CN109737865A - 一种通用型单自由度运动支具角度测量装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，包括测量端以及与测量端无线连接的上位机；该测量端又包括壳体，设置在壳体背面的固定接头，设置在壳体外侧且底端贯穿壳体的传动连接件，设置在壳体内部且与传动连接件的端部相连接的电位器，以及设置在壳体内部且与电位器相连接的电路板。本发明还公开了一种通用型单自由度运动支具角度测量装置的使用方法，包括将测量端固定在运动支具上等步骤。本发明提供一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，在不对运动支具做任何修改的前提下，尽可能多地适配不同种类的支具、并尽可能减少安装难度，从而极大的提高了产品的适用范围与使用效果，降低了用户的使用成本。
Description
技术领域
本发明属于运动支具测量领域，具体是指一种通用型单自由度运动支具角度测量装置。
背景技术
运动支具是医学上广泛使用的关节支撑与保护设备，此类设备一方面对关节及关节附近骨骼、肌肉提供保护和支撑，另一方面还能确保关节在安全范围内自由活动。目前绝大多数运动支具的结构均较为简单，其使用目的仅仅是为了实现上述的保护和支撑功能，无法实时测量使用过程中关节实际的活动角度。但是，在康复医学实践中，患者在日常生活的关节活动范围可以直接转换为多个量表的测量值，医生也可以根据患者的关节活动角度准确掌握患者的运动能力，还能及时的发现患者的异常运动模式，进而为患者制订更为科学的康复训练计划，以更好的促进患者恢复。
为了准确、实时测量支具所包裹的肢体实际运动角度，专利号为ZL201420552410.2的专利公开了一种便于调节的踝关节训练装置，专利号为ZL201420552058.2的专利公开了一种便于调节的腕关节训练装置，专利号为ZL201620839432.6的专利公开了一种具有调节和测量角度功能的肘关节康复训练装置，这些装置都具备了转动角度测量功能，但其公开的角度测量方法都是针对专门定制的支具设计的，无法适配于其他支具。当前市场上的运动支具种类繁多，但几乎都没有考虑为角度测量预留接口，也并未为此类角度测量附件预留安装位置。所以，目前并没有可以适配多种运动支具的角度测量设备，属于行业中的领域空白。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种通用型单自由度运动支具角度测量装置及其使用方法，在不对运动支具做任何修改的前提下，尽可能多地适配不同种类的支具、并尽可能减少安装难度，从而极大的提高了产品的适用范围与使用效果，降低了用户的使用成本。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，包括测量端以及与测量端无线连接的上位机；该测量端又包括壳体，设置在壳体背面的固定接头，设置在壳体外侧且底端贯穿壳体的传动连接件，设置在壳体内部且与传动连接件的端部相连接的电位器，以及设置在壳体内部且与电位器相连接的电路板；所述上位机通过无线网络与电路板相连接。
进一步的，所述壳体又由上壳，与上壳相匹配的下壳，以及底座设置在上壳内侧且按键贯穿该上壳的按键开关组成。
作为优选，所述固定接头呈圆柱形，且固定在下壳的外侧底面上，该固定接头的数量至少为一个。
作为优选，所述固定接头为永磁体或粘接柱。
再进一步的，所述传动连接件由传动杆，垂直设置在传动杆底端的转轴固定端，以及垂直设置在传动杆顶端并与转轴固定端相平行的铰链固定端组成；该转轴固定端贯穿下壳且与电位器相连接。
更进一步的，所述电路板又包括设置在该电路板背面的测角模块，设置在电路板背面且与测角模块相连接的蓝牙模块，设置在电路板正面并与测角模块和蓝牙模块相连接的电池座，以及设置在电路板正面的电源开关；所述电源开关与按键开关相匹配，该测角模块与电位器相连接。
作为优选，所述电池座中设置有电池，该电池为纽扣电池。
另外，所述上位机为计算机或智能手机或手持终端，且该上位机通过蓝牙与蓝牙模块相连接。
一种通用型单自由度运动支具角度测量装置的使用方法，包括以下使用步骤：
(1)将测量端固定在运动支具上；
(2)通过测量端中的蓝牙模块与设置有软件程序的上位机建立通信连接；
(3)在上位机中进行运动支具类型选择；
(4)在上位机中进行铰链结构类型选择；
(5)上位机通过测量端收集运动支具使用时的参数；
(6)在上位机中选择运动角度校准，并通过步骤(5)采集的参数进行校准，最终生成校准后的角度计算公式；
(7)上位机根据校准后的角度计算公式对收集的参数进行计算与整理；
(8)上位机将计算与整理后的参数进行存储并对外显示。
步骤(5)中测量端采集运动支具的运动参数的具体过程为：首先电位器将根据运动支具的转动而改变自身阻值，然后与电位器相连接的测角模块将会将电位器的实时电阻值改变成电压信号，最后该电压信号将会通过蓝牙模块被发送给上位机。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明可以为市面上大量运动支具提供实时角度测量功能，这是功能上的一大飞跃，被量化的肢体运动角度可以实时显示，也可以以统计方式呈现，医生可准确掌握使用者日常运动情况，并据此制订更为科学的康复方案；使用者也可以随时了解自己的康复效果。
(2)本发明可以匹配市场上现有的大部分单轴、双轴铰链运动支具，不要求运动支具专门定制有角度测量的接口或配件装配点，也不需要对已有支具进行任何二次加工，极大的提高了产品的适用范围与使用效果。
(3)本发明通过固定接头来与运动支具进行固定，且该固定接头能够根据实际的需求进行吸附或者粘接即可完成固定的过程，极大的降低了和产品的固定难度，提高了产品的适应灵活性，进一步促进了行业的发展。
(4)本发明采用蓝牙模块将测量到的肢体角度输出至上位机中，上位机可以为计算机或智能手机或手持终端等多种硬件平台，进而可以根据需要将数据存储在不同的数据库里，这样的数据管理方式使得原本只作为本地显示的数据可以大批量分类存储，成为设备管理或康复治疗的大数据，为日后康复手段的革新提供依据，也为运动支具类产品的质量评估、改进提供有效数据支撑，从而很好的推动了行业的发展。
(5)本发明的方法可以对运动支具的旋转角度进行校准，从而更加准确的计算出运动支具在实际使用时的旋转角度，进而更好的完成运动支具的参数计算与整理，提高了产品使用的准确性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的正向爆炸图。
图3为本发明的背向爆炸图。
图4为本发明与单轴铰链支具装配示意图。
图5为本发明与双轴铰链支具装配示意图。
图6为本发明的使用方法流程框图。
附图标记说明：1、固定接头；2、电位器；3、电路板；4、壳体；5、传动连接件；31、测角模块；32、蓝牙模块；33、电池座；34、电池；35、电源开关；41、上壳；42、下壳；43、按键开关；51、转轴固定端；52、铰链固定端；53、传动杆。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1、2、3所示，包括测量端以及与测量端无线连接的上位机；该测量端又包括壳体4，设置在壳体4背面的固定接头1，设置在壳体4外侧且底端贯穿壳体4的传动连接件5，设置在壳体4内部且与传动连接件5的端部相连接的电位器2，以及设置在壳体4内部且与电位器2相连接的电路板3；所述上位机通过无线网络与电路板3相连接。
所述壳体4又由上壳41，与上壳41相匹配的下壳42，以及底座设置在上壳41内侧且按键贯穿该上壳41的按键开关43组成。
壳体的形状可以根据实际的需求进行设定，可以为长方体、圆柱形或者立体的多边形。在本申请中采用最优的圆柱形，以降低边角与人体的碰撞几率，更好的保护了使用者的安全。
所述固定接头1呈圆柱形，且固定在下壳42的外侧底面上，该固定接头1的数量至少为一个。
所述固定接头1为永磁体或粘接柱。
当运动支具的铰链片或铰链固定件的材质为钢、铁等可磁化材料时，固定接头则可采用永磁体，进而通过磁力使得产品与运动支具固定在一起。而当运动支具的铰链片或铰链固定件的材质为铝、塑料等非可磁化材料时，固定接头则可采用粘接柱，即选用拥有粘性的柱体结构，从而通过粘接的方式将产品与运动支具固定在一起。
所述传动连接件5由传动杆53，垂直设置在传动杆53底端的转轴固定端51，以及垂直设置在传动杆53顶端并与转轴固定端51相平行的铰链固定端52组成；该转轴固定端51贯穿下壳42且与电位器2相连接。
铰链固定端上设置有柱状的螺栓，以调节传动连接件与铰链片之间的间距，使得产品能够更好的贴合在铰链片上，从而避免在设置时因为间隙问题使得铰链固定端与铰链片脱离，提高产品使用的稳定性。
传动连接件在转动时，转轴固定端则以电位器的转轴为中心点进行旋转，同时带动电位器的转轴旋转，电位器在转轴旋转时将改变自身的输出阻值。
所述电路板3又包括设置在该电路板3背面的测角模块31，设置在电路板3背面且与测角模块31相连接的蓝牙模块32，设置在电路板3正面并与测角模块31和蓝牙模块32相连接的电池座33，以及设置在电路板3正面的电源开关35；所述电源开关35与按键开关43相匹配，该测角模块31与电位器2相连接。
测角模块的作用是用于测量电位器的输出阻值，其检测方式为通过电压或电流的改变值来判断电位器的电阻改变，其具体的模块为本领域的常规模块，在此便不进行赘述。其检测的方式是通过电位器阻值的改变来判断电位器转轴的转动角度。蓝牙模块的作用则是通过蓝牙连接的方式将电位器的相关参数发送给上位机，使得上位机能够接收到相关的参数，并对接收的数据进行整理与显示。
所述电池座33中设置有电池34，该电池34为纽扣电池。采用纽扣电池的目的是降低产品供电结构占用的空间，进一步压缩产品的体积，使得产品的使用更加方便。
所述上位机为计算机或智能手机或手持终端，且该上位机通过蓝牙与蓝牙模块32相连接。上位机的设置目的是用于收集产品使用时的各项信息，并对信息进行显示与整理，以使得使用者或者医生可以更好的根据各项数据进行更加合理的运动规划，进一步提高了患者的康复速度。
实施例2
如图6所示，一种通用型单自由度运动支具角度测量装置的使用方法，包括以下使用步骤：
(1)将测量端固定在运动支具上；
(2)通过测量端中的蓝牙模块与设置有软件程序的上位机建立通信连接；
(3)在上位机中进行运动支具类型选择；
该支具类型包括肘关节支具、膝关节支具、踝关节支具等。
(4)在上位机中进行铰链结构类型选择；
本产品能够测量的铰链结构类型为单轴铰链或双轴铰链。
(5)上位机通过测量端收集运动支具使用时的参数；
测量端采集运动支具的运动参数的具体过程为：首先电位器将根据运动支具的转动而改变自身阻值，然后与电位器相连接的测角模块将会将电位器的实时电阻值改变成电压信号，最后该电压信号将会通过蓝牙模块被发送给上位机。
(6)在上位机中选择运动角度校准，并通过步骤(5)采集的参数进行校准，最终生成校准后的角度计算公式；
(7)上位机根据校准后的角度计算公式对收集的参数进行计算与整理；
(8)上位机将计算与整理后的参数进行存储并对外显示。
另外，计算与和整理后的参数还可以通过上位机发送至云服务器中，以实现数据的共享以及远程的数据交换，进一步提高了产品的使用效果。
实施例3
本实施例为本发明与单轴铰链的运动支具的配合使用方法。
如图4所示，该运动支具的单轴铰链结构主要由两个铰链片和一个用于连接两个铰链片的转轴组成，其中一个铰链片位于外侧，另一个铰链片位于内侧。在设置时，先将电位器的转轴与转轴对齐，即使得与电位器转轴同轴的转轴固定端与转轴同轴设置，接着将固定接头吸附或粘接在位于外侧的铰链片上，然后再通过调节铰链固定端上柱状螺栓的方式使得铰链固定端能够贴合在内侧的铰链片上，并通过吸附或者粘接的方式进行固定，在固定时铰链固定端的最优位置为内侧铰链片的中心线上，从而完成了产品的安装，同时使得产品与铰链片之间的固定更加稳定，降低了产品脱落的几率。
在产品固定完成后，通过按键开关开启设备，并使得设备通过蓝牙与上位机相连接，在上位机上设置专门的软件，并在软件中对运动支具的类型进行选择，如肘关节支具、膝关节支具、踝关节支具等，并在软件中的铰链结构选项中选择单轴铰链结构选项，根据运动支具的功能设定该运动支具的最大转动范围和最小转动范围，并通过校准模式对其进行校准，在校准后收集运动支具使用过程中所产生的角度参数，通过上位机对该参数进行整理、计算以及显示。使用完毕后通过按键开关关闭产品，并将产品与运动支具一并放置即可，无需将产品从运动支具上拆下。通过上位机中设置的软件便能很直观的将运动支具的运动参数进行显示，患者或者医生可以通过该运动参数来确定运动是否正常，产品还可以对参数进行收集，使得医生或者患者可以长期观察运动参数并及时的完成训练的调整，进一步提高了产品的使用效果，促进了患者的痊愈。
实施例4
本实施例为本发明与双轴铰链的运动支具的配合使用方法。
如图5所示，该运动支具的双轴铰链结构主要由两个铰链片和一个同时与两个铰链片分别通过两个转轴相连接的铰链固定件组成。在设置时，首先选择一个铰链片作为目标铰链片，并将该目标铰链片与铰链固定件的连接转轴作为目标转轴，然后将电位器的转轴与目标转轴对齐，即使得与电位器转轴同轴的转轴固定端与目标转轴同轴设置，接着将固定结构吸附或粘接在该铰链固定件的外表面上，再通过调节铰链固定端上柱状螺栓的方式使得铰链固定端能够贴合在目标铰链片上，并通过吸附或者粘接的方式将铰链固定端固定在该目标铰链片的中心线上，从而完成了产品的安装，同时使得产品与铰链片之间的固定更加稳定，降低了产品脱落的几率。
在产品固定完成后，通过按键开关开启设备，并使得设备通过蓝牙与上位机相连接，在上位机上设置专门的软件，并在软件中对运动支具的类型进行选择，如肘关节支具、膝关节支具、踝关节支具等，并在软件中的铰链结构选项中选择双轴铰链结构选项，根据运动支具的功能设定该运动支具的最大转动范围和最小转动范围，并通过校准模式对其进行校准，在校准后收集运动支具使用过程中所产生的角度参数，通过上位机对该参数进行整理、计算以及显示。使用完毕后通过按键开关关闭产品，并将产品与运动支具一并放置即可，无需将产品从运动支具上拆下。通过上位机中设置的软件便能很直观的将运动支具的运动参数进行显示，患者或者医生可以通过该运动参数来确定运动是否正常，产品还可以对参数进行收集，使得医生或者患者可以长期观察运动参数并及时的完成训练的调整，进一步提高了产品的使用效果，促进了患者的痊愈。
如上所述，便可很好的实现本发明。
Claims (10)
1.一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：包括测量端以及与测量端无线连接的上位机；该测量端又包括壳体(4)，设置在壳体(4)背面的固定接头(1)，设置在壳体(4)外侧且底端贯穿壳体(4)的传动连接件(5)，设置在壳体(4)内部且与传动连接件(5)的端部相连接的电位器(2)，以及设置在壳体(4)内部且与电位器(2)相连接的电路板(3)；所述上位机通过无线网络与电路板(3)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述壳体(4)又由上壳(41)，与上壳(41)相匹配的下壳(42)，以及底座设置在上壳(41)内侧且按键贯穿该上壳(41)的按键开关(43)组成。
3.根据权利要求2所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述固定接头(1)呈圆柱形，且固定在下壳(42)的外侧底面上，该固定接头(1)的数量至少为一个。
4.根据权利要求3所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述固定接头(1)为永磁体或粘接柱。
5.根据权利要求4所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述传动连接件(5)由传动杆(53)，垂直设置在传动杆(53)底端的转轴固定端(51)，以及垂直设置在传动杆(53)顶端并与转轴固定端(51)相平行的铰链固定端(52)组成；该转轴固定端(51)贯穿下壳(42)且与电位器(2)相连接。
6.根据权利要求5所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述电路板(3)又包括设置在该电路板(3)背面的测角模块(31)，设置在电路板(3)背面且与测角模块(31)相连接的蓝牙模块(32)，设置在电路板(3)正面并与测角模块(31)和蓝牙模块(32)相连接的电池座(33)，以及设置在电路板(3)正面的电源开关(35)；所述电源开关(35)与按键开关(43)相匹配，该测角模块(31)与电位器(2)相连接。
7.根据权利要求6所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述电池座(33)中设置有电池(34)，该电池(34)为纽扣电池。
8.根据权利要求7所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置，其特征在于：所述上位机为计算机或智能手机或手持终端，且该上位机通过蓝牙与蓝牙模块(32)相连接。
9.基于权利要求1-8所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置的使用方法，其特征在于：包括以下使用步骤：
(1)将测量端固定在运动支具上；
(2)通过测量端中的蓝牙模块与设置有软件程序的上位机建立通信连接；
(3)在上位机中进行运动支具类型选择；
(4)在上位机中进行铰链结构类型选择；
(5)上位机通过测量端收集运动支具使用时的参数；
(6)在上位机中选择运动角度校准，并通过步骤(5)采集的参数进行校准，最终生成校准后的角度计算公式；
(7)上位机根据校准后的角度计算公式对收集的参数进行计算与整理；
(8)上位机将计算与整理后的参数进行存储并对外显示。
10.根据权利要求9所述的一种通用型单自由度运动支具角度测量装置的使用方法，其特征在于：步骤(5)中测量端采集运动支具的运动参数的具体过程为：首先电位器将根据运动支具的转动而改变自身阻值，然后与电位器相连接的测角模块将会将电位器的实时电阻值改变成电压信号，最后该电压信号将会通过蓝牙模块被发送给上位机。
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