用于测量两个肢体之间的关节处的扭曲或弯曲的方法、装置和系统制造方法及图纸

测量关节扭曲度或弯曲度的方法、装置以及系统。所述方法包括步骤：将传感器(56)连接到由关节连结的肢体；在关节扭曲或弯曲期间测量传感器的输出信号；以及将传感器的所述输出信号与扭曲度或弯曲度相关联的最后的步骤。传感器包括导电回路(51)，具有在回路中从一个肢体延伸到另一个肢体并返回的回路部分，所述回路的区域从一个肢体到另一个肢体地至少部分覆盖这两个肢体。肢体可为人体或动物体的肢体，比如膝盖处的肢体。传感器进一步包括用于提供输出信号的输出单元(57)，该输出信号是对回路的电感的测量。通过检测在静态条件下在所述关节处的明确的扭曲度或弯曲度的传感器的输出信号以及储存校准数据，可确定传感器的校准数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量两个肢体之间的关节处(比如，人体或动物体的部位)的扭曲度或弯曲度的方法。本专利技术也涉及用于测量扭曲度或弯曲度的系统。而且，本专利技术还涉及用于测量扭曲度或弯曲度的支架。
技术介绍
对于科学或治疗而言，測量人体或动物体的部位(比如膝盖或颈部)的扭曲或弯曲很重要。这样测量所获得的信息可用于提高人类或动物的能力，比如体育方面的能力，并且可用于防止拉伤。Ravindra Wijesiriwardana 在 IEEE 传感器杂志第 6 卷、第 3 号(kune 2006)、第571-579页发布的题为“Inductice Fiber-Mesfied Strain and Displacement Transducersfor Respiratory Measuring Systems and Motion Capturing Systems” 的又-早描;tdi ,身体运动传感器(ΕΡ0參考号XP-002580465)。该文章提出了将整合为覆盖物的导电线圈用作换能器，用于测量人类的肢体动作。通过将导电纤维编织为覆盖物织物，制成这些线圏。描述了在臂部周围具有绕组的线圈，绕组位于肘部之下、绕组位于肘部处以及绕组位于肘部之上。測量包括所有绕组的单个线圈的自感或具有部分绕组的线圈之间的互感，用于测量肘部的弯曲性。这就能够测量肘部关节之上和之下的两个点之间的弯曲角度，通过在关节之上和之下进行测量从而粗略估算关节角度吋，假设支轴或旋转轴在主体之间一致，通过在整个关节上监测弯曲性，该测量内包含支轴或旋转轴的差异或变化。然而，通过这种线圈配置，难以测量整个弯曲性。互感传感器器不能測量旋转度，该旋转度比如可为关节的生物力学 中非常重要的部件。该文章未描述使用额外的传感器。EP 2 057 944公开了膝盖支架，结合加速度传感器和用作測量弯曲角度的装置(角度计)的光纤。国际专利申请WO 2009/061181公开了测量第一和第二部件之间的角度的方法、支架和系统，这些部件可为人类或动物的枢转肢体，比如膝关节。通过这个已知的方法，通过加速计，在静态的情况下校准适合于在动态的情况下使用的角度測量传感器。所述专利申请公开了将光学测角器用作角度測量传感器。更尤其地，公开了使用光纤或光学软管测量角度。使用光纤测量角度存在的问题在干，由于在更大的角度处可能发生破裂，以及由于仅仅在较小的角度处可能具有透光性，所以弯曲度的最大角度限于大约30度。而且，这种光纤脆弱并且容易受到比如所谓熔覆层的机械损伤，造成精确度更小、性能降低、尤其是可靠性降低。Kwang Yong Lim等人于2008年5月19-23日在美国加州帕萨迪纳市召开的2008IEEE International Conference on Robotics and Automation(2008IEEE 机器人与自动化国际会议)的会议记录中发布题为“A Wearable, Self Calibrating. WirelessSensor Network for Body Motion Processing”的文章，公开了主体传感器的网络(EPO參考XP00258040464)。发送器用于通过无线信号将数据从多个运动传感器发送给中央处理器。该文章提及了一系列可能的传感器，包括加速计、三轴磁性传感器、陀螺仪和线性编码器。更广泛地说，该文章提及了可使用机械、惯性、声学、磁性和光学传感，以及光纤网传感光纤损耗和压电纤维织物。该文章描述了通过这种传感器将输出信息进行数学建模以及通过不同的传感器融合信息的方法。仅仅相当详细地描述了线性编码器的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供传感器和对关节的扭曲和弯曲敏感的传感方法。提供了根据权利要求I所述的方法。所使用的传感器包括导电回路，所述回路的区域从关节处的ー个肢体延伸到另ー个肢体。输出单元用于提供从回路中得出的输出信 号。使用具有延伸到两个肢体的回路区域的回路,而非仅仅使用多个回路,能够检测肢体相对于彼此进行的广泛的弯曲和扭曲运动。与仅仅具有均围绕单个肢体运行的多个回路的解决方法相比，通过与肢体的轴向垂直的回路区域，可检测更多的不同类型的关节运动。导电回路可为电感的一部分，具有一个或多个导电回路。此处所使用的回路区域对应于这种电感的一个绕组内的区域。然而，多个绕组的回路区域可与从关节处的ー个肢体延伸到另ー个肢体的多个回路区域大致一致。在一个实施例中，导电回路完全在关节和肢体的一侧上运行，S卩，所以肢体根本不穿过回路区域。这就能够检测广泛的关节运动。在另ー个实施例中，各个肢体上的回路部分在肢体的朝向彼此相反方向的那些表面上运行。因此，除了从ー个肢体延伸到另ー个肢 体，回路也这样延伸，从而使肢体穿过回路区域，这就増大了传感器的敏感性。在一个实施例中，由第一回路部分、第二回路部分、第三回路部分和第四回路部分或者多个这种回路形成的导电回路測量自感。或者，可測量多个回路或回路部分的电感矩阵，即，这些回路或回路部分的交叉电感(ー个回路或回路部分内的电流引起的另ー个回路的电压)以及自感。通过电感矩阵，可确定回路或回路部分的组合。使用自感测量关节运动，简化了这种测量。在一个实施例中，该装置具有额外的传感器，用于校准导体回路的输出和关节角度之间的关系等等。导电回路的优点在于，这种回路机械上非常容易弯曲，弯曲角度较大，而不损伤回路。使用柔性回路的作用在于，传感器在很大程度上可变形，而不受到损伤。传感器发生较大的变形，允许测量膝盖、肘部或人体或动物体的其他部位(比如躯干或颈部)的较大弯曲或扭曲。附图说明使用以下附图，通过描述示范性实施例，这些和其他目标以及有利的方面显而易见。图I为回路的两个不同变形的不意图2为用于膝盖支架的回路的实施例的实例的示意图；图3为用于测量回路的电感的可能的装置的示意图；图4为支架的实施例的示意图；图5显示了用于测量扭曲或弯曲 的回路的一些实施例；图6显示了该系统的两个实施例；图7显示了回路弯曲的校准数据；图8阐述了ー种方法；图9显示了传感器回路的一实施例；图10显示了传感器回路的另ー实施例。具体实施例方式弯曲是诸如膝盖或肘部等关节的特征。扭曲为身体的旋转部件(比如躯干或颈部)的特征。尤其地，颈部和躯干运动可较为复杂，这是因为其具有ー个以上的自由度。传感器(sensor)被提供为允许测量这种复杂的运动。在图I中，显示了矩形(I)的简单的弯曲(2)和更复杂的变形(3)。矩形回路的每种形状会具有不同的电感。因此，回路电感是对变形的測量。测量扭曲度或弯曲度的方法包括三个步骤，其中，第二步骤包括子步骤。可按照任意的顺序执行这些子步骤中的两个子步骤。在第一步骤中，传感器连接到身体部位，必须测量该部位的扭曲或弯曲性。在该方法的最后ー个步骤中，该传感器所测量的输出信号与测量中的身体部位的扭曲度或弯曲度有关。尤其地，在动态的情况下，即，人类或动物运动吋，其为扭曲或弯曲。优选地在人类或动物休息时，在这两个步骤之间，校准传感器。校准表示回路的电感与特别明确的扭曲或弯曲相关。必须储存这些校准数据(calibration data),以便后面用于最后一个步骤中，该步骤将所测量的电感与扭曲或弯曲相关联。在该方法的那个中间步骤中，在动态的情况下也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕拉斯克瓦斯·杜尼亚斯，安德鲁·斯塔塔姆，赫拉尔杜斯·约翰尼斯·尼古拉斯·杜德曼，靳安民，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：