CN108324282B - 一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统 - Google Patents

Abstract

一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，属于检测技术领域，该检测系统包括：人体胸骨位置跟踪传感器，用于检测人体胸骨的位置，并有四点位置实时获取人体的姿态信息；人体肱骨位置跟踪传感器，用于检测人体肱骨的位置；人体肩胛骨位姿跟踪传感器，用于检测人体肩胛骨位姿；数据采集卡采集人体胸骨、肱骨的位置和肩胛骨的位姿；通过上位机应用程序和数据处理子程序处理，显示一个周期内肩部盂肱关节旋转中心运动信息。该采集系统解决了VICON检测系统数据标志点丢失、人体摄像系统遮挡问题。采集系统简单、适应能力强、数据采集准确、实时性能好，能应用于肩部功能仿生、肩部功能模拟及人机工程等。

Description

一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体是一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统。

背景技术

肩部盂肱关节的运动是人体上肢完成各种动作的基础，获得比较准确的肩部盂肱关节旋转中心运动信息是肩部功能仿生学、肩部功能模拟、人体上肢偏瘫恢复和保证骨骼训练效果的前提和基础。

通过查阅国内外文献可知，人体关节运动信息检测从测试种类上说：分为电磁定位检测系统、超声定位检测系统、光学定位检测系统、机械定位检测系统、惯性定位检测系统等。其中电磁定位检测系统无视线遮挡限制、接收器微型化，但易受环境电磁、金属干扰；超声定位检测系统和光学定位检测系统视线遮挡问题较难解决，比如：VICON光学检测系统容易造成数据点丢失、人体摄像系统遮挡问题；机械定位检测系统受机械连接限制，应用空间和领域受到较大限制；惯性定位系统定位原理具有与外部隔离的特征，但累计误差非常严重，实际应用不多。为了获得准确的盂肱关节旋转中心运动信息，考虑视线遮挡、运动范围限制，本发明提出一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，该采集系统简单、适应能力强、数据采集准确、实时性能好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能检测盂肱关节旋转中心运动信息，且结构简单、使用方便、适应能力强、数据采集准确、实时性能好的检测系统。其应用程序和数据处理子程序算法原理是：根据人体骨骼信息可知，人体肩部关节图1所示错综复杂，它由肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨及其间的盂肱关节、肩锁关节、胸锁关节和肩胛胸壁关节连接而成，其中胸锁关节和肩胛胸壁关节运动学尚且不清楚，根据人体骨骼模型运动学分析，肩部关节中的盂肱关节在完成外展/内收、前屈/后伸的运动过程中，转动中心在人体肩部关节相对于人体胸骨的运动过程中，是漂移的，并且漂移轨迹并不是线性的，而是有多段低曲率弧线构成，并且肩部中心的漂移也不仅限于矢状面内，为获取肩部盂肱关节旋转中心运动信息，有旋转几何知识知：肩部盂肱关节等效于球副，肩部肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨等效于刚体，盂肱关节旋转中心相对于相邻的肩胛骨位置和姿态、肱骨的位置始终保持不变，如图2所示，基于该运动学原理，通过位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器，以实时检测人体胸骨、肩胛骨的位姿和肱骨的位置，通过上位机应用程序和数据处理子程序处理，直观显示并获取肩部盂肱关节旋转中心运动信息。

本发明提出的用于检测人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，包括：

四个位置跟踪传感器分别粘贴固定在人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上，和位置跟踪传感器发射源配合用于检测人体胸骨的颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)实时位置，并有四点位置实时获取人体的姿态信息；位置跟踪传感器绑缚固定在人体远离肩部盂肱关节旋转中心的位置，和位置跟踪传感器发射源配合用于检测人体的肱骨的实时位置；位姿跟踪传感器粘贴固定在人体肩胛骨上，和位姿跟踪传感器发射源配合用于实时检测人体肩胛骨位置和姿态。并将人体胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器信号通过信号线发送到数据采集卡。

在实验数据采集过程中，人体上臂由下垂位置进行抬升，直到上臂抬升至预量测点，一个测量周期结束，由此往复多个周期。

数据采集卡，通过定时器触发各个传感器接口，用于同步接收胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器的信号，数据采集卡通过信号线与位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器相连。

USB传输模块，数据采集卡检测得到各跟踪传感器信号，通过USB接口方式和上位机相连，传输各跟踪传感器检测得到的相应骨骼运动信号。

上位机，用于接收位置跟踪传感器和位姿跟踪传感器的信号，通过算法应用程序的编写，实时计算各骨骼每一运动时刻相应的位置和姿态，待一个周期结束时，调用数据处理子程序，获取人体肩部盂肱关节在一个周期内的运动信息，显示在上位机显示界面上。

电源，用于为位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器、数据采集卡、USB传输模块供电。

所述的检测系统，其四个位置跟踪器通过双面胶粘贴固定在人体胸骨上、位姿跟踪器通过双面胶粘贴固定在人体肩胛骨上、位置跟踪器通过绷带固定在人体肱骨上。

所述的检测系统，其数据采集卡、USB传输模块、电源在一块电路板上，通过穿戴装置固定于检测者腰部。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

本发明的一种人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，能够根据人体肩部骨骼及关节的解剖结构，建立人体肩部关节的运动学模型，通过相应算法，编写应用程序和数据处理子程序，准确获取一个周期内的人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息。该采集系统简单、适应能力强、数据采集准确、实时性能好，能应用于肩部功能仿生、肩部功能模拟及人机工程等领域。

以下对以上的每一步骤做进一步说明：

附图说明

图1为人体右侧上肢肩部骨骼结构示意图。

图2为人体右侧上肢肩部盂肱关节连接相邻骨骼原理示意图。

图3为人体肩部盂肱关节旋转中心检测系统坐标系示意图。

图4为检测系统连接结构示意图。

图5为检测系统流程框图。

具体实施方式

本发明提出的用于检测人体肩部盂肱关节旋转中心运动信息的检测系统，流程框图如图5、连接结构示意图如图4所示，包括：

四个位置跟踪传感器1、2、3、4分别通过双面胶粘贴固定在人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上，和位置跟踪传感器发射源11配合用于检测人体胸骨的颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)实时位置，并有四点位置实时获取人体的姿态信息；位置跟踪传感器6绑缚固定在人体远离肩部盂肱关节旋转中心的位置，和位置跟踪传感器发射源11配合用于检测人体的肱骨的实时位置；位姿跟踪传感器5通过双面胶粘贴固定在人体肩胛骨上，和位姿跟踪传感器发射源12配合用于实时检测人体肩胛骨位置和姿态。并将人体胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器信号通过信号线发送到数据采集卡7。

在实验数据采集过程中，人体上臂由下垂位置进行抬升，直到上臂抬升至预量测点，一个测量周期结束，由此往复多个周期。

数据采集卡7，通过定时器触发各个传感器接口，用于同步接收胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器的信号，数据采集卡通过信号线与位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器相连。

USB传输模块9，通过将上述数据采集卡检测得到各传感器器信号，通过USB接口方式和上位机相连，传输各跟踪传感器检测的相应骨骼的运动信号。

上位机10，用于接收位置跟踪传感器和位姿跟踪传感器的信号，通过算法应用程序的编写，实时计算各骨骼每一运动时刻相应的位置和姿态，待一个周期内数据检测完毕时，调用数据处理子程序，获取人体肩部盂肱关节在一个周期内的运动信息，显示在上位机显示界面上。

电源8，用于为位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器、数据采集卡、USB传输模块供电。

所述的检测系统，其四个位置跟踪传感器1、2、3、4通过双面胶固定在人体胸骨上、位置跟踪传感器6通过绷带固定在人体肱骨上，位姿跟踪传感器5通过双面胶固定在人体肩胛骨上。

所述的检测系统，其数据采集卡、USB传输模块、电源在一块电路板上，通过穿戴装置固定于检测者腰部。

本发明提出的用于检测人体肩部盂肱关节运动信息的检测系统，应用程序和数据处理子程序的编写流程如下所示：

应用程序的编写流程：

如图3所示：在位置跟踪传感器发射源11上建立人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器1、2、3、4、6的参考坐标系，以位置跟踪传感器发射源11的中心点O为坐标原点，X、Y、Z轴分别用x、y、z表示，称之为基准坐标系Oxyz，表示位置跟踪传感器1、2、3、4、6和位置跟踪传感器发射源11之间的相对关系，即位置跟踪传感器所在点的空间位置坐标；在位姿跟踪传感器5和位姿跟踪传感器发射源12上各建立一个坐标系，用位姿跟踪传感器5坐标系在位姿跟踪传感器发射源12上的坐标系内的位置和姿态来描述两者之间的相对关系，以位姿跟踪传感器发射源12的中心点O'为坐标原点，X、Y、Z轴分别用x'、y'、z'表示，位姿跟踪传感器发射源12的坐标系为基准坐标系O'x'y'z'，位姿跟踪传感器5所在的点为O_jia，该点在基准坐标系O'x'y'z'中的位置坐标是P₅(x₅y₅z₅)'，过O_jia点建立一个与基准坐标系O'x'y'z'平行的肩胛骨连体坐标系O_jiax_jiay_jiaz_jia，位姿跟踪传感器5的姿态表述为相对于这个坐标系的三个相继转角(γβα)'，这三个转角的定义为：先绕x'轴进行γ角的转动，再绕y'轴进行β角的转动，最后绕z'轴进行α角的转动，这个过程中角度的正负关系定义如下：如果从绕之旋转的坐标轴的正方向看过去，旋转方向为顺时针为正，反之为负。这样，位姿跟踪传感器5的空间方位就可以用位置坐标是P₅(x₅ y₅ z₅)'和转角(γ β α)'来表示。具体为：

基准坐标系Oxyz：

为了数据运算简化，位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器的量化标准统一，基准坐标系Oxyz和基准坐标系O'x'y'z'坐标轴方向一致，O'相对于O的位置坐标为(x₀,y₀,z₀)'，需建立基准坐标系Oxyz和基准坐标系O'x'y'z'的转化矩阵：

将检测到的人体胸骨、肱骨的位置信息，肩胛骨的位置和姿态信息通过信号线发送到数据采集卡。在一个周期内：人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上位置跟踪传感器J帧的位置坐标P_i ^J(x_i ^J y_i ^J z_i ^J)'，i＝1,2,3,4，肱骨上位置跟踪传感器J帧的位置坐标

肩胛骨上位姿跟踪传感器J帧的位置坐标

姿态角(γ^J β^J α^J)'。人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上的位置跟踪传感器位置坐标确定人体坐标系，坐标原点为O_thx，X、Y、Z轴分别用x_thx、y_thx、z_thx表示，具体为：

第J帧人体坐标系：

在人体肩胛骨位姿跟踪传感器建立的肩胛骨连体系，肩胛骨连体系的方向相对于人体肩胛骨位姿跟踪器的参考系坐标系的坐标轴方向一致，则人体肩胛骨连体坐标系坐标原点为O_jia，X、Y、Z轴分别用x_jia、y_jia、z_jia表示，O_jia相对于人体肩胛骨基准坐标系O'x'y'z'在第J帧的坐标为：

则第J帧肩胛骨连体参考系相对于肩胛骨基准坐标系O'x'y'z'的转化矩阵：

则第J帧人体肩胛骨跟踪传感器的位姿相对于肩胛骨位姿跟踪传感器的参考坐标系的姿态角为，绕x'轴旋转、y'轴旋转、z'轴旋转γ^J、β^J、α^J，则绕各轴相对变换矩阵为：

其中：c表示余弦符号cos，s表示正弦符号sin。

则第J帧人体肩胛骨位姿在基准参考坐标系Oxyz表示为：

待一个周期数据检测处理完毕，将基准坐标系Oxyz、人体坐标系、人体肩胛骨在基准参考坐标系Oxyz表示的位姿存放在上位机存储器指定位置，一个周期数据处理结束。再进行人体上肢运动试验，依次循环检测处理和存储在不同位置。

数据处理子程序编写流程：

待一个周期数据检测结束，调用上位机存储器中的数据，根据肩部盂肱关节旋转中心相对于肩胛骨的位置和姿态保持不变。设(a,b,c)'为其在肩胛骨连体系中的表示,则第J帧肩部盂肱骨关节旋转中心转化到人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器基准参考坐标系Oxyz中表示：

其中J为帧数，

为J帧肩部盂肱关节旋转中心在基准坐标系中的表示，另一方面，我们知道肱骨位置跟踪传感器位置坐标值与关节中心的距离保持不变，由肱骨位置跟踪传感器J帧坐标值

得：

式中R为肱骨位置跟踪传感器位置坐标值与关节中心的距离

考虑检测过程中肩胛骨位姿跟踪传感器、肱骨位置跟踪传感器相对于肩胛骨、肱骨抖动的影响。两式联立，得一个误差函数t：

对于连续采集的一个周期内的F帧数据，我们可以得到如下总的误差函数：

其中F为一个周期内的F帧数据，用非线性优化极小化上式(12)，就可以获取参数a,b,c然后通过式(9)得肩部盂肱关节旋转中心在人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器基准参考坐标系Oxyz中的表示。

为了更确切描述人体肩部盂肱关节旋转中心的运动信息，需建立基准参考坐标系Oxyz和人体坐标系的转化矩阵，则第J帧时，两坐标系齐次变化矩阵为：

一个周期内，肩部盂肱关节旋转中心总F帧数据转化到人体胸骨坐标系中表示，公式(14)为第J帧的转化方程：

式中：P^J为肩部盂肱关节旋转中心在第J帧时在人体坐标系中的表示，从而计算出一个周期内肩部盂肱关节旋转中心总F帧数据在人体坐标系中的位置，其中方程中的所有参数都是通过表面的人体胸骨、肩胛骨、肱骨的表面数据。

应用程序实时计算人体胸骨、肩胛骨的位置和姿态，肱骨的实时位置。待一个周期数据检测结束，调用数据处理子程序，获取一个周期内每一时刻的旋转中心在人体胸骨坐标系中的位置，存储在上位机指定位置，并显示在上位机显示界面上。依次循环调用、处理、存储和显示。

在所述的一种人体上肢肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，是用于检测人体右侧上肢肩部盂肱关节旋转中心运动信息，同样可用于检测人体左侧上肢肩部盂肱关节旋转中心运动信息，不限于本实例。

上述实施方式对本发明的实质进行了阐释与说明，但不应视为对本发明的限制，任何基于本发明实质所作的简单改进，只要其测试方法及旋转中心计算方法基于该原理，都应落入本发明权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种人体上肢肩部盂肱关节旋转中心运动信息检测系统，其特征在于该检测系统包括:

四个位置跟踪传感器分别粘贴固定在人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上，和位置跟踪传感器发射源配合用于检测人体胸骨的颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)实时位置，并有四点位置实时获取人体的姿态信息；位置跟踪传感器绑缚固定在人体远离肩部盂肱关节旋转中心的位置，和位置跟踪传感器发射源配合用于检测人体的肱骨的实时位置；位姿跟踪传感器粘贴固定在人体肩胛骨上，和位姿跟踪传感器发射源配合用于实时检测人体肩胛骨位置和姿态；并将人体胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器信号通过信号线发送到数据采集卡；

在实验数据采集过程中，人体上臂由下垂位置进行抬升，直到上臂抬升至预量测点，一个测量周期结束，由此往复多个周期；

数据采集卡，通过定时器触发各个传感器接口，用于同步接收胸骨位置跟踪传感器、上臂位置跟踪传感器、肩胛骨位姿跟踪传感器的信号，数据采集卡通过信号线与位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器相连；

USB传输模块，数据采集卡检测得到各跟踪传感器信号，通过USB接口方式和上位机相连，传输各跟踪传感器检测得到的相应骨骼运动信号；

上位机，用于接收位置跟踪传感器和位姿跟踪传感器的信号，通过算法应用程序的编写，实时计算各骨骼每一运动时刻相应的位置和姿态，待一个周期结束时，调用数据处理子程序，获取人体肩部盂肱关节在一个周期内的运动信息，显示在上位机显示界面上；

所述的应用程序和数据处理子程序的编写流程如下所示：

应用程序的编写流程：

在位置跟踪传感器发射源（ 11） 上建立人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器（ 1、2、3、4、6）的参考坐标系，以位置跟踪传感器发射源( 11) 的中心点O为坐标原点，X、Y、Z轴分别用x、y、z表示，称之为基准坐标系Oxyz，表示位置跟踪传感器( 1、2、3、4、6) 和位置跟踪传感器发射源( 11) 之间的相对关系，即位置跟踪传感器所在点的空间位置坐标；在位姿跟踪传感器( 5) 和位姿跟踪传感器发射源（ 12） 上各建立一个坐标系，用位姿跟踪传感器（ 5）坐标系在位姿跟踪传感器发射源（ 12） 上的坐标系内的位置和姿态来描述两者之间的相对关系，以位姿跟踪传感器发射源（ 12） 的中心点O'为坐标原点，X、Y、Z轴分别用x'、y'、z'表示，位姿跟踪传感器发射源（ 12） 的坐标系为基准坐标系O'x'y'z'，位姿跟踪传感器（5） 所在的点为O_jia，该点在基准坐标系O'x'y'z'中的位置坐标是P₅(x₅ y₅ z₅)'，过O_jia点建立一个与基准坐标系O'x'y'z'平行的肩胛骨连体坐标系O_jiax_jiay_jiaz_jia，位姿跟踪传感器（5） 的姿态表述为相对于这个坐标系的三个相继转角(γβα)'，这三个转角的定义为：先绕x'轴进行γ角的转动，再绕y'轴进行β角的转动，最后绕z'轴进行α角的转动，这个过程中角度的正负关系定义如下：如果从绕之旋转的坐标轴的正方向看过去，旋转方向为顺时针为正，反之为负；这样，位姿跟踪传感器（ 5） 的空间方位就可以用位置坐标是P₅(x₅ y₅ z₅)'和转角(γ β α)'来表示；具体为：

基准坐标系Oxyz：

x＝(1,0,0)

y＝(0,1,0)

z＝(0,0,1)

O＝(0,0,0)

(1)

为了数据运算简化，位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器的量化标准统一，基准坐标系Oxyz和基准坐标系O'x'y'z'坐标轴方向一致，O'相对于O的位置坐标为(x₀,y₀,z₀)'，需建立基准坐标系Oxyz和基准坐标系O'x'y'z'的转化矩阵：

将检测到的人体胸骨、肱骨的位置信息，肩胛骨的位置和姿态信息通过信号线发送到数据采集卡；在一个周期内：人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上位置跟踪传感器J帧的位置坐标P_i ^J(x_i ^J y_i ^J z_i ^J)'，i＝1,2,3,4，肱骨上位置跟踪传感器J帧的位置坐标P₆ ^J(x₆ ^J y₆ ^J z₆ ^J)'，肩胛骨上位姿跟踪传感器J帧的位置坐标P₅ ^J(x₅ ^Jy₅ ^J z₅ ^J)'、姿态角(γ^J β^J α^J)'；人体胸骨颈静脉切迹(IJ)、剑状软骨(PX)、第七颈椎(C7)和第八胸椎(T8)上的位置跟踪传感器位置坐标确定人体坐标系，坐标原点为O_thx，X、Y、Z轴分别用x_thx、y_thx、z_thx表示，具体为：

第J帧人体坐标系：

x_thx ^J＝(P₁ ^J-P₂ ^J)×(P₃ ^J-P₂ ^J)

y_thx ^J＝z_thx ^J×x_thx ^J

O_thx ^J＝P₁ ^J

(3)

在人体肩胛骨位姿跟踪传感器建立的肩胛骨连体系，肩胛骨连体系的方向相对于人体肩胛骨位姿跟踪器的参考系坐标系的坐标轴方向一致，则人体肩胛骨连体坐标系坐标原点为O_jia，X、Y、Z轴分别用x_jia、y_jia、z_jia表示，O_jia相对于人体肩胛骨基准坐标系O'x'y'z'在第J帧的坐标为：P₅ ^J(x₅ ^J,y₅ ^J,z₅ ^J)'，则第J帧肩胛骨连体参考系相对于肩胛骨基准坐标系O'x'y'z'的转化矩阵：

则第J帧人体肩胛骨跟踪传感器的位姿相对于肩胛骨位姿跟踪传感器的参考坐标系的姿态角为，绕x'轴旋转、y'轴旋转、z'轴旋转γ^J、β^J、α^J，则绕各轴相对变换矩阵为：

其中：c表示余弦符号cos，s表示正弦符号sin

则第J帧人体肩胛骨位姿在基准参考坐标系Oxyz表示为：

待一个周期数据检测处理完毕，将基准坐标系Oxyz、人体坐标系、人体肩胛骨在基准参考坐标系Oxyz表示的位姿存放在上位机存储器指定位置，一个周期数据处理结束；再进行人体上肢运动试验，依次循环检测处理和存储在不同位置；

数据处理子程序编写流程：

待一个周期数据检测结束，调用上位机存储器中的数据，根据肩部盂肱关节旋转中心相对于肩胛骨的位置和姿态保持不变；设(a,b,c)'为其在肩胛骨连体系中的表示,则第J帧肩部盂肱骨关节旋转中心转化到人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器基准参考坐标系Oxyz中表示：

其中J为帧数，

为J帧肩部盂肱关节旋转中心在基准坐标系中的表示，另一方面，我们知道肱骨位置跟踪传感器位置坐标值与关节中心的距离保持不变，由肱骨位置跟踪传感器J帧坐标值P₅ ^J得：

(10)式中R为肱骨位置跟踪传感器位置坐标值与关节中心的距离

考虑检测过程中肩胛骨位姿跟踪传感器、肱骨位置跟踪传感器相对于肩胛骨、肱骨抖动的影响；两式联立，得一个误差函数t：

对于连续采集的一个周期内的F帧数据，我们可以得到如下总的误差函数：

其中F为一个周期内的F帧数据，用非线性优化极小化上式(12)，就可以获取参数a,b,c然后通过式(9)得肩部盂肱关节旋转中心在人体胸骨、肱骨位置跟踪传感器基准参考坐标系Oxyz中的表示；

为了更确切描述人体肩部盂肱关节旋转中心的运动信息，需建立基准参考坐标系Oxyz和人体坐标系的转化矩阵，则第J帧时，两坐标系齐次变化矩阵为：

一个周期内，肩部盂肱关节旋转中心总F帧数据转化到人体胸骨坐标系中表示，公式(14)为第J帧的转化方程：

式中：P^J为肩部盂肱关节旋转中心在第J帧时在人体坐标系中的表示，从而计算出一个周期内肩部盂肱关节旋转中心总F帧数据在人体坐标系中的位置，其中方程中的所有参数都是通过表面的人体胸骨、肩胛骨、肱骨的表面数据；

应用程序实时计算人体胸骨、肩胛骨的位置和姿态，肱骨的实时位置；待一个周期数据检测结束，调用数据处理子程序，获取一个周期内每一时刻的旋转中心在人体胸骨坐标系中的位置，存储在上位机指定位置，并显示在上位机显示界面上；依次循环调用、处理、存储和显示；

电源，用于为位置跟踪传感器、位姿跟踪传感器、数据采集卡、USB传输模块供电。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于:所述的四个位置跟踪器通过双面胶粘贴固定在人体胸骨上、位姿跟踪器通过双面胶粘贴固定在人体肩胛骨上、位置跟踪器通过绷带固定在人体肱骨上。

3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于:所述的数据采集卡、USB传输模块、电源在一块电路板上，通过穿戴装置固定于检测者腰部。

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