[发明专利]一种膝关节角度的实时检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种助行康复训练方法与装置，特别涉及一种膝关节角度的实时检测方法与装置。本发明基于助行机器人平台安装多路超声波测距传感器，检测人行走时单侧下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，通过对检测的距离数据处理计算，获取人行走时膝关节弯曲的角度变化的数据。

背景技术

随着中国人口老龄化现象逐渐加剧，在老龄人群中存在大量的下肢有运动功能障碍的患者，这些患者需要对其进行恢复肢体运动功能的训练，正确、科学的下肢康复训练对恢复这类患者的下肢运动功能发挥这重要的作用，这些患者由于下肢都存在不同程度的运动功能障碍，在正常行走过程中膝关节的弯曲角度也随之受到影响，而及时、准确的获取受试者在行走过程中膝关节弯曲的角度信息，分析步态运动过程中膝关节的运动状态，是对其进行正确、科学的下肢康复训练的重要前提。

目前对受试者在行走过程中膝关节弯曲角度的检测方法主要是基于传感器的方法实现，主要包括：微型加速度计，陀螺仪，光纤角度传感器等。

2001年Williamson等人在受试者的大腿和小腿部分安装加速度计和陀螺仪，通过信息融合技术将两种传感器检测的数据融合并，进行误差补偿等数据处理方法，获取受试者膝关节弯曲的角度信息。

2005年Scapellato等人用光纤角度传感器安装在受试者膝关节位置获取膝关节角度数据。

2009年熊静等人通过在受试者的膝关节固定两个在同一位置但不同轴向的微型加速度传感器，检测膝关节运动信息，分解两个加速度向量模之间的关系，并对测量数据的使用交叉校准等方法，获取受试者膝关节角度信息。

2009年Yingbo Xu等人在受试者的膝关节和髋关节处放置有不同颜色的标记点，通过摄像机获取标记点处大腿受限和小腿轴线与垂直方向上所成的角度，获取受试者膝关节角度。

2004年在公开号为CN2759385的实用新型专利中公开了一种《膝关节生物力学测试仪》，该技术方案是将测试仪固定在受试者膝关节位置，获取受试者膝关节角度信息，其特点是含有膝关节屈曲度显示、胫骨承力和韧带变形测量的装置，其中屈曲度显示装置含有带圆弧槽的刻度盘、以其锁紧螺钉活套在刻度盘的圆弧槽内的股骨夹套及指针；承力测定装置含有带转轮和锁定螺母的加力螺杆、在该螺杆上的力传感器与胫骨夹套；变形测量装置含有在胫骨夹套外侧壁上的加长杆及其上的变形传感器、一根其一端穿过胫骨置入韧带、连接变形传感器并固定在股骨上而另端通过滑轮连接平衡锤的金属丝。

2006年在公开号为CN200973711的实用新型专利中公开一种《在线关节参数测量装置》，该装置由上连接杆(2)、下连接杆(6)、角度传感器(1)和数据采集发射系统组成，并将检测装置固定在受试者膝关节位置，通过上下连接杆的轴线关系，用角度传感器直接测量膝关节的弯曲角度数据。其特征在于，所述上连接杆(2)与下连接杆(6)之间通过角度传感器轴(8)连接，下连接杆(6)与传感器轴(8)间隙配合，传感器(1)的安装脚与下连杆(6)固定连接；上连接杆(2)在旋转头中央开有长形方槽(7)，传感器轴(8)通过在端部固定的滑块(5)与长形方槽(7)配合连接，自动适应关节转动瞬心的变化，上连接杆(2)和下连接杆(6)在连接处通过圆形旋转头相互配合转动。

以上技术方案给出的这些基于传感器的膝关节角度测量装置均可以准确地测得膝关节角度，但是都需要将检测装置固定在受试者的下肢的不同位置，而且包括对检测传感器的外围电路和电源等设备，每一次检测都需要专业人员进行安装，对检测受试者在行走过程中的膝关节角度产生或多或少的限制和数据干扰。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供出一种新的膝关节角度的实时检测方法与装置。本发明通过多路超声波测距传感器检测人体行走时下肢与检测平台之间的距离数据，以获取人体行走时的膝关节角度信息。

本发明给出的技术方案是：这种膝关节角度的实时检测方法，采用超声波测距传感器检测人体行走时膝关节弯曲的角度，其特征在于：将超声波检测装置安装在移动助行机器人平台前方内侧，受试者身体上不加装任何检测装置，通过多路超声波检测人体行走时下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，通过检测距离数据，获取受试者在行走过程中膝关节弯曲的角度。