CN104644408B - 关节保健系统以及基于该关节保健系统的关节保健方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用医疗保健技术领域，提供了一种关节保健系统以及基于该关节保健系统的关节保健方法，该关节保健系统包括关节保健装置，该关节保健装置包括内衬和外套，在内衬和外套之间，关节保健装置包括传感器件、关节保健器件以及微控制器，传感器件包括运动跟踪传感器以及温度传感器，关节保健器件包括微型振动器、微型电动气泵、微型加热片以及微型调湿器，微控制器与传感器件和关节保健器件连接，以根据预设的时间周期控制传感器件获取对应的传感信息，并根据获取的传感信息控制关节保健器件对关节进行对应的保健动作，从而可实时获取关节的相关信息，实现对关节的个性化保护和保健，有效提高了关节的保健效果。

Description

关节保健系统以及基于该关节保健系统的关节保健方法

技术领域

本发明属于医疗保健技术领域，尤其涉及一种关节保健系统以及基于该关节保健系统的关节保健方法。

背景技术

目前，针对人体的关节保护或保健的装置有很多，主要用于预防关节受损、受伤以及受损和受伤后的恢复。然而，这些保护装置在设计、生产时大多只针对一类人或某些特定人群，例如，根据身高、体重、关节尺寸等进行设计，设计粒度粗糙，而且一旦产品成型就难以根据人体关节的实时情况进行改变，难以做到关节的个性化保护和保健，保健效果不佳，而这正是许多老人、术后病员、轻微伤痛人群所急需的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供关节保健系统以及基于该关节保健系统的关节保健方法，旨在解决由于现有技术无法提供一种关节保健系统，难以做到关节的个性化保护和保健，保健效果不佳的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种关节保健系统，所述关节保健系统包括关节保健装置，所述关节保健装置包括内衬和外套，在所述内衬和外套之间，所述关节保健装置包括传感器件、关节保健器件以及微控制器，

所述传感器件包括：

运动跟踪传感器，用于获取关节的运动信息，所述运动信息包括关节的斜度、摆幅以及摆动频率；

温度传感器，用于采集关节表面的温度信息；

湿度传感器，用于采集关节表面的湿度信息；

所述关节保健器件包括：

微型振动器，用于输出振动，以对关节进行按摩；

微型电动气泵，用于对与所述微型电动气泵连接的一膨胀体进行充气或放气，以通过膨胀或缩小所述膨胀体，对关节进行按摩；

微型加热片，用于对关节表面进行加热，以提高关节表面温度；

微型调湿器，用于对关节表面的空气湿度进行调节；

其中，所述微控制器与所述传感器件和关节保健器件连接，以根据预设的时间周期控制所述传感器件获取对应的传感信息，并根据所述获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作。

本发明实施例的另一目的在于提供一种基于上述关节保健系统的关节保健方法，所述方法包括：

利用所述关节保健装置的外套上的固定部件将所述关节保健装置固定在关节上；

当预设的时间周期到达时，所述微控制器向所述传感器件发送传感信息获取指令，控制所述运动跟踪传感器获取关节的运动信息，控制所述温度传感器采集关节表面的温度信息，控制所述湿度传感器采集关节表面的湿度信息，所述运动信息包括关节的斜度、摆幅以及摆动频率；

所述微控制器根据获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作。

本发明实施例提供了一种关节保健系统，该关节保健系统包括关节保健装置，关节保健装置包括内衬和外套，在所述内衬和外套之间，所述关节保健装置包括传感器件、关节保健器件以及微控制器，该传感器件包括运动跟踪传感器、温度传感器、湿度传感器，关节保健器件包括微型振动器、微型电动气泵、微型加热片以及微型调湿器，微控制器与传感器件和关节保健器件连接，从而可根据预设的时间周期控制传感器件获取对应的传感信息，根据获取的传感信息控制关节保健器件对关节进行对应的保健动作，从而可实时获取关节的相关信息，实现对关节的个性化保护和保健，有效提高了关节的保健效果。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种关节保健系统中关节保健装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种关节保健系统的结构示意图；

图3是本发明实施例三提供的一种关节保健系统的结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种关节保健系统的结构示意图；以及

图5是本发明实施例四提供的关节保健方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图1示出了本发明实施例四提供的关节保健系统中关节保健装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在本发明实施例中，关节保健装置1包括内衬和外套(未示出)，在内衬和外套之间，关节保健装置1包括微控制器11、传感器件12以及关节保健器件13，其中：

所述传感器件12包括：

运动跟踪传感器121，用于获取关节的运动信息，所述运动信息包括关节的斜度、摆幅以及摆动频率，运动跟踪传感器121可包括陀螺仪以及加速度传感器；

温度传感器122，用于采集关节表面的温度信息；

湿度传感器123，用于采集关节表面的湿度信息；

所述关节保健器件13包括：

微型振动器131，用于输出振动，以对关节进行按摩；

微型电动气泵132，用于对与所述微型电动气泵连接的一膨胀体进行充气或放气，以通过膨胀或缩小所述膨胀体，对关节进行按摩；

微型加热片133，用于对关节表面进行加热，以提高关节表面温度；

微型调湿器134，用于对关节表面的空气湿度进行调节；

所述微控制器11与所述传感器件12和关节保健器件13连接，以根据预设的时间周期控制所述传感器件12获取对应的传感信息，并根据所述获取的传感信息控制所述关节保健器件13对关节进行对应的保健动作。

在本发明实施例中，关节保健装置1的外套上可设置有固定部件，以用于将该关节保健装置1固定到人体关节上。当然，该关节保健装置1还包括电源，以用于向各个部件提供电力，电源可以为电池，例如，锂电池或其它普通电池。传感信息是指各个部件检测到的信息，例如，运动跟踪传感器121获取的关节运动信息，温度传感器122采集的关节表面的温度信息，湿度传感器123采集的关节表面的湿度信息等。保健动作是指微型振动器131输出振动，例如，对关节进行的按摩动作，微型电动气泵132通过对膨胀体进行充气或放气，通过膨胀或缩小所述膨胀体，对关节进行按摩的动作等。

在本发明实施例中，预设的时间周期可根据佩戴该关节保健装置的用户的作息时间进行设置，以进一步降低关节保健装置1的能能耗，延长电池使用时间。例如，当用户在室内工作时，则可设置较长的或与其工作时间、休息时间对应的时间周期，用户在室外工作时，则可设置较短的时间周期，用户在术后康复阶段，则可设置更短的时间周期，以及时对关节进行保健，优化保健方案。

在本发明实施例中，提供了一种关节保健系统，通过该系统中的微控制器，可根据预设的时间周期控制传感器件获取对应的传感信息，根据获取的传感信息控制关节保健器件对关节进行对应的保健动作，从而可实时获取关节的相关信息，实现对关节的个性化保护和保健，有效提高了关节的保健效果。

实施例二：

图2示出了本发明实施例二提供的关节保健系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在本发明实施例中，除了实施例一中的关节保健装置1之外，关节保健系统还包括智能终端2，用于根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，以控制所述关节保健器件13执行对应的保健动作。

关节保健装置1则还包括收发器14，用于向所述智能终端发送所述传感信息以及从所述智能终端接收所述关节保健指令。

在本发明实施例中，该收发器14可以为蓝牙数据收发器，以在低功耗情况下进行信息的收发。智能终端2本地保存有关节保健知识库，可以根据接收到的传感信息从关节保健知识库获取对应的关节保健指令，以控制所述关节保健器件执行对应的保健动作。在具体实施过程中，也可以将传感信息作为输入，通过预设的函数或算法由智能终端2实时计算得到对应的结果，再根据该结果，获取对应的关节保健指令发送给关节保健装置。

在本发明实施例中，智能终端2可以为平板电脑、手机等智能设备。

优选地，用户可通过智能终端2对预设的时间周期进行设置，从而可根据用户自身特点设置获取传感信息的时间周期，另外，用户也可以对保健指令中的参数进行修改，例如，温度、湿度、振动频率等进行修改，从而实现关节保健的个性化，提高保健效果。

实施例三：

图3示出了本发明实施例三提供的关节保健系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，其中包括：

在本发明实施例中，除了实施例二中包括的部件之外，关节保健系统还可以包括通过基站3、有线或无线网络与智能终端2连接的云端服务器4。

关节保健装置1则包括收发器14，用于向智能终端2发送所述传感信息以及从所述智能终端2接收关节保健指令。

智能终端2接收到收发器14的传感信息后，向云端服务器4发送所述传感信息，云端服务器4根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，将该关节保健指令发送给智能终端2，智能终端2将关节保健指令转发给关节保健装置1，以控制所述关节保健器件执行对应的保健动作。

在本发明实施例中，由于云端服务器4存储和运算能力强，因此，云端服务器可以存储大量用户的个人关节历史数据，通过预设的算法或智能学习算法，得到更优的关节保健方案，从而生成对应的关节保健指令发送给智能终端2。

优选地，在本发明实施例中，云端服务器4可关联对应的药品数据库，在获取关节保健指令的同时，可向智能终端2推送对应的药品信息，以供用户选择使用。

在另一可选实施例中，在能耗允许的情况下，可通过关节保健装置1中的收发器14直接与云端服务器4通信，如图4所示，此时，收发器14可以为GPRS模块等通信模块。

在本发明实施例中，由于云端服务器存储和运算能力强，因此，通过云端服务器可得到更优的关节保健方案，进一步提高了关节保健效果。别外，云端服务器可关联对应的药品数据库，向用户推送对应的药品信息，从而为用户提供了多个选择。

实施例四：

图5示出了本发明实施例四提供的关节保健方法的实现流程，该方法基于前述实施例一中的关节保健系统被提出，详述如下：

在步骤S501中，利用所述关节保健装置的外套上的固定部件将所述关节保健装置固定在关节上。

在步骤S502中，当预设的时间周期到达时，微控制器向所述传感器件发送传感信息获取指令，控制所述运动跟踪传感器获取关节的运动信息，控制所述温度传感器采集关节表面的温度信息，控制所述湿度传感器采集关节表面的湿度信息，所述运动信息包括关节的斜度、摆幅以及摆动频率。

在本发明实施例中，关节保健系统中的运动跟踪传感器包括陀螺仪以及加速度传感器。

在控制所述运动跟踪传感器获取关节的运动信息时，首先应对陀螺仪以及加速度传感器的坐标系进行转换，以转换到所述关节保健装置的同一坐标系中，之后分别获取陀螺仪以及加速度传感器的偏移角度，将获取的两个偏移角度进行融合，以得到关节的斜度，并结合所述陀螺仪的角速度，获取所述关节的摆幅以及摆动频率。

由于陀螺仪、所述加速度传感器和关节保健装置坐标系不统一，因此，需要将陀螺仪和所述加速度传感器获取得数据轮换到关节保健装置的坐标系下，以更精确地得到检测数据。在本发明实施例中，从陀螺仪和所述加速度传感器到关节保健装置的坐标系的转换矩阵为T， $T=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right].$ 在转换时，可将得到陀螺仪和加速度传感器得到的数据乘以该转换矩阵即可。

获取陀螺仪以及加速度传感器的偏移角度时，通过GyroAngle[n]＝GyroAngle[n-1]+(GyroValue-C_GyroOffset)*P_Gyro获取陀螺仪的偏移角度GyroAngle[n]，其中，GyroAngle[n-1]为上一次计算出的角度值，GyroValue为所述陀螺仪敏感轴的偏转值，C_GyroOffset为所述陀螺仪的零点偏移值，P_Gyro为所述陀螺仪的线性系数。通过Angle_Z＝(az-C_Z)*R_Z获取加速度传感器的偏移角度Angle_Z，其中，az为所述加速度传感器Z轴读数，C_Z为Z轴的零点偏移量，R_Z为所述加速度传感器的Z轴比例。

通过上述两个公式可获得两个偏移角度，进而将获取的两个偏移角度进行融合，例如，可基于滤波算法(如一阶、二阶或卡尔曼滤波)进行融合，从而可精确地得到关节的斜度，并结合陀螺仪的角速度，可获取关节的摆幅以及摆动频率。

在步骤S503中，微控制器根据获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作。

本发明实施例根据预设的时间周期控制传感器件获取对应的传感信息，根据获取的传感信息控制关节保健器件对关节进行对应的保健动作，从而可实时获取关节的相关信息，实现对关节的个性化保护和保健，有效提高了关节的保健效果。

在本发明的另一实施例中，当关节保健系统还包括智能终端、关节保健装置还包括收发器时，微控制器根据获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作的步骤包括：

所述微控制器通过所述收发器向所述智能终端发送所述传感信息；

所述智能终端根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，并发送给所述关节保健装置；

所述收发器从所述智能终端接收所述关节保健指令，并传送给所述微控制器；

所述微控制器根据所述关节保健指令，控制所述关节保健器件执行对应的保健动作。

在本发明实施例中，用户可通过智能终端对预设的时间周期进行设置，从而可根据用户自身特点设置获取传感信息的时间周期，另外，用户也可以对保健指令中的参数进行修改，例如，温度、湿度、振动频率等进行修改，从而实现关节保健的个性化，提高保健效果。

在本发明的进一步实施例中，当关节保健系统还包括云端服务器、关节保健装置还包括收发器时，微控制器根据获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作的步骤包括：

所述微控制器通过所述收发器向所述云端服务器发送所述传感信息；

所述云端服务器根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，并发送给所述关节保健装置；

所述收发器从所述云端服务器接收所述关节保健指令，并传送给所述微控制器；

所述微控制器根据所述关节保健指令，控制所述关节保健器件执行对应的保健动作。

在本发明实施例中，由于云端服务器存储和运算能力强，因此，通过云端服务器可得到更优的关节保健方案，进一步提高了关节保健效果。别外，云端服务器可关联对应的药品数据库，向用户推送对应的药品信息，从而为用户提供了多个选择。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种关节保健系统，所述关节保健系统包括关节保健装置，所述关节保健装置包括内衬和外套，其特征在于，在所述内衬和外套之间，所述关节保健装置包括传感器件、关节保健器件以及微控制器，

所述传感器件包括：

运动跟踪传感器，用于获取关节的运动信息，所述运动信息包括关节的斜度、摆幅以及摆动频率；

温度传感器，用于采集关节表面的温度信息；

湿度传感器，用于采集关节表面的湿度信息；

所述关节保健器件包括：

微型振动器，用于输出振动，以对关节进行按摩；

微型电动气泵，用于对与所述微型电动气泵连接的一膨胀体进行充气或放气，以通过膨胀或缩小所述膨胀体，对关节进行按摩；

微型加热片，用于对关节表面进行加热，以提高关节表面温度；

微型调湿器，用于对关节表面的空气湿度进行调节；

其中，所述微控制器与所述传感器件和关节保健器件连接，以根据预设的时间周期控制所述传感器件获取对应的传感信息，并根据所述获取的传感信息控制所述关节保健器件对关节进行对应的保健动作；

所述运动跟踪传感器包括陀螺仪以及加速度传感器，所述控制所述传感器件获取对应的传感信息包括控制所述运动跟踪传感器获取关节的运动信息,所述控制所述运动跟踪传感器获取关节的运动信息的步骤包括：

对所述陀螺仪以及加速度传感器的坐标系进行转换，以转换到所述关节保健装置的同一坐标系中；

分别获取所述陀螺仪以及加速度传感器的偏移角度，将获取的两个偏移角度进行融合，以得到关节的斜度，并结合所述陀螺仪的角速度，获取所述关节的摆幅以及摆动频率。

2.如权利要求1所述的关节保健系统，其特征在于，所述关节保健系统还包括：

云端服务器，用于根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，以控制所述关节保健器件执行对应的保健动作；

所述关节保健装置还包括：

收发器，用于向所述云端服务器发送所述传感信息以及从所述云端服务器接收所述关节保健指令。

3.如权利要求1所述的关节保健系统，其特征在于，所述关节保健系统还包括：

智能终端，用于根据接收到传感信息以及存储的关节保健知识库，获取所述传感信息对应的关节保健指令，以控制所述关节保健器件执行对应的保健动作；

所述关节保健装置还包括：

收发器，用于向所述智能终端发送所述传感信息以及从所述智能终端接收所述关节保健指令。

4.如权利要求1所述的关节保健系统，其特征在于，对所述陀螺仪以及加速度传感器的坐标系进行转换进时，

从所述陀螺仪和所述加速度传感器到所述关节保健装置的坐标系的转换矩阵为T，其中，

5.如权利要求1所述的关节保健系统，其特征在于，通过下式获取所述陀螺仪的偏移角度GyroAngle[n]，

GyroAngle[n]＝GyroAngle[n-1]+(GyroValue-C_GyroOffset)*P_Gyro

其中，GyroAngle[n-1]为上一次计算出的角度值，GyroValue为所述陀螺仪敏感轴的偏转值，C_GyroOffset为所述陀螺仪的零点偏移值，P_Gyro为所述陀螺仪的线性系数；

通过下式获取所述加速度传感器的偏移角度Angle_Z，

Angle_Z＝(az-C_Z)*R_Z

其中，az为所述加速度传感器Z轴读数，C_Z为Z轴的零点偏移量，R_Z为所述加速度传感器的Z轴比例。