CN111643059B - 一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，包括外壳、主级控制系统、次级控制系统、电动推杆机构、压力测量系统、led显示屏及支撑机构；所述的主级控制单元包括STM32单片机及与STM32单片机连接的复位按钮，所述的次级控制单元包括51单片机及与51单片机连接的复位按钮；所述的电动推杆机构包括电位计、变频器、步进电机、齿轮、减速装置和伸缩杆。仪器启动后，主控制系统STM32单片机接受信号，带动步进电机工作；次级控制系统51单片机同时接收启动信号，带动柔性压力传感器工作，传感器接受压力信号并传回次级控制系统，实现了智能测量和评估脊椎侧弯。

Description

一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪
技术领域
本发明属于瑜伽器材技术领域，特别涉及一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪及其使用方法。
背景技术
脊椎侧弯是青少年常见的问题，轻度的脊柱侧弯只要尽早处理，一般不会对生活有影响。但严重的脊柱侧弯不仅影响美观，还会影响运动机能，更严重的会影响内脏的功能。瑜伽的相关练习可帮助我们使脊椎侧弯部位回到正位状态，但对于瑜伽非专业人士在进行瑜伽训练时，无法及时获取脊椎侧弯的详细信息，即无法保证对脊椎侧弯部分采取相应的有效体式，且现有的瑜伽辅助工具通常是需要教练指导的，或是需要人工调节的，不便于独立使用，缺乏灵活性。因此，在通过瑜伽练习改善脊椎侧弯时，针对不同部位的脊椎侧弯程度采取针对性的体式练习显得尤为重要，只有在具有针对性的体式下进行练习，才可起到“对症下药”的有益效果。如申请号200920268550.6设计的一种用于测量人体脊椎的脊椎测量仪，该脊椎测量仪需要贴附在颈椎或胸椎或腰间椎的形像图片，以此来比对该脊椎测量仪的其中一条沟痕与该形像图片的颈椎或胸椎或腰间椎的线条形状，进而判读人体脊椎的脊椎成像图片上的脊椎线条形状的是否正常。该仪器实现了脊椎侧弯的相关检测，但缺点在于需要依附形象图片，无法直接得出相关结论，检测过程较为复杂漫长。如申请号201810590403.4设计的一种电子脊椎测量仪，通过将脊椎测量仪本体置于受检者肩部，医护人员通过手柄手持脊椎测量仪本体接着沿受检者背脊滑动，扫描得出结果。该脊椎测量仪结构简单，提高了测量的准确性。其缺点在于需要手动操作，无法保证该脊椎测量仪稳定匀速的滑动，使结果产生较大误差，对于瑜伽练习者来说操作复杂，并不适用于改善脊椎侧弯。
发明内容
为了克服以上缺陷，本发明的目的在于提供一种可智能测量脊椎是否弯曲及弯曲程度的测量仪，该测量仪可以根据不同使用者的脊椎状况自动调节测量模式，实时给出脊椎侧弯相关数据，使用者可根据所得脊椎侧弯程度进行有效的瑜伽体式训练，整个测量过程无需借助外力，实现了智能测量和评估脊椎侧弯的目的。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，包括外壳、主级控制系统、次级控制系统、电动推杆机构、压力测量系统、led显示屏及支撑机构；
所述的主级控制单元包括STM32单片机及与STM32单片机连接的复位按钮，所述的次级控制单元包括51单片机及与51单片机连接的复位按钮；
所述的电动推杆机构包括电位计、变频器、步进电机、齿轮、减速装置和伸缩杆；所述的变频器与电位计连接,所述电位计一端连接至变频器电压输入端，另一端接入步进电机，所述电位计和变频器均与主级控制单元的STM32单片机相连；所述伸缩杆通过齿轮与步进电机的转子相连，所述步进电机与STM32单片机相连，所述步进电机经过减速装置减速后连接丝杆螺母，将步进电机的旋转运动变成直线运动，带动伸缩杆前后移动；
所述的压力测量系统安装在伸缩杆外端，包括壳体、壳体内的柔性传感器和次级控制系统、壳体表面的led显示屏和壳体底部的凹槽橡胶垫，所述的底部凹槽橡胶垫中央向内凹陷形成凹槽，所述的柔性传感器均匀贴附在底部凹槽橡胶垫的表面，并通过导线与次级控制系统的51单片机相连；所述的led显示屏与所述的51单片机相连，次级控制系统接收的压力数据经过处理后实时显示在led显示屏上。
进一步的，所述的变频器与电位计之间采用屏蔽线进行相接,所述电位计的滑动端接到变频器电压输入端的AVI，另一端接入步进电机，所述电位计和变频器都通过导线与STM32单片机相连。
进一步的，在STM32单片机输入输出接口上用3条I/0线对步进电动机进行控制，STM32单片机用I/O口的RA0、RAI、RA2控制步进电机的三相，从而把主级控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，进而带动齿轮转动。
进一步的，所述的步进电机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母，把电机的旋转运动变成直线运动，从而实现伸缩杆的前进与后退。
进一步的，所述的步进电机上部固定轴上固定齿轮，齿轮与步进电机的转子通过螺栓紧密固定；步进电机安装在步进电机支座上，步进电机支座通过螺纹连接安装在电位计与变频器上部平板上。
进一步的，所述的柔性传感器采用RX-M64阵列分布式柔性薄膜压力传感器，可实现全方位的压力检测。
进一步的，所述的主级控制系统和电动推杆机构安装在外壳内，所述的外壳底部连接所述的支撑机构，所述的支撑机构包括皮革底座和皮革底座的内部支柱，所述的皮革底座用于脊椎侧弯测量时垫脚。
进一步的，所述的外壳前端设有开槽，所述的电动推杆机构的伸缩杆及压力测量系统从壳前端开槽伸出，使用完毕后从开槽收回外壳内部。
进一步的，所述丝杆螺母通过螺栓与刹车装置紧密固定，在伸缩杆达到一定的长度，在刹车系统的控制下实现伸缩杆的停顿，便于后续伸缩杆进行缩短。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的瑜伽智能脊椎弯曲测量仪结构简单，采用主次两个控制系统分别控制不同部分，分工明确。仪器启动后，主控制系统STM32单片机接受信号，带动步进电机工作；次级控制系统51单片机同时接收启动信号，带动柔性压力传感器工作，传感器接受压力信号并传回次级控制系统，实现实时给出脊椎侧弯相关数据的功能；本发明电动化一键控制，操作方便，整个过程无需借助外力即可实现智能测量脊椎的目的；在电位计的调控下可实现电动推杆的匀速前行，灵活度高，实用性强。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图。
图2为本发明的工作原理框图。
图3为本发明的具体实施使用状态图。
图中：1-外壳，2-led显示屏，3-固定螺栓，4-主级控制系统，5-柔性压力传感器，6-控制开关，7-次级控制系统，8-支柱，9-皮革底座，10-变频器，11-电位计，12-步进电机，13-小齿轮，14-大齿轮，15-丝杆螺母，16-刹车装置，17-伸缩杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，包括外壳1、主级控制系统4、次级控制系统7、电动推杆机构、压力测量系统、led显示屏2及支撑机构；
所述的主级控制单元包括STM32单片机及与STM32单片机连接的复位按钮，所述的次级控制单元包括51单片机及与51单片机连接的复位按钮；
所述的电动推杆机构包括电位计11、变频器10、步进电机12、齿轮、减速装置和伸缩杆17；所述的变频器10与电位计11连接,所述电位计11一端连接至变频器10电压输入端，另一端接入步进电机12，所述电位计11和变频器10均与主级控制单元的STM32单片机相连；所述伸缩杆17通过齿轮与步进电机12的转子相连，所述步进电机12与STM32单片机相连，所述步进电机12经过减速装置减速后连接丝杆螺母15，将步进电机12的旋转运动变成直线运动，带动伸缩杆17前后移动；
所述的压力测量系统安装在伸缩杆17外端，包括壳体、壳体内的柔性传感器和次级控制系统7、壳体表面的led显示屏2和壳体底部的凹槽橡胶垫，所述的底部凹槽橡胶垫中央向内凹陷形成凹槽，所述的柔性传感器均匀贴附在底部凹槽橡胶垫的表面，并通过导线与次级控制系统7的51单片机相连；所述的led显示屏2与所述的51单片机相连，次级控制系统7接收的压力数据经过处理后实时显示在led显示屏2上。
所述的变频器10与电位计11之间采用屏蔽线进行相接,所述电位计11的滑动端接到变频器10电压输入端的AVI，另一端接入步进电机12，所述电位计11和变频器10都通过导线与STM32单片机相连。
在STM32单片机输入输出接口上用3条I/0线对步进电动机进行控制，STM32单片机用I/O口的RA0、RAI、RA2控制步进电机12的三相，从而把主级控制系统4发出的脉冲信号转化为步进电机12的角位移，进而带动齿轮转动。
开关信号输出端连接单片机的信号接收端，单片机的信号输出端与所述步进电机12连接，STM32单片机接受开关信号，向步进电机12传输不同状态的电信号，进而控制步进电机12正转或反转运动。
所述的步进电机12经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母15，把电机的旋转运动变成直线运动，从而实现伸缩杆17的前进与后退。
所述的步进电机12上部固定轴上固定齿轮，齿轮与步进电机12的转子通过螺栓紧密固定；步进电机12安装在步进电机12支座上，步进电机12支座通过螺纹连接安装在电位计11与变频器10上部平板上。
所述的柔性传感器采用RX-M64阵列分布式柔性薄膜压力传感器，可实现全方位的压力检测。仪器外壳1为PVC材料制作而成。控制电路上设有USB接口。
所述的主级控制系统4和电动推杆机构安装在外壳1内，所述的外壳1底部连接所述的支撑机构，所述的支撑机构包括皮革底座9和皮革底座9的内部支柱8，所述的皮革底座9用于脊椎侧弯测量时垫脚。
所述的外壳1前端设有开槽，所述的电动推杆机构的伸缩杆17及压力测量系统从壳前端开槽伸出，使用完毕后从开槽收回外壳1内部。
所述丝杆螺母15通过螺栓与刹车装置16紧密固定，在伸缩杆17达到一定的长度，在刹车系统的控制下实现伸缩杆17的停顿，便于后续伸缩杆17进行缩短。
参阅图1，主级控制系统4扣合固定在底部支柱8右侧，主级控制系统4内的STM32单片机与步进电机12通过导线相连，电位计11与变频器10通过导线相连并扣合固定在底部支柱8左侧，步进电机12与小齿轮13通过螺栓紧密固定，进一步与大齿轮14连接，大齿轮14通过固定轴与丝杆螺母15紧密连接，刹车装置16通过螺母与伸缩杆17紧密扣合，伸缩杆17焊接固定在次级控制系统7上方，led显示屏2通过导线与次级控制系统7连接，柔性压力传感器5与橡胶垫凹槽紧密贴合，并通过导线与次级控制系统7内的51单片机相连，实时传送压力信号。
参阅图3，本发明的具体实施实例为：启动控制开关6，STM32单片机接收启动信号，经过变频器10和电位计11调整后，用I/O口的RA0、RAI、RA2控制步进电机12的三相，驱动步进电机12进行预热，使用者根据自身情况在身体下面放置垫子，调节至脊椎刚好触及电动推杆底部，之后使用者呼气放松，弯曲双膝着地，脚背贴在本发明的皮革底座9上的凹陷内，臀部慢慢贴近腿部，直到额头点地，双手放松自然伸直，若臀部坐不到脚后跟，需要自行垫一块瑜伽砖，调整为最合适的角度，准备工作结束后，步进电机12开始工作，主级控制系统4发出的脉冲信号转化为步进电机12的角位移，带动小齿轮13和大齿轮14匀速转动，进而推动丝杆螺母15前进，实现伸缩杆17带动着压力传感器系统紧贴使用者脊椎尾骨，沿着脊椎正向匀速前进，经过腰椎，胸椎，颈椎，到位之后，压力传感系统在刹车装置16作用下停顿5秒，在此过程中，RX-M64阵列分布式柔性薄膜压力传感器实时测量并将橡胶垫凹槽左侧、右侧、上侧的压力数据传送回次级控制系统7内的51单片机内进行实时分析，当凹槽内左侧压力与右侧压力相差不大，且凹槽上部的压力保持一定，说明该部分脊椎处于正常状态；当凹槽内左侧压力大于凹槽上部和右侧，说明该部分脊椎发生侧弯，且为左弯，当凹槽内左侧压力大于凹槽上部和右侧，说明该部分脊椎发生侧弯，且为左弯，最终经过次级控制系统7的分析，将数据实时传送到led显示屏2上，在测量过程结束后，主级控制系统4里的复位按钮启动，复位按钮向单片机传输反转信号，控制步进电机12反转运动，进而控制伸缩杆17缩短，实现伸缩杆17带动压力传感系统回缩直至到达原位置，通过将压力数据转化为使用者的脊椎侧弯情况呈现在led显示屏2上,使用者可以根据显示结果选择相应的有效体式进行脊椎侧弯改善，当关机按钮启动，主级控制系统4和次级控制系统7接收关机信号，控制各级停止工作，实现一次完整的脊椎侧弯检测，使用者起身，调整呼吸，放松身体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：包括外壳、主级控制系统、次级控制系统、电动推杆机构、压力测量系统、led显示屏及支撑机构；
所述的主级控制系统 包括STM32单片机及与STM32单片机连接的复位按钮，所述的次级控制系统 包括51单片机及与51单片机连接的复位按钮；
所述的电动推杆机构包括电位计、变频器、步进电机、齿轮、减速装置和伸缩杆；所述的变频器与电位计连接,所述电位计一端连接至变频器电压输入端，另一端接入步进电机，所述电位计和变频器均与主级控制系统 的STM32单片机相连；所述伸缩杆通过齿轮与步进电机的转子相连，所述步进电机与STM32单片机相连，所述步进电机经过减速装置减速后连接丝杆螺母，将步进电机的旋转运动变成直线运动，带动伸缩杆前后移动；
所述的压力测量系统安装在伸缩杆外端，包括壳体、壳体内的柔性传感器和次级控制系统、壳体表面的led显示屏和壳体底部的凹槽橡胶垫，所述的底部凹槽橡胶垫中央向内凹陷形成凹槽，所述的柔性传感器均匀贴附在底部凹槽橡胶垫的表面，并通过导线与次级控制系统的51单片机相连；所述的led显示屏与所述的51单片机相连，次级控制系统接收的压力数据经过处理后实时显示在led显示屏上。
2.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的变频器与电位计之间采用屏蔽线进行相接,所述电位计的滑动端接到变频器电压输入端的AVI，另一端接入步进电机，所述电位计和变频器都通过导线与STM32单片机相连。
3.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：在STM32单片机输入输出接口上用3条I/0线对步进电动机进行控制，STM32单片机用I/O口的RA0、RAI、RA2控制步进电机的三相，从而把主级控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，进而带动齿轮转动。
4.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的步进电机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母，把电机的旋转运动变成直线运动，从而实现伸缩杆的前进与后退。
5.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的步进电机上部固定轴上固定齿轮，齿轮与步进电机的转子通过螺栓紧密固定；步进电机安装在步进电机支座上，步进电机支座通过螺纹连接安装在电位计与变频器上部平板上。
6.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的柔性传感器采用RX-M64阵列分布式柔性薄膜压力传感器，可实现全方位的压力检测。
7.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的主级控制系统和电动推杆机构安装在外壳内，所述的外壳底部连接所述的支撑机构，所述的支撑机构包括皮革底座和皮革底座的内部支柱，所述的皮革底座用于脊椎侧弯测量时垫脚。
8.根据权利要求7所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述的外壳前端设有开槽，所述的电动推杆机构的伸缩杆及压力测量系统从壳前端开槽伸出，使用完毕后从开槽收回外壳内部。
9.根据权利要求1所述的瑜伽式智能脊椎侧弯测量仪，其特征在于：所述丝杆螺母通过螺栓与刹车装置紧密固定，在伸缩杆达到一定的长度，在刹车系统的控制下实现伸缩杆的停顿，便于后续伸缩杆进行缩短。
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