本发明专利技术公开了一种上臂位姿测量装置及方法。柔性腔体管和硬质树脂基座之间形成密封的油液填充空腔，油液填充空腔充满有作为液压力传导介质的传导油液，油液填充腔内的硬质树脂基座底面固定硅压力敏感单元，并开有三个通孔，密封安装金属接线柱，硬质树脂基座侧壁开有两个通孔，分别为注油孔和平衡气压孔，通过密封塞塞紧。将装配好的两根柔性腔体管分别布置于被测试者大臂和小臂，获取硅压力敏感单元的压力数据，分别确定被测试者肘关节和腕关节相对肩关节的位姿。本发明专利技术的上臂位姿测量装置具有稳定性好、灵敏度高、检测精度高、集成方便的特点，可解决运动识别、睡眠评估和生理健康监测领域对位姿识别的需求。监测领域对位姿识别的需求。监测领域对位姿识别的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种上臂位姿测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及位姿测量领域，尤其涉及一种上臂位姿测量装置及方法，其位姿识别对象是人体上臂。
技术介绍
[0002]位姿测量装置在运动识别、睡眠评估和生理健康监测领域有着广泛的应用需求。其中在医疗大健康领域要求位姿测量装置可以提供稳定准确的位姿信息，且要求位姿测量装置不易受干扰，有足够的精度。
[0003]目前的位姿测量通常借助于压电加速度传感器内的加速度信号来实现。但是，由于压电加速度传感器的谐振频率高，非常容易受到声音的干扰，同时也会受到磁场的干扰，导致位姿测量精度偏低。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种上臂位姿测量装置及方法，能够稳定准确地读取上臂位姿信息，同时保证较高的检测精度，解决运动识别、睡眠评估和生理健康监测领域对位姿识别的需求。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：第一方面，本专利技术提供了一种上臂位姿测量装置，包括布置于测试者大臂和小臂的两根柔性腔体管以及每根柔性腔体管两端的两个硬质树脂基座、每根柔性腔体管两端的两个硅压力敏感单元；
[0006]所述柔性腔体管和两端的硬质树脂基座之间形成密封的油液填充空腔，所述油液填充空腔中充满有作为液压力传导介质的传导油液；
[0007]每个油液填充腔内的两个硬质树脂基座中的一个硬质树脂基座侧壁开有两个通孔，第一个通孔用于充入传导油液，第二个通孔用于平衡注油过程的大气压，两个通孔均通过密封塞塞紧；
[0008]所述硅压力敏感单元安装在硬质树脂基座内；硬质树脂基座开有三个接线柱孔，三个接线柱孔中密封安装金属接线柱，三个接线柱中的两个接线柱通过外部接线连接电源正负极，另外一个接线柱连接硅敏感单元用以连接信号端，并通过外部接线连接上位机，用于采集压力数据；
[0009]根据被测试者手臂位姿的不同，获取两个相对高度较低的硅压力敏感单元压力数据，分别确定被测试者肘关节和腕关节相对肩关节的位姿。
[0010]进一步地，每个硬质树脂基座上设有圆柱形凸起，每根柔性腔体管内油液填充腔两端端口分别和硬质树脂基座上的圆柱形凸起形成过盈配合。
[0011]进一步地，所述的柔性腔体管由柔性材料制成，硬质树脂基座由刚性材料制成。
[0012]进一步地，所述的密封塞为圆柱形，圆柱面与硬质树脂基座侧壁的注油孔和平衡气压孔形成过盈配合。
[0013]进一步地，所述的硅压力敏感单元通过玻璃熔融烧结方式固定于硬质树脂基座
上。
[0014]进一步地，所述的硅压力敏感单元上的金属接线柱通过玻璃熔融烧结方式固定于硬质树脂基座的接线柱孔中，并在金属接线柱侧面与接线柱孔内壁之间设有作为绝缘层的玻璃浆料。
[0015]进一步地，所述的柔性腔体管采用硅橡胶，所述的硬质树脂底座采用ABS树脂，所述的传导油液采用硅油。
[0016]进一步地，所述的柔性腔体管采用聚二甲基硅氧烷PDMS；所述的硬质树脂底座采用丙烯腈
‑
丁二烯
‑
苯乙烯共聚物。
[0017]进一步地，所述的金属接线柱和密封塞材料为不锈钢。
[0018]第二方面，本专利技术还提供了一种上臂位姿测量方法，所述方法包括：
[0019]S1：装配好的第一根柔性腔体管布置于被测试者大臂，柔性腔体管一端的硬质树脂基座布置于被测试者肘关节，另一端的硬质树脂基座布置于被测试者的肩关节；装配好的第二根柔性腔体管布置于被测试者小臂，柔性腔体管一端的硬质树脂基座布置于被测试者腕关节，另一端的硬质树脂基座布置于被测试者的肘关节。
[0020]具体地，布置于被测试者大臂的为第一柔性腔体管，第一柔性腔体管两端靠近肩关节的为第一硬质树脂基座，第一硬质树脂基座固定第一硅压力敏感单元，第一柔性腔体管两端靠近肘关节的为第二硬质树脂基座，第二硬质树脂基座固定第二硅压力敏感单元；布置于被测试者小臂的为第二柔性腔体管，第二柔性腔体管两端靠近肘关节的为第三硬质树脂基座，第三硬质树脂基座固定第三硅压力敏感单元，第二柔性腔体管两端靠近腕关节的为第四硬质树脂基座，第四硬质树脂基座固定第四硅压力敏感单元。
[0021]S2：根据手臂位姿的不同分别获取第一柔性腔体管两端高度较低的硅压力敏感单元的压力数据和第二柔性腔体管两端高度较低的硅压力敏感单元的压力数据。
[0022]S3：分别对所述第一柔性腔体管和第二柔性腔体管的硅压力敏感单元的压力数据，根据柔性腔体管内液体压强推导出柔性腔体管两端的高度差，，分别确定被测试者肘关节和腕关节相对肩关节的位姿。
[0023]本专利技术的基本工作原理是：
[0024]当被测试者佩戴本专利技术的上臂位姿测量装置时，柔性腔体管两端存在高度差，柔性腔体管内的硅油油液会对柔性腔体管两端高度较低的硅压力敏感单元产生静态接触压力，根据帕斯卡定理，传导油液内部形成液压力，液压力大小通过硅压力敏感单元测量，硅压力敏感单元将压力信号转化为电信号通过内部金线、接线柱、外部引线传输给后续处理电路。
[0025]当被测试者的手臂佩戴本专利技术的上臂位姿测量装置发生位姿变化时，柔性腔体管两端会存在新的高度差，由于柔性腔体管内充满传导油液，新高度差下的传导油液对柔性腔体管两端高度较低的硅压力敏感单元产生静态接触压力，液压力大小通过硅压力敏感单元测量，硅压力敏感单元将压力信号转化为电信号通过内部金线、接线柱、外部引线传输给后续处理电路。
[0026]当获取到硅压力敏感单元的压力数据时，根据液体压强公式可以推导出柔性腔体管两端的高度差(传导油液硅油的密度已知)，从而确定被测试者肘关节和腕关节相对肩关节的位姿。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]1)采用的敏感单元为硅压力敏感单元，灵敏度高、精度高，性能稳定可靠，且制造工艺成熟，成本低。
[0029]2)通过液压力的方式进行压力传导，内部压力均匀分布，且油液介质为硅油，物理、化学性质稳定，对敏感单元及内部引线形成微环境，隔离外部压力的直接接触，起到保护作用，增强传感器的耐用性；且油液的任意形变特性也兼顾了传感器的柔性封装要求；
[0030]3)传感器总体结构紧凑，方便被测者的佩戴和使用。
附图说明
[0031]图1是本专利技术的一组立体结构示意图；
[0032]图2是本专利技术的两组拆分立体结构示意图；
[0033]图3是本专利技术中硬质树脂基座的立体结构示意图；
[0034]图4是本专利技术中硬质树脂基座剖视图；
[0035]图5是本专利技术佩戴于被测试者的示意图；
[0036]图6是被测试者佩戴本专利技术位姿状态1时的示意图；
[0037]图7是被测试者佩戴本专利技术位姿状态2时的示意图；
[0038]图8是被测试者佩戴本专利技术位姿状态3时的示意图；
[0039]图9是被测试者佩戴本专利技术位姿状态4时的示意图。
[0040]图中：1a、第一硬质树脂基座(无通孔)，1b、第二硬质树脂基座(无通孔)，2a、第一柔性腔体管本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种上臂位姿测量装置，其特征在于：包括布置于测试者大臂和小臂的两根柔性腔体管以及每根柔性腔体管两端的两个硬质树脂基座、每根柔性腔体管两端的两个硅压力敏感单元；所述柔性腔体管和两端的硬质树脂基座之间形成密封的油液填充空腔，所述油液填充空腔中充满有作为液压力传导介质的传导油液；，每个油液填充腔内的两个硬质树脂基座中的一个硬质树脂基座侧壁开有两个通孔，第一个通孔用于充入传导油液，第二个通孔用于平衡注油过程的大气压，两个通孔均通过密封塞塞紧；所述硅压力敏感单元安装在硬质树脂基座内；硬质树脂基座开有三个接线柱孔，三个接线柱孔中密封安装金属接线柱，三个接线柱中的两个接线柱通过外部接线连接电源正负极，另外一个接线柱连接硅敏感单元用以连接信号端并通过外部接线连接上位机，用于采集压力数据；根据被测试者手臂位姿的不同，获取两个相对高度较低的硅压力敏感单元压力数据，分别确定被测试者肘关节和腕关节相对肩关节的位姿。2.根据权利要求1所述的一种上臂位姿测量装置，其特征在于：每个硬质树脂基座上设有圆柱形凸起，每根柔性腔体管内油液填充腔两端端口分别和硬质树脂基座上的圆柱形凸起形成过盈配合。3.根据权利要求1所述的一种上臂位姿测量装置，其特征在于：所述的柔性腔体管由柔性材料制成，硬质树脂基座由刚性材料制成。4.根据权利要求1所述的一种上臂位姿测量装置，其特征在于：所述的密封塞为圆柱形，圆柱面与硬质树脂基座侧壁的注油孔和平衡气压孔形成过盈配合。5.根据权利要求1所述的一种上臂位姿测量装置，其特征在于：所述的硅压力敏感单元通过玻璃熔融烧结方式固定于硬质树脂基座上。6.根据权利要求1所述的一种上...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟庭，吕宏亮，谢福远，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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