[发明专利]基于惯性传感器可穿戴式偏瘫康复设备及捷联姿态算法

摘要

一种基于惯性传感器可穿戴式偏瘫康复设备及捷联姿态算法，主要由上位机和惯性测量系统两部分组成，布置于患者不同部位的惯性测量单元通过惯性传感器采集患者运动时的姿态角度信息，通过无线传输模块将姿态角度信息传输到上位机中，上位机根据不同位置的姿态角度信息对患者的恢复训练过程进行实时的跟踪。本发明另提出了基于平面约束的捷联算法，根据动作运动过程中上一时刻前臂和后臂的运动姿态，构建约束平面，对加速度信息进行约束，从而实现系统的自约束测量，增强角度测量的稳定性和准确性。本发明能够根据偏瘫患者的病情，提供准确的恢复运动姿势及运动量，记录病人的每组动作完成程度和完成次数，还具有对偏瘫患者运动功能障碍及治疗效果进行简易评定的功能。

主权项

一种基于惯性传感器可穿戴式偏瘫康复设备，其特征在于：所述康复设备由上位机系统和惯性测量系统构成；所述上位机系统由控制器主机、显示器、打印机、微软WPF图形系统和无线通讯模块组成；上位机系统采用微软的WPF图形系统开发设计上位机用户界面，控制器主机对显示器和打印机进行控制；所述惯性测量系统由无线通信模块和惯性测量单元组成；惯性测量单元以MSP430系列单片机作为核心控制芯片，每个惯性测量单元由一个9自由度的测量传感器和一个无线通信模块组成，所述9自由度的测量传感器分别为三轴加速度计、三轴陀螺仪和三周磁力计，分别用以测量物体的运动加速度、角速度和物体周围磁场强度；物体运动加速度、角速度和磁场强度的测量信息经卡尔曼滤波后转化成姿态角度信息，所述卡尔曼滤波过程是在MSP430系列单片机中以硬件描述语言的形式实现的；所述惯性测量单元分为中心惯性测量单元和至少两个普通惯性测量单元；普通惯性测量单元是以分布方式安装在患者各患病上下肢的位置上，采集患者各患病肢体的位置和姿态信息；中心惯性测量单元安装在患者的躯干部位，采集躯干部位的位置和姿态信息；普通惯性测量单元与中心惯性测量单元之间通过无线通信模块进行数据传输，中心惯性测量单元融合所有普通惯性测量单元的数据，统一坐标数据；中心惯性测量单元与上位机系统之间也通过无线通信模块进行数据对接。