CN110537923A - 一种可穿戴式姿态矫正装置 - Google Patents

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张进
李征
高腾飞
张豪
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Abstract

本发明公开了一种可穿戴式背部姿势矫正装置，其特征在于采用柔性电子传感器组成矩阵单元采集信号进行综合分析并设置临界值，在所测信号到达临界值时，发出报警信号。与此同时，此装置具有贴合身躯，材料舒适、结构简单的特点。可以实时监测人体背部状态，如驼背、脊柱侧弯等不良状态。

Description

一种可穿戴式姿态矫正装置
技术领域
本发明涉及背部应力检测领域，是一种通过柔性电子传感器实时监测背部特定单元处的形变及应力，在到达设定的临界值便会自动报警的可穿戴式姿态矫正装置。
背景技术
在求学生涯中，学生的大部分时间是坐着的，因此坐姿对学生的健康有着严重的影响。众所周知，不良的坐姿会形成驼背、脊柱侧弯等状况，还会影响到视力。这种情况不止发生在学生这个群体，经常坐在电脑前工作的人群同样存在着这个问题。针对这个现象，已有技术往往是采用物理机械矫正或通过某些装置测量人体下巴到桌面的距离及坐姿的时长来进行监控调整。而本发明则是通过柔性电子传感器形成矩阵单元，紧附背心监测点处，背心具有弹性，与身体紧密接触。相比于上述技术，本发明不同于机械矫正，不存在因机械力使用不当伤害脊柱的风险，同样，相比测量距离和时间的装置，本发明具有监测和矫正范围宽的优点，可对驼背，倾斜，侧弯等不良姿势进行监测与矫正。并且，本发明结构简单，具有技术简便、灵活的特点。
发明内容
本发明主要解决的问题是提供一种可穿戴式姿态矫正装置，可对背部不良姿态进行监测与矫正。为满足以上要求，本发明采用以下技术方案。
本发明对驼背、身躯倾斜、脊柱侧弯等不良姿态具有敏感的监测与矫正功能，其特征在于采用可穿戴式柔性装置，由弹性背心、信号采集单元，信号采集和无线信号传输装置形成分层组合结构。
本发明为背心样式，其形式是在装置是特定采集信号处布有信号采集单元，采集单元为柔性基底材料，上有矩阵式排列单元，单元的基本单位为柔性电子传感器和无线传播装置，中间用导线连接。。
本发明选取六处为信号采集源，其位置由实验确定，方法为观测人体在不同姿势下背部形变量大小。
装置将展现背面与正面两处视图，在其上标注出六处信号采集单元位置，具体以附图为准。
将正面视图标记为代号1，其上有信号采集单元2；将背面视图标记为代号3，其上有信号采集单元4，5，6，7，8以及信号采集和无线信号传输装置9。
信号采集单元2位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异。
信号采集单元4上端位于第三胸椎处，具体尺寸视人而定。
信号采集单元5与8分别对应部分肩胛骨，并且向下延伸，其形式参考说明书附图1。
信号采集单元6位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异。
信号采集单元7连接胸椎和腰椎，其形式可参考附图1。
信号采集和无线信号传输装置9位于装置底部并密封，用于采集处理柔性电子传感器发出的信号；
在装置上建立平面坐标轴，规定以脊柱为y轴，垂直脊柱为x轴。则信号采集单元均平行于y轴，并且信号采集单元4与7位于y轴上。
信号采集单元为柔性电子传感器矩阵式排列，每个基点均能输出信号，采集单元样式稍有不同，其外形由测量处形态要求决定。
信号采集单元密封在柔性基底上，保证可与躯体紧密接触。其分布样式可参考说明书附图2。
用粘结剂将柔性基底与弹性背心紧密胶合，保证其稳定性。
柔性可穿戴电子传感器的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分。以压阻为例，压阻传感器可以将外力转换成电阻的变化, 进而可以方便地用电学测试系统间接探测外力变化。
待选定材料后，其密度电阻率ρ为常数，材料电阻的变化主要由体积决定。
公式为：R=ρL/A L为长度，A为面积。
电子传感器的灵敏度可以用应变系数(GF)来表示, 应变系数可以用公式GF=dR/R0dε来表达, 其中R0为不受应力时材料的初始电阻值, ε为受应力时材料的形变量，且查阅资料可知，基于几何体变化的的应变传感系数GF约等于2。
由信号采集单元受力产生几何体变化后，电阻产生变化，由信号采集和无线信号传输装置传出，经处理可得形变量及所受力的值，将其与经试验测定的临界值相比较，若超出则产生报警信号，提醒使用人进行姿态矫正。
附图说明：附图1为装置正面及背面两视图，其上有2，4，5，6，7，8—矩阵式信号采集单元；附图2为信号采集单元样式。
具体实施方式：
结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更容易被本领域技术人员所理解，从而对本发明的保护范围做出更明确的界定。
实施方案如下：
本发明采用可穿戴式柔性装置，由弹性背心、信号采集单元，信号采集和无线信号传输装置组成。
本发明为背心样式，其形式是在装置是特定采集信号处布有信号采集单元，采集单元为柔性基底材料，上有矩阵式排列单元，单元的基本单位为柔性电子传感器和无线传播装置，中间用导线连接。
由实验确定信号采集源位置，共得出六处，方法为观测人体在不同姿势下背部形变量大小。然后将装置背面与正面两处视图展现出来，并在在其上标注出六处信号采集单元位置以及信号采集单元。
将正面视图标记为代号1，其上有信号采集单元2；将背面视图标记为代号3，其上有信号采集单元4，5，6，7，8以及信号采集和无线信号传输装置9。
信号采集单元2位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异。
信号采集单元4上端位于第三胸椎处，具体尺寸视人而定。
信号采集单元5与8分别对应部分肩胛骨，并且向下延申，其形式参考说明书附图1。
信号采集单元6位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异。
信号采集单元7连接胸椎和腰椎，其形式可参考附图。
信号采集和无线信号传输装置9位于装置底部并密封，用于采集处理柔性电子传感器发出的信号；
在装置上建立平面坐标轴，规定以脊柱为y轴，垂直脊柱为x轴。则信号采集单元均平行于y轴，并且信号采集单元4与7位于y轴上。
信号采集单元为柔性电子传感器矩阵式排列，每个基点均能输出信号，采集单元样式稍有不同，其外形由测量的处形态要求决定。
信号采集单元密封在柔性基底上，保证可与躯体紧密接触。其分布样式可参考说明书附图2。
用粘结剂将柔性基底与弹性背心紧密胶合，保证其稳定性。
使用过程：首先测量自然站立时的躯体形态，将已完成的装置穿戴整齐打开并使装置处于正常运转状态，然后开始进行实验，1.驼背状态：脊柱发生在y轴的弯曲，信号采集单元4和7为这种状态下的主要采集单元，其材料确定，密度视为定值，由公式R=ρL/A可知，电阻变化主要由体积决定，因此在所有信号采集单元发生形变后，电阻产生变化，其信号先传至信号采集和无线信号传输装置9中，然后由其输出，再进行对信号的分析处理；2.身躯倾斜状态：此状态下主要是信号采集单元5和8工作，其流程与1一样；3.脊柱侧弯状态：此状态下主要是信号采集单元2和6工作，其流程与上述相同；4.坐立状态下各种状态的测量：只需将站立姿势改为坐立，待装置稳定后重新进行测量，其工作流程与站立时相同。
以上所述仅为本发明实施例，并非本发明的专利范围，故凡利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.本发明主要解决的问题是提供一种可穿戴式姿态矫正装置，可对背部不良姿态进行监测与矫正；为满足以上要求，本发明采用以下技术方案，其对驼背、身躯倾斜、脊柱侧弯等不良姿态具有敏感的监测与矫正功能，特征在于采用可穿戴式柔性装置，由弹性背心、信号采集单元，无线信号传输装置形成分层组合结构。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，装置在特定采集信号处布有信号采集单元，采集单元为柔性基底材料，上有矩阵式排列单元，单元的基本单位为柔性电子传感器和无线传输装置，中间用导线连接。
3.根据权利要求2所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，装置共选取六处为信号采集源，其位置由实验确定，方法为观测人体在不同姿势下背部形变量大小。
4.根据权利要求2，3所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，装置将展现背面与正面两处视图，在其上标注出六处信号采集单元位置，具体以附图为准;将正面视图标记为代号1，其上有信号采集单元2；将背面视图标记为代号3，其上有信号采集单元4，5，6，7，8以及信号采集和无线信号传输装置9。
5.根据权利要求4所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，信号采集单元2位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异；信号采集单元5与8分别对应部分肩胛骨，并且向下延申，其形式参考说明书附图1；信号采集单元6位于躯体左侧，对应部分腹内斜肌及腋窝处下，具体尺寸因人而异；信号采集单元7连接胸椎和腰椎，其形式可参考附图。
6.根据权利要求1所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，无线信号传输装置9位于装置底部并密封，其与柔性电子传感器以导线连接且传输信号数量对应柔性电子传感器数量。
7.根据权利要求1，2，4所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，在装置上建立平面坐标轴，规定以脊柱为y轴，垂直脊柱为x轴；
则信号采集单元均平行于y轴，并且信号采集单元4与7位于y轴上；
信号采集单元为柔性电子传感器矩阵式排列，每个基点均能输出信号，采集单元样式稍有不同，其形态由测量处形态要求决定；
信号采集单元密封在柔性基底上，保证可与躯体紧密接触；
其分布样式可参考说明书附图2；
用粘结剂将柔性基底与弹性背心紧密胶合，保证其稳定性。
8.根据权利要求4所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，柔性可穿戴电子传感器的信号转换机制主要分为压阻、电容和压电三大部分；以压阻为例，压阻传感器可以将外力转换成电阻的变化, 进而可以方便地用电学测试系统间接探测外力变化。
9.根据权利要求8所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，待柔性电子传感器选定材料后，其密度电阻率ρ为常数，材料电阻的变化主要由体积决定；公式为：R=ρL/A L为长度，A为面积；电子应变传感器的灵敏度可以用应变系数(GF)来表示, 应变系数可以用公式GF=dR/R0dε来表达, 其中R0为不受应力时材料的初始电阻值, ε为受应力时材料的形变量，且查阅资料可知，基于几何体变化的的应变传感系数GF约等于2。
10.根据权利要求10所述的一种可穿戴式姿态矫正装置，其特征在于，信号采集单元受力产生几何体变化后，电阻产生变化，由无线信号传输装置传出，经处理可得形变量及所受力的值，将其与经试验测定的临界值相比较，若超出则产生报警信号，提醒使用人进行姿态矫正。
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