[发明专利]一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构

说明书

技术领域

本发明属于康复医疗器械领域，涉及一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。

背景技术

肩关节是人体上肢最灵活，运动幅度最大的关节，而且肩关节的的运动是人体上臂完成各种动作的基础，获得比较准确的肩关节旋转中心位置信息是设计类人肢体肩关节及虚拟人肩关节技术等的前提准备。

根据人体解剖学可知，人体肩部关节图1、图2所示错综复杂，它由肱骨、肩胛骨、锁骨、胸骨及其间的盂肱关节、肩锁关节、胸锁关节和肩胛胸壁关节连接而成，其中胸锁关节和肩胛胸壁关节运动学尚且不清楚，根据人体骨骼模型运动学分析，肩关节在完成外展/内收、前屈/后伸的运动过程中，转动中心在人体肩部关节相对于人体胸骨的运动过程中，是漂移的，并且漂移轨迹并不是线性的，而是有多段低曲率弧线构成，并且肩部中心的漂移也不仅限于矢状面内，这使研究肩关节的运动更加复杂。为了获得肩关节旋转中心位置信息，本发明设计了一种穿戴型外骨骼机构，在人体上肢带动外骨骼运动过程中，通过安置于外骨骼导轨移动副的位移传感器直接测得人体上肢肩关节旋转中心位置信息。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能检测肩关节旋转中心位置信息，且结构简单、使用方便、占用体积小和制造成本低的一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构。其设计理念是:在人体肩部结构的研究中，模型化处理是一切工作的开始，根据人体解剖学知识，并在参考人体骨骼学、人体骨骼运动学的基础上从人体中抽出胸骨(等价于刚体)、上肢带骨(根据人体骨骼学，上肢带骨包括锁骨和肩胛骨，可视为与锁骨和肩胛骨综合运动等效的虚拟骨骼，其长度对应于胸锁关节和肩关节中心点间的距离)和肩关节旋转中心做相应的运动学分析，如图3所示。根据理论力学中点的一般运动学知识可知，上肢肩关节旋转中心位置信息的运动学模型可视为空间一般点的运动学模型，胸骨的胸锁关节处相当于基础件，肩关节旋转中心相当于空间的点，如图4所示。这样，在胸骨上建立定坐标系，设为o xyz，肩关节旋转中心点的位置可以用它在固定坐标系一组坐标数值来确定，又根据人体骨骼运动学知识可知，肩关节旋内/旋外对肩关节旋转中心的位置没有影响，基于该运动学模型，设计出了一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，该外骨骼机构实现的功能是：在人体上肢上臂紧致穿戴该外骨骼，并做运动的情况下，外骨骼机构做随动运动，能准确检测到上肢上臂运动过程中肩关节旋转中心的位置信息。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构，由三移动检测机构、T型连接板和二转动穿戴机构构成，三移动检测机构包括支撑支架、第一导轨移动副装置、第二导轨移动副装置和第三导轨移动副装置，二转动穿戴机构包括第一关节机构、连接弯板、第二关节机构和穿戴装置。

一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构支撑支架，由蹄脚、蹄脚支撑件、支架第一型材、角件、支架第二型材、支架第三型材、端盖、支架第四型材和支架第五型材构成，其中四根蹄脚支撑件连接四个蹄脚支撑于地面，四根蹄脚支撑件、三根支架第一型材、四根支架第二型材、两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材通过套角件互相拼接成一体，并把两根支架第三型材、支架第四型材和支架第五型材两端端面用端盖盖上，构成支撑支架。

一种用于检测人体上肢肩关节旋转中心位置信息的穿戴外骨骼机构第一导轨移动副装置，由导轨右一、滑块右一、滑块右二、第一位移传感器、位移传感器压板、位移传感器压板固定板、位移传感器安全限位装置、滑块锁死装置、导轨左一、滑块左一和滑块左二构成，导轨右一、滑块右一和滑块右二构成右导轨移动副，导轨左一、滑块左一和滑块左二构成左导轨移动副，右导轨移动副和左导轨移动副底面在一个平面内，两端端面互相对齐，间隔距离以安置的支撑支架距离而定，在第一位移传感器导杆伸出长度为标准长度时，第一位移传感器导杆一端端面和导轨右一端面平齐，第一位移传感器导杆另一端端面和滑块右二接触，第一位移传感器通过位移传感器压板连接在位移传感器压板固定板上，其中位移传感器压板固定板和导轨右一上部移动面贴合，位移传感器安全限位装置在和导轨右一上部移动面贴合并紧贴第一位移传感器侧面，滑块锁死装置在保持第一位移传感器导杆伸出长度为标准长度的情况下，可锁死滑块右二，从而构成第一导轨移动副装置。