可穿戴式关节运动角度测量装置结构设计

　　在康复医学评估、运动动作捕捉、人体工效学实验等场景中，关节活动角度的精准量化一直是核心数据采集需求，传统的影像捕捉方案存在场地限制、标定流程繁琐、无法脱离实验室环境使用的痛点，接触式的拉线编码器又会对肢体自然运动产生额外牵拉阻力，影响测量数据的真实性，这款穿戴式关节角度测量装置正是针对这些实际工程痛点开发的结构方案。从结构布局来看，装置核心分为主机盒与绑带固定两大部分，主机盒采用方正的盒式结构，内部预留了主控电路板、倾角传感模块、供电单元的安装空间，顶面嵌入液晶显示窗口，可直接在测量端实时输出当前角度数值，无需外接显示终端就能完成读数，侧面预留了按键与数据接口的安装位，兼顾现场操作与数据导出的需求。

　　绑带部分采用柔性带状结构，环绕固定在待测关节两侧的肢体段，绑带与主机盒的连接部位做了铰接过渡设计，能够适配肢体周径的个体差异，同时避免刚性结构对肢体活动的卡滞，绑带的长度预留了调节余量，可适配不同年龄段、不同体型的使用者上肢或下肢关节的固定需求，固定后不会在运动过程中出现滑移，保证测量基准的稳定性。设计过程中优先考虑了穿戴的无负担性，主机盒的重量集中在肢体外侧，不会对关节屈伸动作产生附加力矩，整体结构的边角都做了圆弧过渡处理，避免运动过程中剐蹭皮肤或衣物，内部元器件的安装位都设置了定位柱与卡扣，无需额外打胶就能完成电路板的固定，装配流程简单，后期维护更换元器件也无需拆解整个绑带结构。

　　从安装边界来看，主机盒的厚度控制在20mm以内，佩戴后不会因为突出尺寸过大影响肢体靠近躯干的动作，绑带的宽度经过适配，既保证固定时的压强均匀不会产生勒痕，又不会因为过宽影响相邻关节的活动，显示窗口的倾斜角度经过优化，使用者在自然体位下就能清晰看到屏幕数值，不需要刻意扭转肢体读数。功能层面，该装置通过固定在关节相邻两段肢体上的传感单元采集相对倾角变化，换算得到关节的实时屈伸角度，相比基于视觉的动作捕捉方案，不受光线、遮挡物的影响，可在户外、临床病房、运动训练场等多种非实验室环境下使用，相比贴附式的肌电传感器，不需要精准定位肌腹位置，普通操作人员经过简单培训就能完成佩戴与测量操作。

　　结构设计时充分考虑了日常使用的抗干扰性，主机盒的接缝处做了止口设计，可抵御日常使用中的汗液泼溅，按键采用轻触式防水按键，接口处预留了防尘塞的安装位置，能够满足日常康复训练、户外测试场景下的防护需求，绑带采用耐弯折的柔性材质，经过数千次屈伸弯折也不会出现断裂或松弛，保证长期使用的固定可靠性。在实际康复评估场景中，治疗师可通过该装置快速获取患者关节活动度的量化数据，替代传统的通用量角器，减少人工读数的主观误差；在运动训练场景中，可实时监测运动员动作过程中的关节角度变化，辅助纠正动作模式；在人因工程研究中，可采集日常作业过程中操作人员的关节活动数据，为作业工位的优化设计提供量化依据。整个结构没有冗余的复杂构件，所有零部件都可通过常规的机加工或3D打印方式制作，加工成本低，组装难度小，适合小批量定制化生产，针对不同的测量部位，只需要调整绑带的长度与主机盒的固定位置，就能适配腕关节、肘关节、膝关节等不同部位的角度测量需求，结构通用性较强。