[发明专利]一种人体肘关节前屈后伸及前臂旋内旋外瞬时螺转轴测量方法

摘要

本发明公开了一种人体肘关节前屈后伸及前臂旋内旋外瞬时螺转轴测量方法，属于测量技术领域，本发明包括以下三个步骤：(1)人体上肢运动数据的采集：首先将两个标志点运动块固定在操作者上臂，前臂适当位置、获取人体上臂、前臂运动信息(2)前臂运动模型的建立：将人体上臂、前臂作为一个刚体，建立肘关节广义一自由度及前臂广义一自由度运动学模型。(3)关节旋转瞬时螺旋轴求解：通过采集到上臂，前臂运动数据，构建前臂刚体相对上臂刚体运动的空间位移矩阵，获得肘关节螺旋轴在运动过程中的瞬时位置。本发明容易实现，测量点通过绑缚在人体骨骼上，计算简单并且测量准确。

主权项

1.一种人体肘关节前屈后伸及前臂旋内旋外瞬时螺转轴测量方法，其特征在于，包括以下三个步骤；/n(1)肘部运动数据的采集：首先将四个不在一个平面上的标志点固定在运动块上，运动块固定在运动法兰上，运动法兰固定在靠近上臂上部、前臂前部的适当位置，利用VICON测量系统，获取以上标志点的实时位置；/n(2)肘部运动模型的建立：为了求解人体肘关节前屈后伸瞬时螺转轴，将人体上臂作为固定刚体，前臂作为实时运动刚体，建立一个广义一自由度肘部关节运动学模型,同理可建立前臂旋内旋外运动的广义一自由度运动学模型；/n(3)关节瞬时旋转轴的求解：根据刚体运动时刚体上的标记点相对刚体的运动不变性，通过VICON光学运动捕捉系统将上臂以及前臂的标记点运动时的坐标数据采集下来，通过构建空间位移矩阵方程，提取关节螺旋轴运动相关参数，获得关节前臂相对于上臂在运动过程中的瞬时旋转轴；/n肘部运动模型的建立：为求解人体肘关节前屈后伸及前臂旋内旋外瞬时螺转轴，将人体上臂作为固定刚体，前臂作为实时运动刚体，建立一个广义一自由度肘部关节及前臂旋内旋外运动学模型；关节瞬时旋转轴的求解：根据刚体运动时刚体上的标志点相对刚体的运动不变性，通过VICON光学运动捕捉系统将上臂以及前臂的标志点运动时的坐标数据采集下来，通过构建空间位移矩阵方程，提取关节螺旋轴运动相关参数，获得关节前臂相对于上臂在运动过程中的瞬时旋转轴；/nS1 构建空间位移矩阵方程：前臂标志点在固定坐标系O1中表示，在1，j时刻，时刻1表示测量开始，时刻j表示测量过程，前臂标志点上四点命名为k、q、r、j，转化方程表示为：/n /n公式3中的D_1j的含义为前臂j时刻相对于1时刻的相对位移矩阵，(k_1x,k_1y,k_1z)为k标志点在1时刻相对于上臂固定坐标系的位置，(k_jx,k_jy,k_jz)为k标志点在j时刻相对于上臂固定坐标系的位置；/n写成矩阵方程：/n /n获取位移矩阵：/n /nS2 提取关节螺旋轴运动相关参数，根据如下方程，获取螺旋轴运动参数：/n /nφ为螺旋轴转角，为螺旋轴的方向向量，为在1时刻的前臂一点的三维坐标向量，s为螺旋轴方向上的移动量，为前臂j时刻相对于1时刻的相对旋转矩阵；/nS3 根据求得的螺旋运动参数，获得关节前臂相对于上臂在运动过程中的瞬时旋转轴。/n