本发明专利技术公开了一种膝关节角度的实时检测方法与装置，该方法是将超声波检测装置安装在助行机器人平台前方内侧，通过多路超声波测距传感器检测双侧下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，获取受试者行走过程中膝关节弯曲的角度信息；该装置是基于助行机器人平台搭建的超声波检测系统，包括有：多路独立的超声波测距装置，单片机数据采集与传输装置，手提电脑及内存的数据处理单元、膝关节弯曲角度计算与分析单元。本发明专利技术将检测装置安装在助行机器人上，在受试者身上不安装任何装置，受试者行走过程中无任何限制，便可获取膝关节的弯曲角度信息，检测系统安装方便，结构简单，成本较低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种助行康复训练方法与装置，特别涉及一种膝关节角度的实时检测方法与装置。本专利技术基于助行机器人平台安装多路超声波测距传感器，检测人行走时单侧下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，通过对检测的距离数据处理计算，获取人行走时膝关节弯曲的角度变化的数据。
技术介绍
随着中国人口老龄化现象逐渐加剧，在老龄人群中存在大量的下肢有运动功能障碍的患者，这些患者需要对其进行恢复肢体运动功能的训练，正确、科学的下肢康复训练对恢复这类患者的下肢运动功能发挥这重要的作用，这些患者由于下肢都存在不同程度的运动功能障碍，在正常行走过程中膝关节的弯曲角度也随之受到影响，而及时、准确的获取受试者在行走过程中膝关节弯曲的角度信息，分析步态运动过程中膝关节的运动状态，是对其进行正确、科学的下肢康复训练的重要前提。目前对受试者在行走过程中膝关节弯曲角度的检测方法主要是基于传感器的方法实现，主要包括微型加速度计，陀螺仪，光纤角度传感器等。2001年Williamson等人在受试者的大腿和小腿部分安装加速度计和陀螺仪，通过信息融合技术将两种传感器检测的数据融合并，进行误差补偿等数据处理方法，获取受试者膝关节弯曲的角度信息。2005年kapellato等人用光纤角度传感器安装在受试者膝关节位置获取膝关节角度数据。2009年熊静等人通过在受试者的膝关节固定两个在同一位置但不同轴向的微型加速度传感器，检测膝关节运动信息，分解两个加速度向量模之间的关系，并对测量数据的使用交叉校准等方法，获取受试者膝关节角度信息。2009年Yingbo Xu等人在受试者的膝关节和髋关节处放置有不同颜色的标记点， 通过摄像机获取标记点处大腿受限和小腿轴线与垂直方向上所成的角度，获取受试者膝关节角度。2004年在公开号为CN2759385的技术专利中公开了一种《膝关节生物力学测试仪》，该技术方案是将测试仪固定在受试者膝关节位置，获取受试者膝关节角度信息，其特点是含有膝关节屈曲度显示、胫骨承力和韧带变形测量的装置，其中屈曲度显示装置含有带圆弧槽的刻度盘、以其锁紧螺钉活套在刻度盘的圆弧槽内的股骨夹套及指针；承力测定装置含有带转轮和锁定螺母的加力螺杆、在该螺杆上的力传感器与胫骨夹套；变形测量装置含有在胫骨夹套外侧壁上的加长杆及其上的变形传感器、一根其一端穿过胫骨置入韧带、连接变形传感器并固定在股骨上而另端通过滑轮连接平衡锤的金属丝。2006年在公开号为CN200973711的技术专利中公开一种《在线关节参数测量装置》，该装置由上连接杆O)、下连接杆(6)、角度传感器(1)和数据采集发射系统组成，并将检测装置固定在受试者膝关节位置，通过上下连接杆的轴线关系，用角度传感器直接测量膝关节的弯曲角度数据。其特征在于，所述上连接杆( 与下连接杆(6)之间通过角度传感器轴(8)连接，下连接杆(6)与传感器轴(8)间隙配合，传感器(1)的安装脚与下连杆 (6)固定连接；上连接杆( 在旋转头中央开有长形方槽(7)，传感器轴(8)通过在端部固定的滑块( 与长形方槽(7)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(6)在连接处通过圆形旋转头相互配合转动。以上技术方案给出的这些基于传感器的膝关节角度测量装置均可以准确地测得膝关节角度，但是都需要将检测装置固定在受试者的下肢的不同位置，而且包括对检测传感器的外围电路和电源等设备，每一次检测都需要专业人员进行安装，对检测受试者在行走过程中的膝关节角度产生或多或少的限制和数据干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供出一种新的膝关节角度的实时检测方法与装置。本专利技术通过多路超声波测距传感器检测人体行走时下肢与检测平台之间的距离数据，以获取人体行走时的膝关节角度信息。本专利技术给出的技术方案是这种膝关节角度的实时检测方法，采用超声波测距传感器检测人体行走时膝关节弯曲的角度，其特征在于将超声波检测装置安装在移动助行机器人平台前方内侧，受试者身体上不加装任何检测装置，通过多路超声波检测人体行走时下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，通过检测距离数据，获取受试者在行走过程中膝关节弯曲的角度。所述固定在助行机器人平台上的超声波检测装置与受试者同时移动，通过超声波检测受试者下肢的大腿和小腿被侧面的不同位置与检测装置之间的距离数据，并根据两路超声波检测的数据与两路超声波之间的距离，来计算大腿被测面和小腿被测面与水平方向上的倾斜角度，获取受试者膝关节弯曲角度数据。超声波检测装置结构的设计，是通过超声波传感器与检测平台之所成的角度设置，超声波测距模块的探测量程设置以及各路超声波之间的距离设置，设计检测装置的检测区域来实现的。其中检测同一侧下肢的多路超声波与地面之间的高度可根据受试者下肢的长短调节。所述的超声波检测装置安装在助行机器人上，在受试者身上不安装任何装置，受试者行走过程中无任何限制，而获取受试者膝关节弯曲角度数据。本专利技术给出的这种膝关节角度的实时检测装置，是基于助行机器人平台搭建的超声波检测装置，其特点是包括有多路独立的超声波测距装置，单片机数据采集与传输装置，手提电脑及内存的数据处理单元、膝关节弯曲角度计算与分析单元。为更好的实现本专利技术的目的，所述的超声波测距装置采用KSlOlB超声波测距模块，该模块包括有超声波信号触发器，超声波发射、接收电路，温度补偿电路，数据处理单元，使用1 接口与主机通信，自动响应主机的1 控制命令，最多1 地址可达20个，还可对探测量程进行配置，该模块不占用主机内存及主机定时器，最短距离探测频率可达 500Hz。(1)主要技术参数工作电压DC 5V。工作电流1. 6至2. 7mA。感应角度不大于15度。探测范围Icm至6. 5米。盲区1cm。精度可达1mm。(2)接线方式VCC、SDA(I2C通信的数据线)、SCL (1 通信的时钟线)、GNDSDA和SCL借口与主机连接一个4. 7K电阻到VCC。(3)使用方法每个KSlOlB超声波测距模块配置一个1 地址，可进行多量程(IOcm量程间隔) 检测，对每个KSlOlB地址进行配置，通过单片机向I2C总线发送地址，之后向SDA接口发送距离探测指令，探测量程均设置为80cm。探测过程中SCL接口一直保持为低电平，当探测结束后SCL变为高电平，通过单片机接口判断SCL线是否发生跳变(由低电平变为高电平)， 若发生跳变则探测结束，通过寄存器2和寄存器3保存探测距离数据。本专利技术的超声波测距装置包含有8个KSlOlB模块，检测过程中需要对所有模块进行循环检查，避免检测过程中各路超声波之间的干扰。每个模块探测量程为80cm，根据助行机器人内部边界范围而定。为更好的实现本专利技术的目的，所述的单片机数据采集与数据传输装置采用 PIC16F877A单片机作为微控制器，单片机与超声波检测装置中的8个KSlOlB超声波测距模块之间进行1 通讯，单片机与计算机进行异步串行通讯，将检测模块通过单片机传入计算机，其中超声波检测装置中的8路超声波传感器，每四路传感器检测一侧的下肢的大腿被侧面和小腿被侧面与检测平台之间的距离数据，大腿和小腿的被侧面即为受试者腿部能够被超声波所处检测的区域。分别用两路超声波检测大腿被侧面和小腿本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙柏青，沈金虎，张秋豪，杨俊友，赵前程，刘晓刚，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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