一种膝关节角度测量及其校准方法

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1、万方数据第26卷第12期2009年12月机电工程Mechanical&ElectricalEngineeringMagazineV01．26NO．12Dec．2009一种膝关节角度测量及其校准方法熊静，罗志增(杭州电子科技大学智能控制与机器人研究所，浙江杭州310018)摘要：针对膝关节角度测量问题，给出了一种基于微型加速度传感器测量角度原理的膝关节角度测量方法，该方法结合固定于膝关节同一位置但不同轴向角度的两个微型加速度传感器的测量数据，联合推算出膝关节角度。根据两个传感器输出加速度向量模相等的原

2、理，进一步提出了测量角度的交叉校准方法。实验结果表明，采用该方法建立的膝关节角度测量系统，测量成本较低，测量精度达到±1．5。。关键词：膝关节角度；双轴角度测量；交叉校准中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1001—4551(2009)12—0013—04MethodofmeasuringandcalibratingtheangleofthekneejointXIONGJing，LUOZhi·zeng(RoboticsResearchInstitution，HangzhouDianziUn

3、iversity，Hangzhou310018，China)Abstract：Aimingatthekneejoint’Sanglemeasuringproblem，amethodofmeasuringtheangleofthekneejointbasedontheanglemeasuringprincipleofmicroaecelerometerwasbroughtforward．Theanglewascalculatedfromeachaxialaccelerationval—Reoftwom

4、icroaccelerometersfixedonthesamepositionbutdifferentaxialangle．Accordingtotheequalityprincipleofthetwomicroaecelerometers’accelerations，eross-calibrationwasputforwardtotheanglemeasuringsystem．Theexperiments’resultsin-dicatethatthekneejoint’sanglemeasur

5、esystemadoptingbiaxialanglemeasuretechniquecombinedcross-calibration，hasmeritoflowcost．andthemeasuringprecisionachievesto±1．5o．Keywords：kneejointangles；biaxialanglemeasure；cross-calibration0引言目前，在膝关节角度测量研究中，有众多的测量方法可以借鉴，但由于其特殊的测量位置和变量变化情况，往往要求测量系统体积小、反

6、应快速、鲁棒性好，冈而运用微型传感器构建的测量系统得到了越来越广泛的关注。研究表明，微型加速度计测最系统【1。1、陀螺仪测嚣系统”“、光纤角度传感器测量系统¨‘叫等，已可以准确地测得膝关节角度。多传感器融合测量系统可以达到更好的效果。若干受试者的测试结果表明，Hooman等人采用加速度传感器和陀螺仪组合的方法建立的测量系统，能够得到非常准确的膝关节角度。本研究提出一种新的膝关节角度测量方法，采用两个微型加速度传感器测量膝关节角度，即两个微型加速度传感器分别与膝关节的大、小腿绑定，经轴向分量运算以得到

7、测照角度。并提出一种用于测量系统校准的方法一交叉校准方法。l膝关节角度测量方法文献[8]提出应用两片微型加速度传感器单轴测量角度的方法来测量膝关节角度，即运用两个微型加速度传感器的单一轴向分量测得大小腿的倾角，进而推算出膝关节角度。该方法在静态测量过程中达到了不错的效果，但是在动态测量过程中，由于该方法很难消除下肢运动的惯性加速度干扰，效果很不理想。因此本研究提出另一种角度测量方法一双轴角度测量法，来测量膝关节角度。该方法能有效地消除肢体运动带来的加速度干扰，因而可以获得更准确的膝关节角度。双轴角度

8、测量指的是运用微型加速度传感器的两收稿日期：2009一05—25基金项目：国家高技术研究发展计划(“863”计划)资助项目(2008AA042212)；国家自然科学基金资助项目(60705010)作者简介：熊静(1984一)。女，重庆人，主要从事智能机器人信息处理方面的研究．E—mail：ebear_2004@163．com通信联系人：罗志增，男，教授，博士．E．mail：luo@hdu．edu．en万方数据机电工程第26卷个轴向分量联合测量角度。两个传感器(S。，S