CN105943180A - 一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法 - Google Patents

一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，涉及牙刷领域，包括牙刷X轴/Z轴方向角速度的获得，x轴/Z轴方向角速度累加器及其累加值判断，判断静止状态计数器以及刷头旋转方向的判断，本发明通过在牙刷内置角速度传感器来获取牙刷角速度变化，牙刷在由一个位置移至另一个位置时，角速度会变化，故通过角速度传感器获取的角速度值可以判断牙刷运动方向，根据运动方向判断下一个要刷的位置。

Description

一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法
技术领域
本发明涉及牙刷领域，具体涉及一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法。
背景技术
当前普遍使用的上下振动式与来回旋转式电动牙刷是通过刷毛地高速往复运动来清洁牙齿，如果力度过大很容易伤害牙龈。刷头作360度旋转的电动牙刷，在刷牙时刷头顺着牙龈生长方向作单向旋转，不伤害牙龈。此种牙刷刷头的旋转方向与刷牙位置密切相关，如果需要用户根据刷牙位置来控制刷头旋转方向，则会导致使用过程极其不便。因而自动判断刷牙位置并控制旋转方向将会大大降低刷头作360度旋转的电动牙刷的使用难度。
发明内容
本发明所要解决的问题是一种根据牙刷角速度变化来判断刷牙位置，进而控制刷头作360度旋转的电动牙刷的刷头运动方向的方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，所述方法包括：
获取牙刷x轴方向的角速度，所述x轴为平行于牙刷且指向牙刷头的方向，每隔时间T1获取x轴方向的角速度；
获取牙刷z轴方向的角速度，所述z轴为垂直于牙刷，且右手握牙刷刷正前方外侧时，垂直于正前方外侧牙齿，方向朝向口腔，每隔时间T1获取z轴方向的角速度；
x轴方向角速度累加器Tx1，计算牙刷沿x轴方向的一次运动过程中，x轴方向角速度累加值；
z轴方向角速度累加器Tz1，计算牙刷沿z轴方向的一次运动过程中，z轴方向角速度累加值；
静止状态计数器St1，当x轴与z轴方向角速度的绝对值均不大于角速度静止阈值时，静止状态计数器St1加1，上述静止状态计数器St1在x轴或z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值时清0；
上述x轴、z轴方向的一次运动过程为：从x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负发生变化，到x轴、z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值，再到x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负再次发生变化，在x轴、z轴方向的一次运动结束时，将对应的x轴方向角速度累加器Tx1、z轴方向角速度累加器Tz1清0；
判断x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值，若x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，将x轴方向角速度累加器Tx1的值赋给x轴方向角速度暂存值Tx2；判断z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值，若z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值大于上下移动的角速度阈值，将z轴方向角速度累加器Tz1的值赋给z轴方向角速度暂存值Tz2；
判断静止状态计数器St1是否等于正反手变换计数阈值，若静止状态计数器St1等于正反手变换计数阈值时，进一步判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值；若x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，则所述牙刷进行了正反手变换；
判断静止状态计数器St1是否等于静止状态计数阈值，若静止状态计数器St1等于静止状态计数阈值，进一步判断z轴方向角速度累加器Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值；若z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值，则牙刷进行了上下移动，根据z轴方向角速度暂存值Tz2的正负与当前正反手状态，判断牙刷移动方向，并控制刷头旋转方向。
优选的，在判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将x轴方向角速度暂存值Tx2清0；
在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2清0。
优选的，上下移动的所述角速度阈值会根据z轴方向角速度暂存值Tz2进行调整。
优选的，正反手状态的所述初值由开始刷牙时牙刷的正反手状态决定。
优选的，所述刷头的移动方向还可通过z轴方向角速度累加器Tz2的正负与当前正反手状态来判断，具体方法如下：
以正手，刷头以刷柄底为圆心，向上转动时z轴方向角速度为负，向下转动时z轴方向角速度为正说明方向判断：
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为正手下方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为正手上方，控制刷头按逆时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为反手上方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为反手下方，控制刷头按逆时针方向旋转。
优选的，所述方法还包括判断间隔计数器St2，每隔时间T1加1，当刷牙的位置变化后清0，在变化刷牙位置前，还需要间隔计数器St2大于判断间隔阈值，如果间隔计数器St2不大于判断间隔阈值则放弃此次位置变化，刷牙位置保持原值。
优选的，在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2按一定比例缩小。
优选的，所述正反手变换计数阈值小于静止状态计数阈值，上下移动的所述角速度阈值小于正反手变换的角速度阈值。
采用本发明的技术方案，通过在牙刷内置角速度传感器来获取牙刷角速度变化，牙刷在由一个位置移至另一个位置时，角速度会变化，故通过角速度传感器获取的角速度值可以判断牙刷运动方向，根据运动方向判断下一个要刷的位置。
附图说明
图1为本发明中牙齿的位置划分示意图。
图2为本发明中电动牙刷的结构示意图。
图3为本发明中牙刷由正手向反手变化时的两种方式的示意图。
图4为本发明中牙刷角速度传感器与牙刷上下运动时的方向。
图5为本发明的原理框图。
其中，1-上排牙齿，2-下排牙齿，3-左边，4-正前，5-右边，6-内侧面，7-咬合面，8-外侧面，9-刷头沿顺时针方向旋转，10-刷头沿逆时针方向旋转，11-刷毛，12-刷头，13-角速度传感器，14-传动轴，15-电机，16-开关按钮，17-中央控制器，18-电池，19-充电接口，21-角速度传感器x轴的方向，22-角速度传感器z轴的方向，23-竖直往上移动时的方向，24-刷头以握柄为轴向上转动，25-竖直往下移动时的方向，26-刷头以握柄为轴向下转动。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，其为牙齿的位置划分示意图，人类共有上下两排牙齿，每排牙齿分三个面：内侧面、外侧面、咬合面，每个面可分成：左边、右边、正前三个位置，共2*3*3＝18个位置。刷头旋转方向与刷牙位置密切相关，可以在牙刷中加入传感器获取周围信息，再根据获取的信息与每个位置的特点来区分当前所刷的位置，进而控制刷头旋转方向，使其与牙龈生长方向一致。
人类牙齿可以分成18个位置，但刷头360度旋转的电动牙刷刷头旋转方向只有2个：逆时针或顺时针。对于咬合面来说，旋转方向可以为逆时针也可以是顺时针，因而暂不考虑咬合面的情况。以右手握牙刷为例，不考虑咬合面，将刷牙位置合并成4个位置。具体如表1所示。
表1刷牙位置
牙刷在口腔内刷牙时，处于一个复杂环境中，口腔内有牙膏、水、泡沫，且牙刷尺寸也受限，因而判断牙刷位置所使用的传感器要防水、体积小、不影响身体健康。
如图2所示，刷头作360度旋转的电动牙刷工作原理：能够360度旋转的刷头12，刷头12上附有一圈刷毛11，刷头12通过牙刷内部传动轴14与电机15相连；靠近刷头12部位内置角速度传感器13，角速度传感器13采集数据传输到中央控制器17，中央控制器17通过分析数据，进而控制刷头12旋转方向，内部电池18为电机14、中央控制器17、角速度传感器13供电，握柄上开关按钮16控制牙刷工作状态，握柄的端面还设置有充电接口19，用于为电池18充电。
如图3所示，31为牙刷以传动轴为轴顺时针或逆时针方向旋转180度，32为牙刷向上旋转180度。
由反手变正手则是：牙刷以传动轴为轴沿相反方向或原方向旋转180度、牙刷向上反方向旋转180度。
如图4和图5所示，一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，所述方法包括：
获取牙刷x轴方向的角速度，所述x轴为平行于牙刷且指向牙刷头的方向，每隔时间T1获取x轴方向的角速度；
获取牙刷z轴方向的角速度，所述z轴为垂直于牙刷，且右手握牙刷刷正前方外侧时，垂直于正前方外侧牙齿，方向朝向口腔，每隔时间T1获取z轴方向的角速度；
x轴方向角速度累加器Tx1，计算牙刷沿x轴方向的一次运动过程中，x轴方向角速度累加值；
z轴方向角速度累加器Tz1，计算牙刷沿z轴方向的一次运动过程中，z轴方向角速度累加值；
静止状态计数器St1，当x轴与z轴方向角速度的绝对值均不大于角速度静止阈值时，静止状态计数器St1加1，上述静止状态计数器St1在x轴或z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值时清0；
上述x轴、z轴方向的一次运动过程为：从x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负发生变化，到x轴、z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值，再到x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负再次发生变化，在x轴、z轴方向的一次运动结束时，将对应的x轴方向角速度累加器Tx1、z轴方向角速度累加器Tz1清0；
判断x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值，若x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，将x轴方向角速度累加器Tx1的值赋给x轴方向角速度暂存值Tx2；判断z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值，若z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值大于上下移动的角速度阈值，将z轴方向角速度累加器Tz1的值赋给z轴方向角速度暂存值Tz2；
判断静止状态计数器St1是否等于正反手变换计数阈值，若静止状态计数器St1等于正反手变换计数阈值时，进一步判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值；若x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，则所述牙刷进行了正反手变换；
判断静止状态计数器St1是否等于静止状态计数阈值，若静止状态计数器St1等于静止状态计数阈值，进一步判断z轴方向角速度累加器Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值；若z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值，则牙刷进行了上下移动，根据z轴方向角速度暂存值Tz2的正负与当前正反手状态，判断牙刷移动方向，并控制刷头旋转方向。
在本实施例中，在判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将x轴方向角速度暂存值Tx2清0；
在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2清0。
在本实施例中，上下移动的所述角速度阈值会根据z轴方向角速度暂存值Tz2进行调整。
在本实施例中，正反手状态的所述初值由开始刷牙时牙刷的正反手状态决定。
在本实施例中，所述刷头的移动方向还可通过z轴方向角速度累加器Tz2的正负与当前正反手状态来判断，具体方法如下：
以正手，刷头以刷柄底为圆心，向上转动时z轴方向角速度为负，向下转动时z轴方向角速度为正说明方向判断：
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为正手下方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为正手上方，控制刷头按逆时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为反手上方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为反手下方，控制刷头按逆时针方向旋转。
在本实施例中，所述方法还包括判断间隔计数器St2，每隔时间T1加1，当刷牙的位置变化后清0，在变化刷牙位置前，还需要间隔计数器St2大于判断间隔阈值，如果间隔计数器St2不大于判断间隔阈值则放弃此次位置变化，刷牙位置保持原值。
在本实施例中，在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2按一定比例缩小。
此外，所述正反手变换计数阈值小于静止状态计数阈值，上下移动的所述角速度阈值小于正反手变换的角速度阈值。
本发明的使用方法：
以右手握牙刷为例说明使用本专利方法一次刷牙过程：
1：右手平握牙刷启动开关，此时牙刷处于正手位置；
2：然后依次刷正手上下、反手上下位置；
3：最后刷咬合面与舌苔；
4：完成本次刷牙，关闭开关。
牙刷使用过程描述：在需要刷某个位置时，首先用户会把牙刷移到该位置，在移动过程中刷头是不接近牙齿的，因为这时刷头旋转方向可能还是原来的方向；在放到位后牙刷静止，本方法在判断牙刷静止后，会根据最后一次移动的方向，判断所刷位置，再控制电机旋转方向；然后用户把刷头放到牙齿上开始刷牙。
基于上述，本发明通过在牙刷内置角速度传感器来获取牙刷角速度变化，牙刷在由一个位置移至另一个位置时，角速度会变化，故通过角速度传感器获取的角速度值可以判断牙刷运动方向，根据运动方向判断下一个要刷的位置。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取牙刷x轴方向的角速度，所述x轴为平行于牙刷且指向牙刷头的方向，每隔时间T1获取x轴方向的角速度；
获取牙刷z轴方向的角速度，所述z轴为垂直于牙刷，且右手握牙刷刷正前方外侧时，垂直于正前方外侧牙齿，方向朝向口腔，每隔时间T1获取z轴方向的角速度；
x轴方向角速度累加器Tx1，计算牙刷沿x轴方向的一次运动过程中，x轴方向角速度累加值；
z轴方向角速度累加器Tz1，计算牙刷沿z轴方向的一次运动过程中，z轴方向角速度累加值；
静止状态计数器St1，当x轴与z轴方向角速度的绝对值均不大于角速度静止阈值时，静止状态计数器St1加1，上述静止状态计数器St1在x轴或z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值时清0；
上述x轴、z轴方向的一次运动过程为：从x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负发生变化，到x轴、z轴方向角速度的绝对值大于角速度静止阈值，再到x轴、z轴方向角速度的绝对值不大于角速度静止阈值或x轴、z轴方向角速度的正负再次发生变化，在x轴、z轴方向的一次运动结束时，将对应的x轴方向角速度累加器Tx1、z轴方向角速度累加器Tz1清0；
判断x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值，若x轴方向角速度累加器Tx1的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，将x轴方向角速度累加器Tx1的值赋给x轴方向角速度暂存值Tx2；判断z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值，若z轴方向角速度累加器Tz1的绝对值大于上下移动的角速度阈值，将z轴方向角速度累加器Tz1的值赋给z轴方向角速度暂存值Tz2；
判断静止状态计数器St1是否等于正反手变换计数阈值，若静止状态计数器St1等于正反手变换计数阈值时，进一步判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值；若x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于正反手变换的角速度阈值，则所述牙刷进行了正反手变换；
判断静止状态计数器St1是否等于静止状态计数阈值，若静止状态计数器St1等于静止状态计数阈值，进一步判断z轴方向角速度累加器Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值；若z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值，则牙刷进行了上下移动，根据z轴方向角速度暂存值Tz2的正负与当前正反手状态，判断牙刷移动方向，并控制刷头旋转方向。
2.根据权利要求1所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：
在判断x轴方向角速度暂存值Tx2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值、或z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将x轴方向角速度暂存值Tx2清0；
在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于上下移动的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2清0。
3.根据权利要求2所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：上下移动的所述角速度阈值会根据z轴方向角速度暂存值Tz2进行调整。
4.根据权利要求3所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：正反手状态的所述初值由开始刷牙时牙刷的正反手状态决定。
5.根据权利要求1所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：所述刷头的移动方向还可通过z轴方向角速度累加器Tz2的正负与当前正反手状态来判断，具体方法如下：
以正手，刷头以刷柄底为圆心，向上转动时z轴方向角速度为负，向下转动时z轴方向角速度为正说明方向判断：
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为正手下方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为正手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为正手上方，控制刷头按逆时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为正数，则刷牙位置为反手上方，控制刷头按顺时针方向旋转；
当为反手，z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值大于上下移动的角速度阈值且z轴方向角速度累加器Tz2为负数，则刷牙位置为反手下方，控制刷头按逆时针方向旋转。
6.根据权利要求1所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：还包括判断间隔计数器St2，每隔时间T1加1，当刷牙的位置变化后清0，在变化刷牙位置前，还需要间隔计数器St2大于判断间隔阈值，如果间隔计数器St2不大于判断间隔阈值则放弃此次位置变化，刷牙位置保持原值。
7.根据权利要求1所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：在判断z轴方向角速度暂存值Tz2的绝对值是否大于正反手变换的角速度阈值完成后，将z轴方向角速度暂存值Tz2按一定比例缩小。
8.根据权利要求1所述的一种根据牙刷角速度判断刷头运动方向的方法，其特征在于：所述正反手变换计数阈值小于静止状态计数阈值，上下移动的所述角速度阈值小于正反手变换的角速度阈值。
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