行走期间使用智能鞋垫的垂直地面反作用力可靠估计
人机交互
2025-01-15 v1
摘要
行走期间测量的垂直地面反作用力(vGRF)及其特征性的承重和推进峰值对于步态和生物力学分析非常重要。当前的可穿戴 vGRF 估计方法存在漂移误差或泛化性能低的问题，限制了其实际应用。本文提出了一种利用智能鞋垫收集的数据可靠估计 vGRF 及其特征峰值的新方法，包括惯性测量单元数据和最新引入的受压传感器中心数据。这些数据与机器学习算法融合，包括人工神经网络、随机森林回归和双向长短期记忆网络。所提出的方法优于最先进的方法，在参与者内测试中的均方根误差、归一化均方根误差和相关系数分别为 0.024 体重(BW)、1.79% BW 和 0.997，在参与者间测试中分别为 0.044 BW、3.22% BW 和 0.991。在参与者内测试中，参考值与估计的承重和推进峰值之间的差异分别为 0.022 BW 和 0.017 BW，延迟分别为步态周期的 1.4% 和 1.8%；在参与者间测试中，差异为 0.044 BW 和 0.025 BW，延迟为步态周期的 1.5% 和 2.3%。结果表明，所提出的 vGRF 估计方法有潜力在自由生活环境中实现行走期间准确的 vGRF 测量。
引用
@article{arxiv.2501.07748,
title = {Reliable Vertical Ground Reaction Force Estimation with Smart Insole During Walking},
author = {Femi Olugbon and Nozhan Ghoreishi and Ming-Chun Huang and Wenyao Xu and Diliang Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.07748},
year = {2025}
}