[发明专利]基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置及方法

权利要求书

1.一种基于微惯性测量阵列的可穿戴髌骨不稳定测试装置，其特征在于：包括微惯性测量阵列、数据存储模块、数据处理模块和信息传输模块；

所述微惯性测量阵列由多个微惯性测量单元组成，微惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺；

微惯性测量阵列为双单元组成的测量阵列；具体为：将微惯性测量单元A位于膝关节的髌骨上方皮肤表面，量测髌骨的位移和运动状态，同时量测人体腿部运动；将微惯性测量单元B位于膝关节侧面的皮肤表面，不受髌骨位移的影响，量测人体腿部运动；依据微惯性测量单元轴向建立基准坐标系，分别为微惯性测量单元A的坐标系O–X_AY_AZ_A和微惯性测量单元B的坐标系O–X_BY_BZ_B；因此有：

式中：H^A为微惯性测量单元A的量测三分量，H^B为微惯性测量单元B的量测三分量；

然后将H^B换算到微惯性测量单元A坐标系下，测试者分别进行几个不同腿部姿态的静止数据采集，通过求解超定方程或最小二乘法拟合，求解出旋转矩阵参数；求解公式为：

式中，A为微惯性测量单元A的量测增广矩阵，H为微惯性测量单元B的量测增广矩阵；

计算出两个微惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵即可进行坐标轴精确配准，将两个微惯性测量单元的坐标轴向准确对齐之后，进行数据差分处理，消除人体运动过程中产生的共模加速度信号和共模角速度信号，利用微惯性测量单元的加速度计和陀螺信息进一步提取出髌骨对于腿部的相对位移和角速度；

所述数据处理模块将微惯性测量阵列采集的数据进行转换、滤波和融合处理，获取人体运动数据和膝关节的髌骨不稳定信息；

所述数据存储模块包括其相关数据传输总线以及数据存储芯片及外围电路，将采集到的原始数据和处理后的数据进行存储；

所述信息传输模块对处理后传感器阵列信息进行传输，以实现可穿戴测试装置与上位机的实时信息传输与交互。