CN108451534A - 一种基于介电弹性体传感器的人体运动检方法 - Google Patents
一种基于介电弹性体传感器的人体运动检方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于介电弹性体传感器的人体运动检方法,其解决了现有技术使用介电弹性体传感器进行人体动作检测时,存在精度低,可靠性低的技术问题,其将用于测量肩关节前屈运动的第一介电弹性体传感器竖直粘贴在人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤上,第一介电弹性体传感器的下端与第二条肋骨对齐;将用于测量肩关节后伸运动的第二介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部,顺着三角肌前部的纹理进行布置;将用于测量肩关节外展运动的第三介电弹性体传感器竖直粘贴于胸大肌外侧的皮肤上,第三介电弹性体传感器一端与胸大肌下沿对齐;将用于测量测量肩关节水平内收运动的第四介电弹性体传感器顺着三角肌后侧的纹理进行粘贴;本发明广泛用于人体动作检测技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及人体动作检测技术领域,具体而言,涉及一种基于介电弹性体传感器的人体运动检方法。
背景技术
近年来,在运动健身、人机交互、医疗康复、娱乐和军事等领域对于人体动作捕捉的需求变得越来越多。例如,在娱乐领域,利用数据手套捕获人手动作,并将相关数据实时地传递给虚拟环境,使游戏者与虚拟世界的交互方式变得更直接和自然,大大增强了游戏的体验感。
目前,软传感器被广泛应用在人体动作检测装置中,常见的软传感器有导电橡胶、导电纤维/织物,聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)等。在这几类软传感器中,导电橡胶为电阻式传感器,功耗较大;导电织物/纤维制造工艺复杂,且导电性随时间下降较快;PVDF传感器的传感检测电路复杂,且存在漏电荷的问题。
介电弹性体传感器(Dielectric Elastomer Sensors,DESs)作为一种新型的软传感器,近些年引起了国内外广泛关注。介电弹性体传感器是由两层柔性电极夹一层介电薄膜组成的,类似于三明治结构,其相当于一个柔性平行板电容器。在外力的作用下,传感器的有效面积或有效厚度会发生变化,导致其电容值发生变化,因此可通过检测电容值的变化来检测外力或位移。
介电弹性体传感器制造工艺、传感电路简单;因其基于电容原理,功耗也相对较少;此外还具有制造成本低、质量轻、模量可调、集成性好等优点。相比于其他的软传感器,其在人体动作捕获方面更具优势。
然而,使用介电弹性体传感器进行人体动作检测时,存在精度低,可靠性低的技术问题。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术使用介电弹性体传感器进行人体动作检测时,存在精度低,可靠性低的技术问题,提供了一种精度高,可靠性高的基于介电弹性体传感器的人体运动检方法。
本发明的技术方案是,包括以下步骤:
(1)将用于测量肩关节前屈运动的第一介电弹性体传感器竖直粘贴在人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤上,第一介电弹性体传感器的下端与第二条肋骨对齐;用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2-0.0002x+0.5160,拟合度R2为0.9847;
(2)将用于测量肩关节后伸运动的第二介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部,顺着三角肌前部的纹理进行布置,第二介电弹性体传感器的一端与三角肌前部边缘对齐;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0015x+0.5305,拟合度R2为0.9699;
(3)将用于测量肩关节外展运动的第三介电弹性体传感器竖直粘贴于胸大肌外侧的皮肤上,第三介电弹性体传感器一端与胸大肌下沿对齐;采用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2+0.0001x+0.5625,拟合度R2为0.9846;
(4)将用于测量测量肩关节水平内收运动的第四介电弹性体传感器顺着三角肌后侧的纹理进行粘贴,第四介电弹性体传感器边缘与三角肌后侧边缘对齐,一端固定在后背上,另一端固定在大臂上;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0017x+0.5268,拟合度R2为0.9813;
(5)将用于测量测量肩关节水平外伸运动的第五介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部,一端与三角肌的边缘对齐;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0011x+0.3672,拟合度R2为0.9568;
(6)将用于测量肩关节内旋运动的第六介电弹性体传感器7的一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,第六介电弹性体传感器与大臂轴线呈45°夹角;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3556,拟合度R2为0.9677;
(7)将用于测量肩关节外旋运动的第七介电弹性体传感器的一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,第七介电弹性体传感器与大臂轴线呈-45°夹角;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3591,拟合度R2为0.9613。
优选地,肩关节前屈运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系为:
y11=aθ1 2+bθ1 (1)
公式(1)中,y11表示测量肩关节前屈运动传感器的输出电压变化,θ1表示肩关节前屈运动角度,a、b为由实验得出的常量;
肩关节水平内收运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系为:
y22=k22θ2 (2)
公式(2)中,y22表示测量肩关节水平内收运动传感器的输出电压变化,θ2表示肩关节水平内收运动角度;k22表示常量,测量肩关节水平内收运动传感器输出电压的变化与肩关节水平内收运动角度之间的斜率;
肩关节水平内收运动角度与其所引起的测量肩关节前屈运动传感器输出电压变化之间的关系为:
y12=0 (3)
肩关节水平前屈运动角度与其所引起的测量肩关节水平内收运动传感器输出电压变化之间的关系为:
y21=c5θ1 5+c4θ1 4+c3θ1 3+c2θ1 2+c1θ1 (4)
公式(4)中c5、c4、c3、c2和c1为由实验测得的常量;
对于测量肩关节前屈运动传感器输出电压的变化y1应为:
y1=y11+y12 (5)
对于测量肩关节水平内收运动传感器示数的变化y2应为:
y2=y21+y22 (6)
联合公式(5)、(6),肩关节前区区域内的运动解耦可转化求解以下方程组:
优选地,第一介电弹性体传感器的电极长度是35mm,宽度是15mm;
第二介电弹性体传感器的电极长度为60mm,宽度为15mm;
第三介电弹性体传感器的电极长度为60mm,宽度为15mm。
本发明的有益效果是:测量精度高,可靠性高,保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合。
本发明进一步的特征和方面,将在以下参考附图的具体实施方式的描述中,得以清楚地记载。
附图说明
图1是介电弹性体传感器粘贴在人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤上的示意图;
图2是肩关节的前屈运动角度与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图3是介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部的示意图;
图4是肩关节的后伸运动角度与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图5是介电弹性体传感器粘贴于胸大肌外侧的皮肤上的示意图;
图6是肩关节的外展运动角度与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图7是介电弹性体传感器粘贴于三角肌后侧的皮肤上的示意图;
图8是肩关节的水平内收运动角度与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图9是介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部的皮肤上的示意图;
图10是肩关节的水平外伸角度与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图11是介电弹性体传感器一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上的示意图;
图12是肩关节的内旋运动与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图13是介电弹性体传感器一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,与大臂呈负45°的示意图;
图14是肩关节的外旋运动与介电弹性体传感器输出电压之间的关系图,横坐标是角度,纵坐标是电压值;
图15是肩关节前屈运动对水平内收运动的测量耦合图;
图16是人体测量的基准面和基准轴示意图。
图中符号说明:
1.介电弹性体传感器,2.胶带,3.介电弹性体传感器,4.介电弹性体传感器,5.介电弹性体传感器,6.介电弹性体传感器,7.介电弹性体传感器,8.大臂轴线,9.介电弹性体传感器。
图16所示,在医学上,为了描述和测量人体的关节运动,规定了人体测量的基准面和基准轴,在标准姿势条件下,人体或其局部均可设置相互垂直的三个面,两个垂直平面的相交线即为基准轴。各平面及基准轴的定义如下:矢状面(正中面):在前后方向上将人体纵切为左右两部分,其断面即为矢状面,也称正中面。冠状面:于左右方向,将人体纵切为前后两部分,其纵切面即为冠状面。水平面:与上述两平面相垂直,将人体横断为上下两部。
具体实施方式
以下参照附图,以具体实施例对本发明作进一步详细说明。以检测肩关节运动量为例进行说明。
肩关节是由六个关节组成,分为肩肱关节、盂肱关节、肩锁关节、胸锁关节、喙锁关节、肩胛胸壁间关节。因为肱骨头较大,呈球形,关节盂浅而小,仅包绕肱骨头的1/3,关节囊薄而松弛,所以肩关节是人体运动范围最大而又最灵活的关节,它可做前屈、后伸、外展、水平内收、水平外伸、内旋和外旋运动。以下将对肩关节的各个分运动进行测量,并在此基础上给出肩关节运动测量耦合的解耦方法。
肩关节前屈运动与后伸运动的中立位置为整个手臂自然下垂,掌心朝向身体内侧。当整个手臂向前扬起时,称为肩关节的前屈运动;当整个手臂向后伸展时,称为肩关节的后伸运动。
如图1所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的前屈运动。该传感器安放位置的确定可先通过观察皮肤的变形区域,初步确定其安放位置,而后通过胶带将传感器与皮肤贴合。人体肩关节进行前屈运动过程中,观察介电弹性体传感器输出电压示数的变化来调整传感器与皮肤的贴合位置及角度。最终选择介电弹性体传感器1的安放位置为人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤上,竖直粘贴,介电弹性体传感器1的下端与第二条肋骨对齐。
尽管人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤较为平整,较长电极长度的传感器也能与皮肤贴合良好,但由于肩关节前屈运动活动范围较大,导致电极长度较长的传感器在整个肩关节前屈运动过程中,有时候也会出现传感器与皮肤不贴合的情况,故选择电极长度较短的传感器可以保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合,因此电极长度可以是35mm,宽度是15mm。
肩关节的前屈运动角度通过照相机进行拍照,再对拍摄到的图像进行处理的方法获得,照相机应平行于矢状面进行拍摄。在整个测量过程中,躯干应始终保持在直立的姿势下,进行前屈运动时,应保证整个手臂的活动范围在平行于矢状面的平面内,不要出现其他的肩关节运动。本实施例中,采用的是图像采集法来测量肩关节的前屈运动角度,除此之外,还可以采用其他公知的测量方法进行,比如:电磁式测量方法或机械式测量方法。机械式测量方法是通过一些放置关节处的电位计、角度传感器、陀螺仪、加速度计等检测元件来检测相对位移或角度等的变化。电磁式测量方法是通过发射源、接收器和数据处理单元来完成,其工作原理是:接受器固定在关节部位,利用低频磁场技术测量发射器和接受器中三组正交线圈的磁场相互作用,从而测量接收器相对于发射器的六自由度方位,因此当关节运动时,接收器就可以测出其三维方向和位置。
如图2所示,图1中的介电弹性体传感器1检测肩关节的前屈运动时,实测多个前屈运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线。然后采用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2-0.0002x+0.5160,拟合度R2为0.9847。该拟合曲线与实际测量曲线偏差较小,拟合度高。可以采用MATLAB软件进行拟合计算。
如图3所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的后伸运动。介电弹性体传感器安放位置的确定过程是,先观察肩关节后伸运动时皮肤的最大变形区域,而后将传感器与皮肤贴合,通过观察传感器电路电压示数的变化进行传感器贴合位置的调整。最终选择将介电弹性体传感器3粘贴于肩关节前部,顺着三角肌前部的纹理进行布置,传感器一端与三角肌前部边缘对齐。为了保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合,介电弹性体传感器3的电极长度为60mm,宽度为15mm。
如图4所示,介电弹性体传感器3检测肩关节的后伸运动时,实测多个后伸运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线。然后采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0015x+0.5305,拟合度R2为0.9699。该拟合直线与实际测量曲线偏差较小,拟合度高。
如图5所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的外展运动。肩关节外展运动的中立位置与肩关节前屈、后伸运动的中立位置相同,即整个手臂自然下垂,掌心朝向身体内侧。与肩关节前屈运动类似,都可以将手臂举起。但两者运动所在平面不一样,肩关节前屈运动所在平面平行于人体矢状面,而肩关节外展运动所在平面则位于人体冠状面内。将介电弹性体传感器4竖直粘贴于胸大肌外侧的皮肤上,传感器一端与胸大肌下沿对齐。为了保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合,介电弹性体传感器4的电极长度为60mm,宽度为15mm。在进行拍照时,相机应平行于人体冠状面进行拍摄。在整个测量过程中,躯干应始终保持在直立的姿势下;进行外展运动时,应保证整个手臂的活动范围在冠状平面内,不要出现身体躯干向侧方运动的情况,以免影响测量结果的准确性。
如图6所示,实测多个外展运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线。然后采用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2+0.0001x+0.5625,拟合度R2为0.9846。该拟合曲线与实际测量曲线偏差较小,拟合度高。
肩关节水平内收与水平外伸运动的中立位置为手臂伸直,与肩关节平齐,位于冠状平面内。掌心朝向身体躯干前方。当手臂向身体前方运动时,称为肩关节的水平内收运动;当手臂向身体后方运动时,称为肩关节的水平外伸运动。
如图7所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的水平内收运动。介电弹性体传感器5顺着三角肌后侧的纹理进行粘贴,传感器边缘与三角肌后侧边缘对齐,一端固定在后背上,另一端固定在大臂上。为了保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合,介电弹性体传感器5的电极长度为60mm,宽度为15mm。在进行拍照时,相机应与水平面平行进行拍摄。在整个测量过程中,手臂的活动平面应与水平面始终平行,不要出现下斜或上扬等动作,同时身体躯干应始终保持不动,不要出现向侧方运动的情况,以免影响实验测量结果的准确性。
如图8所示,实测多个水平内收运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线,然后采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0017x+0.5268,拟合度R2为0.9813,说明有较好的拟合度,可以用线性关系代替肩关节水平内收运动角度与传感器电路输出电压之间的关系。
如图9所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的水平外伸运动。介电弹性体传感器6粘贴于肩关节前部,稍倾斜,一端与三角肌的边缘对齐。为了保证在整个测量过程中传感器都能与皮肤紧密贴合,介电弹性体传感器6的电极长度为35mm,宽度为15mm。
测量过程与肩关节的水平内收运动测量过程基本相同,如图10所示,实测多个水平外伸运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线,然后采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0011x+0.3672,拟合度R2为0.9568,说明有较好的拟合度,可以用线性关系代替肩关节水平外伸运动角度与传感器电路输出电压之间的关系。
下面介绍肩关节内旋与外旋运动的测量。关节内旋与外旋运动的中立位置为:大臂与身体躯干垂直,且与矢状面平行;小臂与大臂垂直,掌心朝向身体后侧。当大臂朝向身体内侧进行旋转时,称为肩关节内旋运动;当大臂朝向身体外侧进行旋转时,称为肩关节外旋运动。肩关节的内旋、外旋运动跟腕关节的旋前、旋后运动类似,均为手臂的旋转运动,只不过前者的动作主要在大臂上,而后者的动作主要在小臂上。
如图11所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的内旋运动。介电弹性体传感器7安放位置为一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,传感器的放置与大臂轴线8呈一定的角度,大约呈45°,该角度能够保证传感器与皮肤贴合的位置正好是肩关节内旋运动时皮肤长度变化较大的位置,同时也能使传感器与皮肤贴合良好。优选地,介电弹性体传感器7的电极长度为35mm,宽度为15mm。
在进行拍照时,相机应与人体冠状面平行。为了确定大臂的旋转角度,可以在小臂上画一条线作为大臂内旋角度的参考。在整个测量过程中,大臂应始终在保持与身体垂直的状态下做旋转运动,小臂应始终保证与大臂垂直,以免带来测量误差。如图12所示,实测多个内旋运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线,然后采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3556,拟合度R2为0.9677。说明有较好的拟合度,可以用线性关系代替肩关节内旋运动角度与传感器电路输出电压之间的关系。
如图13所示,用介电弹性体传感器测量肩关节的外旋运动。介电弹性体传感器9安放位置为一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,传感器的放置与大臂轴线8呈-45°,介电弹性体传感器9与介电弹性体传感器7放置方向正好相反。该角度能够保证传感器与皮肤贴合的位置正好是肩关节外旋运动时皮肤长度变化较大的位置,同时也能使传感器与皮肤贴合良好。优选地,介电弹性体传感器9的电极长度为35mm,宽度为15mm。
如图14所示,实测多个外旋运动角度以及相应的介电弹性体传感器输出电压值,组成测量曲线,然后采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3591,拟合度R2为0.9613。说明有较好的拟合度,可以用线性关系代替肩关节外旋运动角度与传感器电路输出电压之间的关系。
对于肩关节运动测量解耦,这里将以前区区域内的运动测量解耦为例进行说明,后区区域内的运动测量解耦与此类似。
在解耦之前需要确定运动测量之间是否存在耦合以及耦合关系是怎样的。通过实验测量,发现肩关节进行水平内收运动时,其对测量肩关节前屈运动的传感器的电压示数并无影响,这说明两者之间并不存在耦合,原因是测量肩关节前屈运动的传感器安放位置在躯干上且比较靠下。肩关节进行前屈运动时,测量肩关节水平内收运动传感器的电压示数变化比较大,这说明两者之间存在运动测量耦合。图15为肩关节前屈运动对测量肩关节水平内收运动传感器的影响。测量结果的拟合曲线为:y=3.995×10-11x5-1.424×10-8x4+1.736×10-6x3-1.052×10-4x2+3.63×10-3x+0.564,拟合度R2为0.9858。传感器的电压示数是先增大后减小,出现这种情况的原因是在前屈运动过程中,刚开始由于手臂的下垂使测量水平内收运动的传感器有一定伸长;之后随着前屈运动角度增大,会使传感器继续被拉伸,电压示数变大;当前屈运动超过一定角度后,会使传感器与皮肤略有脱离,传感器开始回缩,电压示数变小。
因此,肩关节前屈运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系可以写成:
y11=aθ1 2+bθ1 (1)
公式(1)中,y11表示测量肩关节前屈运动传感器的输出电压变化,θ1表示肩关节前屈运动角度,a、b为由实验得出的常量。
同理,肩关节水平内收运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系可写成:
y22=k22θ2 (2)
公式(2)中,y22表示测量肩关节水平内收运动传感器的输出电压变化,θ2表示肩关节水平内收运动角度;k22表示常量,测量肩关节水平内收运动传感器输出电压的变化与肩关节水平内收运动角度之间的斜率。
肩关节水平内收运动角度与其所引起的测量肩关节前屈运动传感器输出电压变化之间的关系可写成:
y12=0 (3)
肩关节水平前屈运动角度与其所引起的测量肩关节水平内收运动传感器输出电压变化之间的关系可写成:
y21=c5θ1 5+c4θ1 4+c3θ1 3+c2θ1 2+c1θ1 (4)
公式(4)中c5、c4、c3、c2和c1为由实验测得的常量。
然而在复杂的实际测量中,肩关节的运动多为复合运动,由于存在测量耦合的问题,对于测量肩关节前屈运动传感器输出电压的变化y1应为:
y1=y11+y12 (5)
对于测量肩关节水平内收运动传感器示数的变化y2应为:
y2=y21+y22 (6)
联合公式(5)、(6),肩关节前区区域内的运动解耦可转化求解以下方程组:
为了验证这种解耦方法能够用来识别肩关节运动角度,进行了如下实验。即将手臂运动某一位置,通过传感器电路测得y1为0.051,y2为0.082,代入(7)式,可以得到θ1为77.0231,θ2为51.5181。而通过拍照、图像处理得到的θ1为85°,θ2为62°。两者的结果相差不大,说明这种解耦方法能够正确地识别出肩关节运动角度。
前述的介电弹性体传感器的信号输出端与滤波模块的输入端连接,滤波模块的输出端与信号处理模块连接,解耦处理模块与信号处理模块连接。信号处理模块和解耦处理模块可以使用处理器stm32f103或stm32f407实现。
介电弹性体传感器输出模拟信号给滤波模块,滤波模块对运动电信号进行200Hz的低通滤波,低通滤波后的运动电信号经信号处理模块A/D转换后将前后两个周期的信号叠加取平均值,得运动数字信号;数字运动数字信号输入解耦处理模块,解耦处理模块进行解耦处理。由信号处理模块进行曲线拟合计算。
以上所述仅对本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。
Claims (3)
1.一种基于介电弹性体传感器的人体运动检方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将用于测量肩关节前屈运动的第一介电弹性体传感器竖直粘贴在人体腋窝正下方腹外斜肌处的皮肤上,第一介电弹性体传感器的下端与第二条肋骨对齐;用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2-0.0002x+0.5160,拟合度R2为0.9847;
(2)将用于测量肩关节后伸运动的第二介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部,顺着三角肌前部的纹理进行布置,第二介电弹性体传感器的一端与三角肌前部边缘对齐;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0015x+0.5305,拟合度R2为0.9699;
(3)将用于测量肩关节外展运动的第三介电弹性体传感器竖直粘贴于胸大肌外侧的皮肤上,第三介电弹性体传感器一端与胸大肌下沿对齐;采用二次多项式进行拟合计算,得出二次拟合曲线为:y=0.000006x2+0.0001x+0.5625,拟合度R2为0.9846;
(4)将用于测量测量肩关节水平内收运动的第四介电弹性体传感器顺着三角肌后侧的纹理进行粘贴,第四介电弹性体传感器边缘与三角肌后侧边缘对齐,一端固定在后背上,另一端固定在大臂上;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0017x+0.5268,拟合度R2为0.9813;
(5)将用于测量测量肩关节水平外伸运动的第五介电弹性体传感器粘贴于肩关节前部,一端与三角肌的边缘对齐;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0011x+0.3672,拟合度R2为0.9568;
(6)将用于测量肩关节内旋运动的第六介电弹性体传感器7的一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,第六介电弹性体传感器与大臂轴线呈45°夹角;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3556,拟合度R2为0.9677;
(7)将用于测量肩关节外旋运动的第七介电弹性体传感器的一端固定在肱二头肌上,另一端固定在肱三头肌上,第七介电弹性体传感器与大臂轴线呈-45°夹角;采用线性拟合计算,得出拟合直线为:y=0.0002x+0.3591,拟合度R2为0.9613。
2.根据权利要求1所述的人体运动检方法,其特征是:
肩关节前屈运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系为:
y11=aθ1 2+bθ1 (1)
公式(1)中,y11表示测量肩关节前屈运动传感器的输出电压变化,θ1表示肩关节前屈运动角度,a、b为由实验得出的常量;
肩关节水平内收运动角度与对应测量其角度的传感器输出电压变化之间的关系为:
y22=k22θ2 (2)
公式(2)中,y22表示测量肩关节水平内收运动传感器的输出电压变化,θ2表示肩关节水平内收运动角度;k22表示常量,测量肩关节水平内收运动传感器输出电压的变化与肩关节水平内收运动角度之间的斜率;
肩关节水平内收运动角度与其所引起的测量肩关节前屈运动传感器输出电压变化之间的关系为:
y12=0 (3)
肩关节水平前屈运动角度与其所引起的测量肩关节水平内收运动传感器输出电压变化之间的关系为:
y21=c5θ1 5+c4θ1 4+c3θ1 3+c2θ1 2+c1θ1 (4)
公式(4)中c5、c4、c3、c2和c1为由实验测得的常量;
对于测量肩关节前屈运动传感器输出电压的变化y1应为:
y1=y11+y12 (5)
对于测量肩关节水平内收运动传感器示数的变化y2应为:
y2=y21+y22 (6)
联合公式(5)、(6),肩关节前区区域内的运动解耦可转化求解以下方程组:
3.根据权利要求1或2所述的人体运动检方法,其特征是:
所述第一介电弹性体传感器的电极长度是35mm,宽度是15mm;
所述第二介电弹性体传感器的电极长度为60mm,宽度为15mm;
所述第三介电弹性体传感器的电极长度为60mm,宽度为15mm。
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