空间插值。34、根据本发明的另一个有利方面，至少一个感测单元是电容式压力单元或力感测单元。35、根据本发明的另一个有利方面，校准阶段是通过测量感测单元对于在0.12到0.7秒内负载从其最大值减小到零(这与通常的步态行为相对应)的动态响应来执行的。36、这可以提高该方法的精度。实际上，测量感测单元的动态响应允许将负载(压力或力)变化率考虑在内，因为它会改变感测单元的响应。37、根据本发明的另一个有利方面，感测单元沿鞋垫的表面分布。38、这允许以更高的精度计算沿鞋垫表面的负载分布。此外，感测单元的数量越多，所计算的总信号的值误差就越低。39、根据本发明的另一个有利方面，感测单元中的至少一个位于鞋垫的脚趾部分中。40、这一特点在正常步态中是有利的，在正常步态中，脚趾在预摆动阶段期间最后接触地面。实际上，由于脚趾离地是脚不再接触地面的时刻，因此在正常步态中，在鞋垫的脚趾部分中定位至少一个感测单元允许将预定脚趾离地阈值与鞋垫的至少脚趾部分对其有所贡献的总信号进行比较。41、根据本发明的另一个有利方面，感测单元中的至少一个位于鞋垫的脚跟部分中。42、这一特点在异常步态中是有利的，在异常步态中，脚趾在预摆动阶段期间不是最后接触地面。实际上，在异常步态中，在鞋垫的脚跟部分中定位至少一个感测单元允许将预定脚趾离地阈值与鞋垫的至少除脚趾部分以外的部分对其有所贡献的总信号进行比较。43、本发明还涉及一种包含指令的计算机程序产品，当程序被控制器执行时，指令使得控制器执行该方法的步骤。44、定义45、在本发明中，下列术语具有以下含义：46、“释放时段”指的是施加在感测单元上的负载(压力或力)正在减少的时间段。47、“步态周期”或“跨步”指的是步态过程中同一只脚的两次相同的连续事件之间的时间段。例如，如图1所示，右脚两次连续的脚跟着地p11之间的时间段。48、“带时间戳的数据”指的是由时间信息表征的数据，该时间信息识别数据被测量的时间。