CN112837515A - 一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器及方法，包括耳机，耳机的头带的中央后侧设有向后弯曲延伸的后弯板，后弯板的后端设有低头幅度霍尔感应器。本发明在用户所学习的电脑主机上以采用人机交互的方式监测学生用户长时间低头的状况并通过耳机给出反馈提醒，尤其是针对用户长时间网课学习容易疲劳的特点，在耳机头上设置一个能够延伸到太阳穴上的按摩振动器，实现对太阳穴的按摩放松，以缓解用户的疲劳感，且按摩振动器对用户两侧太阳穴的压靠产生夹持动作，进一步提高耳机与用户头部的连接稳定性，方便低头幅度霍尔感应器对用户低头过程进行监测。

Description

一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器及方法
技术领域
本发明涉及英语学习器械的技术领域，尤其涉及一种用于人机交互的英语 口语与听力锻炼器及方法。
背景技术
英语是按照分布面积而言最流行的语言且母语者数量是世界第三，仅次于 汉语、西班牙语，它是学习最广泛的第二语言，是近60个主权国家的官方语言 或官方语言之一。与英语为母语的人相比，将其作为第二语言学习的人更多。 它是英国、美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等国家的母语，在加勒比海、非 洲和南亚被广泛使用。它是联合国、欧洲联盟以及许多其他世界和区域国际组 织的官方语言之一。根据英语的流行可知，为了适应国际环境，英语的学习难 以避免，那么如何高效健康地学习英语是一个重要的命题，受今年疫情影响， 需要学校开设了网课，而英语网课克服了环境场地的限制，方便了疫情期间学 生的学习，这些优点值得肯定，但同时也暴露出了一些问题，其中最深切感受 到的是学生在学习英语网课过程中，有些学生长时间低头看着电脑上的课程而 导致颈椎慢性劳损的问题，而看到这种情况，结合英语口语和听力过程中需要 佩戴耳机的状况，特别设计了一种基于人机交互的学习器械，在所学习的电脑 主机上以采用人机交互的方式监测学生用户长时间低头的状况并通过耳机给出 反馈提醒。
发明内容
针对以上现有存在的问题，本发明提供一种用于人机交互的英语口语与听 力锻炼器，在用户所学习的电脑主机上以采用人机交互的方式监测学生用户长 时间低头的状况并通过耳机给出反馈提醒，尤其是针对用户长时间网课学习容 易疲劳的特点，在耳机头上设置一个能够延伸到太阳穴上的按摩振动器，实现 对太阳穴的按摩放松，以缓解用户的疲劳感，且按摩振动器对用户两侧太阳穴 的压靠产生夹持动作，进一步提高耳机与用户头部的连接稳定性，方便低头幅 度霍尔感应器对用户低头过程进行监测。
本发明的技术方案在于：
本发明提供一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，包括头带、耳机 头、话筒和耳罩，所述头带的两端设有耳机头，所述耳机头上设有耳罩和话筒， 形成耳机，所述头带的中央后侧设有向后弯曲延伸的后弯板，所述后弯板的后 端上侧铰接有铰接连板，所述铰接连板水平向后延伸且上下贯通有前后延伸的 滑道，所述滑道上锁紧有可锁紧接合头，所述可锁紧接合头的下端设有竖直向 下延伸的弹性弯折柱，所述弹性弯折柱采用能够径向弹性弯折的弹性柱体且下 端设有竖直接块，所述竖直接块的下端设有肩部约束架且上端后侧设有竖直向 上延伸的竖直立柱，所述竖直立柱处于弹性弯折柱的正后方且与不受弯折力作 用下的弹性弯折柱平行，所述弹性弯折柱的后侧面上自上而下均布设有若干个采用永久磁铁制成的永磁片，所述竖直立柱的前端面上设有若干个与永磁片一 一对应的霍尔传感器，多个所述霍尔传感器并联且通过感应总线与肩部约束架 上的单片机控制器电性连接，所述单片机控制器接收多个霍尔传感器的感应信 号，根据佩戴头带的用户低头，使得弹性弯折柱上端向前弯折，自上而下的多 个永磁片依次按照远离距离由大到小的排布相对远离相应的霍尔传感器，所述 单片机控制器能够判断出用户低头幅度并将信号通过无线连接传递给耳机所连 接的主机，所述主机反过来通过耳机发声提醒用户头部和颈部的姿势，以预防 英语口语和听力训练过程中低头对着屏幕学习容易产生颈椎病的问题。
进一步地，所述耳机头的外侧中央铰接有伸缩杆，所述伸缩杆的轴线倾斜 朝上延伸且上端设有连接横管，所述连接横管螺纹贯穿有水平延伸的外螺纹管， 两个所述外螺纹管的相对端分别设有按摩振动器且相向端分别设有旋拧开关， 所述外螺纹管内设有锂电池，所述锂电池分别与旋拧开关和按摩振动器电性连 接以能够形成闭合电路，根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度，使得伸 缩杆的长度适配用户耳部到太阳穴的距离，两个按摩振动器的微幅振动端压靠 在用户头部两个太阳穴处以能够进行微幅振动按摩，而通过转动按摩振动器带 动外螺纹管相对连接横管螺纹转动，使得按摩振动器与连接横管之间的距离可 调节，实现两个按摩振动器能够分别以合适的压靠力度相对压靠在用户头部两 个太阳穴处。
进一步地，所述伸缩杆包括伸缩直杆、调节螺栓、伸缩套筒和耳侧螺母， 所述耳机头的外侧中央设有向外延伸的水平螺柱，所述水平螺柱上依次嵌套有 伸缩套筒和耳侧螺母，通过耳侧螺母将伸缩套筒锁紧在水平螺柱上，使得伸缩 套筒能够以一定倾斜角度锁紧在耳机头上，而所述伸缩套筒远离耳机头的端部 嵌入有伸缩直杆且一侧螺纹嵌入有调节螺栓，所述调节螺栓嵌入伸缩套筒内的 端部压靠在伸缩直杆上，所述伸缩直杆远离伸缩套筒的端部固定连接在连接横 管上，通过松紧调节螺栓，使得伸缩直杆能够相对伸缩套筒伸缩并锁紧，能够 根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度，使得伸缩杆的长度适配用户耳部 到太阳穴的距离。
进一步地，所述肩部约束架包括背部压板、压肩弯板、腋下束带、子母贴 子贴和子母贴母贴，所述背部压板的左右两端分别设有压肩弯板，所述压肩弯 板的下端面向上凹曲且上端面设有腋下束带，所述腋下束带的中部设在压肩弯 板的上端面上且两端分别包绕背部压板和压肩弯板的上端面并向下垂落，所述 腋下束带的两端分别设有子母贴子贴和子母贴母贴，使得腋下束带通过子母贴 子贴和子母贴母贴的粘连形成绕过腋下并绑缚在用户肩部的闭合圈形结构，以 能够将背部压板绑缚在用户背部。
进一步地，所述压肩弯板的下端面上分别设有关于压肩弯板凹曲轴线对称 的两个弹性压管，通过两个弹性压管压靠在用户肩部的前后两侧并产生弹性变 形，增强压肩弯板与用户肩部的贴合稳定性。
进一步地，所述可锁紧接合头包括上接合托块、上锁紧螺母和竖直螺柱， 所述弹性弯折柱的上端设有上接合托块，所述上接合托块的上端面托靠住铰接 连板且中央设有贯穿滑道的竖直螺柱，所述竖直螺柱穿出滑道的上端螺纹嵌套 有上锁紧螺母，通过松紧上锁紧螺母，使得铰接连板能够沿着滑道相对上接合 托块前后移动，以适配不同颈椎弯曲度的用户，使得用户处于抬头正视前方的 颈椎弯曲程度，所述弹性弯折柱竖直，以作为起始状态，用于比对用户进行英 语口语和听力训练网课过程中低头注视屏幕带动弹性弯折柱弹性弯折变形的测 量状态，以确定出用户实际颈椎弯曲程度，方便单片机控制器将感应信号传递 给主机进行用户颈椎姿势提醒。
本发明还提供一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼方法，包括如下步 骤：
S1、通过主机接收用户在标准坐姿下后背背起来的低头幅度霍尔感应器的 低头幅度感应信号进行数据初始化，得出对比起始数据；
S2、然后后续主机接收来自用户的低头幅度霍尔传感器的低头幅度感应信 号比对对比起始数据，以确定用户当前状态及用户与上一次对比起始数据的间 隔时间；
S3、再根据主机内预先设定的用户低头时长限制值的限制值，判断用户低 头时长是否超出限制值，如果未超出则主机不产生提醒动作，如果超出则主机 通过耳机和/或按摩振动器对用户做出提醒动作。
进一步地，所述提醒动作包括耳机头的响声和/或按摩振动器的振动。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：
本发明在用户所学习的电脑主机上以采用人机交互的方式监测学生用户长 时间低头的状况并通过耳机给出反馈提醒，尤其是针对用户长时间网课学习容 易疲劳的特点，在耳机头上设置一个能够延伸到太阳穴上的按摩振动器，实现 对太阳穴的按摩放松，以缓解用户的疲劳感，且按摩振动器对用户两侧太阳穴 的压靠产生夹持动作，进一步提高耳机与用户头部的连接稳定性，方便低头幅 度霍尔感应器对用户低头过程进行监测。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-头带，2-耳机头，3-耳罩，4-按摩振动器，5-外螺纹管，6-连接 横管，7-旋拧开关，8-话筒接头，9-耳机接头，10-伸缩直杆，11-调节螺栓， 12-话筒，13-伸缩套筒，14-主机连线，15-耳侧螺母，16-压肩弯板，17-腋下 束带，18-子母贴子贴，19-弹性压管，20-子母贴母贴，21-背部压板，22-竖直 接块，23-单片机控制器，24-竖直立柱，25-霍尔传感器，26-感应总线，27-永 磁片，28-弹性弯折柱，29-上接合托块，30-滑道，31-铰接连板，32-上锁紧螺 母，33-后弯板。
具体实施方式
实施例一：
如附图1所示，本发明提供一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器， 包括头带1、耳机头2、话筒12和耳罩3，头带1的两端设有耳机头2，耳机头 2上设有耳罩3和话筒12，形成耳机，头带1的中央后侧设有向后弯曲延伸的 后弯板33，后弯板33的后端设有低头幅度霍尔感应器；
其中，低头幅度霍尔感应器的具体结构是：包括单片机控制器23、霍尔传 感器25、永磁片27、肩部约束架、上接合托块29、上锁紧螺母32和竖直螺柱， 铰接连板31铰接在后弯板33的后端上侧，铰接连板31水平向后延伸且上下贯 通有前后延伸的30，30贯穿有竖直螺柱，竖直螺柱穿出30的上端螺纹嵌套有 上锁紧螺母32且下端设有上接合托块29，上接合托块29的上端面托靠住铰接 连板31且下端设有弹性弯折柱28，弹性弯折柱28采用能够径向弹性弯折的弹 性柱体且下端设有竖直接块22，竖直接块22的下端设有肩部约束架且上端后侧 设有竖直向上延伸的竖直立柱24，竖直立柱24处于弹性弯折柱28的正后方且 与不受弯折力作用下的弹性弯折柱28平行，弹性弯折柱28的后侧面上自上而 下均布设有若干个采用永久磁铁制成的永磁片27，竖直立柱24的前端面上设有 若干个与永磁片27一一对应的霍尔传感器25，多个霍尔传感器25并联且通过 感应总线26与肩部约束架上的单片机控制器23电性连接，单片机控制器23接 收多个霍尔传感器25的感应信号；
使用机理：这样通过松紧上锁紧螺母32，使得铰接连板31能够沿着30相 对上接合托块29前后移动，以适配不同颈椎弯曲度的用户，使得用户处于抬头 正视前方的颈椎弯曲程度，弹性弯折柱28竖直，以作为起始状态，用于比对用 户进行英语口语和听力训练网课过程中低头注视屏幕带动弹性弯折柱28弹性弯 折变形的测量状态，以确定出用户实际颈椎弯曲程度，方便单片机控制器23将 感应信号传递给主机进行用户颈椎姿势提醒；
而用户进行英语口语和听力训练网课过程中低头注视屏幕带动弹性弯折柱 28弹性弯折变形的测量为：根据头上佩戴头带1和肩膀上绑缚肩部约束架的用 户的一定幅度低头动作，使得弹性弯折柱28上端向前弯折，自上而下的十个永 磁片27依次按照远离距离由大到小的排布相对远离相应的霍尔传感器25，单片 机控制器23能够判断出用户低头幅度并将信号通过无线连接传递给耳机所连接 的主机，主机反过来通过耳机发声提醒用户头部和颈部的姿势，以解决英语口 语和听力训练过程中低头对着屏幕学习容易产生颈椎病的问题.
其中耳机有2上套有耳罩3，耳机头2和话筒12分别通过主机连线14连接 到主机上，也就是主机连线14的另一端分别设有3.5mm的耳机接头9和话筒接 头8插接到主机上以接收主机传递的音频信号和发送给主机所拾取的声音信号。
其中，耳机头2的外侧中央铰接有伸缩杆，伸缩杆的轴线倾斜朝上延伸且 上端设有连接横管6，连接横管6螺纹贯穿有水平延伸的外螺纹管5，两个外螺 纹管5的相对端分别设有按摩振动器4且相向端分别设有旋拧开关7，外螺纹管 5内设有锂电池，锂电池分别与旋拧开关7和按摩振动器4电性连接以能够形成 闭合电路，根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度，使得伸缩杆的长度适 配用户耳部到太阳穴的距离，两个按摩振动器4的微幅振动端压靠在用户头部 两个太阳穴处以能够进行微幅振动按摩，而通过转动按摩振动器4带动外螺纹 管5相对连接横管6螺纹转动，使得按摩振动器4与连接横管6之间的距离可调节，实现两个按摩振动器4能够分别以合适的压靠力度相对压靠在用户头部 两个太阳穴处，通过转动旋拧开关7启动按摩振动器4对太阳穴处按摩，方便 用户进行放松休息，且两个按摩振动器4对用户两侧太阳穴的压靠产生夹持动 作，进一步提高耳机与用户头部的连接稳定性，方便低头幅度霍尔感应器对用 户低头过程进行监测。
其中，伸缩杆包括伸缩直杆10、调节螺栓11、伸缩套筒13和耳侧螺母15， 耳机头2的外侧中央设有向外延伸的水平螺柱，水平螺柱上依次嵌套有伸缩套 筒13和耳侧螺母15，通过耳侧螺母15将伸缩套筒13锁紧在水平螺柱上，使得 伸缩套筒13能够以一定倾斜角度锁紧在耳机头2上，而伸缩套筒13远离耳机 头2的端部嵌入有伸缩直杆10且一侧螺纹嵌入有调节螺栓11，调节螺栓11嵌 入伸缩套筒13内的端部压靠在伸缩直杆10上，伸缩直杆10远离伸缩套筒13 的端部固定连接在连接横管6上，通过松紧调节螺栓11，使得伸缩直杆10能够 相对伸缩套筒13伸缩并锁紧，能够根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度， 使得伸缩杆的长度适配用户耳部到太阳穴的距离。
其中，肩部约束架包括背部压板21、压肩弯板16、腋下束带17、子母贴子 贴18和子母贴母贴20，背部压板21的左右两端分别设有压肩弯板16，压肩弯 板16的下端面向上凹曲且上端面设有腋下束带17，腋下束带17的中部设在压 肩弯板16的上端面上且两端分别包绕背部压板21和压肩弯板16的上端面并向 下垂落，腋下束带17的两端分别设有子母贴子贴18和子母贴母贴20，使得腋 下束带17通过子母贴子贴18和子母贴母贴20的粘连形成绕过腋下并绑缚在用 户肩部的闭合圈形结构，以能够将背部压板21绑缚在用户背部。
其中，压肩弯板16的下端面上分别设有关于压肩弯板16凹曲轴线对称的 两个弹性压管19，通过两个弹性压管19压靠在用户肩部的前后两侧并产生弹性 变形，增强压肩弯板16与用户肩部的贴合稳定性。
根据上述用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，本发明还提供一种用于 人机交互的英语口语与听力锻炼方法，包括如下步骤：
S1、通过主机接收用户在标准坐姿(用户挺胸抬头双目平视正前方的状态) 下后背背起来的低头幅度霍尔感应器的低头幅度感应信号进行数据初始化，得 出对比起始数据(也就是用户在刚开始使用时用户挺胸抬头双目平视正前方的 状态下，各个霍尔传感器25对应检测永磁片27时的检测数据)；
S2、然后后续主机接收来自用户的低头幅度霍尔传感器的低头幅度感应信 号比对对比起始数据，以确定用户当前状态及用户与上一次对比起始数据的间 隔时间；
S3、根据主机内预先设定的用户低头时长限制值的限制值，例如限制值为 半个小时，判断用户低头时长是否超出限制值，如果未超出则主机不产生提醒 动作，如果超出则主机通过耳机和/或按摩振动器4对用户做出提醒动作；其中， 提醒动作包括耳机头2的响声和/或按摩振动器4的振动。

Claims (8)

1.一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，包括头带、耳机头、话筒和耳罩，所述头带的两端设有耳机头，所述耳机头上设有耳罩和话筒，形成耳机，其特征在于：所述头带的中央后侧设有向后弯曲延伸的后弯板，所述后弯板的后端上侧铰接有铰接连板，所述铰接连板水平向后延伸且上下贯通有前后延伸的滑道，所述滑道上锁紧有可锁紧接合头，所述可锁紧接合头的下端设有竖直向下延伸的弹性弯折柱，所述弹性弯折柱采用能够径向弹性弯折的弹性柱体且下端设有竖直接块，所述竖直接块的下端设有肩部约束架且上端后侧设有竖直向上延伸的竖直立柱，所述竖直立柱处于弹性弯折柱的正后方且与不受弯折力作用下的弹性弯折柱平行，所述弹性弯折柱的后侧面上自上而下均布设有若干个采用永久磁铁制成的永磁片，所述竖直立柱的前端面上设有若干个与永磁片一一对应的霍尔传感器，多个所述霍尔传感器并联且通过感应总线与肩部约束架上的单片机控制器电性连接，所述单片机控制器接收多个霍尔传感器的感应信号，根据佩戴头带的用户低头，使得弹性弯折柱上端向前弯折，自上而下的多个永磁片依次按照远离距离由大到小的排布相对远离相应的霍尔传感器，所述单片机控制器能够判断出用户低头幅度并将信号通过无线连接传递给耳机所连接的主机，所述主机反过来通过耳机发声提醒用户头部和颈部的姿势，以预防英语口语和听力训练过程中低头对着屏幕学习容易产生颈椎病的问题。
2.根据权利要求1所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，其特征在于：所述可锁紧接合头包括上接合托块、上锁紧螺母和竖直螺柱，所述弹性弯折柱的上端设有上接合托块，所述上接合托块的上端面托靠住铰接连板且中央设有贯穿滑道的竖直螺柱，所述竖直螺柱穿出滑道的上端螺纹嵌套有上锁紧螺母，通过松紧上锁紧螺母，使得铰接连板能够沿着滑道相对上接合托块前后移动，以适配不同颈椎弯曲度的用户，使得用户处于抬头正视前方的颈椎弯曲程度，所述弹性弯折柱竖直，以作为起始状态，用于比对用户进行英语口语和听力训练网课过程中低头注视屏幕带动弹性弯折柱弹性弯折变形的测量状态，以确定出用户实际颈椎弯曲程度，方便单片机控制器将感应信号传递给主机进行用户颈椎姿势提醒。
3.根据权利要求2所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，其特征在于：所述耳机头的外侧中央铰接有伸缩杆，所述伸缩杆的轴线倾斜朝上延伸且上端设有连接横管，所述连接横管螺纹贯穿有水平延伸的外螺纹管，两个所述外螺纹管的相对端分别设有按摩振动器且相向端分别设有旋拧开关，所述外螺纹管内设有锂电池，所述锂电池分别与旋拧开关和按摩振动器电性连接以能够形成闭合电路，根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度，使得伸缩杆的长度适配用户耳部到太阳穴的距离，两个按摩振动器的微幅振动端压靠在用户头部两个太阳穴处以能够进行微幅振动按摩，而通过转动按摩振动器带动外螺纹管相对连接横管螺纹转动，使得按摩振动器与连接横管之间的距离可调节，实现两个按摩振动器能够分别以合适的压靠力度相对压靠在用户头部两个太阳穴处。
4.根据权利要求3所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，其特征在于：所述伸缩杆包括伸缩直杆、调节螺栓、伸缩套筒和耳侧螺母，所述耳机头的外侧中央设有向外延伸的水平螺柱，所述水平螺柱上依次嵌套有伸缩套筒和耳侧螺母，通过耳侧螺母将伸缩套筒锁紧在水平螺柱上，使得伸缩套筒能够以一定倾斜角度锁紧在耳机头上，而所述伸缩套筒远离耳机头的端部嵌入有伸缩直杆且一侧螺纹嵌入有调节螺栓，所述调节螺栓嵌入伸缩套筒内的端部压靠在伸缩直杆上，所述伸缩直杆远离伸缩套筒的端部固定连接在连接横管上，通过松紧调节螺栓，使得伸缩直杆能够相对伸缩套筒伸缩并锁紧，能够根据用户头部尺寸适应性地调节伸缩杆长度，使得伸缩杆的长度适配用户耳部到太阳穴的距离。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，其特征在于：所述肩部约束架包括背部压板、压肩弯板、腋下束带、子母贴子贴和子母贴母贴，所述背部压板的左右两端分别设有压肩弯板，所述压肩弯板的下端面向上凹曲且上端面设有腋下束带，所述腋下束带的中部设在压肩弯板的上端面上且两端分别包绕背部压板和压肩弯板的上端面并向下垂落，所述腋下束带的两端分别设有子母贴子贴和子母贴母贴，使得腋下束带通过子母贴子贴和子母贴母贴的粘连形成绕过腋下并绑缚在用户肩部的闭合圈形结构，以能够将背部压板绑缚在用户背部。
6.根据权利要求5所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼器，其特征在于：所述压肩弯板的下端面上分别设有关于压肩弯板凹曲轴线对称的两个弹性压管，通过两个弹性压管压靠在用户肩部的前后两侧并产生弹性变形，增强压肩弯板与用户肩部的贴合稳定性。
7.一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、通过主机接收用户在标准坐姿下后背背起来的低头幅度霍尔感应器的低头幅度感应信号进行数据初始化，得出对比起始数据；
S2、然后后续主机接收来自用户的低头幅度霍尔传感器的低头幅度感应信号比对对比起始数据，以确定用户当前状态及用户与上一次对比起始数据的间隔时间；
S3、再根据主机内预先设定的用户低头时长限制值的限制值，判断用户低头时长是否超出限制值，如果未超出则主机不产生提醒动作，如果超出则主机通过耳机和/或按摩振动器对用户做出提醒动作。
8.根据权利要求7所述的一种用于人机交互的英语口语与听力锻炼方法，其特征在于：所述提醒动作包括耳机头的响声和/或按摩振动器的振动。
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