CN217333482U - 一种智能可穿戴矫姿装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能可穿戴矫姿装置，包括可穿戴衣物本体和体态监测模块；所述体态监测模块包括多个姿态角度传感器、主控器和震动提醒模块；所述体态监测模块集成为长条状；所述多个姿态角度传感器自上而下的贴合在相应的脊柱棘突处，测量脊柱弯曲数据；所述主控器包括微处理器、蓝牙模块、数据存储单元、电源管理模块及电池；所述电池与电源管理模块相连为整个装置进行供电；所述电源管理模块与微处理器连接；所述微处理器与震动提醒模块相连；所述微处理器还与姿态角度传感器、蓝牙模块通过UART接口进行连接。本装置能准确有效地监测脊柱弯曲状况，判断不良坐姿，并及时快速地提醒使用者，防止驼背的进行性加重，起到防治驼背的作用。
Description
技术领域
本实用新型属于智能可穿戴设备技术领域，具体涉及一种智能可穿戴矫姿装置。
背景技术
由于社会对于驼背的重视程度普遍较低，在驼背早期常常易被学生或家长忽略，经一段时间的恶化后可能会对学生造成无法挽回的伤害。且目前网络上流传的驼背运动矫正方案五花八门，在被网络自媒体加工后可能会导致如使用条件、运动强度等关键信息的丢失，易对浏览者产生误导，而错误的锻炼甚至会加重驼背病情。随着物联网、大数据以及人工智能的高速发展，可穿戴设备的研发正在被推向高潮。但是当前国际防治驼背设备还处于起步阶段，多以束缚型产品和测距型产品为主，智能矫形类产品较少且佩戴时体验不甚舒适，亟须改进。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能可穿戴矫姿装置，包括可穿戴衣物本体和体态监测模块；
所述体态监测模块包括多个姿态角度传感器、主控器和震动提醒模块；
所述体态监测模块集成为长条状，可拆卸的安装在可穿戴衣物本体背部相对于脊柱的位置；所述多个姿态角度传感器自上而下的贴合在相应的脊柱棘突处，测量脊柱弯曲数据；
所述主控器包括微处理器、蓝牙模块、数据存储单元、电源管理模块及电池；
所述电池与电源管理模块相连为整个装置进行供电；所述电源管理模块与微处理器连接；所述微处理器与震动提醒模块相连；所述微处理器还与姿态角度传感器、蓝牙模块通过UART 接口进行连接；
所述微处理器根据姿态角度传感器测量的脊柱弯曲数据计算脊柱弯曲值，并根据设定的驼背阈值进行判断是否为不良坐姿，若是则控制震动提醒模块进行震动提醒；所述蓝牙模块用于微处理器与外部设备的数据通讯；所述数据存储单元用于存储体态监测模块测量的脊柱数据和微处理器的计算结果。
优选的，所述可穿戴衣物本体原料为纯棉或涤棉，采用针网工艺结合夹网布做内层；可穿戴衣物本体对应脊柱处有长条状背囊，为传感条提供装配空间。
优选的，所述多个姿态角度传感器采用6轴姿态角度传感器监测对应脊柱棘突处的三维姿态角度，并通过UART接口传输给微处理器。
优选的，所述体态监测模块采用6块ATK-IMU901六轴姿态角度传感器。
优选的，所述相应的脊柱棘突处包括脊柱第七颈椎C7、第四胸椎T4、第六胸椎T6、第九胸椎T9、第十二胸椎T12及第三腰椎L3的棘突处。
优选的，所述震动提醒模块使用线性马达实现震动、提醒的功能。
优选的，所述微处理器采用STM32F103ZET6芯片作为主控芯片；所述蓝牙模块采用BT04-E无线蓝牙通讯模块。
优选的，所述体态监测模块还包括接口缓冲电路，用于过压保护。
优选的，所述电池为聚合物锂电池或纽扣电池；所述电源管理模块有type-c充电接口，为电池充电。
优选的，所述体态监测模块还设有一排四个的电量指示灯和关机\重启功能键。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
与现有技术相比，本实用新型的可穿戴衣物透气性强，使用体验较佳，穿着时无强烈的束缚感和拉扯感，并与体态检测模块可拆卸连接，便于衣物的清洗；体态监测模块高度集成，使得装置轻巧、便携，能够适用于站立、步行、坐位等多种情况，使用场景广泛；采用的姿态角度传感器可精确收集对应区域脊柱棘突处的弯曲度数据，并通过蓝牙模块将其传送至外部设备，为矫正方案的制定提供数据支持；装载线性马达，可在识别用户异常体态数据后快速震动提醒，利于驼背的防治；使用接口缓冲电路，用于过压保护，保障了使用者的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例中一种智能可穿戴矫姿装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例中一种智能可穿戴矫姿装置的连接关系图；
图3是本实用新型实施例中接口缓冲电路的示意图；
附图标号说明：1、可穿戴衣物本体；2、体态监测模块；3、姿态角度传感器；4、微处理器；5、蓝牙模块；6、数据存储单元；7、电池；8、关机\重启功能键；9、电量指示灯； 10、type-c充电口；11、震动提醒模块。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1、图2所示，本实施例提供一种智能可穿戴矫姿装置，包括可穿戴衣物本体1和体态监测模块2；
体态监测模块2包括多个姿态角度传感器3、主控器和震动提醒模块11；
体态监测模块集成为长条状，可拆卸的安装在可穿戴衣物本体背部相对于脊柱的位置，降低了对运动的影响，同时也方便拆卸清洗衣物；多个姿态角度传感器3自上而下的贴合在相应的脊柱棘突处，测量脊柱弯曲数据；
主控器包括微处理器4、蓝牙模块5、数据存储单元6、电源管理模块及电池7；其中，电池与电源管理模块相连为整个装置进行供电；电源管理模块与微处理器4连接；微处理器4与震动提醒模块11相连接，还分别与姿态角度传感器3、蓝牙模块5通过UART接口进行连接；
微处理器4根据姿态角度传感器3测量的脊柱弯曲数据计算脊柱弯曲值，并根据设定的驼背阈值进行判断是否为不良坐姿，若是则控制震动提醒模块11进行震动提醒；蓝牙模块5 用于微处理器4与外部设备的数据通讯，上传数据存储单元中的数据；数据存储单元6用于存储体态监测模块测量的脊柱数据和微处理器的计算结果。
更具体的，可穿戴衣物本体原料为纯棉或涤棉，采用针网工艺结合夹网布做内层，增强可穿戴衣物本体的支撑性；可穿戴衣物本体对应脊柱处有长条状背囊，为传感条提供装配空间。
更具体的，多个姿态角度传感器采用6轴姿态角度传感器检测对应脊柱棘突处的三维姿态角度，并通过UART接口传输给微处理器。本实施例中体态监测模块采用6块ATK-IMU901 六轴姿态角度传感器，设置在相应的脊柱棘突处，分别位于第七颈椎(C7)、第四胸椎(T4)、第六胸椎(T6)、第九胸椎(T9)、第十二胸椎(T12)以及第三腰椎(L3)的棘突处。除此之外，具有类似测量三维角度的MPU-6050等传感器也可以替代本申请中的姿态角度传感器，实现数据采集的功能。
更具体的，震动提醒模块使用线性马达实现震动、提醒的功能；需要说明的是，具有震动提醒功能的蜂鸣器、振动器等可以替换本申请中的线性马达。
更具体的，微处理器采用STM32系列的STM32F103ZET6芯片作为主控芯片，利用其可编程性及低功耗性，节省了能源并提高了装置的续航能力；蓝牙模块采用BT04-E无线蓝牙通讯模块，将收集的数据无线传输至外部设备中进行数据的存储与分析。
为了保证测量电路和测量所得信息的安全与稳定，同时确保用户的安全使用，本实用新型的一实施例中，体态监测模块还采用接口缓冲电路来实现低压保护，避免故障时高压信号进入人体。图3为接口缓冲电路的电路图，采用了RC滤波器来避免高频抖动干扰，电路中的R2取值为100KΩ，电容C3为100pF，得出其截止频率约为16KHz；R4与C4电路再进行一次滤波，同时R1限制电路中流入人体的最大电流；因为电源电压为±5V，二极管导通电压为0.3V，故二极管D1与D2使缓冲放大器的输入端的电压不超过±5.3V，起到过压保护作用。
更具体的，本实施例中的电池7为聚合物锂电池或纽扣电池；电源管理模块有type-c充电接口10，为电池充电。
更具体的，体态监测模块还设有一排四个的电量指示灯9(依次对应电量为0、25％、75％、 100％)和关机\重启功能键8，方便用户查看电量情况及控制矫姿装置的运行。
当用户穿戴上该可穿戴矫姿装置后，首先通过贴合在第七颈椎(C7)、第四胸椎(T4)、第六胸椎(T6)、第九胸椎(T9)、第十二胸椎(T12)以及第三腰椎(L3)的棘突处上的六轴姿态传感器检测每个位置的三维姿态角度，通过UART接口传输给STM32处理器计算整条脊柱的弯曲值，然后通过UART接口将弯曲度传输给蓝牙模块，最终将数据传输到外部设备上，用于对脊柱数据进行展示与分析，给矫正方案提供数据基础；当有弯曲值更新时，STM32处理器会根据预先设定好的驼背阈值判断是否处于不良坐姿状态，若是，则会通过震动提醒模块中的线性马达进行震动提醒。本实施例中，采用现有技术中的计算方法，通过计算每个测量棘突处与重力垂直方向夹角的数据夹角Y值(-90°～90°)来计算脊柱的弯曲值；测量被测试者标准姿态下的脊柱数据作为设定的驼背阈值，当脊柱的弯曲值超过设定的驼背阈值时，控制震动提醒模块进行提醒，达到矫正驼背的目的。
该装置有两种工作模式：一为在线模式，即智能可穿戴矫姿装置的蓝牙模块与外部设备保持连接且正在运行相应程序，外部设备会默认收到蓝牙传输来的实时弯曲值数据，并可以在相应程序上发送指令调用过去一段时间内智能可穿戴矫姿装置处于工作(在线模式或者离线模式)时所记录保存在数据存储单元的历史数据；二为离线模式，即智能可穿戴矫姿装置的蓝牙模块未与外部设备保持连接或者未正在运行相应程序，STM32处理器会以较低的采样速率进行数据采集，并记录某一小段时间内(如半分钟)弯曲值数据较为稳定在极小波动范围的的部分，并将其写入数据存储单元。在智能可穿戴矫姿装置工作过程时，微处理器会定时对电池进行电量检测，根据相应的电量控制电量指示灯的亮暗；若处于低电量状态时，微处理器会根据处于的模式(在线或离线)对用户进行提醒；无论处于什么模式，都有线性马达进行震动提醒，当处于在线状态时，外部设备也会收到低电量的提醒。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种智能可穿戴矫姿装置，包括可穿戴衣物本体，其特征在于，还包括体态监测模块；
所述体态监测模块包括多个姿态角度传感器、主控器和震动提醒模块；
所述体态监测模块集成为长条状，可拆卸的安装在可穿戴衣物本体背部相对于脊柱的位置；所述多个姿态角度传感器自上而下的贴合在相应的脊柱棘突处，测量脊柱弯曲数据；
所述主控器包括微处理器、蓝牙模块、数据存储单元、电源管理模块及电池；
所述微处理器采用STM32F103ZET6芯片作为主控芯片；
所述电池与电源管理模块相连为整个装置进行供电；所述电源管理模块与微处理器连接；所述微处理器与震动提醒模块相连；所述微处理器还与姿态角度传感器、蓝牙模块通过UART接口进行连接；
所述多个姿态角度传感器采用6轴姿态角度传感器监测对应脊柱棘突处的三维姿态角度，并通过UART接口传输给微处理器；
所述相应的脊柱棘突处包括脊柱第七颈椎C7、第四胸椎T4、第六胸椎T6、第九胸椎T9、第十二胸椎T12及第三腰椎L3的棘突处；
所述微处理器根据姿态角度传感器测量的脊柱弯曲数据计算脊柱弯曲值，并根据设定的驼背阈值进行判断是否为不良坐姿，若是则控制震动提醒模块进行震动提醒；所述蓝牙模块用于微处理器与外部设备的数据通讯；所述数据存储单元用于存储体态监测模块测量的脊柱数据和微处理器的计算结果。
2.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述可穿戴衣物本体原料为纯棉或涤棉，采用针网工艺结合夹网布做内层；可穿戴衣物本体对应脊柱处有长条状背囊，为传感条提供装配空间。
3.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述体态监测模块采用6块ATK-IMU901六轴姿态角度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述震动提醒模块使用线性马达实现震动、提醒的功能。
5.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述蓝牙模块采用BT04-E无线蓝牙通讯模块。
6.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述体态监测模块还包括接口缓冲电路，用于过压保护。
7.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述电池为聚合物锂电池或纽扣电池；所述电源管理模块有type-c充电接口，为电池充电。
8.根据权利要求1所述的一种智能可穿戴矫姿装置，其特征在于，所述体态监测模块还设有一排四个的电量指示灯和关机\重启功能键。
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Cited By (1)
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| CN116725520A (zh) * | 2023-04-24 | 2023-09-12 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | 一种基于脊柱矢状面实时监测的驼背矫姿系统及方法 |
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| CN116725520A (zh) * | 2023-04-24 | 2023-09-12 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | 一种基于脊柱矢状面实时监测的驼背矫姿系统及方法 |
| CN116725520B (zh) * | 2023-04-24 | 2024-02-13 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | 一种基于脊柱矢状面实时监测的驼背矫姿系统及方法 |
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