[发明专利]一种关节生物力学测量评估装置及其方法

权利要求书

1.一种关节生物力学测量评估装置，其特征在于，包括：

第一角度传感器，设置在被测关节的活动部分上，被配置为实时采集被测关节活动部分的角度信息；

第二角度传感器，设置在被测关节的固定部分上，被配置为实时采集被测关节固定部分的角度信息；

压力传感器，被配置为在操作者推动被测关节的活动部分运动时实时采集操作者施加的力信息；

数据采集器，包括主控模块和通信模块，所述主控模块与所述第一角度传感器、第二角度传感器以及压力传感器连接，所述主控模块被配置为将所述第一角度传感器、第二角度传感器传来的角度信息转化为与所述压力传感器传来的力信息对应的关节活动角度信息；所述通信模块与所述主控模块连接，被配置为将所述主控模块处理得到的关节活动角度信息和力信息传输给上位机，并在所述上位机进行显示。

2.如权利要求1所述的一种关节生物力学测量评估装置，其特征在于：主控模块采用下述公式计算关节活动角度，

M＝M_roll*M_pitch*M_yaw

L＝(M₂₁ M₂₂ M₂₃)

θ＝arccos(L₁*L₂)

式中，yaw、pitch、roll分别表示第一角度传感器或第二角度传感器输出的欧拉角；M_roll、M_pitch、M_yaw分别表示第一或第二角度传感器在地面参考系下存在的三个旋转矩阵；M表示第一或第二角度传感器的姿态矩阵；L表示沿第一或第二角度传感器所依附的被测关节部分轴向的单位向量；M₂₁、M₂₂、M₂₃表示姿态矩阵的第二行的第一列、第二列和第三列对应的元素；θ表示关节的活动角度；L₁和L₂分别为第一角度传感器所依附的被测关节活动部分的轴向单位向量和第二角度传感器所依附的被测关节固定部分的轴向单位向量。

3.如权利要求1所述的一种关节生物力学测量评估装置，其特征在于：所述数据采集器还包括壳体以及外露于壳体上的电源开关、运行指示灯、充电状态指示灯、充电接口和传感器接口；主控模块封装在所述壳体内；所述电源开关采用按键开关，被配置为启动或者关闭数据采集器；运行指示灯被配置为指示数据采集器的运行状态，充电状态指示灯用来被配置为指示数据采集器的充电状态；充电接口采用USBtypeC接口；在主控模块与充电接口、主控模块与传感器接口之间设置保护电路，保护电路被配置成对数据采集器进行短路保护和静电保护；传感器接口包括压力传感器接口和角度传感器接口，压力传感器与压力传感器接口的输入端连接，压力传感器接口的输出端与主控模块连接；所述第一角度传感器与第二角度传感器连接，所述第二角度传感器与角度传感器接口的输入端连接，角度传感器接口的输出端与主控模块连接。

4.如权利要求1所述的一种关节生物力学测量评估装置，其特征在于：

第一角度传感器和第二角度传感器采用相同的结构，包括外壳、角度传感器主体、运行指示灯、对外接口和保护电路；角度传感器主体设置在外壳内，运行指示灯和对外接口外露于外壳上，所述运行指示灯和对外接口均与角度传感器主体连接；保护电路设置角度传感器主体和对外接口之间，被配置为对角度传感器主体进行反接保护和静电保护；所述对外接口包含两个，一个是首端的typeC接口，一个是尾端的引线焊盘；其中，所述第一角度传感器的首端的typeC接口被配置为接受外部供电和对外输出数据，第一角度传感器的尾端的引线焊盘浮空；所述第二角度传感器的首端的typeC接口被配置为对外提供电源和接受输入数据，所述第二角度传感器的尾端的引线焊盘被配置为接受外部供电和对外输出数据。

5.如权利要求4所述的一种关节生物力学测量评估装置，其特征在于：所述角度传感器主体采用微型九轴姿态传感器。