[发明专利]关节夹角的测量系统及方法

权利要求书

1.一种关节夹角的测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：控制器、至少一第一姿态传感器和至少一第二姿态传感器；

所述第一姿态传感器和所述第二姿态传感器固定于人体康复运动的训练部位；

所述第一姿态传感器用于获取所述训练部位的姿态的第一四元数并发送至所述控制器；

所述控制器用于将所述第一四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个欧拉角信息；

所述第二姿态传感器用于获取所述训练部位的姿态的第二四元数并发送至所述控制器；

所述控制器还用于将所述第二四元数转换为惯导坐标系下的所述不同旋转顺序的至少两个欧拉角信息；

所述控制器还用于根据至少四个欧拉角信息计算所述训练部位的关节夹角。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制器包括欧拉角转换单元、第一计算单元、第二计算单元和第一判断单元；

若所述欧拉角转换单元将所述第一四元数和所述第二四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息和第二欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第三欧拉角信息和第四欧拉角信息；

所述第一判断单元用于判断第一章动角的绝对值是否小于第一阈值；在判断为否时，调用所述第一计算单元；在判断为是时，调用所述第二计算单元；

所述第一计算单元用于根据所述第三欧拉角信息和所述第四欧拉角信息计算所述关节夹角；

所述第二计算单元用于根据所述第一欧拉角信息、所述第三欧拉角信息和所述第四欧拉角信息计算所述关节夹角；

所述第一欧拉角信息包括第一章动角。

3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述第一计算单元具体用于在第一章动角和第二章动角的乘积大于0时，通过如下公式计算关节夹角：

关节夹角＝180°-|第三章动角-第四章动角|；

所述第一计算单元具体还用于在第一章动角和第二章动角的乘积小于0时，通过如下公式计算关节夹角：

关节夹角＝|第三章动角+第四章动角|；

所述第二计算单元具体用于在预估角与第四章动角的乘积大于0时，通过如下公式计算关节夹角：

关节夹角＝180°-|第一章动角+sign(第三章动角)×90°-第四章动角|；

所述第二计算单元具体还用于在预估角与第四章动角的乘积小于0时，通过如下公式计算关节夹角：

关节夹角＝|第一章动角+sign(第三章动角)×90°+第四章动角|；

其中，预估角＝第一章动角+sign(第三章动角)×90°；

所述第二欧拉角信息包括第二章动角，所述第三欧拉角信息包括第三章动角，所述第四欧拉角信息包括第四章动角。

4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述控制器包括欧拉角转换单元和第三计算单元；

若所述欧拉角转换单元将所述第一四元数和所述第二四元数分别转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第三欧拉角信息和第四欧拉角信息；

所述第三计算单元用于通过如下公式计算关节夹角：

关节夹角＝180°-|第三自转角-第四自转角|；

所述第三欧拉角信息包括第三自转角，所述第四欧拉角信息包括第四自转角。

5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述控制器还包括第二判断单元；

所述第三计算单元还用于通过如下公式计算第一临时角：

第一临时角＝|第三自转角-第四自转角|；

所述第二判断单元还用于判断所述第一临时角的绝对值是否大于第二阈值，并在判断为是时，调用所述第三计算单元；

所述第三计算单元还用于通过如下公式计对所述关节夹角进行容错处理，以得到目标关节夹角：

目标关节夹角＝180°-|第一临时角-sign(第一临时角)×360°|。