CN113057872B - 电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动按摩设备技术领域，其公开了一种电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法，解决传统技术的分段降噪方案中判断电动按摩器是否接触人体的方式存在的增加硬件成本、生产装配难度高的问题。本发明通过比较电动按摩器实时PWM脉宽值T与处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值Tn；若T与Tn的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触，通过调节PWM脉宽值降低电机转速到怠速运行状态，在怠速状态下，若检测到电机转速连续下降一定转速，则判定接触人体，再通过调节PWM脉宽使得电机恢复到设定档位转速。本发明的判断方法和降噪控制方法适用于诸如筋膜枪的各种电动按摩器。

Description

电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法

技术领域

本发明属于电动按摩设备技术领域，具体涉及一种电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法。

背景技术

电动按摩器主要由电池、电机和控制电路板组成。电机通过偏心轮传动，带动按摩头做往复运动，实现在人体上来回击打的按摩效果。控制电路板上设置有控制不同档位的按键，电机在不同档位下对应有不同的转速；在调节档位后，电机按该档位的转速保持运动，即，无论是否接触人体，电机都一直保持该档位的转速运动。

由于电机在运动过程中会产生噪音，且转速越高，噪音越大，给用户带来了不好的体验。电动按摩器使用过程中的噪音问题一直是本行业重点解决的问题。

现有技术中对于降低电动按摩器的噪音的解决方案，主要分为整段降噪方案和分段降噪方案：

(1)整段降噪方案主要是采用噪音相对较低的无刷电机，提高传动部分元件精密度，采用橡胶垫缓冲，运动部分添加润滑油等方法降低噪音。

(2)分段降噪方案通常是降低在电动按摩器工作过程中未接触人体时的噪音，如：在电动按摩器开机还未接触人体时(处于悬空状态)，此时电机空转带来了无意义的噪音，可以通过降低此时电机转速降低噪音。

对于分段降噪方案而言，关键点在于如何判断电动按摩器是否接触人体。行业中通常有两种方式来判断：1、通过增加光电传感器来检测电动按摩器的按摩头与人体之间的距离，通过距离值来判断是否接触人体；2、通过增加电流传感器来检测电机的电流，当电机在固定转速下，接触人体时会增加负荷，电流会增大，则通过电流增大的幅度来判断是否接触人体。

而增加光电传感器和电流传感器均需要在电动按摩器上增加额外的部件，会带来硬件成本的增加，而且需要更改电动按摩器本身的结构，提高了生产装配难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法，解决传统技术的分段降噪方案中判断电动按摩器是否接触人体的方式存在的增加硬件成本、生产装配难度高的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一方面，本发明提出了一种电动按摩器与人体接触状态判断方法，包括：

比较电动按摩器实时PWM脉宽值T与处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n；

若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触；

所述N1～N2为处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时PWM脉宽值的波动大小的范围阈值。

作为进一步优化，该方法还包括：

在判定电动按摩器当前未与人体接触，并通过指令降低电机转速后，若检测到电机转速在所述降低电机转速后的转速基础上持续下降超过M转，判定电动按摩器接触人体，所述M是为了避免电机转速正常波动造成误识别而设置的阈值。

另一方面，本发明提供了一种电动按摩器降噪控制方法，包括：

S1、电动按摩器开机；

S2、等待电动按摩器的电机转速达到当前档位的设定档位转速后，记录在当前档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n；

S3、在电动按摩器运行过程中，采集电动按摩器实时PWM脉宽值T；

S4、比较T与T_n，若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触，进入步骤S5；

S5、控制电动按摩器的电机进入怠速运行；

所述N1～N2为处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时PWM脉宽值的波动大小的范围阈值。

作为进一步优化，该方法在步骤S5之后还包括步骤：

S6、在电动按摩器的电机以怠速运行的状态下，若检测到电机转速持续下降超过M转，判定电动按摩器接触人体，则进入步骤S7；

S7、控制电动按摩器的电机提速至当前档位下的设定档位转速。

作为进一步优化，当电动按摩器切换档位后，跳转至步骤S2执行。

作为进一步优化，步骤S4中，将至少连续一定次数采集的电动按摩器实时PWM脉宽值T与T_n比较，若T与T_n的差值的绝对值均在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触，才进入步骤S5。

作为进一步优化，步骤S4中，在判定电动按摩器当前未与人体接触之后延时一定时间才进入步骤S5。

第三方面，本发明还提供了一种电动按摩器，其包括控制器和存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述控制器用于执行所述计算机程序，以实现如前述的电动按摩器与人体接触状态判断方法。

第四方面，本发明还提供了另外一种电动按摩器，其包括控制器和存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述控制器用于执行所述计算机程序，以实现如前述的电动按摩器降噪控制方法。

作为进一步优化，所述电动按摩器为筋膜枪。

本发明的有益效果是：

(1)在现有的电动按摩器结构上，通过软件算法来实现是否接触人体的判断，从而为分段降噪的低成本实现提供基础；由于不需要增加任何额外的装置或者结构，避免了硬件成本的增加；并且，避免了由于增加硬件带来的生产装配难度高的问题。

(2)在实现是否接触人体的判断的基础上，自动控制电机转速：在未接触人体时，控制电机转速降低，从而达到降低噪音的效果，并且能够省电；在判断接触人体时，控制电机转速提升到当前档位下的设定档位转速，从而保证用户的按摩体验。

(3)本发明在进行电动按摩器未接触人体状态的判断时，采用电动按摩器的实时PWM脉宽值T与处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n进行比较，判断波动大小是否超过范围阈值，由于T_n值是每次开机或者换档时自适应更新的，从而避免因不同机器制造装配误差，使用环境不同，老化程度不同造成不同的机器上有不同的表现和功能失效，提高了本发明方案的通用性和稳健性。

(4)本发明在判定未接触人体状态后，对于接触人体状态的检测是根据电机转速的持续降低趋势和相对变化来判断的，未采用转速固定阈值进行比较，从而避免出现参数不匹配造成功能失效的问题，也提高了本发明方案的通用性和稳健性。

附图说明

图1为本发明实施例中的筋膜枪降噪控制方法流程图；

图2为本发明实施例中的筋膜枪检测非接触人体状态的PWM波形图；

图3为本发明实施例中的恢复筋膜枪接触人体状态的电机转速控制示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种电动按摩器及其与人体接触状态判断方法、降噪控制方法，解决传统技术的分段降噪方案中判断电动按摩器是否接触人体的方式存在的增加硬件成本、生产装配难度高的问题。其核心思想是：对于PWM脉宽可调节的电动按摩器(如：筋膜枪)而言，其控制软件中包含电机调速控制和转速检测，即可以通过PWM脉宽信号控制电机的转速，PWM脉宽越高，电机转速越高，反之，PWM脉宽值越小，电机转速越低。在某一PWM脉宽控制信号下，电机接触人体使按摩头受力，按摩头将受力反馈给电机后，会造成电机转速下降，此时如果想要保持转速，就需要提高PWM脉宽值，补偿下降的转速。

由此可知，电机要保持相同的转速，在空载情况下(未接触人体/物体使得按摩头受力)，PWM脉宽值最低，在有负载以后，PWM脉宽值会逐渐升高才能保持相同的转速。因而，根据相同转速下PWM脉宽值的高低，就可以判断电动按摩器与人体接触状态，进而，在判断电动按摩器未与人体接触时，控制降低PWM脉宽值来降低电机转速，达到降噪、节能的目的。

在控制降低电机转速后，PWM脉宽值保持一个较低的恒定值，电机以怠速运行，若检测到电机转速连续下降，说明此时按摩头受力而影响电机的转速，即说明电动按摩器与人体接触，为了不影响用户使用，再控制PWM脉宽值上升，使得电机转速达到当前档位下的设定档位转速，从而保证用户的按摩体验。

可以理解的是，本发明中所述的“电动按摩器与人体接触状态”是指电动按摩器的按摩头与人体的接触状态。

此外，还可以理解的是，电动按摩器与人体接触后的按摩过程中，无论是人体对按摩头的反馈力因素，还是用户手持电动按摩器按摩过程中的用力大小因素，都会造成电动按摩器的按摩头与人体之间的接触力变化，电动按摩器为了保持当前档位下的设定档位转速，会实时动态调节PWM脉宽值：与人体接触力增大，实时PWM脉宽值也会被调节增大，与人体接触力减小，实时PWM脉宽值也会被调节减小。

实施例：

以筋膜枪这种电动按摩器为例，筋膜枪内设置有控制电路板和电机，控制电路板上设置有控制器和存储器，控制器与电机和存储器连接；存储器中存储有实现本发明降噪控制方法的特定计算机控制程序，控制器通过读取所述特定计算机控制程序并执行对电机的控制，则可以实现对电机转速的相应控制，从而达到本发明中的降噪、节能、提高按摩效果等目的。

本实施例中的筋膜枪降噪控制方法流程如图1所示，其包括以下实现步骤和过程：

S1、筋膜枪开机；

本实施例中的筋膜枪具有多个档位，每个档位都有对应设定的档位转速，比如：1档1800转/min，2档2400转/min…档位越高，档位转速越高，那么按摩头的按摩频率也会越高。在开机后，用户可以根据需求选择档位，从而适应不同人群对按摩频率的不同需求。

S2、等待筋膜枪的电机转速达到当前档位的设定档位转速后，记录在当前档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n；

本步骤主要是记录筋膜枪在空载情况下，达到当前档位的设定档位转速运行时的PWM脉宽值，此PWM脉宽值将作为后续识别与人体接触状态的比对基础，对于不同的档位，此PWM脉宽值也会不同。在每次开机选择档位或者进行档位切换后，都要记录此PWM脉宽值T_n，从而进行参数的自适应更新。参数的自适应更新是为了避免因不同机器制造装配误差，使用环境不同，老化程度不同造成不同的机器上有不同的表现和功能失效，即，保证各种类型、各种型号、各种使用环境、各种老化程度下的通用性和稳健性。

需要说明的是，本发明着重讨论的是筋膜枪开机处于悬空状态，档位选择/切换时处于悬空状态，即未与人体或物体接触的情况，而对于筋膜枪开机或档位选择/切换未处于悬空状态的情况，不符合绝大多数人的使用习惯，本发明并不作讨论。

S3、在筋膜枪运行过程中，采集筋膜枪实时PWM脉宽值T；

本步骤中，所述实时PWM脉宽值T可以设置为每0.5秒采集一次，确保数据采集判断的及时性，此实时PWM脉宽值T将被用于和T_n进行比对。

S4、比较T与T_n，若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定筋膜枪当前未与人体接触，进入步骤S5；

本步骤中，是对实时PWM脉宽值T相对于T_n的波动大小的判断，从而判断是否接触人体。

在筋膜枪处于接触人体进行按摩的状态下，由于人体会产生对按摩头的反作用力，造成转速降低，筋膜枪要保持当前档位的档位转速，就需要提高实时PWM脉宽值T，此时的实时PWM脉宽值T势必要比处于空载状态时，筋膜枪维持当前档位的档位转速所需要的PWM脉宽值T_n要高，并且高出的量也会超过空载状态下筋膜枪运行在当前档位的档位转速时的PWM脉宽值波动大小；而在筋膜枪空载状态下，其运行在当前档位的档位转速时的实时PWM脉宽值T虽然会因为产品设计因素而波动，但是波动范围很小。

因此，通过设定一个合适的范围阈值区间N1～N2，将T与T_n的差值的绝对值与此范围阈值区间进行比较，就可以判断出筋膜枪当前是否与人体接触：若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定筋膜枪当前未与人体接触，反之，则判定筋膜枪当前处于与人体接触状态。

对于范围阈值区间N1～N2的取值，设置方式考虑如下：

若此范围区间过小，则可能出现正常空载状态下的PWM脉宽波动会被识别为接触状态，反之，若此范围区间过大，则需要用户用比较大的力量将筋膜枪接触身体，才能识别为接触状态，使用不方便。

以某一型号的筋膜枪为例，实测在1档空载状态下运行在设定档位转速(如1800转/min)的PWM脉宽值数据在101～102波动，那么波动幅度大小为1，因此，将范围大小设置为3可以覆盖正常的波动而又不至于过大或过小。根据此述，N1值可以取0，N2值可以取3。

可以理解的是，本发明中所述“在N1～N2之间”包括N1和N2两个端点值。

此外，为了提高非接触人体状态判断的准确性，可以将多个连续采集的多个实时PWM脉宽值T与T_n进行比较判断，比如：连续3个实时PWM脉宽值T与T_n的差值的绝对值均在N1～N2之间时，才判断筋膜枪脱离人体接触。

进一步的，还可以通过设置一个延时t_k来进一步提高非接触人体状态判断的准确性，比如：当检测出连续第3个实时PWM脉宽值T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间的时间点为t₀时刻，则延时t_k再进入下一步的通过降低PWM脉宽值来降低转速，此过程的PWM波形图如图2所示。

经过研究，如果t_k设置过长，将导致空载很久才会被识别降为怠速，影响降噪功能；如果设置过短，由于电机从静止到提高转速至档位转速，从接触状态到非接触状态都有PWM调速过程，有可能过程未结束就识别，从而造成误识别。经实验测试，t_k取2秒左右为最佳。

S5、控制筋膜枪的电机进入怠速运行；

本步骤中，为了降低筋膜枪在非接触人体状态下的噪音和节能，通过调节降低PWM脉宽值来控制电机进入怠速运行。这里的“怠速”值可以提前设定，设定是为了保证良好的降噪效果，同时在后续接触人体时不会因为接触力过大导致电机停转，可以考虑将该值设置在200转/min-800转/min之间，比如：400转/min，那么，筋膜枪在非接触人体状态时，其电机就会被控制以400转/min的速度运行，可以知晓，此时PWM脉宽值也是被控制为恒定大小(此处不考虑实际PWM输出的正常波动)的。

当然，若步骤S4中通过检测识别出筋膜枪处于接触人体的按摩状态，则保持当前档位的设定档位转速运行，比如：当前位于1档，则以1档的设定档位转速1800转/min运行，从而保证用户的按摩效果。

S6、在筋膜枪的电机以怠速运行的状态下，若检测到电机转速持续下降超过M转时，判定筋膜枪接触人体，则进入步骤S7；

本步骤中，对于将筋膜枪的电机转速调节为怠速运行时，会实时监测电机的转速变化情况。由于在空载状态时，本发明方案均会控制筋膜枪的电机转速以怠速运行，那么，电机转速的变化只会在一个由于产品设计因素而存在的正常波动范围内，如果检测到电机转速持续下降，则说明是因为筋膜枪的按摩头接触人体造成电机转速下降，则可以判定为筋膜枪当前为接触人体状态。

本步骤中的“M转”是为了避免电机转速正常波动造成误识别的阈值，若该阈值设置过大，可能造成不能及时判断出筋膜枪接触人体，若该阈值设置过小，则可能造成当前还未接触人体而误判成已接触人体而影响降噪的效果。因此，可以通过实验的方式在测得筋膜枪的电机转速在空载时运行在对应档位的设定档位转速时的正常波动大小，在此基础上增加一个合适的裕量即可。

可以看出，本发明中对于上述接触人体状态的判断未采用固定的转速阈值与当前转速进行比较，而是根据电机转速的持续降低趋势和相对变化来判断的，这样避免了多台筋膜枪由于零部件的制造装配误差，电池电压高低不同，冷机热机热胀冷缩，使用年限老化带来每台筋膜枪都需要不同的阈值。而如果统一阈值，会带来有的筋膜枪适应，有的出现参数不匹配而造成功能永久失效的问题。由此，本发明中的该手段具有极好的通用性和稳健性。

S7、控制筋膜枪的电机提速至当前档位下的设定档位转速。

本步骤中，在判断出筋膜枪接触人体时，为了保证按摩效果，需要控制筋膜枪的电机转速提升到当前档位下的设定档位转速，并以此档位转速运行。比如：在t_a时刻，判断为已经接触人体，则通过调节PWM将电机转速升高到当前档位设定转速，此过程中的电机转速变化如图3所示。

由于筋膜枪只是电动按摩器的其中一种，其它诸如此类，如头部按摩器、眼部按摩器、颈部(颈椎)按摩器、腰部按摩器、足部按摩器、全身按摩器等均可以使用本发明提出的人体接触状态识别方法和降噪控制方法。因此，本发明方案适用范围广。

Claims (8)

1.电动按摩器与人体接触状态判断方法，其特征在于，包括：

比较电动按摩器实时PWM脉宽值T与处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n；

若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触；

所述N1～N2为处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时PWM脉宽值的波动大小的范围阈值；

在判定电动按摩器当前未与人体接触，并通过指令降低电机转速后，若检测到电机转速在所述降低电机转速后的转速基础上持续下降超过M转时，判定电动按摩器接触人体，所述M是为了避免电机转速正常波动造成误识别而设置的阈值。

2.电动按摩器降噪控制方法，其特征在于，包括：

S1、电动按摩器开机；

S2、等待电动按摩器的电机转速达到当前档位的设定档位转速后，记录在当前档位下以设定档位转速运行时的PWM脉宽值T_n；

S3、在电动按摩器运行过程中，采集电动按摩器实时PWM脉宽值T；

S4、比较T与T_n，若T与T_n的差值的绝对值在N1～N2之间，则判定电动按摩器当前未与人体接触，进入步骤S5；

S5、控制电动按摩器的电机进入怠速运行；

所述N1～N2为处于空载状态的电动按摩器在相同档位下以设定档位转速运行时PWM脉宽值的波动大小的范围阈值；

S6、在电动按摩器的电机以怠速运行的状态下，若检测到电机转速持续下降超过M转，判定电动按摩器接触人体，则进入步骤S7；所述M是为了避免电机转速正常波动造成误识别而设置的阈值；

S7、控制电动按摩器的电机提速至当前档位下的设定档位转速。

3.如权利要求2所述的电动按摩器降噪控制方法，其特征在于，

当电动按摩器切换档位后，跳转至步骤S2执行。

4.如权利要求2所述的电动按摩器降噪控制方法，其特征在于，

步骤S4中，将至少连续一定次数采集的电动按摩器实时PWM脉宽值T与T_n比较，若T与T_n的差值的绝对值均在N1～N2之间，判定电动按摩器当前未与人体接触，才进入步骤S5。

5.如权利要求4所述的电动按摩器降噪控制方法，其特征在于，

步骤S4中，在判定电动按摩器当前未与人体接触之后延时一定时间才进入步骤S5。

6.电动按摩器，包括控制器和存储器，其特征在于，

所述存储器用于存储计算机程序；所述控制器用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1所述的电动按摩器与人体接触状态判断方法。

7.电动按摩器，包括控制器和存储器，其特征在于，

所述存储器用于存储计算机程序；所述控制器用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求2-5任意一项所述的电动按摩器降噪控制方法。

8.如权利要求6或7所述的电动按摩器，其特征在于，

所述电动按摩器为筋膜枪。

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