CN109512435A - 一种可实时检测的走姿矫正仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实时检测的走姿矫正仪，包括数据采集模块、矫正部分模块、数据处理模块、通信模块；所述的数据采集模块实时采集足部压力的分布、足部着力部位、着地时间数据、足部翻滚角度和步行速度；所述的矫正部分模块通过数据处理模块的信号对矫正部分模块进行提醒；所述的数据采集模块采集到的数据进行存储并分析；所述的通信模块负责所述处理器和外部终端或云平台的控制。

Description

一种可实时检测的走姿矫正仪
技术领域
本发明涉及数字信号处理领域，具体地说，特别涉及到一种可实时检测的走姿矫正仪。
背景技术
在当今时代很多人处于亚健康状态，错误的走姿就是形成这一现象的重要原因之一。所以现在走姿问题引起了人们的注意，特别是小孩走姿错误会造成骨骼畸形，严重者会影响身体发育问题，一定要在学龄期，错误走姿形成之前注意预防。国内外对于错误走姿(内外八脚)尚无真正有效的矫正方法。在“八字脚”的治疗方面,只有极少数小孩子采用矫正或开刀手术治疗。大多数小孩只有在父母帮助下做一些运动或者服用钙片和维生素D等进行治疗。对于成人的“八字脚”，一些人会在医生的指导下通过长期的形体锻炼才能取得稍许的改善，并不能彻底消除。但由于已成习惯，难以改掉，大多数人只有听之任之。
基于这个普遍存在的现象下,本发明设计了一款走姿矫正系统的设计方案，既能够对于已形成的错误走姿实现明显的改善，也能够对于处于学步期的幼童进行走姿的检测与预防。虽然市场上已有关于矫正走姿的发明，但偏于硬件，运用的物理学原理没有精确的数据分析与反馈。而本产品采用多个传感器进行数据的采集，并通过算法科学的进行精确分析。在精确度、可靠性和效果方面有很大的突破和创新。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种可实时检测的走姿矫正仪，以解决现有技术中存在的问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：包括数据采集模块、矫正部分模块、数据处理模块以及通信模块；
数据采集模块，包括压力传感器、三轴加速度传感器、磁力计，所述的数据采集模块实时采集足部压力的分布、足部着力部位、着地时间数据、足部翻滚角度和步行速度；
矫正部分模块，包括蜂鸣器、磁场强度传感器、湿敏传感器，接收数据处理模块的信号对矫正部分模块进行提醒；
数据处理模块，为CPU核心板，对数据采集模块采集到的数据进行存储并分析；
通信模块，包括Zigbee模块和蓝牙模块，所述的通信模块与数据处理模块相连，负责所述处理器和外部终端或云平台的控制；
进一步的，所述的压力传感器不仅局限于一个或者多个，当压力传感器受到压力，既行走过程中鞋着地时产生的力；所述的压力传感器设有临界值a。
进一步的，所述的三轴加速度传感器与磁力计，当压力传感器示数大于临界值a时，三轴加速度传感器对X、Y、Z三个方向的加速度进行测量，并计算出俯仰角与翻滚角；其中一个磁力计与三轴加速度传感器完全平行放置，测量行走时脚的偏航角；另一个不同地址的磁力计置于上半身，以此磁力计用于将测得的偏航角作为标准航向。
进一步的，所述的蜂鸣器接收数据处理模块信号，当检测结果为不正确走姿时，蜂鸣器工作报警；当检测结果为正确走姿时，蜂鸣器不工作。
进一步的，所述的磁场强度传感器通过带有磁场的脚印与地毯间的磁力作用来矫正，并以图表的形式呈现到终端中去。
进一步的，所述的湿敏传感器采用湿敏电容，当环境湿度发生改变时湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
进一步的，所述的通信模块包括Zigbee模块、蓝牙模块的不限于一种或多种。
更进一步的，所述的外部终端可显示用户实时步态数据、设定步态参数；所述的CPU核心板存储用户所有步态信息，并进行大数据运算后，将处理结果反馈至所述外部终端、处理器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明运用了三轴加速度传感器与磁力计，两部分相结合可科学精确测出两只脚的加速度与磁力，再通过一定的算法求出两只脚的偏航角，从而判断走姿是否有误。由于判断走姿是基于精确的数据基础上，所以相比于其他发明，本发明更加科学更有说服力。除此之外，本发明运用的压力传感器可准确判断出运动状态，脚落地时，加速度与磁力计再工作，从而避免了由于运动状态不同而测到错误的数据。提高了数据的精确度。磁场强度的矫正功能，避免了使用者在听到错误警报后不习惯自行纠正的问题。发明中的两个通信部分，使检测与矫正过程中保持数据的传输，数据实时更新，可方便观察到检测结果与矫正的进度，提高了发明的可靠实用性能。湿敏传感器部分可防水，防止进水而损坏传感器，提高了产品的安全性能；本发明可通过外部终端查看步态信息，方便查看行走轨迹，及时矫正提醒错误步态。
附图说明
图1为本发明所述的总体结构框架图；
图2为本发明所述的结构示意图；
图中：1-压力传感器，2-三轴加速度传感器，3-磁力计，4-蜂鸣器，5-磁场强度传感器，6-湿敏传感器，10-Zigbee模块，11-蓝牙模块，12-CPU核心板。
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。
参见图1和图2，本发明所述的一种可实时检测的走姿矫正仪：包括数据采集模块A、矫正部分模块B、数据处理模块C以及通信模块D；
数据采集模块A，包括压力传感器1、三轴加速度传感器2、磁力计3，所述的数据采集模块A实时采集足部压力的分布、足部着力部位、着地时间数据、足部翻滚角度和步行速度；
矫正部分模块B，包括蜂鸣器4、磁场强度传感器5、湿敏传感器6，接收数据处理模块的信号对矫正部分模块进行提醒；
数据处理模块C，为CPU核心板，对数据采集模块C采集到的数据进行存储并分析；
通信模块D，包括Zigbee模块10和蓝牙模块11，所述的通信模块D与数据处理模块C相连，负责所述处理器和外部终端或云平台的控制；
所述的压力传感器1不仅局限于一个或者多个，当压力传感器1受到压力，既行走过程中鞋着地时产生的力；所述的压力传感器1设有临界值a，当受到的压力大于临界值a时，数据处理模块C开始工作；当受到的压力小于临界值a时，数据处理模块C不工作。
所述的三轴加速度传感器2与磁力计3，当压力传感器1示数大于临界值a时，三轴加速度传感器2对X、Y、Z三个方向的加速度进行测量，并计算出俯仰角与翻滚角；其中一个磁力计3与三轴加速度传感器2完全平行放置，测量行走时脚的偏航角；另一个不同地址的磁力计3置于上半身，以此磁力计3用于将测得的偏航角作为标准航向。
所述的蜂鸣器4接收数据处理模块C信号，当检测结果为不正确走姿时，蜂鸣器4工作报警；当检测结果为正确走姿时，蜂鸣器4不工作。
所述的磁场强度传感器5通过带有磁场的脚印与地毯间的磁力作用来矫正，并以图表的形式呈现到终端中去。
所述的湿敏传感器6采用湿敏电容，当环境湿度发生改变时湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比，当湿敏传感器6的外露的一端感应到环境过湿或者有液体存在时，通过传输数据到终端，同时终端发出信号使得蜂鸣器4鸣笛报警。
所述的通信模块D包括Zigbee模块10、蓝牙模块11的不限于一种或多种。
所述的外部终端可显示用户实时步态数据、设定步态参数；所述的CPU核心板12存储用户所有步态信息，并进行大数据运算后，将处理结果反馈至所述外部终端、处理器。
本发明分为三个部分：数据采集部分、矫正部分、数据处理部分。
数据采集部分：在佩戴好走姿矫正仪后开始行走，当双脚着地时给仪器一个压力，压力传感器感1应到压力后开始记录数据。以右脚为例，由于当前的压力值大于设定的初始值a，故此时压力传感器给三轴加速度传感器2及磁力计3发出一个信号，三轴加速度传感器2及磁力计3接收到发出的信号后开始工作：三轴加速度传感器2开始对X、Y、Z三个方向的加速度进行数据采集，磁力计3对Mx、My、Mz行数据采集并在CPU核心板12内进行数据解算，得到俯仰角、翻滚角和偏航角。
采集完数据后，由θ＝asin(ax/g),φ＝atan(-ay,-az)计算出滚转角与俯仰角，由计算出偏航角。再通过CPU核心板12的算法处理将采集的数据转换成此刻右脚的偏移角度α1；同理可得出左脚的偏移角度α2。若α1，α2在设定标准偏移角度值内，则走姿正确，蜂鸣器4不报警。反之，若α1，α2若大于设定标准偏移角度值时为外八字脚，若α1，α2若小于设定标准偏移角度值时为内八字脚，(如附图2所示)，此时为不正确走姿，蜂鸣器4报警。
矫正部分：若为不正确走姿，则通过磁场强度传感器5与带有磁场的地毯间的磁力作用来吸引脚踩到正确的位置从而矫正走姿。最后将数据以图表的形式呈现在手机中，可以更方便地观测到两只脚的偏移角度差是否有所改善来判断走姿是否得到改善。跟蜂鸣器4的功能不同的是，蜂鸣器4只能检测到走姿的正误，而此部分可通过实时观测手机接收到的数据变化而进一步了解到在矫正过程中八字脚的程度是否有所减缓，是否达到一定的矫正效果。从而增加了矫正仪的精确使用性能。
数据通信部分：本发明用到了2个Zigbee模块10和1个蓝牙模块11，以及6种不同类型的传感器，分别为：压力传感器1，蜂鸣器4，三轴加速度传感器2，磁力计3，磁场强度传感器5和湿敏传感器6。其中压力传感器1用来检测脚的运动状态，蜂鸣器4用于警报，三轴加速度传感器2与磁力计3用来测两只脚的航向角，磁场强度传感器5用来矫正错误走姿，湿敏传感器6起到防护作用。Zigbee模块10和蓝牙模块11用来实现对数据实时的无线接收。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：包括数据采集模块(A)、矫正部分模块(B)、数据处理模块(C)以及通信模块(D)；
数据采集模块(A)，包括压力传感器(1)、三轴加速度传感器(2)、磁力计(3)，所述的数据采集模块(A)实时采集足部压力的分布、足部着力部位、着地时间数据、足部翻滚角度和步行速度；
矫正部分模块(B)，包括蜂鸣器(4)、磁场强度传感器(5)、湿敏传感器(6)，接收数据处理模块(C)的信号对矫正部分模块(B)进行提醒；
数据处理模块(C)，为CPU核心板(12)，对数据采集模块(C)采集到的数据进行存储并分析；
通信模块(D)，包括Zigbee模块(10)和蓝牙模块(11)，所述的通信模块(D)与数据处理模块(C)相连，负责所述处理器和外部终端或云平台的控制。
2.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的压力传感器(1)不仅局限于一个或者多个，当压力传感器(1)受到压力，既行走过程中鞋着地时产生的力；所述的压力传感器(1)设有临界值a。
3.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的三轴加速度传感器(2)与磁力计(3)，当压力传感器(1)示数大于临界值a时，三轴加速度传感器(2)对X、Y、Z三个方向的加速度进行测量，并计算出俯仰角与翻滚角；其中一个磁力计(3)与三轴加速度传感器(2)完全平行放置，测量行走时脚的偏航角；另一个不同地址的磁力计(3)置于上半身，以此磁力计(3)用于将测得的偏航角作为标准航向。
4.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的蜂鸣器(4)接收数据处理模块(C)信号，当检测结果为不正确走姿时，蜂鸣器(4)工作报警；当检测结果为正确走姿时，蜂鸣器(4)不工作。
5.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的磁场强度传感器(5)通过带有磁场的脚印与地毯间的磁力作用来矫正，并以图表的形式呈现到终端中去。
6.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的湿敏传感器(6)采用湿敏电容，当环境湿度发生改变时湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
7.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的通信模块(D)包括Zigbee模块(10)、蓝牙模块(11)的不限于一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种可实时检测的走姿矫正仪，其特征在于：所述的外部终端可显示用户实时步态数据、设定步态参数；所述的CPU核心板(12)存储用户所有步态信息，并进行大数据运算后，将处理结果反馈至所述外部终端、处理器。
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