[实用新型]在线关节参数检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人体关节检测装置，尤其是一种用于智能假肢膝关节的在线检测装置。

背景技术

下肢假肢的步态控制一直是提高假肢性能的关键技术之一，为了解决传统人工腿步行速度不能自然、随意跟随步行者步行速度的变化而变化的问题，日本学者中川昭夫在1986年首先构想了一种基于微处理器的膝关节。这种膝关节可通过微处理器控制电机调节气缸回路针阀开度来调节气缸阻尼，从而控制摆动相步态。1990年英国B1atchford公司的工程师Saced Zahedi设计了世界上第一个人工智能腿，1995年又进行了改进设计。进入20世纪90年代以后，下肢假肢技术日益进步，日本的Nabco公司、英国的Blatchford公司和德国的Ottto Bock公司先后研制出了可以自动识别有限路况的智能仿生假肢，但这种路况识别功能是有限的。目前，这些智能假肢基本上是利用假肢自身的检测信号对液压或气压式阻尼器进行控制，还无法模拟实际的正常步态。为了实现假肢尽量模拟正常人腿行走的步态，若设计一种跟随健康腿行走速度与状态的假肢是十分理想的。然而，设计这种假肢的最主要的问题是需要得到健康腿实际的正常步态的检测数据，用于假肢跟踪健康腿的步态行走。然而，目前还没有一种可以直接在人体上进行在线膝关节测量的机构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适应关节转动瞬心变化、实时检测健康腿的步态行走的在线关节参数检测装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种在线关节参数检测装置，由上连接杆、下连接杆、角度传感器和数据采集传送系统组成，上连接杆与下连接杆之间通过角度传感器轴连接，下连接杆与传感器轴间隙配合，传感器的安装脚与下连杆固定连接；上连接杆在旋转头中央开有长形方槽，传感器轴通过在端部固定的滑块与长形方槽配合连接，自动适应关节转动瞬心的变化，上连接杆和下连接杆在连接处通过圆形旋转头相互配合转动。

角度传感器是精密导电塑料电位器式传感器。

旋转头在顶端设有限位块，使得两杆只能在0-180°之间转动。

角度传感器的电压模拟信号通过模数转换输入微处理器，微处理器通过串口将数字信号传到无线发射模块发射。

角度传感器的电压模拟信号通过模数转换输入一微处理器，微处理器通过串口将数字信号传到无线发射模块发射，位于假肢膝关节的无线接收模块接收到发射过来的数字信号后，将这些信号送入与无线接收模块连接的微处理器中。

本实用新型主要的优点在于在健康腿中安装关节角度检测装置(传感器安装机构和信号传送系统)，机构能自动适应膝关节转动瞬心的变化，实现关节转动参数的较准确测量。此装置可以应用于智能下肢假肢的步态跟随健康腿控制，也可以单独应用于人体关节参数测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构立体示意分解图；

图2是角度传感器处理和无线传送电路原理图；

图3是角度传感器采集数据框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，一种在线关节参数检测装置，用于检测健康腿膝关节的角度位置及其对应的角速度。这套机构采用了一个机械关节测量器，机械结构能模拟关节转动瞬心的动态变化。

该机构由上连接杆2、下连接杆6和角度传感器1组成，上连接杆2和下连接杆6在连接处做成相互配合转动的圆形旋转头，旋转头在顶端设置了限位块3，使得两杆只能在0-180°之间转动，两杆的连接通过角度传感器轴8连接，下连接杆6上的孔与传感器轴8采用间隙配合，上连接杆2在旋转头中央开有一长度20mm的长形方槽7，传感器轴8通过在端部用螺钉4固定的一个小滑块5与长形方槽7连接，这样杆6的方槽7可带动滑块5及其与之固定的传感器杆转动，传感器1的安装脚与杆2连接，这样就实现了传感器随膝关节转动的角度测量。由于杆6中的方槽7可使传感器1的轴在其中滑移，因此，此检测机构能自动适应膝关节转动瞬心的变化，测量更精确。在实际应用中，此检测机构的上连接杆2和下连接杆6分别安装尼龙绑带，用于与人腿的直接固定，由于使用了厚度仅为约20mm的薄形WDD-35角度位移传感器，外面可正常穿裤子。

如图2所示，角度传感器是精密导电塑料电位器式传感器。角度传感器的信号通过在健康腿一侧的单片机89C51进行数据采集分析，然后通过无线数传模块发射把健康腿每步摆动的角速度传送给假肢侧的无线数传接收模块。健康腿经单片机采集的数据进行预处理。