CN110537989A - 一种牙齿清洁方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种牙齿清洁方法及系统，所述方法包括获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；根据所述牙刷方案清洁牙齿。本发明所提供的一种牙齿清洁方法及系统，实现口腔的全面清洁。

Description

一种牙齿清洁方法及系统

技术领域

本发明涉及口腔监测领域，特别是涉及一种牙齿清洁方法及系统。

背景技术

随着生活质量的提高，人们可以吃到各种各样的食物，随之不同的食物残渣也带来了各种各样的口腔问题。现在口腔问题困扰着不同年龄段的人们。基于上述问题，为了减少口腔问题带来的困扰，人们将传统的牙刷更新到智能牙刷，通过智能牙刷尽可能的减少食物残渣。但是，人们只是根据自己的使用习惯进行刷牙清洁，而不清楚智能牙刷是否清洁了口腔中每个牙齿，即不清楚智能牙刷在口腔中的位置，进而不能全面清洁口腔，牙齿清洁效果差。

发明内容

本发明的目的是提供一种牙齿清洁方法及系统，解决现有技术中牙刷清洁效果差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种牙齿清洁方法，包括：

获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；

根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；

根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；

根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；

根据所述牙刷方案清洁牙齿。

可选的，所述根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置，具体包括：

根据所述加速度和所述角速度确定四元数；

根据所述四元数，确定欧拉角；

根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

可选的，所述获取牙刷在口腔内的加速度和加速度，具体包括：

利用刷头内部芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的角速度。

可选的，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数之前，还包括：

利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。

可选的，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数，具体包括：

将获取牙刷在口腔内的加速度和加速度进行整合运算确定四元数。

可选的，所述根据所述四元数，确定欧拉角，具体包括：

将所述四元数进行微积分处理，确定微积分处理的四元数；

将所述微积分处理的四元数进行均值滤波处理，确定所述欧拉角。

一种牙齿清洁系统，包括：

速度获取模块，用于获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；

牙刷位置确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；

轨迹确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；

刷牙方案确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；

清洁模块，用于根据所述牙刷方案清洁牙齿。

可选的，所述牙刷位置确定模块具体包括：

四元数确定单元，用于根据所述加速度和所述角速度确定四元数；

欧拉角确定单元，用于根据所述四元数，确定欧拉角；

牙刷位置确定单元，用于根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

可选的，所述速度获取模块具体包括：

速度获取单元，用于利用牙刷芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的加速度。

可选的，还包括：

数据发送模块，用于利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所提供的一种牙齿清洁方法及系统，通过牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置，即准确的获取到牙刷在人体口腔内部的状态，准确的得知牙刷当前刷牙的部位，并且通过牙刷在口腔内的位置，得知牙刷在口腔内的轨迹，可以清楚的知道牙刷的整个刷牙过程和了解每颗牙的清洁情况，并且，通过牙刷在口腔内的轨迹，制定刷牙方案，根据刷牙方案清洁牙齿，进一步的实现口腔的全面清洁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种牙齿清洁方法的流程示意图；

图2为本发明所提供的一种牙齿清洁系统的结构示意图。

附图说明：

201-速度获取模块，202-牙刷位置确定模块，203-轨迹确定模块，204-刷牙方案确定模块，205-清洁模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种牙齿清洁方法及系统，解决现有技术中牙刷清洁力度低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所提供的一种牙齿清洁方法的流程示意图，如图1所示，一种牙齿清洁方法，包括：

S101，获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；

S102，根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；

S103，根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；

S104，根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；

S105，根据所述牙刷方案清洁牙齿。

在实际应用中，所述根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置，具体包括：

根据所述加速度和所述角速度确定四元数；

根据所述四元数，确定欧拉角；

根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

其中，所述获取牙刷在口腔内的加速度和加速度，具体包括：

利用刷头内部芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的角速度。

为了将牙刷的实时位置达到可视化的效果，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数之前，还包括：

利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。

在具体的实施例中，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数，具体包括：

将获取牙刷在口腔内的加速度和加速度进行整合运算确定四元数。

所述根据所述四元数，确定欧拉角，具体包括：

将所述四元数进行微积分处理，确定微积分处理的四元数；

将所述微积分处理的四元数进行均值滤波处理，确定所述欧拉角。

在具体的应用中，本发明所提供的一种牙齿清洁方法，在被测物体上选定测量基准点O坐标中心(也就是口腔内牙刷位置)，构建三维坐标系O-XYZ，设定沿坐标轴的六个方向X正向、X负向、Y正向、Y负向、Z正向、Z负向为基准方向，具体的为：

牙刷刷头内部安装六轴传感器，六轴传感器分别获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的角速度；设读到的三轴加速度16进制分别为：acc_x_h、acc_x_l、acc_y_h、acc_y_l、acc_z_h和acc_z_l；

acc_x_h，为x轴正方向加速度；acc_x_l为x轴负方向加速度；acc_y_h为y轴正方向加速度；acc_y_l为y轴负方向加速度；acc_z_h为z轴正方向加速度；acc_z_l为z轴负方向加速度。

读到的三轴的角速度为：gyro_x_h、gyro_x_l、gyro_y_h、gyro_y_l、gyro_z_h和gyro_z_l。

gyrox_h为x轴正方向角速度；gyro_x_l为x轴负方向角速度；gyro_y_h为y轴正方向角速度；gyro_y_l为y轴负方向角速度；gyro_z_h为z轴正方向角速度；gyro_z_l为z轴正负向角速度。

将上述获取的3个轴的加速度和3个轴的角速度通过牙刷中的蓝牙模块传输到客户端的算法模块。

获取的3个轴的加速度和3个轴的角速度进行整合运算得到四元数：

具体整合步骤为：

利用公式1分别将x，y，z三轴加速度进行合并；

Acc_x＝(acc_x_h*256)+acc_x_l

Acc_y＝(acc_y_h*256)+acc_y_l式1

Acc_z＝(acc_z_h*256)+acc_z_l

利用公式2分别将x，y，z三轴角速度进行合并；

gyro_x＝(gyro_x_h*256)+gyro_x_l

gyro_y＝(gyro_y_h*256)+gyro_y_l式2：

gyro_z＝(gyro_z_h*256)+gyro_z_l

对四元数进行微积分处理；处理步骤为：

设norm(重力加速度)＝(Acc_x*Acc_x+Acc_y*Acc_y+Acc_z*Acc_z)开平方

设：

ax＝Acc_x/norm；

ay＝Acc_y/norm；

az＝Acc_z/norm；

Ax为x轴方向重力加速度，ay为y轴方向重力加速度，az为z轴方向重力加速度。

设q0，q1，q2，q3为四元数，所述四元数的关系如下：

q0q0＝q0*q0；

q0q1＝q0*q1；

q0q2＝q0*q2；

q0q3＝q0*q3；

q1q1＝q1*q1；

q1q2＝q1*q2；

q1q3＝q1*q3；

q2q2＝q2*q2；

q2q3＝q2*q3；

q3q3＝q3*q3；

对四元数提取四元数的等效余弦矩阵中的重力分量；

vx＝2*(q1q3-q0q2)；

vy＝2*(q0q1+q2q3)；

vz＝1-2*(q1*q1+q2*q2)；

vx为x轴方向等效余弦矩阵中的重力分量，vy为y轴方向等效余弦矩阵中的重力分量，vz为z轴方向等效余弦矩阵中的重力分量。

利用向量叉积得出姿态误差

ex＝(ay*vz-az*vy)；

ey＝(az*vx-ax*vz)；

ez＝(ax*vy-ay*vx)；

ex为x轴姿态误差，ey为y轴姿态误差，ez为z轴姿态误差。

对三轴姿态误差进行积分；

设ki＝0.001误差积分增益(陀螺仪的偏差值)

exInt＝ex*ki；

eyInt＝ey*ki；

ezInt＝ez*ki；

exInt为x轴方向误差积分值，eyInt为y轴方向误差积分值，ezInt为z轴方向误差积分值。

所述微积分处理的四元数进行均值滤波处理，确定所述欧拉角；具体处理步骤为：

利用互补滤波，姿态误差补偿到角速度上，修正角速度积分漂移

设kp2.0f加速度权重，越大则向加速度测量值收敛越快；

gx+＝kp*ex+exInt；(将误差PI后补偿到陀螺仪，即补偿零点漂移)；

gy+＝kp*ey+eyInt；(修正陀螺输出)；

gz+＝kp*ez+ezInt；(这里的gz由于没有观测者进行矫正会产生漂移，表现出来的就是积分自增或自减)；

利用一阶龙格库塔法更新四元数；

q0+＝(-q1*gx-q2*gy-q3*gz)*0.5*deltaT；delatT为传输速率；

q1+＝(q0*gx+q2*gz-q3*gy)*0.5*deltaT；

q2+＝(q0*gy-q1*gz+q3*gx)*0.5*deltaT；

q3+＝(q0*gz+q1*gy-q2*gx)*0.5*deltaT；

四元数归一化；

norm＝sqrt(q0*q0+q1*q1+q2*q2+q3*q3)；

q0＝q0/norm；

q1＝q1/norm；

q2＝q2/norm；

q3＝q3/norm；

四元数转欧拉角；

设RAD_TO_DEG＝1/π；

GyroAngle.z＝tan2(2.0f*(q1*q2-q0*q3)，2.0f*(q1q1+q2q2)-1)*RAD_TO_DEG；//YAW；

GyroAngle.x＝sin(-2*q1*q3+2*q0*q2)*RAD_TO_DEG；//pitch；

GyroAngle.y＝tan2(2*q2*q3+2*q0*q1，-2*q1*q1-2*q2*q+1)*RAD_TO_DEG；//roll。

根据确定的欧拉角可以在客户端中实时得知牙刷的位置。

并且在具体的实施例中，用户事先将自己的口腔三维图上传至客户端，客户端将牙刷的实时位置映射到口腔三维图中，就可以精准的知道牙刷位于口腔的具体位置，并且根据实时位置绘制牙刷在口腔内部的轨迹，让用户可以清楚的了解到本次刷牙的过程，客户端将数据存储并传送至云端服务器保存，统计一周的数据返回给客户端，客户端再以图形化的方式展出出来，让用户了解自己每一个颗牙的具体状况。

本发明所提供的一种牙齿清洁方法，利用六轴传感器获取3个轴的加速度和角速度；并对3个轴的加速度和角速度进行重力加速度归一化处理。

提取四元数的等效余弦矩阵中的重力分量。

将加速度归一化处理后的3个轴的加速度与提取的重力分量进行进行向量叉积计算得出姿态误差。

对姿态误差进行积分计算的。

进行互补滤波，并将上述积分计算后的姿态误差补偿到角速度上，修正角速度积分偏移。

利用一阶龙格库塔法更新四元数，并对更新后的四元数进行归一化处理。

将上述归一化处理后的四元数确定欧拉角。

本发明的技术方案可以时时监测牙刷在口腔内部位置变动法，以便能够更加清晰，直观的使人们观察自己的口腔与牙齿状况，本算法采用六轴模块与蓝牙数据传输，能够更加精确的体现牙刷在人体口腔中的当前位置，在六轴传感器中分别获得3个轴的加速度，和3个轴的角速度，拿到6轴分别的数据之后，整合进行运算得到四元数，将四元数在进行微积分处理，再通过均值滤波(将牙刷各个档位的干扰波动过滤)可以得到牙刷平移与转动的各个位置准确的数据，将此算法用在移动端开发中，以图形化的方式可以使人们更加直观的知道当前在刷某一个位置，并且可以根据用户的刷牙习惯为其制定更好的刷牙方案。

针对现有的技术问题(空间效，误码率高，反应速度慢)本算法利用六轴并启用蓝牙4.0传输技术(每50ms接受发15字节的速率)通过对x，y，z三轴加速度和三轴角速度的算法处理，将此算法作用移动终端开发中，可以让用户以图形化的方式更加直观，清晰的刷牙，以及可以放映用户长时间刷牙的状况。

客户端及相应的app，可以提供的图形界面，在其中可以得到牙刷不同位置状态的改变。进一步实现3d物理模型在空间内部的状态的改变和位置的监测。

图2为本发明所提供的一种牙齿清洁系统，如图2所示，一种牙齿清洁系统，包括：速度获取模块201，牙刷位置确定模块202，轨迹确定模块203，刷牙方案确定模块204和清洁模块205。

速度获取模块201用于获取牙刷在口腔内的加速度和角速度。

牙刷位置确定模块202用于根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置。

轨迹确定模块203用于根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹。

刷牙方案确定模块204用于根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案。

清洁模块205用于根据所述牙刷方案清洁牙齿。

所述牙刷位置确定模块202具体包括：四元数确定单元、欧拉角确定单元和牙刷位置确定单元。

四元数确定单元用于根据所述加速度和所述角速度确定四元数。

欧拉角确定单元用于根据所述四元数，确定欧拉角。

牙刷位置确定单元用于根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

所述速度获取模块201具体包括：速度获取单元。

速度获取单元用于利用牙刷芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的加速度。

本发明所提供的一种牙齿清洁系统还包括：数据发送模块。

数据发送模块用于利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种牙齿清洁方法，其特征在于，包括：

获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；

根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；

根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；

根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；

根据所述牙刷方案清洁牙齿。

2.根据权利要求1所述的一种牙齿清洁方法，其特征在于，所述根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置，具体包括：

根据所述加速度和所述角速度确定四元数；

根据所述四元数，确定欧拉角；

根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

3.根据权利要求1所述的一种牙齿清洁方法，其特征在于，所述获取牙刷在口腔内的加速度和加速度，具体包括：

利用刷头内部芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的角速度。

4.根据权利要求2所述的一种牙齿清洁方法，其特征在于，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数之前，还包括：

利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。

5.根据权利要求2所述的一种牙齿清洁方法，其特征在于，所述根据所述加速度和所述角速度确定四元数，具体包括：

将获取牙刷在口腔内的加速度和加速度进行整合运算确定四元数。

6.根据权利要求2所述的一种牙齿清洁方法，其特征在于，所述根据所述四元数，确定欧拉角，具体包括：

将所述四元数进行微积分处理，确定微积分处理的四元数；

将所述微积分处理的四元数进行均值滤波处理，确定所述欧拉角。

7.一种牙齿清洁系统，其特征在于，包括：

速度获取模块，用于获取牙刷在口腔内的加速度和角速度；

牙刷位置确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的加速度和角速度确定牙刷在口腔内的位置；

轨迹确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的位置，确定牙刷在口腔内的轨迹；

刷牙方案确定模块，用于根据所述牙刷在口腔内的轨迹，确定刷牙方案；

清洁模块，用于根据所述牙刷方案清洁牙齿。

8.根据权利要求7所述的一种牙齿清洁系统，其特征在于，所述牙刷位置确定模块具体包括：

四元数确定单元，用于根据所述加速度和所述角速度确定四元数；

欧拉角确定单元，用于根据所述四元数，确定欧拉角；

牙刷位置确定单元，用于根据所述欧拉角确定牙刷在口腔内的位置。

9.根据权利要求7所述的一种牙齿清洁系统，其特征在于，所述速度获取模块具体包括：

速度获取单元，用于利用牙刷芯片上设置的六轴传感器获取牙刷在口腔内的3个轴的加速度和3个轴的加速度。

10.根据权利要求8所述的一种牙齿清洁系统，其特征在于，还包括：

数据发送模块，用于利用牙刷上设置的蓝牙装置将所述所述加速度和所述角速度发送至客户端。