一种穿戴式关节角加速度测量的重力影响消除方法及其实现装置的制造方法
【专利摘要】本发明公布了一种穿戴式关节角加速度测量的重力影响消除方法及其实现装置，该方法通过多惯性传感器结合的方式，利用惯性传感器测量的线加速度数据为基础，处理可消除测量过程中惯性传感器所受到的重力影响并得到关节的实际角加速度。
【专利说明】
一种穿戴式关节角加速度测量的重力影响消除方法及其实现装置
技术领域
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[0001]本发明涉及一种检测方法，尤其涉及一种穿戴式关节角加速度测量的重力影响消除方法及其实现装置。
【背景技术】
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[0002]关节角加速度在康复评定以及康复控制策略制定中扮演着越来越重要角色。通过直接检测关节角度然后二次求导得到角加速度的方法虽然简单，但是由于处理角度传感器所输出的信号噪声放大等问题，很难得到理想的角加速度值。因此，通常采用惯性传感器的方式，利用角加速度与线加速度之间的关系得到所求的角加速度。由于检测过程中惯性传感器会受到重力的影响，为了消除采集过程中的重力因素影响，本发明利用多传感器并采用了简单的数据处理算法消除了重力影响。
【发明内容】
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[0003]为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种穿戴式关节角加速测量的重力消除方法及其装置实现，该方法通过多惯性传感器结合的方式，利用惯性传感器测量的加速度数据为基础，处理可消除实际测量过程中惯性传感器所受到的重力影响并得到关节的实际角加速度。
[0004]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]—种穿戴式关节角加速测量的重力消除方法，通过多惯性传感器结合的方式，利用线加速度传感器测量的加速度数据为基础，利用多惯性传感器消除加速度检测过程中的重力影响，获得肢体关节运动的实际角加速度。
[0006]设置两惯性传感器为，设Ia为惯性传感器A距离关节距离，Ib为惯性传感器B距离关节距离，ε表示关节角加速度，g表示重力加速度，α表示检测过程中两惯性传感器输出线加速度方向与竖直方向夹角，检测过程中两惯性传感器加速度输出方向沿着关节运动切向方向。
[0007]检测过程中，惯性传感器A的输出为:
[0008]aoutA=lAe+gcosa； (I)
[0009]惯性传感器B的输出为:
[0010]a0utB=lBe+gcosa； (2)
[0011]联合⑴⑵，可得:
[0012]( Ia-1b )e=amjtA_aoUtB， (3)
[0013]处理可得:ε= (aoUtA_amjtB)/( ( 1a_1b) ; (4)
[0014]由(4)可得，通过处理两个惯性传感器的数据输出，便可消除实际测试中惯性传感器所受到的重力影响并得到实际的关节角加速度。
[0015]—种穿戴式关节角加速测量的重力消除装置，其包括:前部活动支架和后部支撑支架，所述前部活动支架和后部支撑支架的相向端交错叠合并通过连接轴铰接，所述连接轴的一端与前部活动支架固联，在所述前部活动支架的前端固定设置有加速度采集模块，加速度采集模块输出线加速度方向沿着关节运动的切线方向。
[0016]所述加速度采集模块包括惯性传感器以及信号调理模块，所述信号调理模块包括与惯性传感器电性连接的调理电路、与调理电路连接信号采集模块以及与信号采集模块连接的的无线发射模块；
[0017]所述智能仪表包括无线接收模块、数据处理模块以及显示模块;所述无线接收模块与无线发射模块通讯，无线接收模块与数据处理模块的输入端连接，显示模块与数据处理模块的输出端连接。
【附图说明】
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[0018]附图1:本发明的实施例结构示意图；附图2:本发明的实施例结构细节图；附图3:本发明的实施例采集框图；
[0019]图中标号:I和6为加速度采集模块，2前部活动支架，3后部支撑支架，4外壳，5护具，7防护海绵，10连接轴，11刻度，12前套筒，22锁定螺栓，32螺栓。
[0020]以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
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[0021]下面根据附图结合实施例，以上肢肘关节角加速度的测量为例对本发明做更详细地描述:
[0022]实施例:
[0023]本实施例的总体结构如图1所示:可消除重力影响的角加速度检测装置主要由支撑部分以及信号采集处理部分两大部分组成。呈扁平杆状结构的前部活动支架2和后部支撑支架3，该前部活动支架2和后部支撑支架3的相向端交错叠合并通过连接轴10铰接，连接轴10的一端与前部活动支架2固联，中部从后部支撑支架3的通孔中穿过，在前部活动支架2的前端固定设置有加速度采集模块I和6;其中，加速度采集模块I和6的加速度输出方向沿着肘关节运动切向方向，并与主机处理模块和智能仪表无线通讯。
[0024]具体设置中，在前部活动支架2上设有能沿其长度方向滑动的滑块，在滑块上固定设置有前套筒12，滑块能通过锁定螺栓22锁定在前部活动支架2上，套筒12内壁设有缓冲垫，在前臂伸入套筒12内部时起保护作用，前部活动支架2上设有刻度11，刻度的起始点朝向连接轴10所在处，适应不同臂长的被测试者。
[0025]同样，在后部支撑支架3上设有能沿其长度方向滑动的滑块，在滑块上固定设置有圆筒形的护具5，滑块能通过螺栓32锁定在后部支撑支架3上，护具内壁也设有缓冲垫，在上臂伸入护具5内部时起保护作用。
[0026]实际应用中，加速度采集模块1、6各自包括惯性传感器以及信号调理模块，所述信号调理模块包括与惯性传感器电性连接的调理电路、与调理电路连接信号采集模块以及与信号采集模块连接的的无线发射模块；
[0027]智能仪表包括无线接收模块、数据处理模块以及显示模块;所述无线接收模块与无线发射模块通讯，无线接收模块与数据处理模块的输入端连接，显示模块与数据处理模块的输出端连接。
[0028]本发明消除重力影响测量关节角加速度的工作过程，检测前初始化加速度采集模块1、6。检测时先将装置穿戴在被测者手臂上，防护海绵7以及缓冲海绵5可防止肢体擦伤，保持测量过程舒适感;测试后再将整个装置固联在护具的相应位置，确保加速度采集模块I与6所测加速度方向沿着关节轴运动切向方向。
[0029]加速度采集模块I中包含惯性传感器A、加速度采集模块6中包含惯性传感器B;
[0030]设Ia为惯性传感器A距离关节距离，Ib为惯性传感器B距离关节距离，ε表示关节角加速度，g表示重力加速度，α表示检测过程中惯性传感器敏感方向与竖直方向夹角。
[0031 ]②检测过程中，惯性传感器A的输出为:
[0032]aoutA=lAe+gcosa； (I)
[0033]惯性传感器B的输出为:
[0034]aoutB=lBe+gcosa； (2)
[0035]联合(1)(2)，可得:
[0036]( Ia-1b )e=a0UtA-a0UtB， (3)
[0037]处理可得:ε= (a0utA_a0utB)/( ( 1a_1b) ; (4)
[0038]由(4)可得，通过处理两个惯性传感器的数据输出，便可消除实际测试中惯性传感器所受到的重力影响，得到实际的肘部关节角加速度。
[0039]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种穿戴式关节角加速测量的重力消除方法，通过多惯性传感器结合的方式，利用线加速度传感器测量的加速度数据为基础，其特征在于:利用多惯性传感器消除加速度检测过程中的重力影响，获得肢体关节运动的实际角加速度。 设置两惯性传感器，设Ia为惯性传感器A距离关节距离，Ib为惯性传感器B距离关节距离，ε表示关节角加速度，g表示重力加速度，α表示检测过程中两惯性传感器输出线加速度方向与竖直方向夹角，检测过程中两惯性传感器加速度输出方向沿着关节运动切向方向。 检测过程中，惯性传感器A的输出为:EloutA= ?Αε+gcosa; (I) 惯性传感器B的输出为:aoutB = lBe+gcosa； (2) 联合⑴⑵，可得:(Ia-1b) ε — ￡1utA_￡1utB，(3) 处理可得:ε = (a0utA_a0utB)/(( Ia-1b) ； (4) 由(4)可得，通过处理两个惯性传感器的数据输出，便可消除实际测试中惯性传感器所受到的重力影响并得到实际的关节角加速度。2.—种穿戴式关节角加速测量的重力消除装置，其特征在于包括:前部活动支架(2)和后部支撑支架(3)，所述前部活动支架(2)和后部支撑支架(3)的相向端交错叠合并通过连接轴(10)铰接，所述连接轴(10)的一端与前部活动支架(2)固联，在所述前部活动支架(2)的前端固定设置有加速度采集模块(1)、(6)，加速度采集模块输出线加速度方向沿着关节运动的切线方向。3.根据权利要求2所述的一种穿戴式关节角加速测量的重力消除装置，其特征在于，所述加速度采集模块包括惯性传感器以及信号调理模块，所述信号调理模块包括与惯性传感器电性连接的调理电路、与调理电路连接信号采集模块以及与信号采集模块连接的的无线发射模块，模块与智能仪表进行信号通讯。； 所述智能仪表包括无线接收模块、数据处理模块以及显示模块;所述无线接收模块与无线发射模块通讯，无线接收模块与数据处理模块的输入端连接，显示模块与数据处理模块的输出端连接。
【文档编号】A61B5/11GK105877760SQ201610205942
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】王勇, 胡保华, 查海星, 赵鹏鹏
【申请人】合肥工业大学