CN105235215B - 通过3d打印来提高可穿戴设备个体适配的机制 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的机制，该系统包括用户身体参数数据采集单元、可穿戴设备种类选择单元、智能决策单元、可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元、可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元、可穿戴设备智能系统软硬件设置单元和可穿戴设备组装单元。通过传感器光电感应和人机界面输入多方面采集用户数据；智能决策单元分析数据，自适应调整打印模式和参数设置；采用光电感应进行3D扫描；综合考虑数据差异打印3D外部结构和内部智能软硬件，组装出个体适配的可穿戴设备。本发明利用3D打印进行可穿戴设备个体适配，大幅度提高可穿戴设备的个体舒适度、数据灵敏度、健康监测准确度等，具有十分广阔的市场应用前景。

Description

通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的机制

技术领域

本发明涉及3D打印领域和可穿戴设备领域，特别是一种通过用户自主3D打印来提高可穿戴设备个体适配的机制。

背景技术

智能可穿戴设备是一种可以穿在身上或贴近身体并能发送和传递信息的计算设备，它可以利用传感器、射频识别、全球定位系统等信息传感设备，接入移动互联网，实现人与物随时随地的信息交流。

随着硬件创新达到一个新的顶峰，互联网时代随之到来，人与计算机的交互周期越来越短，交互频率不断提升用户体验更为友好的可穿戴设备使人们的身体也将由此成为一个智能终端，并影响人们的行为模式、提高人们的行动效率，最终将改变人们接入互联网的方式和入口。然而，不同于传统的互联网通讯终端，可穿戴设备与用户的身体密切接触，唯有与用户身体贴合的设计才可以给用户带来较好的用户体验感。

中国发明专利申请CN104385589 A公开了一种可穿戴模块化医疗设备的设计和3D打印制造方法，针对可穿戴模块化医疗设备进行设计和3D打印，包括选择功能模块、3D扫描、翻模设计、打印外部结构、组装外部结构和功能模块这5个步骤。但该发明对于可穿戴设备的个体适配机制并没有进行深入研究，且不能对于市场上种类繁多的可穿戴设备进行制造，从而造成了该发明个体适配度低、应用范围窄的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，提出了一种通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的机制。本系统包括用户身体参数数据采集单元、可穿戴设备种类选择单元、智能决策单元、可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元、可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元、可穿戴设备智能系统软硬件设置单元、可穿戴设备组装单元。

用户身体参数数据采集单元通过人机界面互动和人体参数传感器感应采集人体的身体基本指标参数和健康状况指标参数，并将数据传递给可穿戴设备种类选择单元和智能决策单元。可穿戴设备种类选择单元根据用户需求选择可穿戴智能通讯模式或者可穿戴健康监测模式，也可根据可穿戴设备与身体的接触部位不同在头戴式、腕带式和身穿式中选择合适的可穿戴设备选项。并将最终选择结果传输给智能决策单元。智能决策单元接收用户身体参数数据和可穿戴设备种类数据，进行分析，生成人体部位扫描信息提示、可穿戴设备特有的参数输入信息提示、外部模型3D打印参数推荐设置、智能软件硬件推荐设置，传递给可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元。可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元接收智能决策单元传递的参数信息，进行身体部位扫描和参数输入，并基于系统推荐的参数设置和个人喜好录入可穿戴设备外部模型3D参数和智能软硬件系统参数。可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元根据身体扫描结果，进行可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印。可穿戴设备智能系统软硬件设置单元根据用户身体状况，适配安装打印硬件电路、操作系统、软件模块。可穿戴设备组装单元对可穿戴设备的外部模型3D打印模块和内部智能软硬件模块进行组装，形成个体适配的可穿戴设备。

进一步的，所述用户身体参数数据采集单元包括用户身体基本指标参数采集模块和用户健康状况指标参数采集模块，通过传感器光电感应和人机界面自助输入，并对数据进行自动过滤和校验，摆脱了传感数据由于各种原因引起的大量误差，将用户身体参数采集数据传递给智能决策单元和可穿戴设备种类选择单元。所述用户身体基本指标参数包括身高、体重、年龄、性别、肤色等数据；所述用户健康状况指标参数包括体温、脉搏、呼吸、血压、BMI指数、骨骼肌率、脂肪率、体脂比、睡眠质量等。

更进一步的，可穿戴设备种类选择单元包括按照功能分类和身体部位分类两种模式选择。其中，所述功能分类模式包括可穿戴智能通讯模式和可穿戴健康监测模式；所述身体部位分类模式包括头戴式、腕带式和身穿式可穿戴设备。

所述可穿戴智能通讯模式设备包括智能眼镜、智能手表等，所述可穿戴健康监测模式设备包括智能头环、智能手环、智能腕带、智能Bra、智能T-恤、智能运动鞋等；所述头戴式设备包括智能眼镜、智能头环等；所述腕带式设备包括智能手表、智能手环等；所述身穿式设备包括智能腰带、智能Bra、智能T-恤、智能运动鞋等。所述可穿戴设备种类选择单元接收智能决策单元分析得到的用户身体健康状态信息，当用户身体健康处于亚健康或者非正常状态时，智能决策单元会产生建议用户选择可穿戴健康监测模式设备提示，在人机输入输出互动界面上生成红色警示信息。

更进一步的，智能决策单元与用户身体参数数据采集单元、可穿戴设备种类选择单元、可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元相连，接收用户身体参数数据采集单元和可穿戴设备种类选择单元数据，根据个体的身体情况进行建模，调整适配下一阶段参数设置，将分析处理后的参数设置结果传递给可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元，提高了宿主的穿着舒适度和采集灵敏度，提高了健康监测的准确度和健康预测能力。其中，智能决策单元生成信息包括人体部位扫描信息提示、可穿戴设备特有的参数输入信息提示、外部模型3D打印参数推荐设置、智能软件硬件推荐设置。所述人体部位扫描信息提示是智能决策单元根据可穿戴设备所穿戴的身体部位生成相应的人体部位3D扫描提示信息，显示在人机交互界面上。智能决策单元根据用户身体数据自动设置适合用户扫描的传感器安装体位，提高传感器精度和采集灵敏度，提高了可穿戴设备的舒适度和健康监测预测能力。所述可穿戴设备特有的参数输入信息提示是根据可穿戴设备所穿戴的身体部位生成的特有的可穿戴设备输入信息。例如智能眼镜需要输入眼睛是否近视或远视、两眼的近视或远视度数、两眼的瞳距等信息；智能Bra和智能腰带需要输入人体三围信息；智能运动鞋需要输入是否是运动员、运动鞋使用的健身场所等信息，使可穿戴设备具有更好的个体适应性。所述外部模型3D打印参数推荐设置根据用户身体参数数据、可穿戴设备种类生成，包括3D打印的材质、颜色、形状、大小等参数。例如， 16岁以下的未成年人，其3D打印的可穿戴设备外部模型材质可推荐选择不易碎的橡胶、树脂等材料；智能运动鞋根据运动场所不同鞋底应选择不同的材质；皮肤易过敏的人群的可穿戴设备应选择较环保的材料进行设计等。3D打印的材料颜色根据肤色进行推荐选择，白色皮肤不适合穿饱和度较浅的颜色，黄色皮肤适合饱和度较低的颜色，如粉白、粉红，黑色皮肤应避免较深的颜色，可以选择较明亮的颜色。可穿戴设备的外形根据个人需求进行设计，未成年人的智能眼镜可以选择设计比较牢靠的框架，工作人员的智能眼镜可以选择比较正式的形状，流行设计人员的智能眼镜可选择较时尚的外形形状；小姑娘的智能头环可设计成漂亮的头饰形状，男性的智能头环可设计成简单的条状等。可穿戴设备的外形根据个人喜好和身体情况进行设计，肥胖人群的智能运动鞋应采用抗压性较强的材质，同时拓宽鞋底的面积，增加与地面的接触面积，降低智能运动鞋单位面积的承载压强。所述智能软件硬件推荐设置根据用户身体参数数据、可穿戴设备种类生成，包括硬件搭载电路、智能操作系统、智能搭载软件。例如，对于老年人人群，硬件平台搭载电路和软件系统应选用较简单的设计，保证其可靠性；对于未成年人人群，智能软件系统上可安装家长监控定位装置，提高家长对于未成人的保护能力；对于电脑程式设计人员来说，可以采用开发较友好的安卓智能操作系统；对于身体处于亚健康或者非正常状态的人群来说，可以搭载身体健康状态智能监测软件，同时采用敏感度较高的传感器检测用户身体状况。

更进一步的，可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元包括3D扫描模块和参数设置模块，并与可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元和可穿戴设备智能系统软硬件设置单元相连。其中，3D扫描模块采用光电感应加上前代用户数据库的结果，提高局部扫描的精度，并对用户的实际身体状况进行光学和红外采集，并影响到3D打印阶段打印传感器安装的位置和数量。参数设置模块根据智能决策模块传递数据，在人机界面上显示推荐设置参数，并录入用户喜好的可穿戴设备外部模型3D参数和智能软硬件系统参数设置，通过无线方式传输给可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元以及可穿戴设备智能系统软硬件设置单元。

更进一步的，可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元采用上位机软件进行3D建模，并根据个体采集数据和配置参数自动改进和提高适配打印的效果， 3D打印可采用喷射固化成型（Polyjet）或者彩色彩色喷墨打印技术进行打印。

更进一步的，可穿戴设备智能系统软硬件设置单元可根据智能决策系统分析结果决策智能选择硬件平台电路、操作系统平台、基础软件模块。其中，包括可选择传感器个数、传感器数据采集过滤模块等。例如，智能BRA和智能T恤能够适配安装打印出来的压力和振动等传感器，精确监控使用者的心率等体征。

更进一步的，可穿戴设备组装单元将可穿戴设备外部模型和内部智能软硬件平台进行组装，并进行安装固定，搭建防震环境，同时进行系统稳定性测试。

采用上述方法后，通过对用户数据进行多方位采集分析，采用与人体特征相吻合的传感器光电感应和人机界面自助输入，对数据进行自动过滤和校验，摆脱了传感数据由于体位不符合和数据偏移引起的大量误差；通过智能决策单元对于的数据分析和人机交互界面进行与用户的信息交互，针对个体情况适配调整打印模式和参数设置，提高了宿主的穿着舒适度和采集灵敏度，提高了健康监测的准确度和预测能力；3D扫描模块采用光电感应加上前代用户数据库的结果，提高局部扫描的精度；3D外部结构打印和内部智能软硬件打印综合考虑个体数据差异，生产出与用户身体结构和身体状况相适应的可穿戴设备。总体来说，该发明能够在各个方面提高可穿戴设备的穿戴舒适度，具有较强的个人数据采集灵敏度，提高了健康监测的准确度，具有十分重要的意义和市场前景。

附图说明

图1为通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配机制的功能模块示意图。

图2为用户身体数据采集单元原理示意图。

图3为可穿戴设备种类选择单元原理示意图。

图4为智能决策单元执行原理示意图。

图5为可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明，其功能模块示意图如图1所示，包括用户身体参数数据采集单元、可穿戴设备种类选择单元、智能决策单元、可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元、可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元、可穿戴设备智能系统软硬件设置单元、可穿戴设备组装单元。首先进入用户身体参数数据采集，将数据传输给智能决策单元；智能决策单元分析用户身体参数数据，得到用户身体健康状况，产生健康状况提示信息，通过互联网或总线传输给可穿戴设备种类选择单元；可穿戴设备种类选择单元接收提示信息，选择可穿戴设备的种类，将结果传输给智能决策单元；智能决策单元接收可穿戴设备种类信息，进行数据分析，生成相关人体部位扫描信息提示、可穿戴设备特有的参数输入信息提示、外部模型3D打印参数推荐设置和智能软件推荐设置，传输给可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元；可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元接收智能决策单元传递的信息，进行穿戴设备相关的人体部位扫描信息，录入可穿戴设备特有的参数，设置外部模型3D打印参数和智能软硬件推荐设置，传输给外部模型3D打印单元和智能软硬件设置单元；外部模型3D打印单元打印可穿戴设备的外部3D模型；智能软硬件设置单元对可穿戴设备的内部智能软硬件进行搭载；对可穿戴设备外部模型和内部智能软硬件平台进行组装，形成适用于个人的可穿戴设备。

用户身体数据采集单元流程图如图2所示。用户身体数据采集单元首先采集身体基本指标参数，可以通过人机界面自助输入或者传感器感应输入两种方式进行；当身体基本指标参数采集完成后进入健康状况指标参数采集流程，可以通过人机界面自助输入或者传感器感应输入两种方式进行，当健康状况指标参数采集完成后将用户数据传输给智能决策单元，用户身体数据采集单元结束。

可穿戴设备种类选择单元流程图如图3所示。可穿戴设备种类选择单元后首先接收用户身体数据和智能决策单元提示信息；若接收成功，则进入下一步骤，否则重新接收；根据智能决策单元提示信息判断用户身体是否处于亚健康或非正常状态；若用户身体处于亚健康或非正常状态，则在人机输入界面显示提示信息，建议选择可穿戴健康监测模式，否则跳过此步骤；判断是否按照身体部位选择可穿戴设备，若是，则在头戴式、腕带式、身穿式中选择合适的可穿戴设备，否则在可穿戴智能通讯模式和可穿戴健康监测模式中选择合适的可穿戴设备；然后将可穿戴设备种类传递和智能决策单元；结束可穿戴种类选择单元流程。

智能决策单元执行流程图如图4所示。智能决策单元接收用户身体数据采集单元传递的信息；对于数据进行处理，获得用户身体健康状况；将用户身体健康状况和提示信息发送给可穿戴设备种类选择单元；接收该单元选择的可穿戴设备种类；处理数据，生成人体部位扫描提示信息，生成可穿戴设备特有输入参数提示信息，生成外部模型3D打印参数推荐，生成内部智能软硬件参数推荐；将生成的数据和参数发送到可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元；结束智能决策单元执行流程。

可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元流程图如图5所示。可穿戴设备身体部位扫描单元接收智能决策单元传递的数据；在接收成功后显示人体部位扫描提示信息，用户按照提示进行可穿戴设备相关的人体部位3D扫描；在扫描成功后显示可穿戴设备特有的参数信息提示，用户按照提示输入可穿戴设备特有的参数设置；录入成功后，本单元在界面上显示外部模型3D打印推荐参数，由用户进行选择；然后内部智能软硬件推荐的参数设置，由用户进行选择；当参数录入成功后，本单元将软硬件参数信息传递给可穿戴设备智能软硬件设置单元，将身体部位参数、可穿戴设备特有参数、3D打印参数传递给可穿戴设备外部模型建模及3D打印单元；结束可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元流程。

可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元接收可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元传递的数据，根据参数进行可穿戴设备外部模型上位机软件3D建模，并根据个体采集数据和配置参数自动改进和提高适配打印的效果；3D打印可采用喷射固化成型（Polyjet）或者彩色彩色喷墨打印技术进行打印。

可穿戴设备内部智能系统软硬件设置单元接收可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元传递的数据，据智能决策系统分析结果决策智能选择硬件平台电路、操作系统平台、基础软件模块。其中，硬件平台电路包括可选择传感器个数、传感器数据采集过滤模块等。

可穿戴设备组装单元将可穿戴设备外部模型和内部智能软硬件平台进行组装，搭建防震环境，同时进行系统稳定性测试。

Claims (5)

1.一种通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的系统，其特征在于：包括用户身体参数数据采集单元、可穿戴设备种类选择单元、智能决策单元、可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元、可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元、可穿戴设备智能系统软硬件设置单元和可穿戴设备组装单元；其中，

所述用户身体参数数据采集单元通过人机界面互动和人体参数传感器感应采集人体的身体基本指标参数和健康状况指标参数，并将数据传递给可穿戴设备种类选择单元和智能决策单元；

所述可穿戴设备种类选择单元根据用户需求选择可穿戴智能通讯模式或者可穿戴健康监测模式，也可根据可穿戴设备与身体的接触部位不同在头戴式、腕带式和身穿式中选择合适的可穿戴设备选项，并将最终选择结果传输给智能决策单元；

所述智能决策单元接收用户身体参数数据和可穿戴设备种类数据，进行分析，生成人体部位扫描信息提示、可穿戴设备特有的参数输入信息提示、外部模型3D打印参数推荐设置和智能软件硬件推荐设置，传递给可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元；

所述可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元接收智能决策单元传递的参数信息，进行身体部位扫描和参数输入，并基于系统推荐的参数设置和个人喜好录入可穿戴设备外部模型3D参数和智能软硬件系统参数；

所述可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元根据身体扫描结果，进行可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印；

所述可穿戴设备智能系统软硬件设置单元根据用户身体状况，适配安装打印硬件电路、操作系统和软件模块；

所述可穿戴设备组装单元对可穿戴设备的外部模型3D打印模块和内部智能软硬件模块进行组装，形成个体适配的可穿戴设备。

2.根据权利要求1所述的通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的系统，其特征在于：可穿戴设备身体部位扫描及参数设置单元包括3D扫描模块和参数设置模块，并与可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元和可穿戴设备智能系统软硬件设置单元相连；其中，3D扫描模块采用光电感应加上前代用户数据库的结果，提高局部扫描的精度，并对用户的实际身体状况进行光学和红外采集，并影响到3D打印阶段打印传感器安装的位置和数量；参数设置模块根据智能决策模块传递数据，在人机界面上显示推荐设置参数，并录入用户喜好的可穿戴设备外部模型3D参数和智能软硬件系统参数设置，通过无线方式传输给可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元以及可穿戴设备智能系统软硬件设置单元。

3.根据权利要求1所述的通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的系统，其特征在于：可穿戴设备外部模型3D建模和3D打印单元采用上位机软件进行3D建模，并根据个体采集数据和配置参数自动改进和提高适配打印的效果，3D打印可采用喷射固化成型或者彩色喷墨打印技术进行打印。

4.根据权利要求1所述的通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的系统，其特征在于：可穿戴设备智能系统软硬件设置单元可根据智能决策系统分析结果决策智能选择硬件平台电路、操作系统平台和基础软件模块，还能选择传感器个数和传感器数据采集过滤模块。

5.根据权利要求1所述的通过3D打印来提高可穿戴设备个体适配的系统，其特征在于：可穿戴设备组装单元将可穿戴设备外部模型和内部智能软硬件平台进行组装，并进行安装固定，搭建防震环境，同时进行系统稳定性测试。