[实用新型]一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置

说明书

本实用新型公开了一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置，包括信号监测机构和弹力带，所述信号监测机构由盒体、顶盖、环形托举板、承载板、九轴惯性传感单元、主控芯片、SD卡模块、电源模块和无线传输模块组成，所述盒体固定连接于弹力带中部。本实用新型通过九轴惯性传感单元采集人体不同动作的运动数据，通过SD卡模块存储原始数据，通过主控芯片对原始数据进行读取，并计算出不同动作下人体膝关节力和力矩，将计算结果通过无线传输模块实时反馈到外部智能终端，从而评估膝关节的力学载荷，本实用新型结构精简、穿戴方便，不易受使用场景限制，利用低成本、高精度、高便携性的惯性传感器来实时、准确地解算人体下肢关节力和力矩。

技术领域

本实用新型涉及膝关节力学载荷监测设备技术领域，具体涉及一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置。

背景技术

膝关节作为最重要的承重关节之一，在步态中承受的力学载荷约为体重的2-4.5倍，极端条件下甚至高达体重的6.7倍。在着陆、跳跃及快速变向等运动中，膝关节是最易损伤的关节之一。临床上，关节力是评估膝关节置换效果的重要参数，在术后直接影响关节的康复程度。膝关节力过高会导致骨中的高应力，增加损伤风险。关节力矩可以用来评估肌肉张力及康复训练的效果，是评估康复效果的定量指标之一。实时监测、评估膝关节力学载荷对于预防损伤、辅助康复至关重要。基于三维光学动作捕捉系统是运动学和动力学分析领域的金标准，但是实验室测量系统成本高、应用场景极其受限。惯性传感单元由于其低成本、高精度和便携性高的特点，在姿态识别、体育训练以及医疗康复等领域中的应用逐渐成熟。

现有监测膝关节力学载荷的设备使用场景受限、便携性差。例如发明专利CN111419236A公开了一种基于惯性传感器的运动模式无关下肢动力学实时解算方法，将人体简化为了7杆9自由度模型，建立人体运动学模型，计算地面反作用力并基于逆向动力学计算步态中的关节力和力矩。但该方法中双足支撑相单侧足底压力的分布与真实值存在差异，计算时会进一步引入误差。发明专利CN 109793500 A公开了一种膝关节负荷力学分析装置，包括加速度传感器、角速度传感器、位置传感器、肌电传感器，柔性穿戴部件、腕部穿戴部件和外部智能终端。该专利通过膝关节的相对运动、加速度、角速度、力矩、应力、应变、疼痛水平建立了回归模型，此方法会受到个体差异、软组织伪影等影响，需要大量的数据进行建模和训练，在日常应用中的推广较为困难。

因此，发明一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置来解决上述问题很有必要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置，以解决技术中现有监测膝关节力学载荷的设备使用场景受限、便携性差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种适用于可穿戴传感器的膝关节运动信号处理装置，包括信号监测机构和弹力带，所述信号监测机构由盒体、顶盖、环形托举板、承载板、九轴惯性传感单元、主控芯片、SD卡模块、电源模块和无线传输模块组成，所述盒体固定连接于弹力带中部，所述顶盖卡接设置于盒体顶部，所述九轴惯性传感单元安装于盒体内部，所述环形托举板固定连接于盒体内壁，所述环形托举板设置于九轴惯性传感单元顶部，所述承载板搭放于环形托举板顶部，所述主控芯片、SD卡模块、电源模块和无线传输模块均安装于承载板顶部。

优选的，所述弹力带底部固定连接有亲肤垫，所述亲肤垫设置于盒体正下方，亲肤垫的设置有利于提高使用者穿戴时的舒适度。

优选的，所述弹力带一端固定连接有延伸带，所述弹力带另一端开设有通槽，所述通槽与延伸带相匹配，延伸带穿过通槽形成第一道固定。

优选的，所述弹力带顶部靠近通槽的一端缝纫固定有日字扣，所述日字扣与延伸带相匹配，延伸带穿过日字扣形成第二道固定。

优选的，所述弹力带顶部一端设置有魔术贴绒毛面，所述延伸带顶部设置有魔术贴勾刺面，通过魔术贴勾刺面和魔术贴绒毛面的粘接形成对延伸带的第三道固定。