CN105029891A - 刷牙动作检测校正方法及系统、牙刷、远程控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种刷牙动作检测校正方法及系统、牙刷、远程控制装置。校正方法包括：接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或加速度及其变化；根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。本发明能够提高用户刷牙的时间、纠正用户刷牙的方法、培养用户使用正确的刷牙方式，提高刷牙的准确度和有效性，对牙齿疾病进行有效的预防。
Description
技术领域
本发明涉及智能牙刷技术领域，尤其涉及一种刷牙动作检测校正方法及系统、牙刷、远程控制装置。
背景技术
牙齿健康对于每个人都是至关重要的。刷牙是我们每天必须的行为，但刷牙的动作是否准确和有效，对于每个人而言，并不能得到及时的反馈。所以，通常情况是，很多人直到牙齿出现问题，才去找医生。这时，医生能够做的，也仅仅是给出治疗措施，并告诫认真刷牙，可患者依然不能明白之前刷牙所存在的问题。
另外，还有一些幼儿或儿童，他们在刷牙时偷懒，只做出刷牙的动作，但并没有真正从科学的角度去认真刷牙，时间久了，龋齿等问题随之出现。作为家长，如何对孩子的刷牙动作进行监控并评估，及时修正刷牙动作，使牙齿健康问题防患于未然，也是本领域技术人员迫切解决的技术问题。
发明内容
鉴于此，本发明旨在提出一种刷牙动作检测校正方法及系统，旨在进一步解决牙齿健康的问题。
第一方面,本发明提出了一种刷牙动作检测校正方法，包括如下步骤：步骤1，接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；步骤2，根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；步骤3，根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；所述用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
第二方面,本发明提出了一种刷牙动作检测校正系统，包括：数据接收模块、数据分析模块和刷牙有效性检测模块。数据接收模块用于接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；数据分析模块用于根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；刷牙有效性检测模块用于根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；所述用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
第三方面，本发明还公开了一种牙刷，包括：传感器单元、动作识别单元、传感器单元，用于在刷牙过程中，采集用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；动作识别单元，与所述传感器单元信号连接，用于根据刷牙动作的角速度及角速度的变化和/或加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；其中，所述刷牙动作持续的时间、所述牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度用于作为判断刷牙动作有效性的依据。
第四方面，本发明还提供一种远程控制装置，所述的牙刷配合使用，包括：存储单元、检测单元和校正单元。存储单元用于预先存储至少一位用户的参考刷牙动作数据；检测单元与所述动作识别单元信号连接，用于将每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度与预先存储的参考刷牙动作数据做比较，检测刷牙动作的有效性；校正单元与检测单元和存储单元信号连接，用于依据用户刷牙动作的有效性，提示刷牙动作校正方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
第一、能够提高用户刷牙的时间、纠正用户刷牙的方法、培养用户使用正确的刷牙方式，提高刷牙的准确度和有效性，对牙齿疾病进行有效的预防。
第二、可以将孩子刷牙动作的准确性和有效性发送给家长，方便家长监督幼儿或者儿童刷牙，并随时纠正错误的刷牙方式。
第三、为牙医提供刷牙的历史数据，让牙医了解用户的日常行为，提醒用户改变日常的行为，从而根本解决牙齿的问题，而不是单纯根据牙齿的损害程度，给出治疗手段。
第四、为医学界收集数据，分析大众日常刷牙行为，让医师快速掌握解决全国或地区性牙齿问题的能力；有利于医疗器械和医药行业，有目标提前或有针对性地开发相关医学产品，从而更好地有效解决患者的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明刷牙动作检测校正方法实施例的步骤流程图；
图2为本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，定义了刷牙动作坐标系的示意图；
图3为本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，定义了标准坐标系的示意图；
图4是本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，传感器单元将刷牙动作分为一系列的采集数据点，并采集每个点的数据的示意图；
图5是本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，陀螺仪在一系列采集数据点上，可以采集到在角速度X轴分量的示意图；
图6是本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，陀螺仪在一系列采集数据点上，可以采集到在角速度Y轴分量的示意图；
图7是本发明刷牙动作检测校正方法一个实施例中，刷牙动作被分成多个区域的示意图；
图8是示出了用户从刷牙部位1移动到刷牙部位2的过程中，如何利用角速度及其变化和加速度及其变化等数据，判断在不同区域之间的变化示意图；
图9是示出了刷牙部位1的动作和刷牙部位2的动作在三维坐标轴上的位置示意图；
图10是示出了刷牙部位1的动作和刷牙部位2的动作分别影射到不同的X，Y，Z坐标轴上的位置及相应的角度变化示意图；
图11是示出了本发明一个实施例中，确定牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度的步骤流程图；
图12是示出了刷牙部位A的动作和刷牙部位B的动作分别影射到不同的东南西北等坐标轴上的位置及相应从部位A到部位B的角度变化示意图；
图13为本发明刷牙动作检测校正系统一个实施例的结构框图；
图14为本发明刷牙动作检测校正系统一个实施例的结构框图；
图15为本发明刷牙动作检测校正系统中，数据分析模块的结构框图；
图16为本发明牙刷实施例的结构框图；
图17是本发明的一个实施例牙刷和远程控制装置组成的系统的逻辑框图；
图18是本发明的另一个实施例牙刷和远程控制装置组成的系统的逻辑框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一方面，本发明提供了一种刷牙动作检测校正方法实施例。
参照图1，图1是本发明刷牙动作检测校正方法实施例的步骤流程图，包括：
步骤S1，接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；
步骤S2，根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；
步骤S3，根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；所述用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
本实施例通过刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性，并且，这些数据可以作为给出刷牙动作校正方法的依据，以此作为基础，本实施例具有以下几个方面的有益效果：
第一、能够提高用户刷牙的时间、纠正用户刷牙的方法、培养用户使用正确的刷牙方式，提高刷牙的准确度和有效性，对牙齿疾病进行有效的预防。
第二、可以将孩子刷牙动作的准确性和有效性发送给家长，方便家长监督幼儿或者儿童刷牙，并随时纠正错误的刷牙方式。
第三、为牙医提供刷牙的历史数据，让牙医了解用户的日常行为，提醒用户改变日常的行为，从而根本解决牙齿的问题，而不是单纯根据牙齿的损害程度，给出治疗手段。
第四、为医学界收集数据，分析大众日常刷牙行为，让医师快速掌握解决全国或地区性牙齿问题的能力；有利于医疗器械和医药行业，有目标提前或有针对性地开发相关医学产品，从而更好地有效解决患者的问题。
下面，结合图2和图3，对采集相关的数据和如何将刷牙动作分为不同的区域，进一步地说明。
第一、建立两个坐标系
建立两个坐标系：标准坐标系和刷牙动作坐标系
1、刷牙动作坐标系
参照图2，图2为一个实施例中，通过牙刷建立的刷牙动作坐标系。其中，X轴为与延牙刷表面垂直向上的方向，Y轴为刷柄的方向，Z轴为垂直于X/Y的方向。
2、标准坐标系
参照图3，图3为一个实施例中建立的标准坐标系的示意图。X轴、Y轴、Z轴的方向如图所示。
第二、角速度及角速度的变化，以及，加速度及加速度的变化
在具体实施时，刷牙动作的角速度和角速度的变化,刷牙动作的加速度和加速度的变化,这些数据都是通过传感器单元的检测实现的。
在一个实施例中，可以采用陀螺仪，采集每个时间点的角速度和角速度的变化，同时，采用加速度传感器，采集每个时间点的加速度和加速度的变化。
此外，还可以接收磁力传感器检测的磁力角度及其变化，依据磁力角度及其变化，分辨出连续多个刷牙动作在东南西北四个方向上的夹角，利用夹角的变化计算出刷牙的动作轨迹。
下面具体说明如何通过角速度和角速度的变化，和/或，加速度与加速度的变化判断刷牙动作的区域。
一、角速度和角速度的变化(示例如下)
根据角速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域之间的动作通过如下步骤实现：
步骤1)，根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出的变化，建立不同区域之间刷牙动作的角速度代表数据库；
步骤2)，若当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，开始下一个区域的刷牙动作。
1、如图4所示，根据大规模采集的用户刷牙行为中，用陀螺仪采集数据角速度，通过角速度，获得角速度的变化。
在采集中，会获取一系列角速度数据，如图5，Ω(x1),Ω(x2),Ω(x3),Ω(x4),Ω(x5),Ω(x6),Ω(x7)等X轴的角速度，并以此获得每个时刻角速度的变化；如图6，Ω(Y1),Ω(Y2),Ω(Y3),Ω(Y4),Ω(Y5),Ω(Y6),Ω(Y7)等Y轴的角速度，并以此获得Y轴角速度的变化。
Z轴类似。
因此，通过陀螺仪采集X/Y/Z轴的角速度的数据，记录用户刷牙时的轨迹；在数据中，一轴或多轴的角速度出现突然的变化，或有周期/规律的变化；找到角速度有突变的阶段性节点根据阶段性节点和规律性的变化，划分类似的动作段和不同区域的动作；根据以上的原则,把刷牙的动作轨迹切割成不同段/不同区域的动作(在不同区域上发生的不同的动作)。例如，参照图7，刷牙动作被分为不同的区域的动作，即：
A、上牙的外部，分为左部，右部，中部；
B、下牙的外部，分为左部，右部，中部；
C、上牙的内部，分为左部，右部，中部；
D、下牙的内部，分为左部，右部，中部；
E、上牙的咀嚼面，分为左部，右部，中部；
F、下牙的咀嚼面，分为左部，右部，中部；
下面通过举例说明改变区域时，角速度如何变化。
参照图8，图8示出了用户从刷牙部位1移动到刷牙部位2的动作。在这个动作中，牙刷在1部位时，相当于右图的Z轴负向位置的方向(定义标准三维坐标)；
牙刷在2部位时，相当于右图的箭头方向；
参照图9,图9示出了刷牙部位1的动作和刷牙部位2的动作在三维坐标轴上的位置；
参照图10,图10示出了刷牙部位1的动作和刷牙部位2的动作分别影射到不同的X，Y，Z坐标轴上的位置及相应的角度变化；
在这个角速度变化过程中，
ΩX是X轴的角速度变化量，在这个单位时间内，ΩX＝负向45度
ΩY是Y轴的角速度变化量，在这个单位时间内，ΩY＝负向45度
ΩZ是Z轴的角速度变化量，在这个单位时间内，ΩZ＝正向180度
经过统计多个区域之间的变化，根据不同区域之间的角速度的变化，建立数据库，如下表
| ΩX范围 | ΩY范围 | ΩZ范围 | |
| 区域1到区域2 | |||
| 区域1到区域3 | |||
| 区域1到区域4 | |||
| 。。。 | |||
| 区域2到区域1 | |||
| 区域2到区域3 | |||
| 。。。 |
将这个数据库预先存储在动作识别单元中，这样，当检测获得刷牙动作的角速度和角速度的变化后，即可以根据这个数据库，判断具体刷牙的区域。
综上，可以看出，可以通过如下两个步骤，判断刷牙动作在某个区域动作开始和结束。
步骤1)，根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出特定且有规律的变化，建立不同区域之间刷牙动作的代表数据库，主要数据是角速度及角速度的变化；
步骤2)，当角速度及角速度的变化满足代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，判断用户开始下一个区域的刷牙动作。
二、加速度和加速度的变化(示例如下)
根据加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作通过如下步骤实现：
步骤1)，根据同一区域里刷牙动作，加速度及其变化呈现出的变化，建立多个区域里刷牙动作的加速度代表数据库；
步骤2)，若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始一个新区域的刷牙动作，若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，结束这个区域的刷牙动作。
1、如图4所示，根据大规模采集的用户刷牙行为中，用加速度传感器采集数据加速度(包括重力加速度)，从而获得倾斜角度。
在采集中，会获取一系列加速度数据，并以此获得每个时刻倾斜角度；
因此，通过每个时刻倾斜角度的变化，记录用户刷牙时的轨迹；在数据中，一轴或多轴的倾斜角度出现突然的变化，或有周期/规律的变化；找到倾斜角度有突变的阶段性节点；根据阶段性节点和规律性的变化，划分类似的动作段和不同区域的动作；根据以上的原则，把刷牙的动作轨迹切割成不同段/不同区域的动作(在不同区域上发生的不同的动作)。
同理，参照图7，刷牙动作被分为不同的区域的动作，即：
A、上牙的外部，分为左部，右部，中部；
B、下牙的外部，分为左部，右部，中部；
C、上牙的内部，分为左部，右部，中部；
D、下牙的内部，分为左部，右部，中部；
E、上牙的咀嚼面，分为左部，右部，中部；
F、下牙的咀嚼面，分为左部，右部，中部；
下面举例说明改变区域时，加速度/倾斜角度是如何变化。
参照图8，图8示出了用户从刷牙部位1移动到刷牙部位2的动作。
加速度传感器需要在采集加速度数据以后，计算出当时的倾斜角度：
1)加速度传感器采集刷牙动作中三轴重力加速度值(包含重力加速度)；
2)定义的标准三轴重力加速度坐标；
3)二者之间的差值即为倾斜角度；
例如：
A：根据标准坐标的三轴，分别为XG，YG，ZG(如图8，在1部位)；
B：牙刷在任何部位时，采集牙刷的三维加速度值，分别为xG(N),yG(N),zG(n)；
C:在1部位时，f(x1)＝xG(1)-XG＝0；f(y1)＝yG(1)-YG＝0；f(z1)＝zG(1)-ZG＝0；
D:倾斜角度f(1)＝{f(x1),f(y1),f(z1)}(这是一个示例，正好重叠)
当牙刷从1部位，移到2部位时候，牙刷在1部位的三轴加速度值与牙刷在2部位的三轴加速度值，根据二个部位的加速度值计算出倾斜角度的变化，达到了一定的阈值，特征如下：
1)Z轴的加速度值变化，从正向90度变为负向90度，f(z2)＝zG(2)-ZG＝180；
2)Y轴的加速度值变化，从0度变为负向45度,f(y2)＝yG(2)-YG＝-45；
3)X轴的加速度值变化，从0度变为负向45度,
f(x2)＝xG(2)-XG＝-45；
4)倾斜角度的变化：F(2-1)＝f(2)-f(1)
根据加速度的值，倾斜角度值，建立数据库，以便于快速的判断。
根据不同区域之间的加速度的变化，建立数据库：
| X轴倾斜角度变化 | Y轴倾斜角度变化 | Z轴倾斜角度变化 | |
| 区域1到区域2 | |||
| 区域1到区域3 | |||
| 区域1到区域4 | |||
| 。。。 | |||
| 区域2到区域1 | |||
| 区域2到区域3 | |||
| 。。。 |
将这个数据库预先存储在动作识别单元中，这样，当检测获得刷牙动作的加速度和加速度的变化后，即可以根据这个数据库，判断具体刷牙的区域。
综上，可以看出，可以通过如下两个步骤，判断刷牙动作在某个区域动作开始和结束。
步骤1)，根据不同区域之间刷牙动作突变时，加速度及加速度变化呈现出特定且有规律的变化，同时，通过计算，得到倾斜角度及变化，建立不同区域之间刷牙动作的代表数据库，主要数据是倾斜角度的变化；
步骤2)，当倾斜角度的变化满足代表数据库中某个区域的倾斜角度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，判断用户开始下一个区域的刷牙动作。
三、将角速度与角速度的变化，加速度与加速度的变化结合起来
在一个优选的本实施例中，是将上述两种方法综合使用，进而获取更高的精度的判断。
下面，如何判断在某个区域里面刷牙动作持续的时间？通过如下方法一和/或方法二确定，其中：
方法一：利用加速度及其变化(如前所示：通过加速度，可以获得倾斜角度及其变化；同一区域内，倾斜角度的差异较小；区域之间的倾斜角度变化较大；不同区域的倾斜角度的特征不同)
步骤1)，根据不同区域刷牙动作的瞬时倾斜角度的不同，建立不同区域的刷牙动作的代表数据库，主要数据是三维倾斜角度；
步骤2)，当倾斜角度的三维数据满足代表数据库中某个区域的三维倾斜角度范围时，就可以判断出用户开始这个区域的刷牙动作；
步骤3)，当倾斜角度的三维数据不满足代表数据库中某个区域的三维倾斜角度范围时，就可以判断出用户结束这个区域的刷牙动作。
方法二：利用角速度及其变化
步骤1)，根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出特定且有规律的变化，建立不同区域之间刷牙动作的代表数据库，主要数据是角速度及角速度的变化；
步骤2)，当角速度及角速度的变化满足代表数据库中某个区域的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，判断用户开始下一个区域的刷牙动作。
方法三：
将方法一和方法二，结合在一起，一起判断用户在某个区域的刷牙动作持续时间。
下面，如何判断牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度？通过下述方式确定，参照图11，包括如下步骤：
S12A，在不同的区域里面，建立刷牙时用户牙齿的数据库，主要数据是刷牙者牙齿三维倾斜角度数据；
S12B，在不同的区域里面，采集刷牙动作的倾斜角度数据，即三维的倾斜角度；
S12C，将刷牙动作的三维倾斜角度数据，与刷牙者牙齿三维倾斜角度的数据对比，这个数据的对比差就是牙刷与牙齿齿面的角度。
在一个实施例中，刷牙动作均匀性可以通过如下方式确定：
在不同区域的刷牙动作的记录时，传感器可以采集到加速度及其变化，和角速度及其变化，如果这二个数据的变化，呈现去有规律，均匀，线性的变化，我们就认为刷牙动作的均匀性较好；如果这二个数据的变化，呈现去无规律且不均匀，非线性的变化，就认为刷牙动作的均匀性较差。
当获得了刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度后，即可以用这些数据作为判断刷牙动作有效性的依据。这部分工作主要是交给远程控制装置来完成的。也就是说，在牙刷内还设置有一个无线发射单元，用于将这些数据发送给远程控制装置。
上述实施例将陀螺仪传感器、加速度传感器结合起来以后，会进一步提高判断刷牙动作的精度和准确度，特别是刷牙动作的直线变化或曲线变化时，可以更有效地判断刷牙部位所在。
此外，在另外一个优选的实施例中，还可以采用磁力传感器辨出刷牙动作在东南西北四个轴方向上的夹角，从而进一步提高判断刷牙动作的精度和准确度。参照图12,图12示出了刷牙部位A的动作和刷牙部位B的动作分别影射到不同的东南西北等坐标轴上的位置及相应从部位A到部位B的角度变化；通过不同的角度变化，可以计算出刷牙部位A和刷牙部位B的角度变化。
在此，需要说明的是，只通过角速度和角速度的变化，可以测得确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，及刷牙动作的均匀度；同样地，只通过加速度及其变化，也可以确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度。但是，为了对刷牙的有效性做更加精确的判断，将二者结合在一起是优选的技术方案，但本发明不局限于此，单独采用角速度及其变化，或者，单独采用加速度及其变化都在本发明的保护范围之内。在本发明另外一个优选地实施例中，刷牙动作的有效性通过如下方式确定：
1)计算如下参数
刷牙的总体时间与标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的时间与该区域标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的角度；
各个区域刷牙的均匀度；
2)将以上四组数据按照不同的组合方式，通过加权计算，得出用户刷牙动作的有效性。
例如：
1)刷牙的总体时间与标准的刷牙时间(例如：2～2.5分钟)相比较的差距
2)各个区域刷牙的时间与该区域标准的刷牙时间(例如：0.5～0.65分钟)相比较的差距
3)各个区域刷牙的角度(例如：正负45度)
各个区域刷牙的均匀度(例如：速度是一致的)
为了达到更高的精度和更高的准确度，将其他的不同类型的数据，作为补偿，通过加权平均，用来增加整体判断的准确性和精度。
再例如，在一次刷牙动作中，有效性的评价如下表所示：
在本发明中，
1、通过采集陀螺仪，加速度传感器，磁力传感器等不同的IC器件，获取单路或多路数据(角速度和角度及变化，加速度及变化，磁力角度及变化)
2、发现突变的轨迹段和有规律的轨迹
3、据此，根据突变的节点和规律性的变化，划分类似的动作段和不同区域的动作。
4、在具体的区域段里面，分析单路或双路差值的大小及不同，利用陀螺仪传感器和加速度传感器数据为主，其他数据辅助以提高精度，从而判断出用户的不同区域中刷牙动作的轨迹和时间，角度，爱好等不同的数据
5、根据多路数据的加权平均算法，可以进一步提高准确率和有效性
6、最终，实现记录和判断用户刷牙的动作轨迹。
第二方面，本发明还提供了一种刷牙动作检测校正系统的实施例。
参照图13，该系统包括：数据接收模块141、数据分析模块142和刷牙有效性检测模块143。数据接收模块141用于接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；数据分析模块142用于根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；刷牙有效性检测模块143用于根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
本实施例通过刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性，并且，这些数据可以作为给出刷牙动作校正方法的依据，以此作为基础，本实施例具有以下几个方面的有益效果：
第一、能够提高用户刷牙的时间、纠正用户刷牙的方法、培养用户使用正确的刷牙方式，提高刷牙的准确度和有效性，对牙齿疾病进行有效的预防。
第二、可以将孩子刷牙动作的准确性和有效性发送给家长，方便家长监督幼儿或者儿童刷牙，并随时纠正错误的刷牙方式。
第三、为牙医提供刷牙的历史数据，让牙医了解用户的日常行为，提醒用户改变日常的行为，从而根本解决牙齿的问题，而不是单纯根据牙齿的损害程度，给出治疗手段。
第四、为医学界收集数据，分析大众日常刷牙行为，让医师快速掌握解决全国或地区性牙齿问题的能力；有利于医疗器械和医药行业，有目标提前或有针对性地开发相关医学产品，从而更好地有效解决患者的问题。
参照图14，在一个优选的实施例中，数据接收模块141还连接有数据获取模块140，数据获取模块140包括：标准坐标系建立单元1401、刷牙动作坐标系建立单元1402和数据获取单元1403。其中，标准坐标系建立单元1401用于建立标准坐标系；刷牙动作坐标系建立单元1402，用于以牙刷为载体，设定刷牙动作坐标系；数据获取单元1403，用于根据刷牙动作中，刷牙动作坐标系相对于标准坐标系坐标轴的位置变化，确定角速度及其变化，和/或，加速度及其变化。优选地，数据获取单元中，角速度及其变化通过陀螺仪测定，加速度及其变化通过加速度传感器测定。
参照图15，数据分析模块142进一步包括：角速度代表数据库建立单元1421和第一判断单元1422。角速度代表数据库建立单元1421用于根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出的变化，建立不同区域之间刷牙动作的角速度代表数据库；第一判断单元1422用于若当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，开始下一个区域的刷牙动作。
数据分析模块142还可以包括加速度代表数据库建立单元1423和第二判断单元1424。加速度代表数据库建立单元1421，用于根据同一区域里刷牙动作，加速度及其变化呈现出的有规律变化，建立多个区域里刷牙动作的加速度代表数据。第二判断单元1422，用于若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始一个新区域的刷牙动作，若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，结束这个区域的刷牙动作。
从图15还可以看出，数据分析模块还包括：第一刷牙动作持续时间记录子模块1425，第二刷牙动作持续时间记录子模1426。
其中，第一刷牙动作持续时间记录子模块包括：第一起始时间记录单元1425A、第一结束时间记录单元1425B和第一计算单元1425C。第一起始时间记录单元1425A用于若在某一时刻，当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，记录该时刻，将其作为上述区域的刷牙结束时间；第一结束时间记录单元1425B用于若在另一时刻，当前角速度及角速度的变化不满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束所述刷牙区域的刷牙动作，进入新的刷牙区域，记录该时刻，将其作为新的区域的刷牙开始时间；第一计算单元1425用于根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间；
第二刷牙动作持续时间记录子模块1426包括：第二起始时间记录单元1426A、第二结束时间记录单元1426B和第二计算单元1426C。第二起始时间记录单元1426A，用于若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始该区域的刷牙动作，记录刷牙起始时间；第二起始时间记录单元1426B，用于若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户结束这个区域的刷牙动作，记录刷牙结束时间；第二计算单元1426C，用于根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间。
数据分析模块进一步还包括：用户头部的数据库建立单元1427、刷牙动作倾斜角采集单元1428和角度计算单元1429。
用户头部的数据库建立单元1427用于在多个的区域里面，建立刷牙时用户头部的数据库，该用户头部上数据库包括刷牙者头部三维倾斜角度数据；刷牙动作倾斜角采集单元1428用于在多个的区域里面，采集刷牙动作的加速度，通过计算获得倾斜角度数据，即三维的倾斜角度；所述三维倾斜角度根据刷牙动作的加速度及加速度的变化计算确定；角度计算单元1429用于将刷牙动作的三维倾斜角度数据，与刷牙者头部三维倾斜角度的数据对比，二者数据的对比差为牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度。
在一个优选实施例中，刷牙有效性检测模块中包括数据比较单元和有效性计算单元。
数据比较单元，用于计算如下差距，包括：
(1)刷牙的总体时间与标准的刷牙时间相比较的差距；
(2)各个区域刷牙的时间与该区域标准的刷牙时间相比较的差距；
(3)各个区域刷牙的角度；
(4)各个区域刷牙的均匀度；
有效性计算单元用于将以上四组数据按照不同的组合方式，通过加权计算，得出用户刷牙动作的有效性。
需要说明的是，本发明刷牙动作检测校正系统与刷牙动作检测校正方法原理相似，相关之处参照前面刷牙动作检测校正方法的实施例的说明即可，本发明在此不再赘述。
第三方面，本发明还提供了一种牙刷。参照图16，本发明提供了一种牙刷实施例，包括牙刷刷头和刷体，并且，在刷体中设置有传感器单元和动作识别单元。
其中，传感器单元用于在刷牙过程中，采集用户刷牙动作的角速度及角速度的变化，以及，加速度及加速度的变化。需要说明的是，本发明涉及的加速度，均包括重力加速度，以下各个实施例也是如此，不再说明。
动作识别单元与传感器单元信号连接，用于根据刷牙动作的角速度及角速度的变化和加速度及加速度的变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度用于作为判断刷牙动作有效性的依据。
优选地，上述牙刷中的传感器单元包括：陀螺仪和加速度传感器陀螺仪用于测量刷牙动作的角速度及角速度变化，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接；加速度传感器用于采集用户刷牙动作的加速度及加速度的变化，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接；所述加速度也用于确定所述刷牙动作的倾斜角度。
优选地，所述加速度传感器包括测量重力加速度的传感器；所述传感器单元还包括磁力传感器，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接，用于分辨出刷牙动作在东南西北四个方向上的夹角。
在一个实施例中，牙刷还包括检测单元，与所述动作识别单元信号连接，用于根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性。
需要说明的是，实施例中的传感器单元、动作识别单元、以及检测单元的工作原理在与上述刷牙动作检测校正方法实施例中工作原理相同，相关之处，参照上述说明即可。
另一方面，本发明还公开了一种远程控制装置，与上述牙刷配合使用，包括：
存储单元，用于预先存储至少一位用户的参考刷牙动作数据；
检测单元，与所述动作识别单元信号连接，用于将每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度与预先存储的参考刷牙动作数据做比较，检测刷牙动作的有效性；
校正单元，与检测单元和存储单元信号连接，用于依据用户刷牙动作的有效性，提示刷牙动作校正方法。
本实施例的远程控制装置与牙刷组成的系统参照图17所示。
另外，在上述关于牙刷和远程控制装置的实施例还可以做如下调整：将上述远程控制装置实施例中的检测单元移到牙刷中，这样，远程控制装置中，就只剩下存储单元和检测单元，也就是说，牙刷部分不仅仅负责刷牙动作的识别，还负责根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性。然后，将这些数据都发送到校正单元。具体结构框图可以参照图18。
此外，在图18的实施例中，还设置有服务器，该服务器与检测单元和校正单元信号连接，用于存储检测数据和校正数据。设置服务器的目的是，为医学界收集数据，分析大众日常刷牙行为，让医师快速掌握解决全国或地区性牙齿问题的能力；这样，有利于医疗器械和医药行业，有目标提前或有针对性地开发相关医学产品，从而更好地有效解决患者的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (16)
1.一种刷牙动作检测校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；
步骤2，根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；
步骤3，根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；所述用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
2.根据权利要求1所述的刷牙动作检测校正方法，其特征在于，
所述角速度及其变化通过陀螺仪测定，所述加速度及其变化通过加速度传感器测定；
所述步骤1还包括接收磁力角度及其变化，依据磁力角度及其变化，分辨出连续多个刷牙动作在东南西北四个方向上的夹角，利用夹角的变化计算出刷牙的动作轨迹。
3.根据权利要求2所述的刷牙动作检测校正方法，其特征在于，
所述步骤2中，根据角速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域之间的动作通过如下步骤实现：
根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出的变化，建立不同区域之间刷牙动作的角速度代表数据库；
若当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，开始下一个区域的刷牙动作；
所述步骤2中，根据加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作通过如下步骤实现：
根据同一区域里刷牙动作，加速度及其变化呈现出的变化，建立多个区域里刷牙动作的加速度代表数据库；
若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始一个新区域的刷牙动作，若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，结束这个区域的刷牙动作。
4.根据权利要求3所述的刷牙动作检测校正方法，其特征在于，所述刷牙动作持续的时间通过如下方法一和/或方法二确定，其中，
方法一为：
若在某一时刻，当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，记录该时刻，将其作为上述区域的刷牙结束时间；
若在另一时刻，当前角速度及角速度的变化不满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束所述刷牙区域的刷牙动作，进入新的刷牙区域，记录该时刻，将其作为进入某一区域的刷牙起始时间；
根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间；
方法二为：
若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始该区域的刷牙动作，记录刷牙起始时间；
若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户结束这个区域的刷牙动作，记录刷牙结束时间；
根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间。
5.根据权利要求4所述的刷牙动作检测校正方法，其特征在于，
牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度通过如下方式确定：
在多个的区域里面，建立刷牙时用户头部的数据库，该用户头部上数据库包括刷牙者头部三维倾斜角度数据；
在多个的区域里面，采集刷牙动作的加速度，通过计算获得倾斜角度数据，即三维的倾斜角度；所述三维倾斜角度根据刷牙动作的加速度及加速度的变化计算确定；
将刷牙动作的三维倾斜角度数据，与刷牙者头部三维倾斜角度的数据对比，二者数据的对比差为牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度。
6.根据权利要求5所述的刷牙动作检测校正方法，其特征在于，所述步骤3中，刷牙动作的有效性通过如下方式确定：
1)计算如下参数
刷牙的总体时间与标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的时间与该区域标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的角度；
各个区域刷牙的均匀度；
2)将以上四组数据按照不同的组合方式，通过加权计算，得出用户刷牙动作的有效性。
7.一种刷牙动作检测校正系统，其特征在于，包括：
数据接收模块，用于接收用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；
数据分析模块，用于根据刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；
刷牙有效性检测模块，用于根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性；所述用户刷牙动作的有效性用于作为提示刷牙动作校正方法的依据。
8.根据权利要求7所述的刷牙动作检测校正系统，其特征在于，所述数据分析模块进一步包括：
角速度代表数据库建立单元，用于根据不同区域之间刷牙动作突变时，角速度及角速度变化呈现出的变化，建立不同区域之间刷牙动作的角速度代表数据库；
第一判断单元，用于若当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束上一个区域的刷牙动作，同时，开始下一个区域的刷牙动作；
加速度代表数据库建立单元，用于根据同一区域里刷牙动作，加速度及其变化呈现出的有规律变化，建立多个区域里刷牙动作的加速度代表数据
第二判断单元，用于若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始一个新区域的刷牙动作，若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，结束这个区域的刷牙动作。
9.根据权利要求8所述的刷牙动作检测校正系统，其特征在于，所述数据分析模块进一步包括：
第一刷牙动作持续时间记录子模块和/或第二刷牙动作持续时间记录子模块，其中，第一刷牙动作持续时间记录子模块包括：
第一起始时间记录单元，用于若在某一时刻，当前角速度及角速度的变化满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束所述刷牙区域的刷牙动作，记录该时刻，将其作为上述区域的刷牙结束时间；
第一结束时间记录单元，用于若在另一时刻，当前角速度及角速度的变化不满足所述角速度代表数据库中不同区域之间的角速度及角速度变化范围时，就可以判断出用户结束所述刷牙区域的刷牙动作，进入新的刷牙区域，记录该时刻，将其作为进入某一区域的刷牙起始时间；
第一计算单元，用于根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间；
第二刷牙动作持续时间记录子模块包括：
第二起始时间记录单元，用于若当前加速度及加速度的变化满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户开始该区域的刷牙动作，记录刷牙起始时间；
第二起始时间记录单元，用于若当前加速度及加速度的变化不满足所述加速度代表数据库中某个区域的加速度及加速度变化范围时，就可以判断出用户结束这个区域的刷牙动作，记录刷牙结束时间；
第二计算单元，用于根据在同一区域的所述刷牙起始时间和所述刷牙结束时间，计算刷牙动作持续时间。
10.根据权利要求9所述的刷牙动作检测校正系统，其特征在于，所述数据分析模块进一步包括：
用户头部的数据库建立单元，用于在多个的区域里面，建立刷牙时用户头部的数据库，该用户头部上数据库包括刷牙者头部三维倾斜角度数据；
刷牙动作倾斜角采集单元，用于在多个的区域里面，采集刷牙动作的加速度，通过计算获得倾斜角度数据，即三维的倾斜角度；所述三维倾斜角度根据刷牙动作的加速度及加速度的变化计算确定；
角度计算单元，用于将刷牙动作的三维倾斜角度数据，与刷牙者头部三维倾斜角度的数据对比，二者数据的对比差为牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度；以及
所述刷牙有效性检测模块中包括：
数据比较单元，用于计算如下差距，包括：
刷牙的总体时间与标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的时间与该区域标准的刷牙时间相比较的差距；
各个区域刷牙的角度；
各个区域刷牙的均匀度；
有效性计算单元，用于将以上四组数据按照不同的组合方式，通过加权计算，得出用户刷牙动作的有效性。
11.一种牙刷，其特征在于，包括：
传感器单元，用于在刷牙过程中，采集用户刷牙动作的角速度及其变化，和/或，加速度及其变化；
动作识别单元，与所述传感器单元信号连接，用于根据刷牙动作的角速度及角速度的变化和/或加速度及其变化，将刷牙动作识别为多个不同区域的动作；并针对每一区域，确定刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度；
其中，所述刷牙动作持续的时间、所述牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度用于作为判断刷牙动作有效性的依据。
12.根据权利要求11所述的牙刷，其特征在于，所述传感器单元包括：
陀螺仪，用于测量刷牙动作的角速度及角速度变化，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接；
加速度传感器，用于采集用户刷牙动作的加速度及加速度的变化，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接；所述加速度也用于确定所述刷牙动作的倾斜角度。
13.根据权利要求12所述的牙刷，其特征在于，
所述加速度传感器包括测量重力加速度的传感器；
所述传感器单元还包括磁力传感器，其信号输出端与所述动作识别单元的信号输入端连接，用于分辨出刷牙动作在东南西北四个方向上的夹角。
14.根据权利要求13所述的牙刷，其特征在于，还包括：
检测单元，与所述动作识别单元信号连接，用于根据每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度，检测刷牙动作的有效性。
15.一种远程控制装置，其特征在于，与权利要求11～13中任一项权利要求所述的牙刷配合使用，包括：
存储单元，用于预先存储至少一位用户的参考刷牙动作数据；
检测单元，与所述动作识别单元信号连接，用于将每一区域的刷牙动作持续的时间、牙刷与该区域内牙齿齿面所成的角度，以及刷牙动作的均匀度与预先存储的参考刷牙动作数据做比较，检测刷牙动作的有效性；
校正单元，与检测单元和存储单元信号连接，用于依据用户刷牙动作的有效性，提示刷牙动作校正方法。
16.一种远程控制装置，其特征在于，与权利要求14所述的牙刷配合使用，包括：
存储单元，用于预先存储至少一位用户的参考刷牙动作数据；
校正单元，与所述检测单元和所述存储单元信号连接，用于依据用户刷牙动作的有效性，提示刷牙动作校正方法。
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