CN114631654B - 可纠正不良坐姿的服装及纠正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可纠正不良坐姿的服装及纠正方法，该服装包括服装本体(1)、坐姿检测装置、主控装置和提醒装置，其中，所述坐姿检测装置设置在服装本体(1)的内部，以监测人体体征数据，并将数据传输至主控装置；所述主控装置对获得的数据进行判断，进而发送指令至提醒装置，以进行主动提醒。本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，通过督促、引导的方式帮助人们养成良好的坐姿习惯，不会对身体造成不可逆转的损伤，纠正效果好。本发明还公开了纠正不良坐姿的方法，具有防误判功能和周期性提醒使用者舒展身体的功能，利于帮助使用者养成良好的坐姿习惯。
Description
技术领域
本发明属于智能服装技术领域，具体涉及可纠正不良坐姿的服装及纠正方法。
背景技术
在日常的工作生活中，坐姿是人们最常采用的一种姿态，正确的坐姿可以提高人们的工作效率，同时也能保持身体姿态健康，而不良的坐姿却是导致腰酸背痛、脊柱侧弯、腰间盘突出等疾病的重要原因之一。因此，养成良好的坐姿习惯有利于身体健康，也可以减少人们患上骨骼肌肉类慢性疾病的几率。
传统的健康坐姿习惯养成方式，一般是通过绷带的物理拉伸作用限制人体的活动范围，来强行纠正人们的错误坐姿。但是，这种方式在一定程度上会对人的身体造成不可逆转的损伤，也会让使用者产生抗拒心理，矫姿效果微弱。此外，一些护理类矫姿辅助产品，如护颈枕与护腰枕等，是通过物理与化学作用，参照人体颈部与腰部的曲线来设计的，此类矫姿产品在使用过程由于贴合人体曲线，所以会更加的舒适。但是，其存在着使用范围的局限性，仅对人体局部部位有较少的缓解疼痛的作用，且占用空间体积大、携带不方便。
因此，亟需设计一种可纠正不良坐姿的服装及纠正方法，其不依靠限制人体的自由活动来达到矫姿的目的。
发明内容
为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种可纠正不良坐姿的服装，该服装不是依靠限制人体的自由活动，来达到矫正身姿的目的，而是通过督促、引导的方式帮助人们养成良好的坐姿习惯，其通过脊椎角度检测与背部尺寸变化检测两种方式，实现对人体体征数据的监测，并且该服装可以根据不同的使用者进行姿态校准；具备声音报警与震动报警，两种主动提醒功能。所述服装监测准确率高，纠正效果好，利于帮助使用者养成良好的坐姿习惯，从而完成了本发明。
具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：
第一方面，提供一种可纠正不良坐姿的服装，所述服装包括服装本体1、坐姿检测装置、主控装置和提醒装置，其中，
所述坐姿检测装置设置在服装本体1的内部，以监测人体体征数据，并将数据传输至主控装置；
所述主控装置对获得的数据进行判断，进而发送指令至提醒装置，以进行主动提醒。
第二方面，提供一种纠正不良坐姿的方法，优选采用上述的可纠正不良坐姿的服装进行，所述方法包括以下步骤：
步骤1，使用者穿着可纠正不良坐姿的服装，选择场景模式，对坐姿检测装置进行校准；
步骤2，对使用者的坐姿进行检测，获得监测数据；
步骤3，对监测数据进行判断，根据判断结果确定是否需要提醒装置进行提醒。
本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，通过督促、引导的方式帮助人们养成良好的坐姿习惯，不会对身体造成不可逆转的损伤，纠正效果好；
(2)本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，通过脊椎角度检测与背部尺寸变化检测两种方式，实现对人体体征数据的监测，监测准确率较高；
(3)本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，有静音工作模式与非静音工作模式，可以根据不同的使用者进行姿态校准，具备声音报警与震动报警，两种主动提醒功能，适用范围广；
(4)本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，坐姿检测装置具有设备小型化、柔性化、可水洗性和可被缝纫性等特点，且与主控装置为插拔式连接，拆卸方便；
(5)本发明提供的纠正不良坐姿的方法，具有防误判功能和周期性提醒使用者舒展身体的功能，利于帮助使用者养成良好的坐姿习惯。
附图说明
图1示出根据本发明一种优选实施方式的可纠正不良坐姿的服装的整体结构示意图；
图2示出根据本发明一种优选实施方式的sp连线与胸围线在人体上的位置示意图；
图3示出根据本发明一种优选实施方式的电路盒的整体结构示意图；
图4示出实施例1中标记小球沿脊柱方向的粘贴方式示意图；
图5示出实施例1中标记小球的标定距离方式；
图6示出实施例1中标记小球沿横向方向粘贴方式示意图；
图7～9分别示出实施例1中动作捕捉系统下坐姿状态变化前、中、后的脊椎角度变化图；
图10示出了实施例1中志愿者c在脊椎方向上第4，第5小球间距离45变化的软件分析图；
图11示出了实施例1中脊椎与YZ面的相对夹角示意图；
图12和13分别示出了实施例1中六位志愿者在坐姿变化过程中沿脊椎与YZ面相对角度变化率的折线图和相对角度变化率绝对值的折线图；
图14示出了实施例1中志愿者c在背部粘贴的标记小球组合2122的距离变化软件分析图；
图15示出了实施例1中六位志愿者在坐姿变化过程中背部尺寸不同行间的尺寸变化率对比的折线图。
附图标号说明
1-服装本体；
2-脊椎角度检测模块；
3-背部尺寸变化检测模块；
4-贴合组件；
5-电路盒；
51-挂钩；
52-按键接口；
53-数据传输接口。
具体实施方式
下面通过优选实施方式和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本发明的第一方面，提供了一种可纠正不良坐姿的服装，如图1所示，所述服装包括服装本体1、坐姿检测装置、主控装置和提醒装置，其中，
所述坐姿检测装置设置在服装本体1的内部，以监测人体体征数据，并将数据传输至主控装置；
所述主控装置对获得的数据进行判断，进而发送指令至提醒装置，以对人体进行主动提醒。
根据本发明一种优选的实施方式，所述服装本体1为插肩袖结构，包括服装前片、服装后片、大袖片和小袖片，
其中，所述服装前片、服装后片和大袖片由弹性面料制成，以保证服装贴合人体，
优选地，所述弹性面料为锦纶双面高弹面料。
其中，所述锦纶双面高弹面料的成分组成为74％的锦纶和26％的氨纶。
本发明人发现，上述材质的面料一般用于瑜伽服、健身服等，具有裸感舒适、吸湿排汗性能优良等特点。
在本发明中，所述服装本体采用的是三片袖结构，腋部上方的大袖片，腋下的为小袖片。
更优选地，所述小袖片由马赛格运动面料制成，以保证具有良好的透气性能。
根据本发明一种优选的实施方式，所述坐姿检测装置包括脊椎角度检测模块2和背部尺寸变化检测模块3，以实现对人体体征数据的监测。
本发明人经过大量研究发现，健康的坐姿行为是：将身体坐正，双腿平放于椅面，双脚落地，保证坐姿的稳定，腰部挺直前突，整体上身微微前倾，将身体重心前移，腰背肌肉放松。
进一步地，为了获得确定的、有规律可循的、可监控的变化因素，发明人对大量的不良坐姿进行实时监控，通过对监控图像进行分类分析，获得了不良坐姿间存在的普遍性规律：不良坐姿的体态与本发明中健康的坐姿相比，人体背部脊柱在竖直方向上的角度有着明显的不同，同时，在坐姿变化时，人体背部的横向尺寸也会发生变化。
因此，本发明中优选选择人体背部脊椎角度的变化和人体背部横向尺寸变化作为人体体态监测的因素。
在进一步优选的实施方式中，所述脊椎角度检测模块2为可以测量角度变化的传感器，
所述背部尺寸变化检测模块3为可以测量长度变化的传感器。
在更进一步优选的实施方式中，所述脊椎角度检测模块2为JY61姿态倾角传感器模块和/或Risym L3G4200D三轴数字陀螺仪传感器模块，优选为JY61姿态倾角传感器模块；
所述背部尺寸变化检测模块3为弹性传感器模块。
其中，JY61姿态倾角传感器模块使用的芯片为MPU6050，可以通过IIC通信和串口TTL通信，模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度为0.05度，稳定性极高，性能甚至优于某些专业的倾角仪。该倾角传感器模块测量角度的范围是X、Z轴的正负180°，Y轴的正负90°，其静态角度精度为0.05°，动态的角度精度为0.1°，尺寸优选为15mm*15mm*2mm。
优选地，所述JY61姿态倾角传感器模块做防水封装处理，优选采用热缩管与热熔胶进行封装。
更优选地，所述弹性传感器模块采用的是宁波韧和科技生产的模块，由弹性传感器本身和信号处理模块两个部分组成，该弹性传感器模块的尺寸为64mm*55mm*18mm，其量程为0-3500pF，分辨力为0.1pF。
其中，弹性传感器本身可以是以弹性纺织品作为基底的一款传感器，其具有良好的柔韧性与拉伸性，可以被拉伸至原来尺寸的一倍多，而且是可以被缝纫的，能与服装缝制结合。
根据本发明一种优选的实施方式，所述脊椎角度检测模块2设置在服装本体1的内部，以随身体脊椎角度的变化而变化。
在进一步优选的实施方式中，所述脊椎角度检测模块2的设置位置为人体sp连线与其向下一个长度单元之间的区域。
其中，如图2所示，所述sp连线为左右肩端点sp的连线，将sp连线与胸围线之间人体的脊椎长度进行三等分，每一份为一个长度单元。
本发明人经过大量实验研究发现，当脊椎角度检测模块2设置在上述特定位置时，在坐姿发生变化时，脊椎角度检测模块在服装本体上的相对位置没有发生明显的变化，对脊椎角度变化的检测结果较准确。
根据本发明一种优选的实施方式，在所述服装本体1的内部设置有贴合组件4，其包括两个结构相同的Y型结构，如图1所示，
在两个Y型结构之间连接有背部尺寸变化检测模块3，与贴合组件共同构成双Y交叉形式。
其中，所述背部尺寸变化检测模块与提盒组件连接为一个整体，使得在坐姿发生变化时，背部尺寸变化检测模块能跟随坐姿的变化发生横向的形变。
在进一步优选的实施方式中，所述贴合组件由无弹性的面料制成，优选由无弹帆布面料制成。
优选地，所述无弹帆布面料的克重为480g/m2～550g/m2，优选为500g/m2～530g/m2)，更优选为526g/m2。
本发明人研究发现，当贴合组件的克重为480g/m2～550g/m2，优选为500g/m2～530g/m2，更优选为526g/m2时，可以保证在受力的时候不发生形变。
在更进一步优选的实施方式中，所述背部尺寸变化检测模块3的位置为人体sp连线向下一个长度单元的位置。
根据本发明一种优选的实施方式，所述主控装置为Arduino系列单片机，优选为Beetle微型控制器。
在本发明中，考虑到智能服装应具有普通服装的外观，无突兀的结构设计，穿着舒适感与普通服装一致，因此在硬件的选择上尽量遵循小型化与柔性化的原则。
Beetle微型控制器是Arduino Leonardo控制器的极简版本，具有很广泛的应用场景，适合可穿戴电子应用，它的外观尺寸为20mm*22mm，可以通过Micro USB接口进行程序的烧录与调试。
在进一步优选的实施方式中，所述主控装置设置在电路盒5内，如图3所示，所述电路盒5为长方体结构，在其一侧外壁上设置有挂钩51，以被方便携带。
其中，所述电路盒优选由3D打印技术制得，可以挂在人体的腰部，以方便携带。
在更进一步优选的实施方式中，在所述电路盒与挂钩相对的一侧外壁上开设有多个接口，包括按键接口52和数据传输接口53，
所述按键接口和数据传输接口均与主控装置电性连接。
其中，使用者可以按压不同的按键发送不同的信号指令，所述按键接口设置的按键可以包括设置工作模式按键(以设置为静音模式或非静音模式)、空按键或设备检查按键(检查设备是否在工作且为软件升级留下按键)、智能服装姿态校准按键。
其中，所述数据传输接口还可用于向坐姿检测装置和提醒装置供电。
根据本发明一种优选的实施方式，所述坐姿检测装置与主控装置为可拆卸连接，所述提醒装置与主控装置也为可拆卸连接；
优选地，所述可拆卸连接为插拔式连接。
其中，所述插拔式连接优选为在主控装置上引出导线，并将导线一端设置插拔头。
在进一步优选的实施方式中，在所述电路盒5的顶面开设有通孔，使得带有插拔头的导线穿出，便于与外部设备实现插拔式连接。
在本发明中，优选将坐姿检测装置、提醒装置与主控装置设置为可拆卸连接，便于在服装进行水洗的时候将主控装置取下，可操作性强。
根据本发明一种优选的实施方式，所述提醒装置包括蜂鸣器和震动马达，设置在电路盒5中。
在本发明中，所述蜂鸣器和震动马达可以选用现有技术中常用的体型小、具有警报功能的元件。优选蜂鸣器为冠亲牌无源蜂鸣器模块，震动马达为冠亲牌1027震动马达模块，上述型号的蜂鸣器具有体型小、声音不刺耳等特点，震动马达具有体型小、震动频率稳定、震动强度高等特点。
在进一步优选的实施方式中，所述蜂鸣器和震动马达通过导线与主控装置固定连接。
其中，优选地，蜂鸣器与震动马达通过导线、焊锡直接与主控装置焊接在一起。
在更进一步优选的实施方式中，所述蜂鸣器和震动马达采用按键开关作为信号触发器，所述按键开关设置在按键接口。
在本发明中，通过按压按键开关，切换提醒装置为蜂鸣器提醒或震动马达提醒，以实现非静音模式和静音模式的切换。其中，静音模式可以在公开场合使用，如集体办公室、自习室等安静环境，此时切换为震动马达提醒；非静音模式可以使用在环境嘈杂或者是对震动提示不敏感的使用者身上。
优选地，在静音模式下采用震动马达提醒；
在非静音模式下，采用蜂鸣器和震动马达同时提醒。
在本发明中，坐姿检测装置将监测到的人体体征数据传输至主控装置，主控装置进行判断，进而控制提醒装置做出相应的动作指令。
本发明提供的可纠正不良坐姿的服装，设计科学合理，能够实现主动监测人体坐姿状态，主动对不良坐姿行为进行提醒，帮助使用者养成良好的坐姿习惯。
本发明还提供了一种纠正不良坐姿的方法，优选采用上述可纠正不良坐姿的服装进行，所述方法包括以下步骤：
步骤1，使用者穿着可纠正不良坐姿的服装，选择场景模式，对坐姿检测装置进行校准；
步骤2，对使用者的坐姿进行检测，获得监测数据；
步骤3，对监测数据进行判断，根据判断结果确定是否需要提醒装置进行提醒。
以下进一步描述所述方法：
步骤1，使用者穿着可纠正不良坐姿的服装，选择场景模式，对坐姿检测装置进行校准。
本发明人研究发现，不同的使用者在调整好健康坐姿后，其脊椎角度检测模块监测的脊椎倾角和背部尺寸变化检测模块监测到的皮肤尺寸并不是相同的，因此在对使用者的人体体征数据监测之前，需要先对各检测模块的相关数据进行校准，以提高检测准确性。
在监测之前，通过按压开关选择静音模式或非静音模式。
步骤2，对使用者的坐姿进行检测，获得监测数据。
根据本发明一种优选的实施方式，所述监测数据包括脊椎倾角角度和人体背部横向皮肤尺寸。
优选地，所述监测数据还包括使用者坐姿的时长。
步骤3，对监测数据进行判断，根据判断结果确定是否需要提醒装置进行提醒。
其中，监测数据传输至主控装置进行存储，与主控装置中预先存储的阈值进行比较，获得判断结果。
根据本发明一种优选的实施方式，所述主控装置中预先存储的阈值包括脊椎角度变化率和横向皮肤尺寸变化率。
其中，所述脊椎角度变化率为人体sp连线向下一个长度单元位置的角度变化率，所述横向皮肤尺寸变化率为人体sp连线向下一个长度单元位置的横向皮肤尺寸变化率。
所述脊椎角度变化率为健康坐姿细脊椎的角度与不健康坐姿下脊椎角度的相对变化；横向皮肤尺寸变化率为健康坐姿下背部的横向皮肤尺寸与不健康坐姿下背部的横向皮肤尺寸的相对变化。
在进一步优选的实施方式中，所述脊椎角度变化率的阈值范围为130％～152％；
所述横向皮肤尺寸变化率的阈值范围为6％～12％。
其中，以监测的初始健康坐姿体征数据为标准，将后期监测的数据与标准进行比较，脊椎角度变化率在阈值范围内，且横向皮肤尺寸变化率在阈值范围内时，表示坐姿已经发生了改变，由健康坐姿变为不健康坐姿了，需要提醒装置进行提醒；
当脊椎角度变化率不在阈值范围内，和/或横向皮肤尺寸变化率不在阈值范围内时，不需要提醒装置进行提醒。
本发明人研究发现，人们处于坐姿状态时并不是静止不动的，而是会不断的对身体进行微调整，但对身体调整的时间较短，比如活动一下腰椎与颈椎，或者是放松一下肩部，或者是转体拿取东西等，由于坐姿检测模块具有较高的灵敏性，这些在坐姿过程中的微调整可能会给主控装置带来误判，为了防止出现动作误判行为，本发明中优选设置防误判步骤。
在更进一步优选的实施方式中，所述防误判步骤为主控装置对每一次的监测数据进行两次判断，两次判断的间隔时间为8～12s，优选为10s。
优选地，以两次判断结果中第二次判断的结果为准。
本发明人研究发现，将等待延迟(即：两次判断的间隔时间)设置为10s，能够有效减少主控装置对人体坐姿的误判，提高纠正不良坐姿的准确度。
在本发明中，根据主控装置的判断结果，可以控制提醒装置进行相应形式的提醒，包括蜂鸣器提醒和/或震动马达提醒。
根据本发明一种优选的实施方式，在保持健康坐姿一段时间后，提醒装置进行主动提醒，以提醒使用者适当的舒展身体，缓解肌肉的疲劳感。
在进一步优选的实施方式中，在保持健康坐姿20～30min，优选25min后，提醒装置进行主动提醒。
本发明提供的纠正不良坐姿的方法，操作简单，能够在发生不良坐姿时对使用者进行报警，同时具有防误判和主动提醒的功能，提高了纠正不良坐姿的准确度，有利于养成健康的坐姿习惯。
实施例
以下通过具体实例进一步描述本发明，不过这些实例仅仅是范例性的，并不对本发明的保护范围构成任何限制。
实施例1人体背部脊椎角度、背部横向尺寸的检测位置和变化率的确定
本实施例中通过使用OptiTrack全身动作捕捉系统，寻找在坐姿状态变化的情况下人体体态的变化规律。通过实验一寻找出不良坐姿与健康坐姿在背部脊椎角度变化过程中，脊椎角度变化范围及角度变化的基准位置。通过实验二寻找不良坐姿与健康坐姿在背部尺寸的变化过程中，背部尺寸变化范围及背部尺寸变化的基准位置。
(1)实验人员及设备
一共有六名志愿者参加了实验，他们的共有特点是全部为在校成年男性，身体姿态无明显缺陷。六名志愿者的个人信息如表1所示。
表1
OptiTrack全身动作捕捉系统的主要硬件设备是装有FPGA光学处理芯片的智能相机，该款相机采用了850nm红外感光CMOS。在该套系统的硬件选择中共有4种不同分辨率的相机可供挑选，相机分别有30万、130万、170万和410万四个像素级别。多个该种类型的智能相机共同组成了一套光学动作捕捉系统，在本实施例中共使用了10台固定机位的相机。软件系统通过相机使用短暂且强烈的红外闪光来照亮标记点，并且相机同时捕捉到安装在人体表面的标记小球，经过计算机及应用软件的分析，可以实时捕捉到人体的各种动作与姿势。OptiTrack全身动作捕捉系统的捕捉精度高达0.1mm。
(2)实验方法
a、调试动作捕捉设备并对设备进行校准。先将动作捕捉系统的相机连入软件系统，然后开始通过软件调整相机的曝光频率与曝光时长，达到对实验环境进行除杂降噪的目的。接着将校准直角杆调平放在将要进行实验区域，设置好空间坐标原点位置，然后通过软件重复上一步操作，对环境进一步除杂降噪；使用标定杆在实验区域范围内做上下左右旋转的无规则运动，提高动作捕捉系统的测量精度。
b、让志愿者处于站立状态，身体站直，手臂自然下垂，双肩放松，找到手臂的左右肩点sp。将身体自然站直，用皮尺通过胸部的最高点找到人体的胸围线。让志愿者保持健康坐姿坐于实验用椅上，并连接左右肩点sp，命名为sp连线，如图2所示。
c、实验一将在sp连线与胸围线之间人体的脊椎长度进行三等分，并用皮尺记录每一份的长度(记为长度一个长度单元)，按照一个长度单元的距离，沿着人体脊柱的方向，分别向上和向下粘贴标记小球，粘贴方式如图4所示。
在实验一中，将标记小球由上到下，从第一个小球起，分别命名为小球1、小球2、小球3......小球10、小球11。小球1与小球2之间的距离，记为距离12，小球2与小球3之间的距离，记为距离23，以此类推一直到距离10 11。
实验二，将在sp连线与胸围线之间人体的脊椎长度进行三等分，将标志点小球粘贴在各个等分点处，再从各个等分点沿横向方向粘贴标记小球，两个标记小球之间的距离设置为50mm。标记小球间距离的标定方式如图5所示，沿横向方向粘贴标记小球的方式如图6所示。
在实验二中，在标记小球组成的矩形阵列中，按照从左向右的原则，将位置在第1排、第1列的小球记为小球1 1；将位置在第1排、第3列小球记为小球1 3；将位置在第3排、第4列小球记为小球3 4；以此类推一直到小球4 5。将小球11与小球12之间的距离，记为距离11 12；将小球22与小球23之间的距离，记为距离22 23；以此类推一直到距离4445。将小球11与小球12组成的线段命名为线11 12；将小球34与小球35组成的线段命名为线34 35。
d、实验一与实验二的实验时间选择在一天中的早上(此时的人体脊椎长度最接近于实际人体脊椎的长度)，实验开始前首先让志愿者坐在实验区域内，熟悉实验中将要使用到的实验设备与环境。然后让志愿者在实验人员的帮助指导下，调整其坐姿为健康坐姿。在实验时，志愿者需要先保持静止的健康坐姿状态，在听见实验人员的指令后开始放松身体，志愿者放松身体至日常生活中常使用到的弯腰坐姿状态，然后保持静止。
e、在实验一中，获取粘贴在人体脊椎上各个标记小球的空间坐标，X、Y、Z。并通过软件分析各个小球间在不同坐姿状态下的相对位移变化，以及在不同坐姿状态下两个标记小球所组成的连线在竖直方向上的角度变化。
在实验二中，获取粘贴在人体表面的标记小球在横向方向上相邻的两个小球之间的距离变化。
(3)实验结果与分析
a、志愿者在实验人员的指导下做出由健康坐姿状态到弯腰放松坐姿状态。这一动作过程在动作捕捉系统下的动作肢解图如图7～9所示。
由图7～9可以看出，当身体的坐姿发生变化时，人体不同脊椎部位在竖直方向上的角度发生了大小不一的变化，且相邻标记小球间的距离也发生了变化(即在脊椎方向上的皮肤尺寸发生了变化)。
图10示出了志愿者c在脊椎方向上第4，第5小球间距离45变化的软件分析图，经过对比志愿者的实验动作将此过程分为4个部分(红色边框标记的区域)。部分1是数据错误区，造成此现象的主要原因是志愿者c在实验开始后身体没有保持静止姿态；部分2是实验等待区，可以通过这一部分计算出在健康坐姿时标记小球间的距离；部分3是实验动态区，这一部分是志愿者c在听到指令后，进行坐姿的变换；部分4是实验完成区，可以通过这一部分计算出在志愿者做完弯腰坐姿动作后标记小球间的距离。
在实验一中经过对实验数据的初步删选与分析后发现，志愿者在坐姿变化过程中人体脊柱在横向方向上(即与XZ面)的相对角度变化不明显，位置偏移均约在4.3°内；而志愿者的脊柱与竖直方向(即与YZ面)和XY面的相对角度变化明显，且脊柱与YZ面的变化角度和与XY面的变化角度之和为90°。因为在实验中，YZ面是人体脊柱的正方向，所以在本实验中，将YZ面作为探究脊椎在竖直方向上角度变化的基准面，如图11所示。
对六位志愿者(a～f)的实验数据分析整理，得到在坐姿变化后与坐姿变化前相邻小球与YZ面相对角度变化的对比表，如表2～7所示。
表2
表3
表4
表5
表6
表7
进一步地，图12和13分别示出了六位志愿者在坐姿变化过程中沿脊椎与YZ面相对角度变化率的折线图和相对角度变化率绝对值的折线图。
由表2～7及图12、13可知，志愿者从发明所述的健康坐姿到弯腰坐姿这一过程中，脊柱的角度变化率从上到下(脊椎的位置)基本遵循先变大，再变小，再变大的过程。整体来看六位志愿者的脊椎角度变化率离散程度较大，且没有固定的脊椎角度变化率。六位志愿者在标记小球组合34的位置(脊椎的位置)，脊椎角度变化率均相近，且六位志愿者此处脊椎角度变化率数值151.04％，143.15％，147.03％，149.11，139.57，138.95，其标准偏差最小，因此可以将标记小球组合34的位置作为探究人体脊椎变化的基准位置(即人体肩点连线和向下一个长度单元之间的区域)，其角度变化率范围约在138％～152％之间。志愿者b的实验结果与其他两位志愿者的结果略有偏差，经过对比六位志愿者的脊椎曲线图发现，该志愿者在胸部弯曲与腰部弯曲处，比其他五位志愿者的屈曲度大，但无明显骨骼疾病，对实验结果没有较大的影响。
实验二探究的是人体背部尺寸在坐姿变化过程中尺寸的变化关系。志愿者在实验人员的指导下做出由健康坐姿到弯腰放松坐姿。
其中，图14示出了志愿者c在背部粘贴的标记小球组合2122的距离变化软件分析图，经过对比志愿者的实验动作将此过程分为五个部分(红色边框标记的区域)。部分1是数据错误区，造成此现象的主要原是志愿者c在实验开始后没有保持静止姿态；部分2是实验等待区，可以通过这一部分计算出在健康坐姿时标记小球间的距离；部分3是实验动态区，这一部分是志愿者c在听到指令后，进行坐姿的变换；部分4是姿态稳定区，志愿者在完成弯腰坐姿后对身体姿态的稳定。部分5是实验完成区，可以通过这一部分计算出在志愿者做完弯腰坐姿后标记小球间的距离。
对六位志愿者的实验数据分析整理，得到在坐姿变化后与坐姿变化前相邻小球间距离的对比表，分别如表8～13所示。
表8
表9
表10
表11
表12
表13
进一步地，图15示出了六位志愿者在坐姿变化过程中背部尺寸不同行间的尺寸变化率对比的折线图。
由表8～13和图15可知，志愿者从健康坐姿到弯腰坐姿这一过程中，人体背部尺寸均有所变大，但变化率不同。可以初步得到当志愿者从健康坐姿变为弯腰坐姿时，在实验区域内标记小球所粘贴的，第二行皮肤尺寸变化率最大，即第二行皮肤区域内的皮肤在坐姿变化过程中尺寸变化最大，此处的皮肤尺寸变化率约在7％～12％之间。
实施例2可纠正不良坐姿的服装的组成及功能测试
本实施例中所述的可纠正不良坐姿的服装，服装本体的服装前片、服装后片和大袖片由锦纶双面高弹面料(74％的锦纶和26％的氨纶)制成，小袖片由马赛格运动面料制成；
脊椎角度检测模块为JY61姿态倾角传感器模块，并采用热缩管与热熔胶进行防水封装处理，背部尺寸变化检测模块采用的是宁波韧和科技生产的弹性传感器模块，由弹性传感器本身和信号处理模块两个部分组成，该弹性传感器模块的尺寸为64mm*55mm*18mm，其量程为0-3500pF，分辨力为0.1pF；
JY61姿态倾角传感器模块设置在人体sp连线与其向下一个长度单元之间的位置，缝合在服装本体的后片上；弹性传感器模块与包括两个Y型结构的贴合组件缝合在一起，贴合组件由无弹帆布面料制成(克重为526g/m2)，位置为人体sp连线与其向下一个长度单元之间的位置；
主控装置为Beetle微型控制器，设置在电路盒中，电路盒上有三个按键接口，分别为工作模式按键、空按键或设备检查按键和智能服装姿态校准按键；JY61姿态倾角传感器模块和弹性传感器模块分别通过插拔头与主控装置插拔式连接；
蜂鸣器(型号为冠亲牌无源蜂鸣器模块)和震动马达(型号为冠亲牌1027震动马达模块)，设置在电路盒中。
功能测试：
(1)测试实验一
志愿者穿着可纠正不良坐姿的服装，完成从健康坐姿到弯腰坐姿的动作过程，在坐姿发生变化时，通过电脑串口读取坐姿矫正智能服装实时的脊椎倾角数据；同时，在动作捕捉系统下，将标记小球置于JY61姿态倾角传感器所在的位置区域，解析在动作捕捉系统下志愿者背部标记小球角度变化的数据，将所得的两组数据进行对比分析。
志愿者随意做出不良坐姿8组，通过电脑串口读取弹性传感器在坐姿变化过程中的数据采回值，将所得的数据变化率与实验结论进行对比分析。
可纠正不良坐姿的服装倾角传感器的角度输出值与在动作捕捉系统下标记小球与YZ面夹角的对比结果，如表14所示。
表14
由表14可知，由三轴倾角传感器测得的倾角与动作捕捉系统下测量的同一区域的倾角相比，差别不明显。
表14中示出的变化率电脑值均包含在130％～152％的阈值范围内，说明脊椎角度处于不健康状态下。
可纠正不良坐姿的服装弹性传感器的拉伸数据采回值，如表15所示。
表15
从上表中可以看出，在不良坐姿变化中，弯腰坐姿时的人体的背部尺寸变化率较大，在伏案时人体的背部尺寸变化率较小。
(2)测试实验二
志愿者通过随机动作，测试服装是否能成功识别不良坐姿，结果如表16所示。
表16
由上表可知，本发明所述的可纠正不良坐姿的服装对于弯腰坐姿，常见的托腮坐姿等身体姿态变化明显的不良坐姿，检测效果明显。说明本发明所述的服装在一定程度上可以实现对不良坐姿的识别与提醒，可以帮助人们养成良好的坐姿习惯。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种可纠正不良坐姿的服装，其特征在于，所述服装包括服装本体(1)、坐姿检测装置、主控装置和提醒装置，其中，
所述坐姿检测装置设置在服装本体(1)的内部，以监测人体体征数据，并将数据传输至主控装置；
所述主控装置对获得的数据进行判断，进而发送指令至提醒装置，以进行主动提醒；
所述坐姿检测装置包括脊椎角度检测模块(2)和背部尺寸变化检测模块(3)，以实现对人体体征数据的监测；
所述脊椎角度检测模块(2)为可以测量角度变化的传感器，
所述背部尺寸变化检测模块(3)为可以测量长度变化的传感器；
所述脊椎角度检测模块(2)设置在服装本体(1)的内部，以随身体脊椎角度的变化而变化，
所述脊椎角度检测模块(2)的设置位置为人体sp连线与其向下一个长度单元之间的区域，所述sp连线为左右肩端点sp的连线，将sp连线与胸围线之间人体的脊椎长度进行三等分，每一份为一个长度单元；
在所述服装本体(1)的内部设置有贴合组件(4)，其包括两个结构相同的Y型结构，
在两个Y型结构之间连接有背部尺寸变化检测模块(3)，与贴合组件共同构成双Y交叉形式。
2.根据权利要求1所述的可纠正不良坐姿的服装，其特征在于，所述服装本体(1)为插肩袖结构，包括服装前片、服装后片、大袖片和小袖片，
其中，所述服装前片、服装后片和大袖片由弹性面料制成，以保证服装贴合人体。
3.根据权利要求1所述的可纠正不良坐姿的服装，其特征在于，所述贴合组件由无弹帆布面料制成。
4.根据权利要求1所述的可纠正不良坐姿的服装，其特征在于，所述主控装置设置在电路盒(5)内，所述电路盒(5)为长方体结构，在其一侧外壁上设置有挂钩(51)，以被方便携带。
5.一种纠正不良坐姿的方法，采用权利要求1至4之一所述的可纠正不良坐姿的服装进行，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，使用者穿着可纠正不良坐姿的服装，选择场景模式，对坐姿检测装置进行校准；
步骤2，对使用者的坐姿进行检测，获得监测数据；
步骤3，对监测数据进行判断，根据判断结果确定是否需要提醒装置进行提醒。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述监测数据包括脊椎倾角角度和人体背部横向皮肤尺寸。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3中，监测数据传输至主控装置进行存储，与主控装置中预先存储的阈值进行比较，获得判断结果，
主控装置中预先存储的阈值包括脊椎角度变化率和横向皮肤尺寸变化率，
所述脊椎角度变化率的阈值范围为130％～152％，
所述横向皮肤尺寸变化率的阈值范围为6％～12％。
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