CN109222403A - 一种智能刷牙方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能刷牙方法，通过采集用户的刷牙数据；将采集的所述刷牙数据生成刷牙轨迹；将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析然后生成报告。通过报告给用户提供精确的刷牙建议，对用户的刷牙次数以及牙刷的使用次数进行统计，提醒用户刷牙。本发明在采集数据前首先通判断是否是刷牙行为，然后才对采集的数据的进行分析处理，避免了资源的浪费。并且通过已有的圆弧刷牙互动视频可以激发儿童的刷牙兴趣，并引导儿童使用正确的刷牙方式刷牙。相应的本申请还公开了一种智能刷牙系统，通过智能刷牙系统配合智能刷牙方法，可提高用户的刷牙兴趣，特别适合开始刷牙的儿童。

Description

一种智能刷牙方法及系统

技术领域

本发明涉及智能设备技术领域，特别是一种智能刷牙方法及系统。

背景技术

随着社会的进步，身体健康越来越被更多人重视，但由于城市生活的快节奏以及不良的生活习惯，人们总是常常因为懒惰而忽视刷牙，这表现在忘记刷牙、刷牙时间不够、刷牙动作不规范，从而导致口腔牙齿不清洁，造成很多口腔疾病。通常都是发生口腔疾病才开始注重，但仅通过医生的宣传讲解抠像清洁动作规范还是远远不够的，因为难以使普通人引起兴趣，因此扔然存在舒雅不规范，难以坚持下去的问题。

刷牙是使用牙刷去除牙菌斑、软垢和食物残渣，保持口腔清洁的重要自我口腔保健方法，也是人们自我清除菌斑、预防牙周病发生、发展和复发的最主要手段。保持正确的刷牙方法和习惯，可以最大程度的帮助控制牙菌斑，维护口腔健康或延长修复本体的使用寿命。但很多人的刷牙方法不正确，表现在舒雅动作不正确、覆盖面不全、刷牙时间不够等。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种智能刷牙方法及系统，可以检测和评价儿童刷牙的正确性，并向用户提供建议。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种智能刷牙方法，包括：

S1、采集用户的刷牙数据；

S2、将采集的所述刷牙数据生成刷牙轨迹；

S3、将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析；

S4、将比较分析后的结果生成报告。

优选的，在所述步骤S1将采集的所述刷牙数据，具体步骤为：

S11、判断是否是刷牙行为；

S12、如果是刷牙行为，则采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹，如果判断不是刷牙行为则停止采集数据。

优选的，所述步骤S11判断是否是刷牙行为，具体步骤包括：

S111、获取刷牙的加速度；

S112、对加速度进行分析；判断所述加速度是否是有规律的波动；如果是有规律的波动则为刷牙行为，否则不是刷牙行为。

优选的，所所述步骤S2将采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹，具体步骤包括：

S21、将采集的刷牙数据进行转换成欧拉角；

S22、通过欧拉角判断牙刷的姿态；

S23、生成刷牙轨迹。

优选的，所述步骤S3将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析包括：将刷牙轨迹、刷牙时长与标准的刷牙轨迹、刷牙时长进行比较，判断刷牙的方式是否属于圆弧刷牙。

另一方面，本发明提供了一种智能刷牙系统，包括:普通牙刷、智能牙刷硬件、应用软件系统和云服务部分；

所述智能牙刷硬件，用于采集刷牙的数据并将刷牙数据传输给所述应用软件系统；

所述应用软件系统安装在移动智能终端上，用于对智能牙刷硬件上传的数据进行比较分析；

所述云服务部分，用于存储刷牙数据，分析报告。

优选的，所述智能牙刷硬件包括：传感器模块、第一通讯模块、电源模块、第一存储模块和第一处理模块；

所述传感器模块，用于采集刷牙的数据；

所述第一通讯模块，用于所述智能牙刷硬件与所述应用软件系统的通讯；

所述第一存储模块，用于存储刷牙的数据；

所述第一处理模块，用于将传感器模块采集的模拟信号转换成数字刷牙数据；

所述电源模块，用于给所述传感器模块、第一通讯模块、第一存储模块和第一处理模块供电。

优选的，所述应用软件系统包括：第二通讯模块、第二处理模块、第二存储模块、互动模块和判断模块；

所述第二通讯模块，用于所述应用软件与所述智能牙刷硬件、所述云服务部分的通讯；

所述判断模块，用于判断是否是刷牙行为；

所述第二处理模块，用于将所述智能牙刷硬件上传的刷牙数据生成刷牙轨迹，并将刷牙轨迹与标准的刷牙方式进行比较分析，最终生成刷牙报告；

所述互动模块，用于将所述第二处理模块生成的刷牙轨迹通过互动的方式反馈给用户。

优选的，所述传感器模块包括加速度传感器和陀螺仪。

优选的，所述第一通讯模块为蓝牙模块。

由以上技术方案可知，本发明提供的智能刷牙方法通过采集刷牙的数据，将刷牙的数据生成刷牙轨迹，然后对刷牙的轨迹与标准的刷牙方式进行比较分析，然后生成报告。通过报告给用户提供精确的刷牙数据，对用户的刷牙次数以及牙刷的使用次数进行统计，提醒用户刷牙。本发明在采集数据前首先通判断是否是刷牙行为，然后才对采集的数据的进行分析处理，避免了资源的浪费。并且通过已有的圆弧刷牙互动视频可以激发儿童的刷牙兴趣，并引导儿童使用正确的刷牙方式刷牙。

附图说明

图1是本发明提供的智能刷牙方法的流程图；

图2是本发明提供的智能刷牙方法步骤S1的具体流程图；

图3是本发明提供的智能刷牙方法步骤S11的具体流程图；

图4是本发明提供的智能刷牙方法步骤S111的具体流程图；

图5是本发明提供的智能刷牙系统的结构示意图；

图6是本发明提供的智能牙刷硬件的结构示意图；

图7是本发明提供的智应用软件系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本申请提供了一种智能刷牙方法，包括：

步骤S1、在采集刷牙数据，具体步骤包括：

步骤S11、应用软件系统首先对牙刷是否处于刷牙动作进行判断；

步骤S12、如果是刷牙行为，则采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹，如果判断不是刷牙行为则停止采集数据。

速度传感器采集刷牙的数据，第一处理模块将采集的模拟量转换成数据量，传输给应用软件系统，

判断所述行为是否是刷牙行为可以通过以下步骤完成：

步骤S111、通过速度传感器采集牙刷的加速度；

步骤S112、对加速度进行分析；判断所述加速度是否是有规律的波动；如果是有规律的波动则为刷牙行为，否则不是刷牙行为，不采集数据。

应用软件系统对速度传感器采集的刷牙的加速度进行分析，如果刷牙的加速度的波形是规律性的来回波动，则判断为此行为是刷牙行为，应用软件系统则对刷牙的速度、加速度以及陀螺仪的数据进行采集，然后进行分析。反之若采集的加速度是没有规律的波动，则为误操作，应用软件系统无需对采集的刷牙数据进行分析，此时对用户进行提醒。

步骤S2、将采集的所述刷牙数据生成刷牙轨迹。

将将采集的所述刷牙数据生成刷牙轨迹包括以下步骤：

步骤S21、智能牙刷硬件将速度传感器你和陀螺仪采集的模拟量转换成数字量后传输给传输给应用软件系统，应用软件系统将采集的刷牙数据转换成欧拉角，所述欧拉角包括横滚角α、俯仰角β、偏航角γ。

步骤S22、然后通过欧拉角中的横滚角α、俯仰角β、偏航角γ判断刷牙的姿态，应用软件系统中的互动模块将刷牙字姿态的位置显示出来，用户可以实时的看到刷牙的区域，每个区域的刷牙时长等。互动模块将用户刷牙的运动轨迹实时的展现出来，与用户进行互动。

步骤S23、刷牙完成后则生成刷牙轨迹。通过互动的方式将刷牙的实时姿态以及最后的刷牙轨迹展示给用户。

步骤S3、将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析；

本实施例的提供的刷牙方法针对低龄儿童采用圆弧刷牙，对于已经熟练掌握了刷牙方法的儿童及成人可以采用其他的刷牙方法。本实施例中预设的总刷牙时长是2分钟，各个区域分别的刷牙时长分为左边40秒、中间40秒和右边 40秒。，针对不同的人群，不同的刷牙方法，刷牙的时长是可以进行调整的。如果每个区域以及总的刷牙时长没有达到预设的标准，则会对用户提醒以及将刷牙的时长和建议显示在最后的报告中。

步骤S4、将比较分析后的结果生成报告。最终将分析比较的结果通过报告的形式展示给用户，使用户能更直观的看到自己刷牙的情况，实时对自己的刷牙方式进行调整。

在本实施例中，该智能刷牙方法，首先通过速度传感器和陀螺仪采集刷牙的数据，通过第二处理模块，将刷牙数据生成刷牙轨迹。然后第二处理模块将刷牙的轨迹与预设的标准刷牙方法进行比较分析，具体的分析刷牙的方法是属于圆弧刷牙法、巴氏刷牙法或者其他的刷牙方法，由于低年龄儿童特别是2-3 岁刚开始自己独立学习刷牙的儿童，成人的刷牙方式不便于掌握，因此中华口腔医学会建议2-6岁的儿童使用圆弧刷牙法。因此本发明针对低龄儿童，将标准的刷牙的方式预设为圆弧刷牙法。比较分析完成后将刷牙的方法，各个部位的刷牙时长、总的刷牙时长、刷牙的力度等均通过报告的形式显示，这样更方便家长对儿童的刷牙情况进行了解，督促儿童正确刷牙，从而保护牙齿的健康。

本发明在所述采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹之前可以先判断此行为是否是刷牙行为，如果是刷牙行为，则采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹，如果判断不是刷牙行为则停止采集数据。

用户刷完牙后，也是通过应用软件系统分析速度传感器采集的加速度数据来判断刷牙是否结束，如果加速度是规律性的来回波动，则是在刷牙，如果加速度是没有规律的波动，则刷牙结束，应用软件系统停止对数据的采集以及分析。

另一方面，本申请还提供了一种智能刷牙系统，包括：

普通牙刷、智能牙刷硬件、安装在移动智能终端上的应用软件系统、云服务部分。所述智能牙刷硬件，用于采集刷牙的数据并将刷牙数据传输给所述应用软件系统；所述应用软件系统安装在移动智能终端上，用于对智能牙刷硬件上传的数据进行比较分析；所述云服务部分，用于存储刷牙数据，分析报告。

所述智能牙刷硬件包括传感器模块、第一通讯模块、提醒模块、第一存储模块和第一处理模块。所述传感器模块包括速度传感器、陀螺仪和压力传感器，通过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，陀螺仪用于测量刷牙动作的角速度及角速度变化，压力传感器用于检测刷牙时刷牙的力度。所述第一处理模块用于对统计数据进行预处理，并整理成每个时间段内的刷牙轻重数据报告；所述第一通讯模块用于发送和接收移动终端和远程数据处理系统的数据，还用于发送每个时间段内的刷牙数据给移动智能终端。所述提醒模块用于接收应用软件系统中发出的提示的信息并提醒用户，第一存储模块用于存储刷牙的数据。所述提醒模块通过震动、声音和或光的形式提醒用户。

用户在使用时，首先将智能牙刷硬件套装在普通牙刷的刷柄上，最好套装在刷头的另一侧，打开智能终端上的应用软件，，配合牙刷，跟随应用软件中的引导式刷牙示范，进行实际的刷牙动作，应用软件中通过数据的分析，给出实际的信息反馈，提示动作正确性，从而帮助用户建立良好的刷牙习惯，并可纠正错误的刷牙习惯。

所述安装在移动智能终端上的应用软件系统主要用于接收智能牙刷硬件发送的数据，将刷牙的数据根据模型制作成刷牙信息的界面，通过智能交互界面实时显示刷牙的信息。应用软件系统对接收的数据进行分析处理，得到刷牙的轨迹，将刷牙的轨迹与软件系统中存储的标准刷牙数据进行比较分析，并将数据上传至云服务部分。所述云服务部分通过接收应用软件发送的刷牙数据，对数据进行存储，并进行数据分析。本发明通过游戏交互方式引导儿童正确的刷牙姿势和良好的刷牙习惯，提高儿童刷牙的娱乐性和积极性。

应用软件系统中首先根据标准的刷牙方式以及标准的刷牙数据进行建模，得到标准的刷牙辅助视频，通过刷牙辅助视频将刷牙分解为十六个区域。应用软件系统包括第二通讯模块、计时模块、第二处理模块，第二存储模块、互动模块、判断模块、区分模块。

所述第二通讯模块用于接收第一通讯模块的数据，并将应用软件系统的信息发送到智能牙刷硬件提醒用户，同时也将刷牙的数据上传至云服务部分，便于存储和分析。为了能保证刷牙的数据能及时的传输给应用软件系统，第一通讯模块与第二通讯模块之间的可通过低功耗蓝牙进行连接，既保证了数据的实时性也降低了电量的消耗。

第二处理模块用于对刷牙的数据进行处理，并与存储的标准刷牙数据和模型进行比较，将处理后的刷牙数据传输给互动模块，通过互动模块与用户进行互动，引导用户跟随标准的刷牙动作以及轨迹刷牙。第二存储模块，用于存储刷牙的数据、分析报告和标准刷牙数据。

所述判断模块用于通过对刷牙数据的分析判断是否是刷牙行为。速度传感器采集刷牙的数据，第一处理模块将采集的模拟量转换成数据量，传输给应用软件系统，应用软件系统对数据进速度传感器采集的刷牙的加速度进行分析，如果刷牙的加速度的波形是规律性的来回波动，则判断为此行为是刷牙行为，应用软件系统则对刷牙的速度、加速度以及陀螺仪的数据进行采集，然后进行分析。反之若采集的加速度是没有规律的波动，则为误操作，应用软件系统无需对采集的刷牙数据进行分析，此时通过提醒模块对用户进行提醒。

压力传感器检测刷牙的力度，第一处理模块将压力传感器的模拟量转换成数值数据，传输给第二处理模块，然后区分模块对刷牙动作进行区分，根据刷牙用力轻重划分成轻、较轻、普通、较重、重共五个等级。

所述计时模块用于对每个区域的刷牙时间以及整体的刷牙时间进行统计并发送给处理模块，当判断模块判断出此行为是刷牙的行为后，计时模块才开始计时，否则不计时。第二处理模块分析出刷牙方位在左边时，计时模块开始计时左边的刷牙时长，第二处理模块分析出刷牙方位在中间时，计时模块开始计时中间的刷牙时长，第二处理模块分析出刷牙方位在右边时，计时模块开始计时右边的刷牙时长。计时模块从判断模块判断出是刷牙行为后开始计时，直至判断模块判断出不是刷牙行为截止，计时模块计时总的刷牙时长。

通过这种方法可以对刷牙的时长准确计时，以往的刷牙时长是通过点击开始后直接计时。现有的计时方法在计时后有可能不是刷牙的行为，有时候儿童顽皮，以此对蒙混家长，因此不能起到良好的监督作用。本实施例中提供的刷牙方法是将刷牙的总时长设为2分钟，计时区域分为三个区域，分别是左边刷 40秒、中间刷40秒和右边刷40秒，每边都包括外侧、内侧和咀嚼面。这样对牙齿的每个面都刷到，能良好的保护牙齿。

第一处理模块根据预设的采样频率采集速度传感器、陀螺仪和压力传感器的数据，将采集的电信号转换成数字信号传输给第二处理模块。应用软件系统首先对数据的速度、加速度、刷牙的幅度、刷牙的力度等进行分析，从而判断是否是于刷牙的动作或则误操作。如果是刷牙的行为则计时模块开始计时，第二处理模块对刷牙数据进行分析，首先将经过第一处理模块处理后的陀螺仪以及速度传感器的数据转换成欧拉角，然后计算牙刷的方位、刷牙的弧长和振幅。

第二处理模块剔除影响生成正确刷牙轨迹的无效数据，保留有效数据进行分析，最后得到正确的刷牙轨迹和刷牙数据数据分析报告。所述无效数据包括刷牙过程中的一切有可能产生干扰的行为等产生的数据。

第一处理模块采集和速度传感器的加速度a_x、a_y、a_z以及陀螺仪的三轴的角加速度g_x、g_y、g_z，通过预处理得到陀螺仪的欧拉角。本发明规定但不限于，当智能牙刷硬件随着牙刷刷柄水平顺时针移动时为正，水平逆时针移动时g_z为负；水平向左移动g_y为负，水平向右移动g_y为正；向上移动g_x为负，向下移动g_x为正。

等效旋转轴的方向向量为k＝[k_x,k_y,k_z]，等效旋转角为θ，则四元数 q＝(x,y,z,w)，其中：g_z

x²+y²+z²+w²＝1， (式5)

将四元数带入以下公式进行计算得到欧拉角的横滚角α、俯仰角β、偏航角γ：

q＝(q₀,q₁,q₂,q₃)， (式7)

得到横滚角α、俯仰角β、偏航角γ：

β＝arcsin(2(q₀q₂-q₁q₃))， (式9)

根据横滚角α、俯仰角β、偏航角γ定位出刷牙的角度。

智能牙刷硬件将计算得到的横滚角α、俯仰角β、偏航角γ传输给应用软件系统，应用软件系统根据预设的横滚角α、俯仰角β、偏航角γ与牙刷刷头的姿态映射关系得出牙刷刷头的具体的位置，并通过互动模块显示出来，以此提高用户刷牙的积极性。

横滚角α与牙刷刷头的姿态映射关系如表1所述

表1横滚角α与牙刷刷头的姿态映射关系表

横滚角α的取值范围	牙刷刷头姿态
		-45°≤α<45°	刷头朝上
135°≤α<-135°	刷头朝下
		-135°≤α<-45°	刷头朝左
45°≤α<135°	刷头朝右

俯仰角β与牙刷刷头的姿态映射关系如表2所述

表2俯仰角β与牙刷刷头的姿态映射关系表

本发明中，通过计算以下公式计算得到刷牙的整体弧长以及刷牙的振幅：

其中，S表示弧长，V表示刷牙的速度，t表示刷牙的时长，a表示刷牙时的加速度。应用软件系统中预设的标准弧长为S₀，将速度传感器采集的X轴的加速度a_x计算代入上述(式11)第二处理模块计算刷牙的弧长S₂，将S₂与预设的人体的标准的弧长范围S₀进行比较,一般的人体的口腔弧长为6-11cm，若计算得到的弧长S₂小于6cm，或者大于11cm，则将超过范围的数据判断为无效数据，剔除无效数据不计入统计范围。

应用软件系统中预设的刷牙标准振幅为S₁通过上述(式11)计算得到刷牙的振幅S₃，将S₃与预设的标准的振幅S₁进行比较，超过标准振幅，所述标准刷牙标准的振幅S₁根据儿童的口腔设定为2-4mm，将振幅S₂与预设的标准振幅进行比较如果振幅S₂大于4mm或者小于2mm，则提醒模块提醒用于认真刷牙，应用软件系统也可以通过提醒用户。

本申请提供的智能刷牙系统，首先判断刷牙的行为是否为刷牙行为后，然后计时模块才开始计时并对刷牙的数据进行分析，通过刷牙的振幅、弧长、时长和轨迹等的分析，最后对本次刷牙行为分析得到报告，以此对用户提供有效的建议，本申请同时将刷牙的轨迹通过游戏互动的模式实时的展现给用户，能激发用户的刷牙积极性特别是儿童的积极性。

应用软件系统中还可以设置支付模块，第二通讯模块将刷牙的数据及报告上传到云服务部分后，如果用户需要得到医生的诊断，可通过支付模块，得到医生的在线诊断，可实现在线对自己的刷牙标准与否提供个性化服务，实现物联网+的刷牙服务。

云服务部分，提供历史记录存储、数据分析、医生在线服务等功能。所述云服务部分包括数据接口模块和服务模块。数据接口模块接收来自应用软件系统记录的刷牙数据，将其存储在服务端。所述服务模块用于为用户提供各种刷牙数据的查询、分析，医生提取数据接口模块存储的刷牙的数据对用户的刷牙习惯以及当前的牙齿情况进行分析，对不同的用户提供专业的个性化的建议。

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 (10)

1.一种智能刷牙方法，其特征在于，包括：

S1、采集用户的刷牙数据；

S2、将采集的所述刷牙数据生成刷牙轨迹；

S3、将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析；

S4、将比较分析后的结果生成报告。

2.根据权利要求1所述的智能刷牙方法，其特征在于，在所述步骤S1采集的所述刷牙数据，具体步骤为：

S11、判断是否是刷牙行为；

S12、如果是刷牙行为，则采集用户的刷牙数据，如果判断不是刷牙行为则停止采集数据。

3.根据权利要求2所述的智能刷牙方法，其特征在于，所述步骤S11判断是否是刷牙行为，具体步骤包括：

S111、获取刷牙的加速度；

S112、对加速度进行分析；判断所述加速度是否是有规律的波动；如果是有规律的波动则为刷牙行为，否则不是刷牙行为。

4.根据权利要求1所述的智能刷牙方法，其特征在于，所述步骤S2将采集用户的刷牙数据，生成刷牙轨迹，具体步骤包括：

S21、将采集的刷牙数据进行转换成欧拉角；

S22、通过欧拉角判断牙刷的姿态；

S23、生成刷牙轨迹。

5.根据权利要求1所述的智能刷牙方法，其特征在于，所述步骤S3将用户的刷牙轨迹与预设的标准刷牙方式进行比较分析包括：将刷牙轨迹、刷牙时长与标准的刷牙轨迹、刷牙时长进行比较，判断刷牙的方式是否属于圆弧刷牙。

6.一种智能刷牙系统，其特征在于，包括:普通牙刷、智能牙刷硬件、应用软件系统和云服务部分；

所述智能牙刷硬件，用于采集刷牙的数据并将刷牙数据传输给所述应用软件系统；

所述应用软件系统安装在移动智能终端上，用于对智能牙刷硬件上传的数据进行比较分析；

所述云服务部分，用于存储刷牙数据，分析报告。

7.根据权利要求6所述的智能刷牙系统，其特征在于，所述智能牙刷硬件包括：传感器模块、第一通讯模块、电源模块、第一存储模块和第一处理模块；

所述传感器模块，用于采集刷牙的数据；

所述第一通讯模块，用于所述智能牙刷硬件与所述应用软件系统的通讯；

所述第一存储模块，用于存储刷牙的数据；

所述第一处理模块，用于将传感器模块采集的模拟信号转换成数字刷牙数据；

所述电源模块，用于给所述传感器模块、第一通讯模块、第一存储模块和第一处理模块供电。

8.根据权利要求6所述的智能刷牙系统，其特征在于，所述应用软件系统包括：第二通讯模块、第二处理模块、第二存储模块、互动模块和判断模块；

所述第二通讯模块，用于所述应用软件与所述智能牙刷硬件、所述云服务部分的通讯；

所述判断模块，用于判断是否是刷牙行为；

所述第二处理模块，用于将所述智能牙刷硬件上传的刷牙数据生成刷牙轨迹，并将刷牙轨迹与标准的刷牙方式进行比较分析，最终生成刷牙报告；

所述互动模块，用于将所述第二处理模块生成的刷牙轨迹通过互动的方式反馈给用户。

9.根据权利要求6所述的智能刷牙系统，其特征在于，所述传感器模块包括加速度传感器和陀螺仪。

10.根据权利要求7所述的智能刷牙系统，其特征在于，所述第一通讯模块为蓝牙模块。