一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统的制作方法

文档序号:23506852发布日期:2021-01-01 18:16阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于,包括:

数据采集模块,用于获取下肢运动参数和计算下肢静态参数;

数据处理模块,根据下肢参数,运用关节力矩估计方法,完成膝关节力矩的估计,并根据所述膝关节力矩,分析膝关节的磨损情况;

所述的下肢运动参数包括:

薄膜压力传感器测得的脚底压力数据p1、p2、p3、p4,惯性传感器测得的足部质心加速度afoot、足部质心角速度ωfoot、小腿质心加速度aleg和小腿质心角速度ωleg;

所述的静态下肢参数包括:

足部质心centerfoot、小腿质心centerleg、足部质量mfoot、小腿质量mleg、足部转动惯量ifoot和小腿转动惯量ileg;

所述的关节力矩估计方法具体是:

分析下肢中的脚节段、小腿节段,根据下肢运动参数,估计脚节段中踝关节的力矩;

根据下肢运动参数和所述脚节段中踝关节的力矩,估计小腿节段中膝关节的力矩;

所述的分析膝关节的磨损情况具体是:

step1:获取使用者在各种运动下的膝关节力矩大小的范围,然后把这个范围分成多个小范围;

step2:每一个采样周期内会得到一个对应的膝关节力矩;在使用者开始运动后,对每个采样周期内的膝关节力矩按所述step1的范围进行归类并计数;

step3:每隔一段时间,给出每个范围内的计数,并计算每个范围内的计数占总计数的百分比。

2.根据权利要求1所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于:

所述估计脚节段中踝关节的力矩,具体是:

对所述足部质心角速度ωfoot进行积分,得到实时的脚节段角度θfoot;

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述足部质心加速度afoot、所述足部质量mfoot,对脚节段进行受力分析,分析得到小腿节段中的踝关节对脚节段中的踝关节的水平作用力f11、垂直作用力f12;

根据每个薄膜压力传感器到踝关节在鞋垫平面的投影点的水平距离、脚节段中踝关节与足部质心的距离、所述脚节段角度θfoot,计算得到每个压力对所述足部质心的力臂l1~l4和所述水平、垂直作用力f11、f12对所述足部质心的力臂l5、l6;

根据所述压力数据p1、p2、p3、p4、所述水平、垂直作用力f11、f12、所述力臂l1~l6、所述足部质心角速度ωfoot、所述足部转动惯量ifoot,对脚节段进行逆动力学分析,分析得到脚节段中踝关节的力矩mankle。

3.根据权利要求2所述的一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统,其特征在于:

所述估计小腿节段中膝关节的力矩,具体是:

对所述小腿质心角速度ωleg进行积分,得到实时的小腿节段角度θleg;

根据所述作用力f11、f12、所述小腿质心加速度aleg、所述小腿质量mleg,对小腿节段进行受力分析,分析得到大腿节段中的膝关节对小腿节段中的膝关节的水平作用力f21、垂直作用力f22;

根据小腿节段中踝关节与小腿质心的距离、小腿节段中膝关节与小腿质心的距离、所述小腿节段角度θleg,计算得到所述作用力f11、f12对所述小腿质心的力臂l7、l8,所述作用力f21、f22对所述小腿质心的力臂l9、l10;

根据所述作用力f11、f12、f21、f22、所述力臂l7~l10、所述小腿质心角速度ωleg、所述小腿转动惯量ileg、所述脚节段中踝关节的力矩mankle,对小腿节段进行逆动力学分析,分析得到小腿节段中踝关节的力矩mknee。


技术总结
本发明公开了一种基于下肢关节力矩估计的关节磨损情况分析系统。本发明通过采集使用者运动过程中的下肢运动参数,来估计下肢关节力矩。然后根据估计的膝关节力矩实时分析膝关节磨损较大的时刻,并在该时刻给出实时的提醒,建议使用者改变运动方式、降低运动强度或停止运动,从而避免膝关节磨损得更严重,进而起到保护膝关节的作用。该系统具有使用方便、成本低的优点。

技术研发人员:董林玺;王佳松;刘超然;杨伟煌;王高峰
受保护的技术使用者:杭州电子科技大学
技术研发日:2020.10.10
技术公布日:2021.01.01
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