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申请/专利权人：燕山大学;北京大学人民医院

摘要：本发明属于医疗设备技术领域，涉及一种基于IMU和六维力传感器的脚踝骨折复位装置，在脚套上设有六维力传感器以及多个IMU传感器，将脚踝部康复过程中六维力传感器以及IMU传感器获得的脚套运动数据传输至终端控制器中，并通过终端控制器中的各个模块对获得的数据进行处理，最终将终端控制器中所规划的脚套的运动以及力信息传输至机械臂的控制器中，机械臂根据所获取的数据信息控制脚套进行运动，从而完成脚踝部骨折处的康复训练。本发明的复位装置通过对传感器收集到的数据进行分析处理，可以准确还原复位过程中脚踝部的运动轨迹、姿态变化和力位控制，此时机械臂通过复现的轨迹以及末端力来达到复位，具有监测精度高的优点。

主权项：1.一种基于IMU和六维力传感器的脚踝骨折复位装置，其特征在于，其包括脚套、脚踝抓握器、第一六维力传感器、脚底抓握器、第二六维力传感器、多个IMU传感器、机械臂夹爪和终端控制器，所述脚踝抓握器上设有所述第一六维力传感器，且所述第一六维力传感器上设有所述机械臂夹爪，所述机械臂夹爪与所述脚套的第一端连接，所述脚底抓握器设于所述脚套的第二端，且所述脚套的底部设有与脚底抓握器连接的第二六维力传感器，所述多个IMU传感器均包括加速度传感器和角加速度传感器，且所述多个IMU传感器均布设于所述脚套的底部，且均位于所述脚套的中线位置，所述第一六维力传感器、第二六维力传感器以及多个IMU传感器与所述终端控制器通讯连接；所述终端控制器包括六维力处理模块、正骨加速度修正模块、正骨角速度修正模块、牵引位移模块、旋转角速度模块以及复位轨迹规划模块，其中：所述正骨加速度修正模块对所述多个IMU传感器发来的正骨加速度进行误差修正，获得正骨加速度修正值，正骨加速度修正值表达式为：at＝abt+ba+nr式中，at为t时刻初始正骨加速度修正值；abt为t时刻载体坐标系下的正骨加速度测量值；ba为加速度传感器偏置；nr为加速度传感器测量噪声；所述牵引位移模块对正骨加速度修正值at进行积分，获得脚踝部复位过程中脚套产生的牵引位移dt，其积分表达式为：dt＝∫∫atdt所述正骨角速度修正模块对所述多个IMU传感器发来的正骨角速度进行误差修正，获得正骨角速度修正值，所述正骨角速度修正表达式为：ωt＝ωbt+bω+mr式中，ωt为t时刻初始正骨角速at度修正值；ωbt为t时刻载体坐标系下的角速度测量值；bω为角速度传感器偏置；mr为角速度传感器测量噪声；所述旋转角速度模块对所述正骨角速度修正值ωt进行积分，获得脚踝部复位过程中脚套产生的旋转角速度，其积分表达式为：θt＝∫∫ωtdt所述复位轨迹规划模块通过获得的所述脚套运动时的牵引位移和旋转角速度生成所述脚套的三维轨迹曲线，基于Z轴-Y轴-X轴的旋转顺序生成所述脚套的三维轨迹曲线，其变换表达式为： 式中，为t时刻的四元数矩阵；q0t、q1t、q2t和q3t为t时刻的四元数实数；i、j和k为三个相互正交的单位向量；·代表求导运算符；将所述终端控制器中复位轨迹规划模块所规划的三维轨迹曲线传输至机械臂的控制器中，所述机械臂根据三维轨迹曲线控制所述脚套进行运动，从而完成脚踝部骨折处的康复训练。

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