基于双传感器的力线倾角测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于双传感器的力线倾角测量方法

【技术实现步骤摘要】
基于双传感器的力线倾角测量方法、装置、设备和介质


[0001]本专利技术涉及医疗设备领域，尤其涉及一种基于双传感器的力线倾角测量方法
、
装置
、
设备和介质
。

技术介绍

[0002]目前，使用单惯性传感器技术测量胫骨力线的方法，需要以一个初始位置为参考，再碰触左右脚踝
。
但由于没有固定的胫骨传感器，所以无法反应测量过程中的胫骨晃动或位移，这会影响测量精度
。
且现有技术方案中采用加速度值计算角度，如果在测量时胫骨晃动，会导致数据失真，使得计算精度下降
。
因此，亟需一种新型的基于双传感器的力线倾角测量方法
、
装置
、
设备和介质以改善上述问题
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于双传感器的力线倾角测量方法
、
装置
、
设备和介质，该方法用于提升对胫骨力线的测量精度
。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种基于双传感器的力线倾角测量方法，包括：
S1
，当测量工具固定于待测目标，第一传感器装载于测量工具的固定杆，第二传感器装载于测量工具的转动杆，当所述转动杆转动时，使第一传感器和第二传感器进入工作状态；
S2
，当转动杆转动至第一目标区域，采集第一传感器和第二传感器的测量数据；
S3
，当转动杆转动至第二目标区域，采集第一传感器和第二传感器的测量数据；
S4
，根据
S2
‑
S3
采集的所述测量数据，识别转动杆的静止时段和运动时段，计算第一传感器和第二传感器在不同位置时的姿态角度；
S5
，根据所述姿态角度，计算待测目标的力线角度
。
[0005]本专利技术的方法有益效果为：本专利技术采用第一传感器和第二传感器，其中第一传感器直接作为参考传感器测量胫骨姿态，第二传感器跟随转动杆碰触脚踝，因此无需摆放传感器的初始位置，即可完成胫骨力线角度测量，操作便捷；本专利技术使用一个相对胫骨固定不动的第一传感器作为参考，用于计算胫骨的运动，进而在计算力线角度中可抵消胫骨的晃动，从而保证力线角度的计算精度；本专利技术在计算力线角度时，还综合使用加速度值和角速度值，从而充分利用了传感器的测量数据，提高了计算结果的鲁棒性
。
[0006]可选的，所述转动杆转动至第一目标区域和第二目标区域时，均停留预设时间；所述测量数据包括加速度值和角速度值
。
[0007]可选的，所述识别转动杆的静止时段和运动时段，包括；当合角速度值小于预设的角速度阈值且合加速度值小于预设的加速度阈值时，确认转动杆当前处于静止时段；所述合角速度值和所述合加速度值满足：
[0008][0009][0010]其中，
gyr
为合角速度，
acc
为合加速度，
x、y、z
用于代表空间中的三个不同的方向；
识别静止时段的滤波函数
filter
满足：
[0011][0012]其中，
gyr_th
为角速度阈值，
acc_th
为加速度阈值
。
[0013]可选的，所述计算第一传感器和第二传感器在不同位置时的姿态角度之前，还包括：根据第一传感器与连杆的位置关系，将第一传感器的坐标系转换到连杆的坐标系，根据第二传感器与连杆的位置关系，将第二传感器的坐标系转换到连杆的坐标系
。
[0014]可选的，所述坐标系转换时，满足：
[0015][0016][0017]其中，为第一传感器在连杆的坐标系下的加速度，为第二传感器在连杆的坐标系下的加速度，为第一传感器与固定杆的相对姿态，
R
B
为第二传感器与转动杆的相对姿态，
Acc
A
为第一传感器输出的三轴加速度，
Acc
B
为第二传感器输出的三轴加速度
。
[0018]可选的，计算所述第二传感器在不同位置时的姿态角度，满足：
[0019][0020][0021]其中，
r
为第二传感器绕
x
轴旋转的角度，
p
为第二传感器绕
y
轴旋转的角度，为第二传感器在
X
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Y
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Z
轴上的重力加速度分量
。
[0022]可选的，所述待测目标的力线角度计算方法满足：
[0023][0024][0025]其中，
α
为内外翻角度，
β
为前后倾角度为转动杆碰触内脚踝时第一传感器与第二传感器的相对外翻角度，为转动杆碰触外脚踝时第一传感器与第二传感器的相对外翻角度，为转动杆碰触内脚踝时第一传感器与第二传感器的相对前后倾角度，为转动杆碰触内脚踝时第二传感器与第二传感器的相对前后倾角度
。
[0026]可选的，当所述测量工具设置为胫骨工具，所述待测目标设置为胫骨时，基于第一传感器与第二传感器的加速度和角速度数据以计算胫骨力线，包括如下步骤：
[0027]S11
，当胫骨工具固定于胫骨时，第一传感器固定于胫骨工具的固定杆，第二传感器固定于胫骨工具的转动杆；
[0028]S12
，将转动杆与固定杆贴合，保持静止，开始采集第一传感器和第二传感器的数
据；
[0029]S13
，拨动转动杆，使其末端碰触内脚踝，维持一段时间；拨动转动杆，碰触外脚踝，维持预设时间，并保持静止，停止采集第一传感器和第二传感器的数据；
[0030]S14
，通过采集的传感器数据，计算胫骨力线角度
。
[0031]可选的，所述
S14
中，胫骨力线角度的计算方法包括：
[0032]S141
，通过起始阶段的静止数据，估计第一传感器和第二传感器的姿态，满足：
[0033][0034][0035]其中，
r
为第二传感器绕
x
轴旋转的角度，
p
为第二传感器绕
y
轴旋转的角度，为第二传感器在
X
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Y
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Z
轴上的重力加速度分量；
[0036]S142
，通过角速度积分得到角度，计算两传感器在过程的姿态变化，积分方法满足：
[0037]angle
＝
∫gyr dt
[0038]其中，
angle
为角度值变化量，
gyr
为角速度值，
t
为时间值
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于双传感器的力线倾角测量方法，其特征在于，包括：
S1
，当测量工具固定于待测目标，第一传感器装载于测量工具的固定杆，第二传感器装载于测量工具的转动杆；当所述转动杆转动时，使第一传感器和第二传感器进入工作状态；
S2
，当转动杆转动至第一目标区域，采集第一传感器和第二传感器的测量数据；
S3
，当转动杆转动至第二目标区域，采集第一传感器和第二传感器的测量数据；
S4
，根据
S2
‑
S3
采集的所述测量数据，识别转动杆的静止时段和运动时段，计算第一传感器和第二传感器在不同位置时的姿态角度；
S5
，根据所述姿态角度，计算待测目标的力线角度
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转动杆转动至第一目标区域和第二目标区域时，均停留预设时间；所述测量数据包括加速度值和角速度值
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述识别转动杆的静止时段和运动时段，包括；当合角速度值小于预设的角速度阈值且合加速度值小于预设的加速度阈值时，确认转动杆当前处于静止时段；所述合角速度值和所述合加速度值满足：转动杆当前处于静止时段；所述合角速度值和所述合加速度值满足：其中，
gyr
为合角速度，
acc
为合加速度，
x、y、z
用于代表空间中的三个不同的方向；识别静止时段的滤波函数
filter
满足：其中，
gyr_th
为角速度阈值，
acc_th
为加速度阈值
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算第一传感器和第二传感器在不同位置时的姿态角度之前，还包括：根据第一传感器与连杆的位置关系，将第一传感器的坐标系转换到连杆的坐标系，根据第二传感器与连杆的位置关系，将第二传感器的坐标系转换到连杆的坐标系
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述坐标系转换时，满足：所述的方法，其特征在于，所述坐标系转换时，满足：其中，为第一传感器在连杆的坐标系下的加速度，为第二传感器在连杆的坐标系下的加速度，
R
A
为第一传感器与固定杆的相对姿态，
R
B
为第二传感器与转动杆的相对姿态，
Acc
A
为第一传感器输出的三轴加速度，
Acc
B
为第二传感器输出的三轴加速度
。6.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述第二传感器在不同位置时的姿态角度，满足：角度，满足：
其中，
r
为第二传感器绕
x
轴旋转的角度，
p
为第二传感器绕
y
轴旋转的角度，为第二传感器在
X
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Y
轴上的重力加速度分量，为第二传感器在
Z
轴上的重力加速度分量
。7.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测目标的力线角度计算方法满足：所述的方法，其特征在于，所述待测目标的力线角度计算方法满足：其中，
α
为内外翻角度，
β
为前后倾角度，为转动杆碰触内脚踝时第一传感器与第二传感器的相对外翻角度，为转动杆碰触外脚踝时第一传感器与第二传感器的相对外翻角度，为转动杆碰触内脚踝时第一传感器与第二传感器的相对前后倾角度，为转动杆碰触内脚踝时第二传感器与第二传感器的相对前后倾角度
。8.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述测量工具设置为胫骨工具，所述待测目标设置为胫骨时，基于第一传感器与第二传感器的加速度和角速度数据以计算胫骨力线，包括如下步骤：
S11
，当胫骨工具固定于胫骨时，第一传感器固定于胫骨工具的固定杆，第二传感器固定于胫骨工具的转动杆；
S12
...

【专利技术属性】
技术研发人员：皇甫良，王少白，卞春磊，刘雪玉，万建峰，
申请(专利权)人：上海逸动医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：