[發明專利]頭部轉動角度測量裝置

有效

• 申請號: 202011008090.0
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112438725B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 陳路鋒;張星星;謝鴻欽;宋廣奎;邱靜;程洪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平;陳靚靚

本發明公開了一種頭部轉動角度測量裝置，包括頭部固定裝置、肩部固定裝置、三自由度轉動角度測量裝置和控制器，頭部固定裝置和肩部固定裝置分別固定在人體頭部和肩部，三自由度轉動角度測量裝置用于提供頭部繞矢狀軸、冠狀軸和垂直軸的轉動自由度，通過磁編碼器測量頭部繞矢狀軸的旋轉角度、頭部繞垂直軸的旋轉角度、頭部繞冠狀軸的旋轉角度并上傳至控制器進行輸出。本發明通過使用磁編碼器，可以提高頭部轉動角度測量的靈活度和精度。

技術領域

本發明屬于頭部轉動角度測量技術領域，更為具體地講，涉及一種頭部轉動角度測量裝置。

背景技術

頸椎活動度是指頸椎在矢狀面、冠狀面和水平面等三個平面的運動，包括前后屈、左右側屈和左右旋三個自由度，是反應頸椎運動功能的最有效最直接的指標。圖1是人體的面與軸示意圖。大多數頸部疾病都會引起頸椎活動度的改變，所以目前頸椎活動度是評價頸椎功能及頸椎受損程度、診斷和鑒別頸部疾病、治療效果評價及預后分析的重要參考指標。

公開號為CN 209107988 U的專利提出了一種人體頭部左右旋轉角度測量的裝置，包括支架底座、兩根定位架、量角器、頭套以及指針，只能測量人體仰臥狀態下頸部左右旋轉的角度，角度數據只能目視讀取。

公開號為CN 210582487 U的專利提出一種頸椎三維活動度智能測量儀，使用頭頂布置的姿態傳感器/九軸陀螺儀檢測頸椎在三維空間中的姿態變化，并通過無線傳輸到終端設備顯示。但使用陀螺儀測量頭部姿態數據會有漂移，精度較差。

公開號為CN 210375087 U的專利通過頭盔上安裝的姿態測量傳感器模塊和紅外測量模塊測量頭部轉動角度，需要配合外部紅外工業相機使用，使用場景受限，使用不方便。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種頭部轉動角度測量裝置，通過設置三自由度轉動角度測量裝置進行頭部轉動角度測量，提高測量的靈活度和精度。

為實現上述發明目的，本發明頭部轉動角度測量裝置包括頭部固定裝置、肩部固定裝置、三自由度轉動角度測量裝置和控制器，其中：

頭部固定裝置固定在人體頭部；

肩部固定裝置固定在人體肩部；

三自由度轉動角度測量裝置用于提供頭部繞矢狀軸、冠狀軸和垂直軸的轉動自由度，通過磁編碼器測量轉動角度并上傳至控制器，三自由度轉動角度測量裝置包括頭部連桿、滑軌夾持機構、弧形滑軌、兩個滑軌連接桿、兩個肩部連桿、矢狀軸旋轉磁編碼器、垂直軸線性磁編碼器、冠狀軸旋轉磁編碼器，其中：

頭部連桿的上端與頭部固定裝置固定連接，下端與滑軌夾持機構轉動連接，提供頭部繞矢狀軸的轉動自由度；

滑軌夾持機構與弧形滑軌滑動連接，滑軌夾持機構繞弧形滑軌滑動，提供頭部繞垂直軸的轉動自由度；

弧形滑軌位于頭部后方，其兩端分別與兩個滑軌連接桿的上端固定連接；

兩個滑軌連接桿的下端分別與對應肩部連桿的上端轉動連接，提供頭部繞冠狀軸的轉動自由度；

兩個肩部連桿的下端分別與肩部固定裝置固定連接；

矢狀軸旋轉磁編碼器安裝在頭部連桿和滑軌夾持機構的轉動副上，測量得到頭部繞矢狀軸的旋轉角度θ_s并發送給控制器；

垂直軸線性磁編碼器安裝在滑軌夾持機構上，測量得到滑軌夾持機構在弧形滑軌上的移動弧長距離L，計算得到頭部繞垂直軸的旋轉角度θ_v并發送給控制器，頭部繞垂直軸的旋轉角度θ_v的計算公式如下：

其中，r表示弧形滑軌的半徑；