一种膝制造技术

本发明专利技术涉及一种膝

【技术实现步骤摘要】
一种膝、踝、肘关节功能转动轴的定位方法


[0001]本专利技术涉及生物力学
，特别是涉及一种膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法
。

技术介绍

[0002]目前在建立人体多刚体运动模型时，常采用惯性测量单元采集人体动作数据，对人体运动姿态进行近似追踪，从而建立符合人体行为特征的三维关节连接模型
。
该技术常用于建立人体多刚体运动模型的过程中，为相邻节段建立关节模型
。
然而，采用上述技术常存在惯性测量单元传感器坐标系与人体节段坐标系不一致的情况，惯性测量单元局部坐标轴与人体节段轴未对齐，从而导致关节转动轴位置不准确的问题
。
[0003]因此，亟需一种膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法来解决上述技术问题，提高关节转动轴位置的精确性
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，通过动
、
静态标定技术捕获的人体运动数据，确定人体各节段的局部坐标，从而定位膝
、
踝
、
肘的关节功能转动轴，提高关节转动轴位置的精确性
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，包括：
[0007]采集人体动作数据，对所述人体动作数据进行后处理，并基于后处理后的人体动作数据建立人体各节段的局部坐标；
[0008]基于所述人体各节段的局部坐标，获取膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在全局坐标系内的空间位置，完成所述膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位
。
[0009]进一步地，采集所述人体动作数据的方法包括：
[0010]为人体各节段分别设置静态标定点和动态标定点组，基于光学动作捕捉系统分别记录人体静态和动态下各标定点在全局坐标系内的空间位置，其中，所述人体各节段包括膝
、
踝
、
肘关节的近端节段和远端节段，所述膝
、
踝
、
肘关节的近端节段包括大腿
、
小腿
、
大臂，所述膝
、
踝
、
肘关节的远端节段包括小腿
、
足部
、
小臂
。
[0011]进一步地，对所述人体动作数据进行后处理包括：
[0012]基于差值算法对所述人体动作数据进行补点处理，并对补点处理后的人体动作数据进行滤波处理
。
[0013]进一步地，基于所述人体各节段的局部坐标，获取膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在全局坐标系内的空间位置包括：
[0014]基于近端节段各标定点在全局坐标系内的空间位置，获取动态下近端节段静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置；
[0015]建立近端节段局部坐标系，获取所述近端节段局部坐标系在所述全局坐标系内的
空间位置，以及远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置；
[0016]基于所述远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置，计算膝
、
踝
、
肘关节中心在所述近端节段局部坐标系内的空间位置和所述膝
、
踝
、
肘关节中心在全局坐标系内的空间位置，结合所述近端节段局部坐标系，计算所述膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在所述全局坐标系内的空间位置
。
[0017]进一步地，基于近端节段各标定点在全局坐标系内的空间位置，获取动态下近端节段静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置包括：
[0018]获取静态下近端节段的静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置
v
m
＝
{x
s
,y
s
,z
s
}
和近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置和近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置计算静态下近端节段的动态标定点组中心在所述全局坐标系内的空间位置
a
：
[0019][0020]获取动态下某一时刻近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置计算动态下某一时刻近端节段的动态标定点组中心在所述全局坐标系内的空间位置
p
：
[0021][0022]计算某一时刻近端节段的动态标定点组中心由静态下位置指向动态下位置的向量
[0023][0024]计算静态下近端节段的动态标定点组中各标定点指向动态标定点组中心的向量组
A
和动态下某一时刻近端节段的动态标定点组中各标定点指向动态标定点组中心的向量组
B
，基于向量组
A
和
B
获取矩阵
C
，
C
＝
B
×
A
′
，对所述矩阵
C
进行奇异值分解，获取近端节段的动态标定点组的旋转矩阵
R
；
[0025][0026]式中，
P、Q
为矩阵
C
进行奇异值分解获得的矩阵；
[0027]计算动态下近端节段静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置
d
s
：
[0028][0029]进一步地，建立所述近端节段局部坐标系包括：
[0030]基于人体解剖学的躯干
、
盆骨节段骨骼系统标定技术，建立所述近端节段局部坐标系，近端节段局部坐标系轴的方向为局部坐标系原点坐标为
o
＝
{x
0 y
0 z0}
，局部坐标系
x,y,z
轴的方向向量分别为
(x
1 y
1 z1),(x
2 y
2 z2),(x
3 y
3 z3)。
[0031]进一步地，获取所述远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置包括：
[0032]获取远端节段动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置
v
dg
＝
{x
d y
d z
d
}
，计算所述远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置
v
l
：
[0033]v
l
＝
(A
×
(v
′
dg
‑
o))
′<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，其特征在于，包括：采集人体动作数据，对所述人体动作数据进行后处理，并基于后处理后的人体动作数据建立人体各节段的局部坐标；基于所述人体各节段的局部坐标，获取膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在全局坐标系内的空间位置，完成所述膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位
。2.
根据权利要求1所述的膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，其特征在于，采集所述人体动作数据的方法包括：为人体各节段分别设置静态标定点和动态标定点组，基于光学动作捕捉系统分别记录人体静态和动态下各标定点在全局坐标系内的空间位置，其中，所述人体各节段包括膝
、
踝
、
肘关节的近端节段和远端节段，所述膝
、
踝
、
肘关节的近端节段包括大腿
、
小腿
、
大臂，所述膝
、
踝
、
肘关节的远端节段包括小腿
、
足部
、
小臂
。3.
根据权利要求1所述的膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，其特征在于，对所述人体动作数据进行后处理包括：基于差值算法对所述人体动作数据进行补点处理，并对补点处理后的人体动作数据进行滤波处理
。4.
根据权利要求2所述的膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，其特征在于，基于所述人体各节段的局部坐标，获取膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在全局坐标系内的空间位置包括：基于近端节段各标定点在全局坐标系内的空间位置，获取动态下近端节段静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置；建立近端节段局部坐标系，获取所述近端节段局部坐标系在所述全局坐标系内的空间位置，以及远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置；基于所述远端节段动态标定点组在所述近端节段局部坐标系内的空间位置，计算膝
、
踝
、
肘关节中心在所述近端节段局部坐标系内的空间位置和所述膝
、
踝
、
肘关节中心在全局坐标系内的空间位置，结合所述近端节段局部坐标系，计算所述膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴在所述全局坐标系内的空间位置
。5.
根据权利要求4所述的膝
、
踝
、
肘关节功能转动轴的定位方法，其特征在于，基于近端节段各标定点在全局坐标系内的空间位置，获取动态下近端节段静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置包括：获取静态下近端节段的静态标定点在所述全局坐标系内的空间位置
v
m
＝
{x
s
,y
s
,z
s
}
和近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置计算静态下近端节段的动态标定点组中心在所述全局坐标系内的空间位置
a
：获取动态下某一时刻近端节段的动态标定点组在所述全局坐标系内的空间位置
计算动态下某一时刻近端节段的动态标定点组中心在所述全局坐标系内的空间位置
p
：计算某一时刻近端节段的动态标定点组中心由静态下位置指向动态下位置的向量计算某一时刻近端节段的动态标定点组中心由静态下位置指向动态下位置的向量计算静态下近端节段的动态标定点组中各标定点指向动态标定点组中心的向量组
A
和动态下某一时刻近端节段的动态标定点组中各标定点指向动态标定点组中心的向量组
B
，基于向量组
A
和
B
获取矩阵
C
，
C
＝
B
×
A
′
，对所述矩阵
C
进行奇异值分解，获取近端节段的动态标定点组的旋转矩阵
R
；式中，
P、Q
为矩阵
C
进行奇异值分解获得的矩阵；计算动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雷，王坤阳，胡喆祺，卢雪薇，钱志辉，赵迪，陈魏，汤靖皓，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：