[发明专利]头部转动角度测量装置

权利要求书

1.一种头部转动角度测量装置，其特征在于包括头部固定装置、肩部固定装置、三自由度转动角度测量装置和控制器，其中：

头部固定装置固定在人体头部；

肩部固定装置固定在人体肩部；

三自由度转动角度测量装置用于提供头部绕矢状轴、冠状轴和垂直轴的转动自由度，通过磁编码器测量转动角度并上传至控制器，三自由度转动角度测量装置包括头部连杆、滑轨夹持机构、弧形滑轨、两个滑轨连接杆、两个肩部连杆、矢状轴旋转磁编码器、垂直轴线性磁编码器、冠状轴旋转磁编码器，其中：

头部连杆的上端与头部固定装置固定连接，下端与滑轨夹持机构转动连接，提供头部绕矢状轴的转动自由度；

滑轨夹持机构与弧形滑轨滑动连接，滑轨夹持机构绕弧形滑轨滑动，提供头部绕垂直轴的转动自由度；滑轨夹持机构包括滑轨夹持盖、两对凹槽轴承和滑轨夹持座，滑轨夹持盖位于弧形滑轨内侧，与头部连杆连接，弧形滑轨位于滑轨夹持盖和滑轨夹持座之间，两对凹槽轴承安装在滑轨夹持座上，两对凹槽轴承分别位于弧形滑轨的上方和下方，用于限制弧形滑轨在两个非圆周方向上的移动；

弧形滑轨位于头部后方，其两端分别与两个滑轨连接杆的上端固定连接；

两个滑轨连接杆的下端分别与对应肩部连杆的上端转动连接，提供头部绕冠状轴的转动自由度；

两个肩部连杆的下端分别与肩部固定装置固定连接；

矢状轴旋转磁编码器安装在头部连杆和滑轨夹持机构的转动副上，测量得到头部绕矢状轴的旋转角度θ_s并发送给控制器；

垂直轴线性磁编码器安装在滑轨夹持机构上，测量得到滑轨夹持机构在弧形滑轨上的移动弧长距离L，计算得到头部绕垂直轴的旋转角度θ_v并发送给控制器，头部绕垂直轴的旋转角度θ_v的计算公式如下：

其中，r表示弧形滑轨的半径；

冠状轴旋转磁编码器安装在其中一组滑轨连接杆和肩部连杆25的转动副上，测量得到头部绕冠状轴的旋转角度θ_c并发送给控制器；

控制器对头部绕矢状轴的旋转角度θ_s、头部绕垂直轴的旋转角度θ_v以及头部绕冠状轴的旋转角度θ_c进行汇总，按照预设操作进行处理后进行输出。

2.根据权利要求1所述的头部转动角度测量装置，其特征在于，所述头部固定装置采用帽子实现。

3.根据权利要求1所述的头部转动角度测量装置，其特征在于，所述肩部固定装置为一对弧形固定装置，分别扣在人体两肩并通过织物固定。

4.根据权利要求1所述的头部转动角度测量装置，其特征在于，所述矢状轴旋转磁编码器包括磁柱、旋转磁编码器和编码器盖，采用以下方式进行安装：

设置安装配件，包括台阶轴、无油衬套和垫片，其中台阶轴的轴头穿过头部连杆上所设置的开孔与滑轨夹持盖固定，使得头部连杆和滑轨夹持盖以台阶轴为旋转轴形成转动连接；在台阶轴和头部连杆之间设置有无油衬套，在头部连杆和滑轨夹持盖之间设置有垫片；矢状轴旋转磁编码器中的磁柱固定在台阶轴轴端的中心，旋转磁编码器盖住磁柱与头部连杆固定连接，编码器盖安装于旋转磁编码器外侧。

5.根据权利要求1所述的头部转动角度测量装置，其特征在于，所述垂直轴线性磁编码器包括磁性带和线性磁编码器，其中磁性带安装于弧形滑轨外侧，线性磁编码器安装于滑轨夹持座的外侧，滑轨夹持座上设置有开孔，线性磁编码器通过开孔捕捉磁性带上的磁信号进行测量。

6.根据权利要求1所述的头部转动角度测量装置，其特征在于，所述冠状轴旋转磁编码器包括磁柱、旋转磁编码器和编码器盖，采用以下方式进行安装：

设置安装配件台阶轴、无油衬套和螺母，其中台阶轴依次穿过滑轨连接杆和肩部连杆上所设置的开孔，通过螺母与肩部连杆固定连接，形成转动副，在台阶轴和滑轨连接杆之间设置无油衬套；冠状轴旋转磁编码器中的磁柱固定在台阶轴轴端的中心，旋转磁编码器盖住磁柱与滑轨连接杆固定连接，编码器盖安装于旋转磁编码器外侧。