CN109620240A - 一种人体下肢关节运动角度捕捉装置 - Google Patents
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
Abstract
本发明公开了一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，由高精度霍尔传感器传感器、机架、机架绑带、工业合页、轴承等组成。在实际的操作过程中，感知系统能否及时准确地获取人体的运动信息成为下肢康复机器人研究关键。该系统主要包括机械系统和数据采集系统两大部分，首先被测试者通过穿戴的方式使人体下肢与机械系统匹配相连，然后机械系统通过传感器将其与数据采集系统连接为一体，最终实现被测试者下肢关节角度运动数据的采集与处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动捕捉装置，尤其涉及一种人体下肢关节运动角度捕捉装置。
背景技术
人体的运动状态非常复杂，受到很多内在和外在因素的影响。通过某种方式跟踪人体的运动，实时收发人体运动时的重要数据，根据收发的数据重构人体的运动姿态是一种最有效、最便捷的方法来识别和监控人体运动。描述人体运动姿态的参数有多种，如运动过程中的位移、速度、加速度等物理数据，有心肌功能、肺功能、呼吸功能方面的生理数据。
目前的人体姿态检测多用加速度计和陀螺仪两种MEMS惯性传感器进行姿态数据采集与处理模块的集成度不高、成本高、体积偏大，并且成本也偏高，续航能力弱，不便于置于人体上进行姿态数据采集，并且加速度计和陀螺仪只能采集加速度和角速度两种姿态数据，只基于这两种姿态数据解算得到的姿态信息精度偏低，稳定性不好。采用的单片机大多数功耗较高，对电源的要求相应提高，从而导致系统的续航能力较弱。现有的人体姿态检测系统中数据采集节点普遍较少，不能准确的采集人体全身的姿态数据信息，导致捕捉到的人体姿态不够精确，稳定性也较差。
发明内容
本发明涉及一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，通过人体穿戴的方式进行数据采集。
为了解决上述问题，本发明提供一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，包括数据采集卡（1），所述数据采集卡连接有腰部中置连接板，所述腰部中置连接板连接有左侧腰部90度弯折板和右侧腰部90度弯折板，所述左侧腰部90度弯折板和右侧腰部90度弯折板连接有第一左侧铰接连接板和第一右侧铰接连接板，所述第一右侧铰接连接板连接有腰部约束带，所述第一左侧铰接连接板和腰部约束带连接有第二左侧连接板和第二右侧铰接连接板，所述第一左侧铰接板和第二左侧铰接板可以向外扩张，所述第一右侧铰接板和第二右侧铰接板可以向外扩张，所述第二左侧连接板和第二右侧铰接连接板连接有左侧大腿腰部连接板和右侧腰部大腿连接板，所述左侧大腿腰部连接板和右侧腰部大腿连接板连接有左侧髋关节角度传感器和右侧髋关节角度传感器，所述左侧髋关节角度传感器和右侧髋关节角度传感器连接有左侧大腿支撑板和右侧大腿支撑板，所述左侧大腿支撑板和右侧大腿支撑板设置有第一左侧大腿约束带、第二左侧大腿约束带、第一右侧大腿约束带、第二右侧大腿约束带，所述左侧大腿支撑板和右侧大腿支撑板连接有左侧膝关节角度传感器和右侧膝关节角度传感器，所述左侧膝关节角度传感器和右侧膝关节角度传感器连接有左侧小腿支撑板和右侧小腿支撑板，所述左侧髋关节角度传感器和左侧膝关节角度传感器处可以来回摆动，所述右侧髋关节角度传感器和右侧膝关节角度传感器处可以来回摆动，所述左侧小腿支撑板和右侧小腿支撑板设置有第一左侧小腿约束带、第二左侧小腿约束带、第一右侧小腿约束带、第二右侧小腿约束带。本发明可以实现多路信息的同步采集和处理、储存的功能，具有高性能、低功耗、多通道、易扩展。
上述方案中，所述约束带具有伸缩性。
上述方案中，所述第一左侧铰接连接板和第二左侧铰接连接板可以通过螺纹连接。
上述方案中，所述左侧大腿支撑板长度大于所述左侧小腿支撑板长度。
上述方案中，所述右侧大腿支撑板长度大于所述右侧小腿支撑板长度。
上述方案中，所述第一左侧大腿约束带和第二左侧大腿约束带直径大于第一左侧小腿约束带和第二左侧小腿约束带。
上述方案中，所述第一右侧大腿约束带和第二右侧大腿约束带直径大于第一右侧小腿约束带和第二右侧小腿约束带。
本发明提供的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，该装置可以实现多路信息的同步采集和处理、储存的功能，具有高性能、低功耗、多通道、易扩展，该装置通过人体穿戴的方式进行数据采集，采集到的数据更接近人体真实运动状况，具有良好的测量精度和稳定性。
附图说明
图1为一种人体下肢关节运动角度捕捉装置的立体图。
图2一种人体下肢关节运动角度捕捉装置正视图。
图3一种人体下肢关节运动角度捕捉装置俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。
如图1～图3所示，一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，包括数据采集卡1，所述数据采集卡1连接有腰部中置连接板2，所述腰部中置连接板2连接有左侧腰部90度弯折板3和右侧腰部90度弯折板27，所述左侧腰部90度弯折板3和右侧腰部90度弯折板27连接有第一左侧铰接连接板4和第一右侧铰接连接板26，所述第一右侧铰接连接板26连接有腰部约束带25，所述第一左侧铰接连接板4和腰部约束带25连接有第二左侧铰接连接板5和第二右侧铰接连接板24，所述第一左侧铰接板4和第二左侧铰接板5可以向外扩张，所述第一右侧铰接板26和第二右侧铰接板24可以向外扩张，所述第二左侧铰接连接板5和第二右侧铰接连接板24连接有左侧大腿腰部连接板6和右侧腰部大腿连接板23，所述左侧大腿腰部连接板6和右侧腰部大腿连接板23连接有左侧髋关节角度传感器7和右侧髋关节角度传感器22，所述左侧髋关节角度传感器7和右侧髋关节角度传感器22连接有左侧大腿支撑板8和右侧大腿支撑板20，所述左侧大腿支撑板8和右侧大腿支撑板20设置有第一左侧大腿约束带9、第二左侧大腿约束带10、第一右侧大腿约束带21、第二右侧大腿约束带19，所述左侧大腿支撑板8和右侧大腿支撑板20连接有左侧膝关节角度传感器11和右侧膝关节角度传感器18，所述左侧膝关节角度传感器11和右侧膝关节角度传感器18连接有左侧小腿支撑板13和右侧小腿支撑板16，所述左侧髋关节角度传感器7和左侧膝关节角度传感器11处可以来回摆动，所述右侧髋关节角度传感器22和右侧膝关节角度传感器18处可以来回摆动，所述左侧小腿支撑板13和右侧小腿支撑板16设置有第一左侧小腿约束带12、第二左侧小腿约束带14、第一右侧小腿约束带17、第二右侧小腿约束带15。
该机构可以实现人体下肢作较大幅度的左、右侧摆动运动和前、后屈伸运动，完成行走动作，在实际操作过程中，感知系统能否及时准确地获取人体的运动信息成为下肢康复机器人研究关键。
数据采集采集系统总体上可以分为两大部分：一是以角度传感器及USB数据采集卡为核心的数据采集与量化部分；二是以USB接口芯片和PC机为核心的数据传输与储存部分。
数据采集与量化部分主要由以霍尔式角度传感器为核心的人体下肢关节运动信息转换模块和以USB数据采集卡为核心的信息采集与缓存模块组成；数据传输和存储部分主要由以USB接口芯片为核心的信息通信模块和以PC机为核心的数据存储与显示模块组成。
本发明可实现多路信息的同步采集与处理、存储的功能，具有高性能、低功耗、多通道、易扩展的特点。
本发明通过人体穿戴的方式进行数据采集，采集到的数据更接近人体真实运动状况，具有良好的测量精度和稳定性。
本发明通过安装在机体上的高精度霍尔角度传感器实现人体数据的实时采集，降低了系统处理能力要求，降低了装置的生产成本。
本发明通过高性能数据采集卡将采集到的数据通过USB高速传输至PC端，保证了数据的安全性，并获得了海量的数据存储空间。
Claims (8)
1.一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，包括数据采集卡（1），所述数据采集卡（1）连接有腰部中置连接板（2），所述腰部中置连接板（2）连接有左侧腰部90度弯折板（3）和右侧腰部90度弯折板（27），所述左侧腰部90度弯折板（3）和右侧腰部90度弯折板（27）连接有第一左侧铰接连接板（4）和第一右侧铰接连接板（26），所述第一右侧铰接连接板（26）连接有腰部约束带（25），所述第一左侧铰接连接板（4）和腰部约束带（25）连接有第二左侧铰接连接板（5）和第二右侧铰接连接板（24），所述第一左侧铰接板（4）和第二左侧铰接板（5）可以向外扩张，所述第一右侧铰接板（26）和第二右侧铰接板（24）可以向外扩张，所述第二左侧铰接连接板（5）和第二右侧铰接连接板（24）连接有左侧大腿腰部连接板（6）和右侧腰部大腿连接板（23），所述左侧大腿腰部连接板（6）和右侧腰部大腿连接板（23）连接有左侧髋关节角度传感器（7）和右侧髋关节角度传感器（22），所述左侧髋关节角度传感器（7）和右侧髋关节角度传感器（22）连接有左侧大腿支撑板（8）和右侧大腿支撑板（20），所述左侧大腿支撑板（8）和右侧大腿支撑板（20）设置有第一左侧大腿约束带（9）、第二左侧大腿约束带（10）、第一右侧大腿约束带（21）、第二右侧大腿约束带（19），所述左侧大腿支撑板（8）和右侧大腿支撑板（20）连接有左侧膝关节角度传感器（11）和右侧膝关节角度传感器（18），所述左侧膝关节角度传感器（11）和右侧膝关节角度传感器（18）连接有左侧小腿支撑板（13）和右侧小腿支撑板（16），所述左侧髋关节角度传感器（7）和左侧膝关节角度传感器（11）处可以来回摆动，所述右侧髋关节角度传感器（22）和右侧膝关节角度传感器（18）处可以来回摆动，所述左侧小腿支撑板（13）和右侧小腿支撑板（16）设置有第一左侧小腿约束带（12）、第二左侧小腿约束带（14）、第一右侧小腿约束带（17）、第二右侧小腿约束带（15）。
2.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述约束带具有伸缩性。
3.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述第一左侧铰接连接板（4）和第二左侧铰接连接板（5）可以通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述第一右侧铰接连接板（26）和第二右侧铰接连接板（24）可以通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述左侧大腿支撑板（8）长度大于所述左侧小腿支撑板（13）长度。
6.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述右侧大腿支撑板（20）长度大于所述右侧小腿支撑板（16）长度。
7.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述第一左侧大腿约束带（9）和第二左侧大腿约束带（10）直径大于第一左侧小腿约束带（12）和第二左侧小腿约束带（14）。
8.根据权利要求1所述的一种人体下肢关节运动角度捕捉装置，其特征在于，所述第一右侧大腿约束带（21）和第二右侧大腿约束带（19）直径大于第一右侧小腿约束带（17）和第二右侧小腿约束带（15）。
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2018
- 2018-11-02 CN CN201811298218.4A patent/CN109620240A/zh active Pending
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