本發明涉及智能穿戴設備領域，尤其涉及一種下肢運動姿態的判斷方法、裝置和系統。

背景技術：

時下跑步運動越來越受人們追捧，但是每個人適用的運動方法不同，錯誤的跑步姿勢或者方法容易導致意外和身體的慢性損傷，所以指導分析個人跑步中存在問題并給出一個有效的跑步建議就變得尤為重要。

現有技術中的智能鞋墊主要用于精準計步、足部受力分析，以得到用戶準確的運動數據和狀態，但是，用戶并不知道自己的運動方式是否正確，是否會損傷肢體。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種下肢運動姿態的判斷方法、裝置和系統，能夠通過分析人體足底的壓力變化，判斷人體的運動姿態是否正確。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種下肢運動姿態的判斷方法，包括：

獲取人體的足底壓力值；

根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數；

根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確。

其中，根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數，包括：

在每一個步態周期中選取壓力峰值、壓力峰值時間點和零壓力值時間點；

所述零壓力值時間點包括第一零壓力值時間點和第二零壓力值時間點；

所述運動參數包括膝關節負荷率和加速能力；

膝關節負荷率為壓力峰值與落地時間的比值，其中，落地時間為第一零壓力值時間點到壓力峰值時間點經過的時長；

加速能力為壓力峰值與蹬地時間的比值，其中，蹬地時間為壓力峰值時間點到第二零壓力值時間點經過的時長。

進一步的，所述壓力峰值包括第一壓力峰值和第二壓力峰值，分別對應第一壓力峰值時間點和第二壓力峰值時間點；

相應的，

膝關節負荷率為第一壓力峰值與落地時間的比值，其中，落地時間為第一零壓力值時間點到第一壓力峰值時間點經過的時長；

加速能力為第二壓力峰值與蹬地時間的比值，其中，蹬地時間為第二壓力峰值時間點到第二零壓力值時間點經過的時長。

相應的，根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，包括：

若膝關節負荷率在第一閾值范圍內，則確定人體的落地姿勢正確；

若加速能力在第二閾值范圍內，則確定人體的蹬地姿勢正確。

進一步的，根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數，還包括：

在每一個步態周期中獲取足底壓力值為零的騰空時長和足底壓力值不為零的觸地時長；

計算騰空時長與觸地時長的比值，作為騰空觸地時間比。

相應的，根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，包括：

根據運動類型、騰空觸地時間比和預設標準，判斷人體的運動姿勢是否正確。

進一步的，計算騰空時長與觸地時長的比值，作為騰空觸地時間比，還包括：

分別計算左腳的騰空觸地時間比和右腳的騰空觸地時間比；

相應的，根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，包括：

若左腳的騰空觸地時間比和右腳的騰空觸地時間比的差的絕對值大于等于第三閾值，則確定人體的左右腳負荷不平衡。

第二方面，本發明提供一種下肢運動姿態的判斷裝置，包括：

獲取模塊，用于獲取人體的足底壓力值；

計算模塊，用于根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數；

判斷模塊，用于根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確。

第三方面，本發明提供一種下肢運動姿態的判斷系統，包括：穿戴裝置和上述的下肢運動姿態的判斷裝置；

其中，所述穿戴裝置上設置有至少一個壓力傳感器，用于感應人體的足底壓力值，并將感應到的足底壓力值發送至所述判斷裝置。

其中，所述穿戴裝置為智能鞋墊。

本發明的有益效果為：

本發明通過在運動過程中，獲取人體的足底壓力值來計算人體的運動參數，并根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，能夠指導用戶遵照正確的運動方法和運動姿勢進行鍛煉，以達到更好的運動效果，保證肢體不受損傷。

附圖說明

圖1是本發明實施例一和實施例二提供的下肢運動狀態的判斷方法的流程圖；

圖2是本發明實施例三提供的下肢運動狀態的判斷系統的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

實施例一

本實施例提供一種下肢運動姿態的判斷方法，適用于在運動過程中判斷人體的下肢部分的姿態是否正確。由一種下肢運動姿態的判斷裝置來執行，該裝置包括穿戴裝置和智能終端兩個部分，由軟件和硬件實現。

如圖1所示，該下肢運動姿態的判斷方法包括如下步驟：

s11，獲取人體的足底壓力值。

本實施例中，穿戴裝置為智能鞋墊，通過在智能鞋墊上設置的壓力傳感器采集人體運動過程中的足底壓力值。壓力傳感器分布在拇趾、跖骨和足跟等位置。

s12，根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數。

對于走路、跑步、三級跳、打球等運動，因人體的步伐變化，壓力傳感器采集到的足底壓力值會不斷變化，根據這些變化劃分步態周期，一個完整的步態周期包括支撐相和擺動相，其中支撐相又依次包括足跟觸地、前足觸地、全足支撐和前足蹬地四個階段。a、足跟觸地階段，足跟接觸地面到跖骨開始觸地，即從任意一個位于足跟的壓力傳感器的壓力數據不為零到任意一個位于跖骨的壓力傳感器的壓力數據不為零；b、前足觸地階段，跖骨開始觸地到前足完全觸地，即從任意一個位于跖骨的壓力傳感器的壓力數據不為零到位于拇趾和跖骨的全部壓力傳感器的壓力數據都不為零；c、全足支撐階段，前足完全觸地到后足離開地面，即從位于拇趾和跖骨的全部壓力傳感器的壓力數據不為零到任意一個位于足跟的壓力傳感器壓力數據為零；d、前足蹬地階段，足跟離開地面到整個足部離開地面，即從任意一個位于足跟的壓力傳感器壓力數據為零到全部的壓力傳感器壓力數據為零；前足蹬地階段后進入擺動相，全部壓力傳感器的壓力數據為零。

在每一個步態周期中選取壓力峰值、壓力峰值時間點和零壓力值時間點；所述零壓力值時間點包括第一零壓力值時間點和第二零壓力值時間點。

所述運動參數包括膝關節負荷率和加速能力。

膝關節負荷率＝壓力峰值/落地時間，落地時間為第一零壓力值時間點到壓力峰值時間點經過的時長，即從上一個步態周期中前足蹬地階段壓力為零開始到本步態周期中足跟觸地階段的時長，足跟觸地階段會出現壓力峰值。膝關節負荷率是針對足部落地的情況進行計算的，第一零壓力值時間點為上一個步態周期中前足蹬地階段全部的壓力傳感器壓力數據變為零的時刻。

加速能力＝壓力峰值/蹬地時間，蹬地時間為壓力峰值時間點到第二零壓力值時間點經過的時長。前足蹬地會出現壓力峰值，第二零壓力值時間點為本步態周期中前足蹬地階段全部的壓力傳感器壓力數據變為零的時刻。

部分跳躍動作的支撐相只有b階段和d階段，前足觸地后迅速蹬地，壓力數據出現在拇趾和跖骨的壓力傳感器上，此時，一個步態周期中只有一個壓力峰值。

進一步的，當一個步態周期的支撐相出現完整的a～d階段，則所述壓力峰值包括第一壓力峰值和第二壓力峰值，分別對應第一壓力峰值時間點和第二壓力峰值時間點；在足跟觸地階段出現第一壓力峰值，該時間點標記為第一壓力峰值時間點，在前足觸地階段出現第二壓力峰值，該時間點標記為第二壓力峰值時間點。

相應的，膝關節負荷率＝第一壓力峰值/落地時間，落地時間為第一零壓力值時間點到第一壓力峰值時間點經過的時長；加速能力＝第二壓力峰值/蹬地時間，蹬地時間為第二壓力峰值時間點到第二零壓力值時間點經過的時長。

s13，根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確。

若膝關節負荷率在第一閾值范圍內，則確定人體的落地姿勢正確；若膝關節負荷率大于第一閾值范圍，則確定人體的落地姿勢異常；此時膝關節的緩沖不足，負荷較大，該運動姿態對膝關節的損傷也較大；若膝關節負荷率小于第一閾值范圍，則確定人體的落地姿勢良好，緩沖能力強，膝關節負荷較小。

若加速能力在第二閾值范圍內，則確定人體的蹬地姿勢正確，加速能力正常；若加速能力大于第二閾值范圍，則確定人體的蹬地姿勢正確，加速能力良好，下肢的肌肉力量較好、收縮速度快，動作輕盈具有彈性；若加速能力小于第二閾值范圍，則確定人體的蹬地姿勢異常，加速能力差。

所述第一閾值范圍和所述第二閾值范圍根據實際情況和不同的運動項目、運動場地進行設置，可以根據大量實測數據分析得出。

另外，可進一步分析左右腳的膝關節負荷率和加速能力，當左右腳的差異較大時，說明左右腳受力或施力不平衡。

進一步的，在步驟s11之前，還包括：

判斷人體是否進入運動狀態，若是，執行步驟s11。

穿戴裝置上設置了加速度計，當加速度計的值符合某個預設規律，即可判斷人體在進行某項運動，確定人體進入運動狀態，此時穿戴裝置自動進入足底壓力值的采集狀態。

本實施例通過在運動過程中，獲取人體的足底壓力值計算人體的運動參數，并根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，能夠指導用戶遵照正確的運動方法和運動姿勢進行鍛煉，以達到更好的運動效果，保證肢體不受損傷，在實際生活中具有廣泛的應用場景。

實施例二

本實施例提供一種下肢運動姿態的判斷方法，在實現實施例一的判斷的同時進行。

如圖1所示，該下肢運動姿態的判斷方法包括如下步驟：

s11，獲取人體的足底壓力值。

s12，根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數。

在每一個步態周期中獲取足底壓力值為零的騰空時長和足底壓力值不為零的觸地時長，即擺動相的時長和支撐相的時長；計算騰空時長與觸地時長的比值，作為騰空觸地時間比。

此外，針對左右腳不同步的運動(如跑步)，分別計算左腳的騰空觸地時間比和右腳的騰空觸地時間比。

s13，根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確。

根據運動類型、騰空觸地時間比和預設標準，判斷人體的運動姿勢是否正確。預設標準與運動類型相關，不同類型的運動其判斷標準也不同。例如，對于彈跳類運動，騰空觸地時間比越大，說明彈跳能力越好，跳得高或者跳得遠；對于跑步一類的運動，若左腳的騰空觸地時間比和右腳的騰空觸地時間比的差的絕對值大于等于第三閾值，則確定人體的左右腳負荷不平衡。

本實施例通過在運動過程中，獲取人體的足底壓力值計算人體的運動參數，并根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確，能夠指導用戶遵照正確的運動方法和運動姿勢進行鍛煉，以達到更好的運動效果，保證肢體不受損傷，在實際生活中具有廣泛的應用場景。

實施例三

本實施例提供一種下肢運動姿態的判斷裝置，用于執行上述實施例所述的判斷方法，解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。

如圖2所示，該下肢運動姿態的判斷裝置32包括：獲取模塊320，計算模塊321和判斷模塊322。

獲取模塊320，用于獲取人體的足底壓力值。

計算模塊321，用于根據所述足底壓力值的變化劃分步態周期，并計算人體的運動參數。

判斷模塊322，用于根據所述運動參數判斷人體的運動姿態是否正確。

本實施例還提供一種下肢運動姿態的判斷系統，包括：穿戴裝置31和上述判斷裝置32；其中，所述穿戴裝置31上設置有至少一個壓力傳感器310，壓力傳感器310分布在拇趾、跖骨和足跟等位置，用于感應人體的足底壓力值，并將感應到的足底壓力值發送至所述判斷裝置32。

所述穿戴裝置31和所述判斷裝置32分別包括傳輸模塊，所述判斷裝置32與所述穿戴裝置31通過傳輸模塊連接，用于接收所述獲取模塊320獲取的足底壓力值，該連接可以是有線連接，也可以是無線連接。

所述穿戴裝置31還可包括存儲模塊，用于保存采集到的足底壓力值。

所述穿戴裝置31為智能鞋墊。所述判斷裝置32可以與穿戴裝置31集成，設置在智能鞋墊中，用戶在顯示設備上查看判斷結果，也可以單獨置于智能終端，用戶在運動完后將數據同步到判斷裝置32上即可，運動過程中無須攜帶判斷裝置32，穿戴裝置31也不需要時刻保持與判斷裝置32的連接，節省能耗。智能終端包括手機、電腦等智能處理設備，用于執行相應的軟件部分的操作。

本實施例提供的判斷裝置，只要將穿戴裝置置于足底進行運動，其中的傳感器就能夠實時采集壓力數據，提供給判斷裝置進行運動姿態的判斷，以輔助用戶的運動，起到記錄和指導的雙重效果。

以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護范圍的限制。基于此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發明的保護范圍之內。