[发明专利]头部转动角度测量装置

说明书

本发明公开了一种头部转动角度测量装置，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，头部固定装置和肩部固定装置分别固定在人体头部和肩部，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，通过磁编码器测量头部绕矢状轴的旋转角度、头部绕垂直轴的旋转角度、头部绕冠状轴的旋转角度并上传至控制器进行输出。本发明通过使用磁编码器，可以提高头部转动角度测量的灵活度和精度。

技术领域

本发明属于头部转动角度测量技术领域，更为具体地讲，涉及一种头部转动角度测量装置。

背景技术

颈椎活动度是指颈椎在矢状面、冠状面和水平面等三个平面的运动，包括前后屈、左右侧屈和左右旋三个自由度，是反应颈椎运动功能的最有效最直接的指标。图1是人体的面与轴示意图。大多数颈部疾病都会引起颈椎活动度的改变，所以目前颈椎活动度是评价颈椎功能及颈椎受损程度、诊断和鉴别颈部疾病、治疗效果评价及预后分析的重要参考指标。

公开号为CN 209107988 U的专利提出了一种人体头部左右旋转角度测量的装置，包括支架底座、两根定位架、量角器、头套以及指针，只能测量人体仰卧状态下颈部左右旋转的角度，角度数据只能目视读取。

公开号为CN 210582487 U的专利提出一种颈椎三维活动度智能测量仪，使用头顶布置的姿态传感器/九轴陀螺仪检测颈椎在三维空间中的姿态变化，并通过无线传输到终端设备显示。但使用陀螺仪测量头部姿态数据会有漂移，精度较差。

公开号为CN 210375087 U的专利通过头盔上安装的姿态测量传感器模块和红外测量模块测量头部转动角度，需要配合外部红外工业相机使用，使用场景受限，使用不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种头部转动角度测量装置，通过设置三自由度转动角度测量装置进行头部转动角度测量，提高测量的灵活度和精度。

为实现上述发明目的，本发明头部转动角度测量装置包括头部固定装置、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；

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；