CN115919357A - 一种多功能、高精度的体态检测设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能、高精度的体态检测设备及其检测方法，其中设备包括立柱、底座、顶板、头部定位器、机械臂、第一超声波测量器、第二超声波测量器、摄像器和控制器；第一超声波测量器用于检测人体肩部所处的高度和用于检测人体两肩的高度差，两根所述机械臂对称分布并用于通过前后摆动来推动人体背部移动以提醒用户端正背部姿态；头部定位器配合所述机械臂动作以使用户模拟仰躺姿势；摄像器通过视觉识别检测体态。增加了肩部平衡、骨盘前倾或骨盘后倾等检测功能，实现对体态的综合检测，继而可在检测前对用户进行站立姿势检测、辅助纠正或提醒，评估结果更为科学和高精度。

Description

一种多功能、高精度的体态检测设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及体态检测设备技术领域，特别是一种多功能、高精度的体态检测设备及其检测方法。

背景技术

体态检测设备是通过一些电子传感器测量体态数据的设备，除了身高和体重外，还可以检测体态的标准程度、肩宽和腰宽。但目前的体态检测设备在进行检测前，缺乏对用户的站立姿势检测和纠正提醒，在检测时用户可能存在踮脚、驼背等有意识或无意识的行为，这些行为都会影响到检测结果的准确性，并且缺乏肩部平衡、骨盘前倾或骨盘后倾等检测功能，存在功能不够全面综合、检测存在不够科学、精度低的问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种多功能、高精度的体态检测设备及其检测方法，增加了肩部平衡、骨盘前倾或骨盘后倾等检测功能，实现对体态的综合检测，继而可在检测前对用户进行站立姿势检测、辅助纠正或提醒，评估结果更为科学和高精度。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能、高精度的体态检测设备，包括立柱、底座和顶板，所述底座和所述顶板分别设置于所述立柱的底部和顶部，所述顶板和所述底座上下相对，还包括头部定位器、机械臂、第一超声波测量器、第二超声波测量器、摄像器和控制器；

所述顶板的底部对称地设有两根沿前后方向延伸的第一电动导轨，每根所述第一电动导轨滑动连接有一个所述第一超声波测量器；所述第一超声波测量器用于检测人体肩部所处的高度和用于检测人体两肩的高度差，并发送至所述控制器；

所述立柱的左右两侧竖直且对称地设有第二电动导轨，两根所述第二电动导轨分别滑动安装有一根所述机械臂，两根所述机械臂对称分布并用于通过前后摆动来推动人体背部移动以提醒用户端正背部姿态；

所述头部定位器包括头部挡板和调节机构，所述调节机构安装于所述顶板的前侧，所述头部挡板滑动安装于所述调节机构，所述调节机构用于调节所述头部挡板的所处位置，配合所述机械臂动作以使用户模拟仰躺姿势；

所述立柱的中部沿长度方向设有检测窗口，所述检测窗口贯穿所述立柱的前后两侧，所述检测窗口内竖直设有第三电动导轨，所述第二超声波测量器和所述第三电动导轨滑动连接；所述第二超声波测量器用于检测人体躯干的各部位分别与其检测端的距离，生成距离数据集并发送至所述控制器；

所述摄像器设置于所述底座的前方，所述摄像器用于通过机器视觉识别用户的两肩的角点形成的角点直线，并发送至所述控制器；和用于通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器进行显示；

所述控制器用于根据所述两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；和用于根据所述距离数据集判断是否肥胖和是否盆骨前倾或后倾，若是则发出姿势纠正提醒；以及用于在检测到用户的体态符合预设标准时控制所述摄像器采集所述体态数据。

优选地，所述多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，包括以下步骤：

步骤A，提示用户站立于所述底座上，并朝向所述立柱；然后检测用户是否站稳，并在判断站稳后检测体重，同时两个所述第一超声波测量器检测人体肩部所处的高度，生成双肩的肩高粗定值H_S；并通过所述肩高粗定值H_S和预设的人体标准尺寸比例，计算出身高粗定值H和表示人体背部所处高度的背高粗定值H₁；

步骤B，移动所述头部挡板至所述身高粗定值H对应的高度，和移动所述机械臂至所述背高粗定值H₁对应的高度；接着，所述机械臂的推杆向用户施加推力以提醒用户挺直背部，直至所述推杆施加的推力达到推力设定值时停止并保持在当前位置；然后，所述头部挡板向后移动至和用户头部的后方相抵，以使用户模拟仰躺姿势；

步骤C，两个所述第一超声波测量器进行检测并从前向后移动，采集得到左肩高度数组和右肩高度数组，分别计算出左肩高度数组和右肩高度数组中的前五个最大值的平均值，从而生成左肩高度值height1和右肩高度值height2，以及两肩的高度差值；

同时，摄像器通过机器视觉识别用户的所述角点直线，所述控制器根据所述两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；重复执行步骤C，直至用户的肩部平衡为止，并生成肩高确定值H_S1；

步骤D，通过所述肩高确定值H_S1和预设的人体标准尺寸比例，计算出胸部高度值H_C和表示腰围高度与臀围高度的中间值的腹部高度值H₂；然后移动第二超声波测量器至所述胸部高度值H_C并进行检测，采集用户胸部和第二超声波测量器之间的距离d_C；接着第二超声波测量器边移动至所述腹部高度值H₂边进行检测，采集用户从胸部至腹部的曲线数据组，所述控制器根据所述曲线数据组判断用户是否肥胖；

步骤E，所述头部挡板复位至最高处，所述机械臂展开，提示用户转身至朝向所述摄像器，然后移动第二超声波测量器至所述背高粗定值H₁，接着第二超声波测量器边进行检测边向下移动至所述腹部高度值H₂，采集沿途所测数据并根据所测数据判断是否存在盆骨前倾或后倾；若存在盆骨前倾或后倾，则发出姿势纠正提醒；重复执行步骤D，直至不存在盆骨前倾或后倾为止；

步骤F，所述摄像器通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器进行显示。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

所述多功能、高精度的体态检测设备主要应用于对身高精度要求较高且同时需要获得其他体态数据的场合。不仅能够实现对被测对象的左右肩部是否平衡、是否存在盆骨前倾、盆骨后倾等情况进行检测来判断站姿情况，还可以实现对被测对象是否肥胖、身高、体重、腰宽和肩宽的检测。该装置是为了解决在常见的身高检测设备中由于站姿问题所导致的测量误差，同时在已有基础上为被测用户提供更多的体态检测信息。采用了第一超声波测量器和第二超声波测量器来测量体位数据，在人体标准站姿数据的基础上设置允许的阈值偏差，并且产生语言提醒，辅助用户调整站姿情况，通过一系列的体态检测来提高视觉检测的准确性。

附图说明

图1是本发明的其中一个实施例的体态检测设备立体结构示意图；

图2是本发明的其中一个实施例中的体态检测设备侧视示意图；

图3是本发明的其中一个实施例中的体态检测设备后视示意图；

图4是本发明的其中一个实施例中的顶板底部结构图；

图5是本发明的其中一个实施例中的调节机构剖面结构示意图；

图6是本发明的其中一个实施例中的第二电动导轨剖面结构示意图；

图7是本发明的其中一个实施例中的体态检测设备检测方法第一部分流程示意图；

图8是本发明的其中一个实施例中的体态检测设备检测方法第二部分流程示意图；

图9是本发明的其中一个实施例中的摄像器拍摄示意图；

图10是本发明的其中一个实施例中的摄像器的像素尺寸示意图。

其中：立柱1；底座2；顶板3；头部定位器4；机械臂5；第一超声波测量器7；第二超声波测量器6；摄像器8；控制器9；第一电动导轨31；第三电动导轨12；第二电动导轨13；头部挡板41；调节机构42；检测窗口11；支撑杆51；推杆52；第一电机53；第一压力传感器54；传动皮带121；传动轮122；第一开口14；第一传动丝杆131；第一滑块132；第二开口32；第二传动丝杆311；第二滑块312；第四电动导轨42a；第五电动导轨42b；第一壳体421；第四传动丝杆422；第四滑块423；第二壳体424；第五传动丝杆425；第五滑块426；第三开口4211；第四开口4241；第一安装架81；第二安装架92；触控显示屏91。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～3所示，一种多功能、高精度的体态检测设备，包括立柱1、底座2和顶板3，所述底座2和所述顶板3分别设置于所述立柱1的底部和顶部，所述顶板3和所述底座2上下相对，还包括头部定位器4、机械臂5、第一超声波测量器7、第二超声波测量器6、摄像器8和控制器9；

所述顶板3的底部对称地设有两根沿前后方向延伸的第一电动导轨31，每根所述第一电动导轨31滑动连接有一个所述第一超声波测量器7；所述第一超声波测量器7用于检测人体肩部所处的高度和用于检测人体两肩的高度差，并发送至所述控制器9；

所述立柱1的左右两侧竖直且对称地设有第二电动导轨13，两根所述第二电动导轨13分别滑动安装有一根所述机械臂5，两根所述机械臂5对称分布并用于通过前后摆动来推动人体背部移动以提醒用户端正背部姿态；

所述头部定位器4包括头部挡板41和调节机构42，所述调节机构42安装于所述顶板3的前侧，所述头部挡板41滑动安装于所述调节机构42，所述调节机构42用于调节所述头部挡板41的所处位置，配合所述机械臂5动作以使用户模拟仰躺姿势；

所述立柱1的中部沿长度方向设有检测窗口11，所述检测窗口11贯穿所述立柱1的前后两侧，所述检测窗口11内竖直设有第三电动导轨12，所述第二超声波测量器6和所述第三电动导轨12滑动连接；所述第二超声波测量器6用于检测人体躯干的各部位分别与其检测端的距离，生成距离数据集并发送至所述控制器9；所述摄像器8设置于所述底座2的前方，所述摄像器8用于通过机器视觉识别用户的两肩的角点形成的角点直线，并发送至所述控制器9；和用于通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器9进行显示；

所述控制器9用于根据所述两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；和用于根据所述距离数据集判断是否肥胖和是否盆骨前倾或后倾，若是则发出姿势纠正提醒；以及用于在检测到用户的体态符合预设标准时控制所述摄像器8采集所述体态数据。

所述多功能、高精度的体态检测设备主要应用于对身高精度要求较高且同时需要获得其他体态数据的场合。不仅能够实现对被测对象的左右肩部是否平衡、是否存在盆骨前倾、盆骨后倾等情况进行检测来判断站姿情况，还可以实现对被测对象是否肥胖、身高、体重、腰宽和肩宽的检测。该装置是为了解决在常见的身高检测设备中由于站姿问题所导致的测量误差，同时在已有基础上为被测用户提供更多的体态检测信息。采用了第一超声波测量器7和第二超声波测量器6来测量体位数据，在人体标准站姿数据的基础上设置允许的阈值偏差，并且产生语言提醒，辅助用户调整站姿情况，通过一系列的体态检测来提高视觉检测的准确性。

具体为通过语音提示用户站到底座2的指定区域，并且语音提示用户朝向立柱1站立，底座2可以是普通底座，也可以是带有测体重功能的底座。

然后设置在顶板3的两个第一超声波测量器7分别通过测量底座2和自身的距离，以及人体肩部(左肩和右肩)和自身的距离，得到人体肩部(左肩和右肩)所处的高度；并且通过第一电动导轨31驱动第一超声波测量器7沿前后方向移动，采集多个数据，以移动的方式来配合测距可以有效的保证肩部数据的完整性和准确性，从而可以检测到较为准确的人体两肩高度差；所述摄像器8也可以机器视觉作为辅助，分别以用户的两肩的角点作直线，以此来辅助超声传感器判断用户是否肩部平衡以及背部脊骨是否端正，在反馈被测对象是否存在高低肩的同时也可以提醒被测对象调整姿势，以此达到提高身高检测精度的目的。然后，检测体态前也可通过机械臂5向被测对象的背部施加较小的力来提醒被测对象端正背部姿态，并可通过调节机构42移动头部挡板41至被测对象的头部高度，结合机械臂5的动作辅助用户模拟出仰躺姿势。

接着，设置于立柱1中部的第二超声波测量器6通过第三电动导轨12驱动而从上往下移动，并同时沿途采集人体躯干各部位与其检测端的距离，形成人体曲线数据组，可将采集到的人体曲线数据组形成的被测人体曲线和预设的标准曲线进行对比，根据其偏离情况分析出被测对象是否肥胖和是否存在盆骨前倾或盆骨后倾的现象，从而得到对应的体态指标数据，或者是在存在盆骨前倾或盆骨后倾的现象时提醒被测对象调整姿势，以此达到提高身高检测精度的目的。在被测对象体态满足要求后，摄像器8通过视觉识别检测体态，获取体态数据，例如身高、肩宽以及腰围，并反馈在控制器9上进行显示。所使用的检测逻辑为现有图像判断的技术手段，以检测身高为例，在设置好拍摄的固定位置后，得到标准高度H_b和其对应的像素尺寸大小h_b之比，如图9和10所示，再将实际情况下所获得的像素宽度与这个比例相乘，最终获得用户的实际所测

数据，并且在对数据进行误差值处理后进行显示；计算公式可以为

其中，H_V为用户实际所测高度，h_v为用户实际所测图像的像素高度；摄像器8所测的其他体态数据的处理方法于此类似，在此不再过多的描述。

具体地，如图6所示，所述机械臂5包括支撑杆51、推杆52、第一电机53和第一压力传感器54，所述支撑杆51的一端和对应的所述第二电动导轨13滑动连接，所述支撑杆51的另一端通过转轴件和所述推杆52的一端铰接，所述第一电机53的输出端和所述转轴件，所述第一电机53用于驱动所述推杆52前后摆动来推动人体背部移动；

所述第一压力传感器54安装于所述推杆52的另一端并其检测端朝向所述立柱1的前侧面，所述第一压力传感器54用于检测所述推杆52对人体背部的压力是否达到推力设定值，并在达到所述推力设定值时制停所述第一电机53，使所述推杆52保持在当前位置；

所述头部挡板41设有第二压力传感器，所述第二压力传感器的检测端朝向所述立柱1的前侧面，所述第二压力传感器用于在所述头部挡板41移动过程中当检测到受力时向所述调节机构42发送停止移动信号，使所述头部挡板41保持在当前位置。

机械臂5通过支撑杆51和第二电动导轨13滑动连接，由第一电机53驱动所述推杆52向后摆动来，对用户施加一定的推力，推动人体背部移动，以此示意用户主动做到挺直后背的动作，而第一压力传感器54可检测所述推杆52对人体背部的压力是否达到推力设定值，并在达到所述推力设定值时制停所述第一电机53，使所述推杆52保持在当前位置；从而达到辅助被测对象挺直背部的目的。

同理，头部挡板41在向被测对象的头部方向移动的过程中，一旦第二压力传感器检测到受力，说明头部挡板41以和被测对象的头部相接触，此时向所述调节机构42发送停止移动信号，使所述头部挡板41保持在当前位置；从而结合机械臂5的动作辅助用户模拟出仰躺姿势。

优选地，所述底座2设有第三压力传感器，所述第三压力传感器用于检测体重数据并发送至所述控制器9；

所述控制器9还用于检测体重数据的变化幅度是否小于幅度设定值，若是则判断用户已站稳，并显示站稳后的体重数据，否则发出姿势纠正提醒；和用于在判断用户已站稳时控制所述第一超声波测量器7进行检测。

在底座2设置第三压力传感器，不仅能检测体重，还可用于检测用户是否站稳，以便在站稳后进行下一步的站姿检测，提供检测准确性。具体为待用户站在底座2上后，在第三压力传感器感受到压力变化，并开始对压力进行检测，控制器9每100ms获取一次体重数据，并将体重数据存于内存中；若存在五个体重数据相互之间的差值小于2kg时，便代表用户已经站立稳定，随后将最后的五个体重数据的平均值作为体重最终数值反馈在控制器9的数字显示屏上以供用户知悉，同时控制器9指示顶板3的第一超声波测量器7对用户进行检测；否则控制器9发出姿势纠正提醒，例如发出“请在指定区域站好”的语音提示。

在一些实施例中，如图3所示，所述第三电动导轨12包括第三电机(未在图中示出)、传动皮带121和两个传动轮122，两个所述传动轮122分别安装于所述检测窗口11的上下两端，所述传动皮带121套设于两个所述传动轮122之间，所述第三电机的输出轴和其中一个所述传动轮122的中轴连接，所述第二超声波测量器6通过连接件安装于所述传动皮带121的前侧，所述第三电机用于通过驱动所述传动皮带121于两个所述传动轮122之间移动而带动所述第二超声波测量器6上下移动；

如图6所示，所述立柱1为中空结构，所述立柱1的左右两侧均开设有第一开口14；所述第二电动导轨13包括第二电机(未在图中示出)、第一传动丝杆131和第一滑块132，所述第一传动丝杆131竖直设置并位于所述第一开口14，所述第二电机安装于所述立柱1的内部，并且所述第二电机的输出轴和所述第一传动丝杆131的一端连接，所述第一滑块132套设于所述第一传动丝杆131并和所述第一传动丝杆131通过螺纹滑动连接，所述第二电机用于通过驱动第一传动丝杆131转动而带动所述第一滑块132于所述第一传动丝杆131移动；

所述支撑杆51的一端和所述第一滑块132固定连接；

如图4所示，所述顶板3为中空结构，所述顶板3的底部对称地开设有两个第二开口32；所述第二开口32沿前后方向延伸；

所述第一电动导轨31包括第三电机(未在图中示出)、第二传动丝杆311和第二滑块312，所述第二传动丝杆311沿前后方向延伸并位于所述第二开口32，所述第三电机安装于所述顶板3的内部，并且所述第三电机的输出轴和所述第二传动丝杆311的一端连接，所述第二滑块312套设于所述第二传动丝杆311并和所述第二传动丝杆311通过螺纹滑动连接，所述第三电机用于通过驱动第二传动丝杆311转动而带动所述第二滑块312于所述第二传动丝杆311移动；

所述第一超声波测量器7和所述第二滑块312固定连接。

所述第一电动导轨31通过丝杆传动来实现第一超声波测量器7的前后移动，具有定位精度高的特点，可以更好地进行多个定位点的测量，提高数据的准确性。第二开口32可起到限定第一超声波测量器7移动行程的作用，所述第三电机、第二传动丝杆311安装于所述顶板3的内部，可起到保护、防尘的作用。所述第二电动导轨13通过丝杆传动来实现机械臂5的上下移动，具有精度高的特点，机械臂5在常态时位于第一传动丝杆131的最高处，在检测时，结合第一传动丝杆131每转动一圈时支撑杆51所变化的高度，可以得出第二电机对应所需要转动的圈数，从而在检测到人体肩部高度后，根据预设的人体标准尺寸比例可计算出的背部高度，然后由第一传动丝杆131带动机械臂5移动至计算出的背部高度位置。所述第一开口14可起到限定机械臂5移动行程的作用，所述第二电机、第一传动丝杆131安装于所述立柱1的内部，可起到保护、防尘的作用。所述第三电动导轨12通过皮带传动来实现第二超声波测量器6的上下移动，具有运行平稳、缓冲、吸振的优点，避免因移动过程中第二超声波测量器6抖动较大而影响了数据的准确性。

在另一些实施例中，如图2和图5所示，所述调节机构42包括第四电动导轨42a和第五电动导轨42b，第四电动导轨42a包括第一壳体421、第四电机(未在图中示出)、第四传动丝杆422和第四滑块423；所述第五电动导轨42b包括第二壳体424、第五电机(未在图中示出)、第五传动丝杆425和第五滑块426；

所述第一壳体421为中空结构，所述第一壳体421的后侧开设有沿上下方向延伸的第三开口4211；所述第四传动丝杆422竖直设置并位于所述第三开口4211，所述第四电机安装于所述第一壳体421的内部，并且所述第四电机的输出轴和所述第四传动丝杆422的一端连接，所述第四滑块423套设于所述第四传动丝杆422并和所述第四传动丝杆422通过螺纹滑动连接，第四电机用于通过驱动第四传动丝杆422转动而带动第四滑块423于第四传动丝杆422移动；

所述第二壳体424为中空结构，所述第二壳体424水平设置于所述第四滑块423，所述第二壳体424的顶部开设有沿前后方向延伸的第四开口4241；所述第五传动丝杆425沿前后方向延伸并位于所述第四开口4241，所述第五电机安装于所述第四开口4241的内部，并且所述第五电机的输出轴和所述第五传动丝杆425的一端连接，所述第五滑块426套设于所述第五传动丝杆425并和所述第五传动丝杆425通过螺纹滑动连接，所述第五电机用于通过驱动第五传动丝杆425转动而带动所述第五滑块426于所述第五传动丝杆425移动；

所述头部挡板41竖直设置于所述第五滑块426的后端。

所述第四电动导轨42a通过丝杆传动来实现第五电动导轨42b的上下移动，具有定位精度高的特点，可以更好地进行头部挡板41的高度定位。所述第五电动导轨42b通过丝杆传动来实现头部挡板41的前后移动，具有定位精度高的特点，可以更好地进行头部挡板41的前后位置定位。从而所述调节机构42可在上下方向和前后方向去调节所述头部挡板41的位置，以使所述头部挡板41对准被测对象的头部，起到辅助纠正头部姿势的作用。

第三开口4211可起到限定第五电动导轨42b移动行程的作用，所述第四电机、第四传动丝杆422安装于所述第一壳体421的内部，可起到保护、防尘的作用。第四开口4241可起到限定头部挡板41移动行程的作用，所述第五电机、第五传动丝杆425安装于所述第二壳体424的内部，可起到保护、防尘的作用。

可选地，如图1所示，还包括第一安装架81和第二安装架92，所述第一安装架81和第二安装架92均为L型支架，所述第一安装架81的一端和所述底座2的前侧连接，所述第一安装架81向前延伸并且所述第一安装架81的另一端朝上，所述摄像器8安装于所述第一安装架81的另一端，所述摄像器8的镜头朝向所述立柱1；所述第二安装架92的一端和所述立柱1的左侧或右侧连接，所述第二安装架92向外延伸并且所述第二安装架92的另一端朝上，所述控制器9安装于所述第二安装架92的另一端；所述控制器9还设有触控显示屏91，所述触控显示屏91用于发出操作提示和姿势纠正提醒，以及显示所述体态数据。

通过第一安装架81将所述摄像器8安装于所述立柱1的前方的中部，以便于摄像器8拍摄到用户的全身，进行对应的身高测量。控制器9通过第二安装架92安装于立柱1的左侧或右侧，避免影响了机械臂5的运作和摄像器8的拍摄。触控显示屏91可显示检测出来的体态数据，以及进行操作提示；语音识别模块可进行语音交互，例如提问用户是否站定，在用户回答站定后进行检测；或者提问用户姿势是否调整好，在用户回答调整好后再次进行姿势检测。语音识别模块所使用的检测逻辑为现有语音识别的技术手段，在此不再过多的描述。

上述实施例的多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，如图7和8所示，包括以下步骤：

步骤A，提示用户站立于所述底座2上，并朝向所述立柱1；然后检测用户是否站稳，并在判断站稳后检测体重，同时两个所述第一超声波测量器7检测人体肩部所处的高度，生成双肩的肩高粗定值H_S；并通过所述肩高粗定值H_S和预设的人体标准尺寸比例，计算出身高粗定值H和表示人体背部所处高度的背高粗定值H₁；

步骤B，移动所述头部挡板41至所述身高粗定值H对应的高度，和移动所述机械臂5至所述背高粗定值H₁对应的高度；接着，所述机械臂5的推杆52向用户施加推力以提醒用户挺直背部，直至所述推杆52施加的推力达到推力设定值时停止并保持在当前位置；然后，所述头部挡板41向后移动至和用户头部的后方相抵，以使用户模拟仰躺姿势；

步骤C，两个所述第一超声波测量器7进行检测并从前向后移动，采集得到左肩高度数组和右肩高度数组，分别计算出左肩高度数组和右肩高度数组中的前五个最大值的平均值，从而生成左肩高度值height1和右肩高度值height2，以及两肩的高度差值；

同时，摄像器8通过机器视觉识别用户的所述角点直线，所述控制器9根据两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；重复执行步骤C，直至用户的肩部平衡为止，并生成肩高确定值H_S1；

步骤D，通过所述肩高确定值H_S1和预设的人体标准尺寸比例，计算出胸部高度值H_C和表示腰围高度与臀围高度的中间值的腹部高度值H₂；然后移动第二超声波测量器6至所述胸部高度值H_C并进行检测，采集用户胸部和第二超声波测量器6之间的距离d_C；接着第二超声波测量器6边移动至所述腹部高度值H₂边进行检测，采集用户从胸部至腹部的曲线数据组，所述控制器9根据所述曲线数据组判断用户是否肥胖；

步骤E，所述头部挡板41复位至最高处，所述机械臂5展开，提示用户转身至朝向所述摄像器8，然后移动第二超声波测量器6至所述背高粗定值H₁，接着第二超声波测量器6边进行检测边向下移动至腹部高度值H₂，采集沿途所测数据并根据所测数据判断是否存在盆骨前倾或后倾；若存在盆骨前倾或后倾，则发出姿势纠正提醒；重复执行步骤D，直至不存在盆骨前倾或后倾为止；

步骤F，所述摄像器8通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器9进行显示。

所述多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，主要分为六个阶段，即步骤A至步骤F。步骤A为检测是否站立稳定并进行肩高粗检测，用户按照要求站立于指定位置，待到站立稳定后第一超声波测量器7开启肩部高度粗检测，生成双肩的肩高粗定值H_S；并通过所述肩高粗定值H_S和预设的人体标准尺寸比例，计算出身高粗定值H和表示人体背部所处高度的背高粗定值H₁；预设的人体标准尺寸比例可为以下表1所示：

表1

可知，所述步骤A中，身高粗定值

背高粗定值

步骤B，需要说明的是，在常态时，头部挡板41和机械臂5位于各自行程的最高处，在计算出用户的背高粗定值H₁以及身高粗定值H后，结合第一传动丝杆131每转动一圈所变化的高度，可以得出第二电机所需要转动的圈数，从而第一传动丝杆131带动机械臂5移动至计算出的背高粗定值H₁，计算公式如下：

其中，r为第二电机所需要转动的圈数(单位为rad)，h为第二电机转动一圈时第一传动丝杆131的变化高度(单位为mm)，h_max为机械臂5上下移动行程的最高高度(单位为mm)；

同理，结合第四传动丝杆422每转动一圈所变化的高度，可以得出第四电机所需要转动的圈数，从而第四传动丝杆422带动头部挡板41移动至计算出的身高粗定值H；接着，所述机械臂5的推杆52向用户施加推力以提醒用户挺直背部，直至所述推杆52施加的推力达到推力设定值(可设置为5N)时停止并保持在当前位置；然后，所述头部挡板41在第五电动导轨42b带动下向后移动至第二压力传感器检测到受力，即头部挡板41和用户头部的后方相抵，以使用户模拟出仰躺姿势。

步骤C为检测肩部平衡，通过两个所述第一超声波测量器7和摄像器8的机器视觉功能相结合来完成，以超声检测为主，视觉检测为辅。

两个所述第一超声波测量器7工作时，首先第二传动丝杆311会带动各自的第一超声波测量器7从前端移动至后端，为了防止移动过快而导致返回超声丢失或是失真，确保所测数据的准确性，可设置为第二传动丝杆311在发出测距超声后的20ms时进行一次位移。在每一次超声测距结束后都会将左右两肩的数据分别记入两个数组——左肩高度数组和右肩高度数组中，当移动结束后，取左肩高度数组/右肩高度数组中前五个最大值的平均值作为各个肩部相对于站立区的高度，即左肩高度值height1和右肩高度值height2，并计算出两肩的高度差，最后将两肩高度以及高度差显示在触控显示屏91上。

具体为所述步骤C中：

所述左肩高度数组为left_height[n]＝{x₁,x₂,x₃,...,x_n}，n为所述左肩高度数组的数据数量；对所述左肩高度数组的数据由小至大进行排序，筛选出最大的五个值x_max1,x_max2,x_max3,x_max4,x_max5并计算其平均值，得到：

左肩高度值

同理，所述右肩高度数组为right_height[k]＝{y₁,y₂,y₃,...,y_k}，k为所述右肩高度数组的数据数量；对所述右肩高度数组的数据由小至大进行排序，筛选出最大的五个值y_max1,y_max2,y_max3,y_max4,y_max5并计算其平均值，得到：

右肩高度值

两肩的高度差值为height＝|height1-height2|；

于此同时，以单目摄像头为基础的摄像器8的视觉检测会以用户的两肩角点为数据点构建一条直线，通过判断直线的水平程度来辅助第一超声波测量器7判断两肩平衡程度，将两肩的高度差值与设定的高度差阈值范围进行对比：

当控制器9判断出所述两肩的高度差在预设的高度差阈值范围内，并判断出所述角点直线的水平度在预设的水平度阈值范围内，则判断肩部平衡；当控制器9判断出所述两肩的高度差不在预设的高度差阈值范围内，和/或判断出所述角点直线的水平度不在预设的水平度阈值范围内，则判断肩部不平衡。

考虑到视觉测量在精度上会略差于超声测量，因此，可将高度差阈值范围设为0cm至0.5cm，水平度阈值范围增大为0cm至1.5cm，若处于阈值范围之外则对用户进行提示，并等待调整。

步骤D为检测是否肥胖，结合步骤C所获得的左肩高度值height1和右肩高度值height2，第三电机会带动传动皮带121，使第二超声波测量器6位于用户的胸部高度值H_C，此时会对用户的胸部与第二超声波测量器6之间的距离进行检测，随后传动皮带121带动传动皮带121移动至腰围高度与臀围高度的中间值处即腹部高度值H₂，并对沿途数据进行检测以及收集，获得曲线数据组。

具体为：所述胸部高度值

所述腹部高度值

取所述距离d_C作为数据的标准值来计算所述曲线数据组的方差：

其中，所述曲线数据组为{d₁,d₂,d₃,...,d_j}，j为所述曲线数据组的数据数量；所述控制器9判断所述曲线数据组的方差是否大于预设的方差阈值，若是则判断为肥胖。

通过计算所述曲线数据组的方差的方式来判断用户从胸部至腹部的曲线变化趋势，设定标准体的胸腹曲线方差为<38.4，由此可设其方差阈值为43，若最后计算所述曲线数据组的方差大于所设方差阈值，便可判定为存在肥胖现象。

步骤E为检测是否盆骨前倾或后倾，需要头部挡板41回抬至其行程的最高处，同时推杆52展开，在语音提示下用户转身180°，并站立于指定区域，传动皮带121带动第二超声波测量器6返回背高粗定值H₁，然后向下移动至腹部高度值H₂,检测并记录沿途所测数据，通过对比数据集的最小值d_min以及数据集中的最大值d_max，以及最小值d_min对应的采样时间t₁和最大值d_max对应的采样时间t₂，来判断用户是否存在盆骨前倾或是后倾，并对用户做出语音提醒。随后再次返回至背部高度做出第二轮检测，判断是否存在盆骨前倾或是后倾，直至用户姿势修正好为止。具体为：

在所述第二超声波测量器6所测的数据中取两个峰值——最小值d_min和最大值d_max，记录最小值d_min对应的采样时间t₁和最大值d_max对应的采样时间t₂，并计算最小值d_min和最大值d_max之差的绝对值Z；

由于第二超声波测量器6是从上至下边移动边采集数据的，因此最先采集到的峰值为背部距离，后采集到的峰值为腰部距离；

所以所述控制器9先判断采样时间t₁是否先于采样时间t₂，若是，则：

当Z>4cm时，所述控制器9判断为盆骨前倾；当Z<2cm时，所述控制器9判断为盆骨后倾但不严重；若采样时间t₁不是先于采样时间t₂，则所述控制器9判断为盆骨后倾严重甚至有明显驼背现象，此时不再考虑Z值的大小。

步骤F为视觉检测身体数据，当上述步骤都完成后，用户的姿态也达到标准，此时控制器9发送命令至摄像器8开启单目摄像头，开始对用户的身高、肩宽以及腰围进行检测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多功能、高精度的体态检测设备，包括立柱、底座和顶板，所述底座和所述顶板分别设置于所述立柱的底部和顶部，所述顶板和所述底座上下相对，其特征在于：还包括头部定位器、机械臂、第一超声波测量器、第二超声波测量器、摄像器和控制器；

所述顶板的底部对称地设有两根沿前后方向延伸的第一电动导轨，每根所述第一电动导轨滑动连接有一个所述第一超声波测量器；所述第一超声波测量器用于检测人体肩部所处的高度和用于检测人体两肩的高度差，并发送至所述控制器；

所述立柱的左右两侧竖直且对称地设有第二电动导轨，两根所述第二电动导轨分别滑动安装有一根所述机械臂，两根所述机械臂对称分布并用于通过前后摆动来推动人体背部移动以提醒用户端正背部姿态；

所述头部定位器包括头部挡板和调节机构，所述调节机构安装于所述顶板的前侧，所述头部挡板滑动安装于所述调节机构，所述调节机构用于调节所述头部挡板的所处位置，配合所述机械臂动作以使用户模拟仰躺姿势；

所述立柱的中部沿长度方向设有检测窗口，所述检测窗口贯穿所述立柱的前后两侧，所述检测窗口内竖直设有第三电动导轨，所述第二超声波测量器和所述第三电动导轨滑动连接；所述第二超声波测量器用于检测人体躯干的各部位分别与其检测端的距离，生成距离数据集并发送至所述控制器；

所述摄像器设置于所述底座的前方，所述摄像器用于通过机器视觉识别用户的两肩的角点形成的角点直线，并发送至所述控制器；和用于通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器进行显示；

所述控制器用于根据所述两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；和用于根据所述距离数据集判断是否肥胖和是否盆骨前倾或后倾，若是则发出姿势纠正提醒；以及用于在检测到用户的体态符合预设标准时控制所述摄像器采集所述体态数据。

2.根据权利要求1所述的多功能、高精度的体态检测设备，其特征在于，所述机械臂包括支撑杆、推杆、第一电机和第一压力传感器，所述支撑杆的一端和对应的所述第二电动导轨滑动连接，所述支撑杆的另一端通过转轴件和所述推杆的一端铰接，所述第一电机的输出端和所述转轴件，所述第一电机用于驱动所述推杆前后摆动来推动人体背部移动；

所述第一压力传感器安装于所述推杆的另一端并其检测端朝向所述立柱的前侧面，所述第一压力传感器用于检测所述推杆对人体背部的压力是否达到推力设定值，并在达到所述推力设定值时制停所述第一电机，使所述推杆保持在当前位置；

所述头部挡板设有第二压力传感器，所述第二压力传感器的检测端朝向所述立柱的前侧面，所述第二压力传感器用于在所述头部挡板移动过程中当检测到受力时向所述调节机构发送停止移动信号，使所述头部挡板保持在当前位置。

3.根据权利要求1所述的多功能、高精度的体态检测设备，其特征在于，所述底座设有第三压力传感器，所述第三压力传感器用于检测体重数据并发送至所述控制器；

所述控制器还用于检测体重数据的变化幅度是否小于幅度设定值，若是则判断用户已站稳，并显示站稳后的体重数据，否则发出姿势纠正提醒；和用于在判断用户已站稳时控制所述第一超声波测量器进行检测。

4.根据权利要求1所述的多功能、高精度的体态检测设备，其特征在于，所述第三电动导轨包括第三电机、传动皮带和两个传动轮，两个所述传动轮分别安装于所述检测窗口的上下两端，所述传动皮带套设于两个所述传动轮之间，所述第三电机的输出轴和其中一个所述传动轮的中轴连接，所述第二超声波测量器通过连接件安装于所述传动皮带的前侧，所述第三电机用于通过驱动所述传动皮带于两个所述传动轮之间移动而带动所述第二超声波测量器上下移动；

所述立柱为中空结构，所述立柱的左右两侧均开设有第一开口；

所述第二电动导轨包括第二电机、第一传动丝杆和第一滑块，所述第一传动丝杆竖直设置并位于所述第一开口，所述第二电机安装于所述立柱的内部，并且所述第二电机的输出轴和所述第一传动丝杆的一端连接，所述第一滑块套设于所述第一传动丝杆并和所述第一传动丝杆通过螺纹滑动连接，所述第二电机用于通过驱动第一传动丝杆转动而带动所述第一滑块于所述第一传动丝杆移动；

所述支撑杆的一端和所述第一滑块固定连接；

所述顶板为中空结构，所述顶板的底部对称地开设有两个第二开口；所述第二开口沿前后方向延伸；

所述第一电动导轨包括第三电机、第二传动丝杆和第二滑块，所述第二传动丝杆沿前后方向延伸并位于所述第二开口，所述第三电机安装于所述顶板的内部，并且所述第三电机的输出轴和所述第二传动丝杆的一端连接，所述第二滑块套设于所述第二传动丝杆并和所述第二传动丝杆通过螺纹滑动连接，所述第三电机用于通过驱动第二传动丝杆转动而带动所述第二滑块于所述第二传动丝杆移动；

所述第一超声波测量器和所述第二滑块固定连接。

5.根据权利要求1所述的多功能、高精度的体态检测设备，其特征在于，所述调节机构包括第四电动导轨和第五电动导轨，所述第四电动导轨包括第一壳体、第四电机、第四传动丝杆和第四滑块；所述第五电动导轨包括第二壳体、第五电机、第五传动丝杆和第五滑块；

所述第一壳体为中空结构，所述第一壳体的后侧开设有沿上下方向延伸的第三开口；所述第四传动丝杆竖直设置并位于所述第三开口，所述第四电机安装于所述第一壳体的内部，并且所述第四电机的输出轴和所述第四传动丝杆的一端连接，所述第四滑块套设于所述第四传动丝杆并和所述第四传动丝杆通过螺纹滑动连接，所述第四电机用于通过驱动第四传动丝杆转动而带动所述第四滑块于所述第四传动丝杆移动；

所述第二壳体为中空结构，所述第二壳体水平设置于所述第四滑块，所述第二壳体的顶部开设有沿前后方向延伸的第四开口；所述第五传动丝杆沿前后方向延伸并位于所述第四开口，所述第五电机安装于所述第四开口的内部，并且所述第五电机的输出轴和所述第五传动丝杆的一端连接，所述第五滑块套设于所述第五传动丝杆并和所述第五传动丝杆通过螺纹滑动连接，所述第五电机用于通过驱动第五传动丝杆转动而带动所述第五滑块于所述第五传动丝杆移动；

所述头部挡板竖直设置于所述第五滑块的后端。

6.根据权利要求1所述的多功能、高精度的体态检测设备，其特征在于，还包括第一安装架和第二安装架，所述第一安装架和第二安装架均为L型支架，所述第一安装架的一端和所述底座的前侧连接，所述第一安装架向前延伸并且所述第一安装架的另一端朝上，所述摄像器安装于所述第一安装架的另一端，所述摄像器的镜头朝向所述立柱；

所述第二安装架的一端和所述立柱的左侧或右侧连接，所述第二安装架向外延伸并且所述第二安装架的另一端朝上，所述控制器安装于所述第二安装架的另一端；

所述控制器还设有触控显示屏，所述触控显示屏用于发出操作提示和姿势纠正提醒，以及显示所述体态数据。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，提示用户站立于所述底座上，并朝向所述立柱；然后检测用户是否站稳，并在判断站稳后检测体重，同时两个所述第一超声波测量器检测人体肩部所处的高度，生成双肩的肩高粗定值H_S；并通过所述肩高粗定值H_S和预设的人体标准尺寸比例，计算出身高粗定值H和表示人体背部所处高度的背高粗定值H₁；

步骤B，移动所述头部挡板至所述身高粗定值H对应的高度，和移动所述机械臂至所述背高粗定值H₁对应的高度；接着，所述机械臂的推杆向用户施加推力以提醒用户挺直背部，直至所述推杆施加的推力达到推力设定值时停止并保持在当前位置；然后，所述头部挡板向后移动至和用户头部的后方相抵，以使用户模拟仰躺姿势；

步骤C，两个所述第一超声波测量器进行检测并从前向后移动，采集得到左肩高度数组和右肩高度数组，分别计算出左肩高度数组和右肩高度数组中的前五个最大值的平均值，从而生成左肩高度值height1和右肩高度值height2，以及两肩的高度差值；

同时，摄像器通过机器视觉识别用户的所述角点直线，所述控制器根据所述两肩的高度差和角点直线判断肩部是否平衡，并在肩部不平衡时发出姿势纠正提醒；重复执行步骤C，直至用户的肩部平衡为止，并生成肩高确定值H_S1；

步骤D，通过所述肩高确定值H_S1和预设的人体标准尺寸比例，计算出胸部高度值H_C和表示腰围高度与臀围高度的中间值的腹部高度值H₂；然后移动第二超声波测量器至所述胸部高度值H_C并进行检测，采集用户胸部和第二超声波测量器之间的距离d_C；接着第二超声波测量器边移动至所述腹部高度值H₂边进行检测，采集用户从胸部至腹部的曲线数据组，所述控制器根据所述曲线数据组判断用户是否肥胖；

步骤E，所述头部挡板复位至最高处，所述机械臂展开，提示用户转身至朝向所述摄像器，然后移动第二超声波测量器至所述背高粗定值H₁，接着第二超声波测量器边进行检测边向下移动至所述腹部高度值H₂，采集沿途所测数据并根据所测数据判断是否存在盆骨前倾或后倾；若存在盆骨前倾或后倾，则发出姿势纠正提醒；重复执行步骤D，直至不存在盆骨前倾或后倾为止；

步骤F，所述摄像器通过视觉识别检测体态，采集并发送体态数据至所述控制器进行显示。

8.根据权利要求7所述的多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，其特征在于：

所述步骤A中，身高粗定值

背高粗定值

所述步骤C中，所述左肩高度数组为left_height[n]＝{x₁,x₂,x₃,...,x_n}，n为所述左肩高度数组的数据数量；对所述左肩高度数组的数据由小至大进行排序，筛选出最大的五个值x_max1,x_max2,x_max3,x_max4,x_max5并计算其平均值，得到：

左肩高度值

同理，所述右肩高度数组为right_height[k]＝{y₁,y₂,y₃,...,y_k}，k为所述右肩高度数组的数据数量；对所述右肩高度数组的数据由小至大进行排序，筛选出最大的五个值y_max1,y_max2,y_max3,y_max4,y_max5并计算其平均值，得到：

右肩高度值

两肩的高度差值为height＝|height1-height2|；

当所述控制器判断出所述两肩的高度差在预设的高度差阈值范围内，并判断出所述角点直线的水平度在预设的水平度阈值范围内，则判断肩部平衡；

当所述控制器判断出所述两肩的高度差不在预设的高度差阈值范围内，和/或判断出所述角点直线的水平度不在预设的水平度阈值范围内，则判断肩部不平衡。

9.根据权利要求7所述的多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，其特征在于，所述步骤D具体为：

所述胸部高度值

所述腹部高度值

取所述距离d_C作为数据的标准值来计算所述曲线数据组的方差：

其中，所述曲线数据组为{d₁,d₂,d₃,...,d_j}，j为所述曲线数据组的数据数量；

所述控制器判断所述曲线数据组的方差是否大于预设的方差阈值，若是则判断为肥胖。

10.根据权利要求7所述的多功能、高精度的体态检测设备的检测方法，其特征在于，所述步骤E具体为：

在所述第二超声波测量器所测的数据中取最小值d_min和最大值d_max，记录最小值d_min对应的采样时间t₁和最大值d_max对应的采样时间t₂，并计算最小值d_min和最大值d_max之差的绝对值Z；

所述控制器先判断采样时间t₁是否先于采样时间t₂，若是，则：

当Z>4cm时，所述控制器判断为盆骨前倾；

当Z<2cm时，所述控制器判断为盆骨后倾；

若采样时间t₁不是先于采样时间t₂，则所述控制器判断为盆骨后倾。

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