一种人体坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种人体坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备，具体涉及医疗康复技术领域，所述人体坐站转移能力测量装置包括测力踏板，所述测力踏板设置于人体足底；至少三个姿态传感器，分别设置于人体的小腿、大腿及躯干位置；上位机，分别与所述姿态传感器及所述测力踏板连接，所述上位机用于根据接收的人体坐站转移运动过程中所述测力踏板测得的足底力数据和各所述姿态传感器测量的人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据，来获取踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩。本发明专利技术可根据各关节处的力矩来判断坐站转移过程中人体下肢运动能力、肌力以及平衡能力，具有安装简单，成本低，简洁实用，易于临床推广。推广。推广。

【技术实现步骤摘要】
一种人体坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备


[0001]本专利技术涉及人体功能性评估
，具体地说涉及一种坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备。

技术介绍

[0002]坐站转移运动是人类最基本的功能性活动，是人类独立进行日常生活活动的基本前提，从生物力学的角度来看，坐站转移运动需要不同肌肉之间的相互协调，以及需要足够的肌肉力量来提升身体重心运动；对于脑卒中偏瘫患者而言，坐站转移能力是决定其能否独立生活的重要功能基础；因此，对于坐站转移能力的评估就显得尤为重要。在临床上，关节力矩是评估坐站转移能力的常用指标，在康复训练器材的设计上，关节力矩对于驱动器的选择具有重要意义，近年来一些学者也开始了坐站转移运动辅助训练器材的研究，然而，建立一个有效的人类日常活动的动力学模型是设计残疾人辅助装置的关键步骤，因此，分析人体坐站转移运动对于康复评估和康复训练器材的设计就显得至关重要。
[0003]目前，在人体坐站转移运动分析中，大都采用运动捕捉系统采集人体的关节角度信息，然而基于摄像机的运动捕捉系统虽然测量精度高，但是价格昂贵，测量环境要求高，反射标记的安装耗时长，对于安装位置要求较高，而且容易被遮挡，同时需要专用的实验室空间，后处理(包括反射标记的识别、跟踪、空间坐标的计算)时间长，不利于作为一种临床的技术手段。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种人体坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备，用于解决现有技术中装置价格昂贵、测量环境要求高、反射标记的安装耗时长、对于安装位置要求较高、容易被遮挡、需要专用的实验室空间，后处理时间长的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种人体坐站转移能力测量装置，包括：
[0006]测力踏板，所述测力踏板设置于人体足底；
[0007]至少三个姿态测量装置，分别设置于人体的小腿、大腿及躯干位置；
[0008]上位机，分别与所述姿态测量装置及所述测力踏板连接，所述上位机用于根据接收的人体坐站转移运动过程中所述测力踏板测得的足底力数据和各所述姿态测量装置测量的人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据，来获取踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩。
[0009]在一可选实施例中，所述测力踏板包括二维力测量装置或多维力测量装置。
[0010]在一可选实施例中，所述姿态测量装置包括两轴加速度传感器和单轴陀螺仪的组合、或由3轴陀螺仪与3轴加速度传感器组成的六轴惯性传感器，或由3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴电子罗盘组成的九轴姿态传感器。
[0011]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供了人体坐站转移能力测量方法，其特征在于，包括步骤：
[0012]利用测力踏板测量人体坐站转移运动过程中的足底力数据，利用姿态测量装置测量的人体坐站转移运动过程中人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据；
[0013]利用所述足底力数据及所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩。
[0014]在一可选实施例中，在利用测力踏板测量人体坐站转移运动过程中的足底力数据的步骤中，所述足底力数据包括人体足底水平力和法向力以及力的作用位置。
[0015]在一可选实施例中，利用所述人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据中的欧拉角计算人体的踝关节、膝关节和髋关节处的关节角度数据。
[0016]在一可选实施例中，在人体坐站转移过程中，利用所述足底力数据及所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩的步骤包括：
[0017]根据所述足底力数据获取踝关节力矩；
[0018]根据所述足底力数据和小腿处的所述姿态测量装置测得的运动姿态数据来获取膝关节力矩；
[0019]根据所述足底力数据和躯干处的所述姿态测量装置测得的运动姿态数据来获取髋关节力矩。
[0020]在一可选实施例中，当人体臀部离开座位前，利用所述足底力数据及所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩的步骤包括：
[0021]根据所述足底力数据获取踝关节力矩；
[0022]根据所述足底力数据和小腿处的所述姿态测量装置测得的运动姿态数据来获取膝关节力矩；
[0023]根据躯干处的所述姿态测量装置测得的运动姿态数据来获取髋关节力矩；
[0024]根据所述足底力数据和小腿处、大腿处及躯干处的所述姿态测量装置测得的运动姿态数据来获取座位支持力，并根据所述座位支持力判断人体臀部是否离开座位；
[0025]当人体臀部离开座位后，所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩的步骤包括：
[0026]根据所述运动姿态数据、人体小腿、大腿和躯干的质心坐标、人体小腿、大腿和躯干的长度获取人体坐站转移过程中的总势能和动能；
[0027]根据所述人体坐站转移过程中的总势能和动能来获取人体坐站转移过程中踝关节、膝关节和髋关节处的关节力矩。
[0028]在一可选实施例中，所述人体坐站转移能力测量方法还包括，根据获取的人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩来判断坐站转移过程中人体下肢运动能力、肌力以及平衡能力的步骤。
[0029]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术还提供一种电子设备，包括相互耦合的处理器和存储器，所述存储器存储有程序指令，当所述存储器存储的程序指令被所述处理器执行时实现所述的人体坐站转移能力测量方法。
[0030]本专利技术的人体坐站转移能力测量装置、测量方法及电子设备，测量时，在使用者小腿、大腿以及躯干上安装姿态测量装置，双脚站在测力踏板上，记录从坐到站过程中姿态测量装置所传输出的人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据以及测力踏板所传输的足底力数据计算各关节处的力矩，并根据各关节处的力矩来判断坐站转移过程中人体下肢运动能力、肌力以及平衡能力。
[0031]本专利技术提供一种基于姿态测量装置和测力踏板的一种坐站转移测量装置，具有实用简单、安装方便、安装位置不受限制、布线合理以及便于临床上推广的特点。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
[0033]图1显示为本专利技术的人体坐站转移能力测量装置佩戴在人体上的示意图；
[0034]图2显示为本专利技术的人体坐站转移能力测量方法的流程示意图；
[0035]图3显示为本专利技术根据简化的人体刚体模型所建立的数学模型示意图；
[0036]图4显示为本专利技术的电子设备的结构框图。
[0037]元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体坐站转移能力测量装置，其特征在于，其包括：测力踏板，所述测力踏板设置于人体足底；至少三个姿态测量装置，分别设置于人体的小腿、大腿及躯干位置；上位机，分别与所述姿态测量装置及所述测力踏板连接，所述上位机用于根据接收的人体坐站转移运动过程中所述测力踏板测得的足底力数据和各所述姿态测量装置测得的人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据，来获取踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩。2.根据权利要求1所述的人体坐站转移能力测量装置，其特征在于，所述测力踏板包括二维力测量装置或多维力测量装置。3.根据权利要求1所述人体坐站转移能力测量装置，其特征在于，所述姿态测量装置包括两轴加速度传感器和单轴陀螺仪的组合，或六轴惯性传感器，或九轴姿态传感器。4.一种人体坐站转移能力测量方法，其特征在于，包括：利用测力踏板测量人体坐站转移运动过程中的足底力数据，利用姿态测量装置测量的人体坐站转移运动过程中人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据；利用所述足底力数据及所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩。5.根据权利要求4所述的人体坐站转移能力测量方法，其特征在于，在利用测力踏板测量人体坐站转移运动过程中的足底力数据的步骤中，所述足底力数据包括人体足底水平力、法向力和力的作用位置。6.根据权利要求4所述人体坐站转移能力测量方法，其特征在于，利用所述人体的小腿、大腿及躯干位置的运动姿态数据中的欧拉角计算人体的踝关节、膝关节和髋关节处的关节角度数据。7.根据权利要求4所述的人体坐站转移能力测量方法，其特征在于，在人体坐站转移过程中，利用所述足底力数据及所述运动姿态数据获取人体坐站转移过程中的踝关节、膝关节及髋关节处的关节角度数据和关节力矩的步骤包括：根据所述足底力数据获取踝关节力矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，袁妍，刘鹏，葛亮，刘正士，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：