基于MEMS惯性传感器的人体膝关节角度无线检测系统及方法

摘要

一种医疗器械技术领域的基于MEMS惯性传感器的人体膝关节角度无线检测系统，包括：分别放置于人体下肢大小腿处的主处理系统和节点处理子系统，其中：主处理系统通过整合分别来自主、从MEMS惯性传感器模块的大腿加速度和角速度信息和小腿加速度和角速度信息，对人体下肢大、小腿的倾斜度进行计算，从而获取人体步行时膝关节角度信息，并将该膝关节角度信息通过蓝牙方式输出至外骨骼机器人控制系统。本发明通过融合陀螺仪和加速度传感器的数据，分别实时地检测人体膝关节部位的角度信息，并能减少佩戴者的不适感。

主权项

一种基于MEMS惯性传感器的人体膝关节角度无线检测系统的检测方法，其特征在于，所述系统包括：分别放置于人体下肢大小腿处的主处理系统和节点处理子系统，其中：主处理系统通过整合分别来自主、从MEMS惯性传感器模块的大腿加速度和角速度信息和小腿加速度和角速度信息，对人体下肢大、小腿的倾斜度进行计算，从而获取人体步行时膝关节角度信息，并将该膝关节角度信息通过蓝牙方式输出至外骨骼机器人控制系统；所述的节点处理子系统由嵌入式微控制器、从MEMS惯性传感器模块和从蓝牙通讯电路组成，其中：从MEMS惯性传感器模块与嵌入式微控制器相连接并传输其采集到的小腿加速度和角速度信息，嵌入式微控制器通过从蓝牙通讯电路向主蓝牙通讯电路通过无线方式传输小腿加速度和角速度信息；所述的主处理系统由数字信号处理器、主MEMS惯性传感器模块和主蓝牙通讯电路组成，其中：主MEMS惯性传感器模块与传感数字信号处理器相连接并传输其采集到的大腿加速度和角速度信息，传感数字信号处理器与主蓝牙通讯电路相连接并接收来自节点处理子系统的小腿加速度和角速度信息，与大腿加速度和角速度信息整合后生成膝关节角度信息，并通过主蓝牙通讯电路传输至外骨骼机器人控制系统；所述检测方法包括以下步骤：步骤1，从MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪传感模块感知人体下肢小腿的三维加速度及旋转角速度信号，传感信息通过SPI接口电路传输至嵌入式微处理器，嵌入式微处理器对接收到的数据进行数字滤波处理后通过蓝牙电路传输至传感数字信号处理器；步骤2，主MEMS加速度传感器和MEMS陀螺仪传感模块感知人体下肢大腿的运动加速度及旋转角速度信号，传感信息通过SPI接口电路传输至传感数字信号处理器；步骤3，传感数字信号处理器对分别通过SPI接口和蓝牙电路接收到的人体下肢大小腿的加速度信号和旋转角速度信号进行处理，分别计算大、小腿的倾角信息，并整合成膝关节角度信息。