[发明专利]可调仿真膝关节步态数据采集系统及其方法

权利要求书

1.一种可调仿真膝关节步态数据采集方法，采用可调仿真膝关节步态数据采集系统，该数据采集系统包括股骨固定杆（1）、固定带（2）、胫骨固定杆（3）、仿真膝关节（7），所述股骨固定杆（1）通过固定带（2）固定在大腿上，所述胫骨固定杆（3）通过固定带（2）固定在小腿上，所述仿真膝关节（7）安装在膝关节处，所述股骨固定杆（1）上设置第二角速度及角加速度传感器（8），所述胫骨固定杆（3）上设置第一角速度及角加速度传感器（6），足尖压力传感器（4）、足跟压力传感器（5）分别放置于受试对象的跖骨和跟骨正下方，足尖压力传感器（4）、足跟压力传感器（5）、第一角速度及角加速度传感器（6）、第二角速度及角加速度传感器（8）与数据采集输出控制器（9）电连接；所述仿真膝关节（7）包括仿生膝关节前连杆（12）、仿生膝关节后连杆长度调节锁紧螺丝（13）、仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）、仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）、仿生膝关节前连杆长度调节锁紧螺丝（16）、仿生膝关节后连杆（19），所述仿生膝关节前连杆（12）一端和仿生膝关节后连杆（19）一端分别与股骨固定杆（1）下端部两侧前后铰链连接，所述仿生膝关节前连杆（12）另一端与设置在胫骨固定杆（3）上端部一侧的仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）铰链连接，所述仿生膝关节后连杆（19）另一端与设置在胫骨固定杆（3）上端部另一侧的仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）铰链连接，所述仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）、仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）分别通过仿生膝关节前连杆长度调节锁紧螺丝（16）、仿生膝关节后连杆长度调节锁紧螺丝（13）进行锁紧与松开控制；所述股骨固定杆（1）与仿生膝关节前连杆（12）的连接铰链处设置电阻式角度传感器（11），所述电阻式角度传感器（11）也与数据采集输出控制器（9）电连接，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、将膝关节的X影像图导入到三维建模软件，借助三维逆向设计技术，设计四连杆机构形式的仿真膝关节（7），将仿生膝关节前连杆（12）与仿生膝关节后连杆（19）设计成为可变长度杆，即利用仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）和仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）两个部件得以实现；

步骤2、采集步态信息，用安装于股骨固定杆（1）与仿生膝关节前连杆（12）的连接铰链处的电阻式角度传感器（11）测量膝关节在步态测量中股骨固定杆（1）和仿生膝关节前连杆（12）之间的角度变化β，用第一角速度及角加速度传感器（6）、第二角速度及角加速度传感器（8）测量股骨固定杆（1）和胫骨固定杆（3）之间的角度变化量α，用足尖压力传感器（4）、足跟压力传感器（5）对受试对象足底压力变化数据进行采集，将所述电阻式角度传感器（11）、第一角速度及角加速度传感器（6）、第二角速度及角加速度传感器（8）、足尖压力传感器（4）和足跟压力传感器（5）采集的数据通过导线连接到数据采集输出控制器（9）内，数据采集输出控制器（9）内置嵌入式控制器，将传感器数据进行滤波、线性化的算法处理，通过蓝牙芯片将数据无线发送到PC端，经PC端的软件进行统计、分析、判断得出进一步的步态信息；

步骤3、PC端利用多项式拟合的方法，将股骨固定杆（1）与胫骨固定杆（3）之间的角度变化量α映射到电阻式角度传感器（11）的输出量，电阻式角度传感器（11）的原始输出量β经拟合后的输出的角度变化量近似于膝关节的角度变化量。

2.根据权利要求1所述的可调仿真膝关节步态数据采集方法，其特征在于：所述仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）、仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）位于胫骨固定杆（3）上端部的不同侧的不同端。

3.根据权利要求1所述的可调仿真膝关节步态数据采集方法，其特征在于：所述仿生膝关节前连杆（12）另一端设置椭圆形的第一通孔，所述仿生膝关节前连杆长度调节滑块（15）穿过所述第一通孔并在第一通孔中可移动；所述仿生膝关节后连杆（19）另一端设置椭圆形的第二通孔，所述仿生膝关节后连杆长度调节滑块（14）穿过所述第二通孔并在第二通孔中可移动。

4.根据权利要求3所述的可调仿真膝关节步态数据采集方法，其特征在于：所述仿生膝关节前连杆（12）另一端设置的椭圆形第一通孔一侧还刻有连杆长度调节位置标尺（20）。