坐姿矫正系统、设备及其控制方法和存储介质

技术领域

本申请涉及办公器材领域，尤其涉及一种坐姿矫正系统、设备及其控制方法和存储介质。

背景技术

学生时代是每个孩子都要经历的成长历程，无论上课听讲还是放学后完成老师布置的作业，学生都要长期与座椅为伴，尤其是完成作业的时候更是需要长久伏案进行书写或演算。因而，很多青少年由于坐姿不标准出现不同程度的探肩或驼背，同时还会导致近视。

为了纠正长期伏案人群的坐姿，矫正坐姿的设备应运而生。根据矫正的方式可大体分为两类，第一类为提醒式，此类产品设置有提醒设备，当人体躯干向前弯曲时就会触发提醒设备报警。其中提醒设备通常为声音提醒设备或者振动提醒，用户收到提醒设备提醒后主动调整坐姿。

提醒式矫正设备主要有以下两个缺点：

其一，由于提醒设备报警会分散用户的注意力，注意力是一切能力的基础，儿童的专注力水平，是导致学习差异的主要原因。而提醒设备频繁的报警显然让人无法聚精会神地思考。尤其是专注于某一个问题深入思考的时候，由于提醒设备的干扰会打断思路。

其二，该类产品依赖用户本身的自觉，当提醒设备频繁的报警时会使得用户不厌其烦，或在不断的自我否定纠错的循环中心理上产生抵触情绪，或对于报警敏感度降低，不主动纠正坐姿，导致无法达到矫正坐姿的目的。

第二类产品为依靠物理约束的强制式矫正设备，其主要利用机械或结构装置将人体长期约束在一个特定的姿态。例如知名度较高的背背佳等。该类产品穿在上身通过物理束缚背部和胸部的肌肉，使上身只能保持直立状态。

第二类产品的主要缺点有两个，其一是使用者动作受限，使得使用者即使客观上需要时也无法作出弓背等动作。其二是损害使用者的健康，由于此类产品是通过物理束缚强制肌肉群保持有特定的形态，长时间的束缚下保持收缩状态的肌群会劳损，而保持舒张状态的肌肉会萎缩，同时由于物理束缚过紧会影响血液循环。

发明内容

本申请提供一种坐姿矫正设备及其方法，旨在至少解决现有坐姿矫正设备所存在的问题之一。

根据本申请的第一方面，提供一种坐姿矫正设备，包括：

可穿戴装置，所述可穿戴装置用于穿戴在人体躯干上，所述可穿戴装置背部设有绳索；

卷绕装置，所述卷绕装置用于控制所述绳索的收拉，从而牵引所述可穿戴设备移动，所述卷绕装置设有控制器；

检测装置，所述检测装置包括用于检测人体躯干的倾斜角度的位移传感器。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述可穿戴设备包括用于围绕胸部的胸带及跨越肩部的肩带。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，还包括座椅，所述座椅设有靠背，所述卷绕装置设置于所述靠背的背面。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述卷绕装置包括电机及绕线盘，所述绕线盘与所述电机的输出轴传动连接。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述靠背顶部设有用于所述绳索穿过的线槽。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述位移传感器为陀螺仪，所述陀螺仪与所述控制器通讯连接。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述检测装置还包括用于获取用户专注力变化的生命体征传感器，所述生命体征传感器与所述控制器通讯连接。

作为本申请坐姿矫正设备的又一改进，所述生命体征传感器包括体温传感器、血压传感器、心率传感器和/或脑电波采集器。

根据本申请的第二方面，提供一种坐姿矫正设备的控制方法，包括以下步骤：

检测步骤，检测装置实时检测人体躯干的R倾斜状态；

判断步骤，当人体躯干的倾斜状态处于异常状态下，则获取用户专注力参数信息，判断使用者所处状态是否满足矫正条件，若是则进入矫正步骤；所述矫正条件包括用户维持异常状态的时间t1超过第一预设时间T1，或异常状态下用户专注力下降幅度超过预设值；

矫正步骤，启动执行装置执行矫正动作。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述判断步骤中，人体躯干的倾斜状态是否处于异常状态具体包括：若躯干的倾斜角度R大于阈值r，且持续时间t2超过第二预设时间T2，则人体躯干的形态为异常状态。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述获取用户专注力参数信息包括：

获取用户的生命体征参数，并将生命体征参数的变化率与用户的专注力相关联。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述获取用户专注力参数信息包括：获取用户的躯干倾斜角度的变化率，并与用户的专注力相关联。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述生命体征参数包括心率、血压、体温或脑电波中至少一种。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述矫正步骤中，所述执行装置为提醒设备；或所述矫正步骤中，所述执行装置为卷绕装置，所述卷绕装置通过收放连接人体躯干的绳索以实现矫正动作。

根据本申请第三方面，还公开了另一种坐姿矫正设备的控制方法，包括以下步骤：

检测步骤，检测装置实时检测人体躯干的倾斜角度状态；

判断步骤，判断躯干的倾斜角度R是否处于大于阈值r，若是则进入矫正步骤；

矫正步骤，卷绕装置收缩绳索，牵引固定于人体躯干处的可穿戴装置移动。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述检测装置为用于检测人体躯干倾斜角度的陀螺仪。

作为本申请坐姿矫正设备的控制方法的又一改进，所述矫正步骤还包括：当绳索牵引人体躯干至其倾斜角度R小于阈值r时，卷绕装置停止工作。

根据本申请的第四方面，本申请还公开了一种储存介质，所述储存介质包括储存的程序，所述程序执行以上所述的方法。

根据本申请的第五方面，本申请还公开了一种矫正坐姿的系统，包括：

检测模块，所述检测模块用于检测人体躯干的倾斜角度；

处理模块，对检测模块检测到的人体倾斜状态信息进行处理，若人体躯干的倾斜状态处于异常状态下，则获取用户专注力参数，判断使用者所处状态是否满足矫正条件，若是，则向执行模块发出执行指令；所述矫正条件包括用户维持异常状态的时间t1超过第一预设时间T1，或异常状态下用户专注力下降幅度超过预设值；

执行模块，所述执行模块根据处理模块发出的执行指令输出矫正动作，所述执行模块包括提醒装置或卷绕装置。

本申请所给出的坐姿矫正系统、设备及其控制方法和存储介质，当检测装置检测到用户做出弓背的姿态时，卷绕装置通过收缩绳索牵引可穿戴装置移动，从而向后拉动躯干上端，使得躯干重新回到直立姿态，起到矫正坐姿的作用。可穿戴设备无需强制束缚人体肌群，不影响用户的健康，卷绕装置在矫正坐姿时强制绳索收缩，不依赖用户主观意愿，确保实现矫正坐姿的效果，并且矫正全程无噪音，用户只需被动接受绳索牵引即可，不会分散用户注意力。

附图说明

图1为本申请实施例一中，坐姿矫正设备的结构示意图；

图2为本申请实施例一中，可穿戴设备的结构示意图；

图3为本申请实施例二中，坐姿矫正设备的控制方法的流程图；

图4为本申请实施例三中，坐姿矫正设备的控制方法的流程图；

图5为本申请实施例五中，坐姿矫正系统的原理框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例所给出的坐姿矫正设备，如图1所示，包括可穿戴装置1，检测装置2及卷绕装置3。其中，可穿戴装置1用于穿戴在人体躯干上，可穿戴装置1背部设有用于固定绳索4的接头40。绳索4的一端与接头40固定连接，另一端连接卷绕装置3。卷绕装置3用于控制绳索4的收拉，通过拉动绳索4牵引可穿戴装置1移动，从而带动用户躯干后移，起到矫正坐姿的效果。检测装置2用于检测人体躯干的倾斜角度。

如图2所示，可穿戴装置1呈马甲装，其包括胸带11及肩带12，其中胸带用于水平方向环绕躯干一周固定，肩带12用于在竖直方向跨越肩部，肩带12的两端与胸带11固定连接。胸带11正面(穿戴时位于胸前的一面)存在一个用于穿戴和脱下的缺口110，该缺口的两端可通过魔术贴或搭扣件连接。

如图1所示，该坐姿矫正设备还包括座椅5，座椅5设有靠背50，卷绕装置3固定设置在靠背50的背面下方，可穿戴装置1位于靠背50的正面，绳索4由靠背50的背面经顶部绕向靠背50的正面与可穿戴装置1固定连接。其中，靠背50的顶部开设有导槽51，绳索4穿过导槽51向靠背50正面弯折。

当然，本申请其他实施例中，该坐姿矫正设备也可以不包括座椅5，卷绕装置3可以固定在其他支撑物体上，例如固定在墙面或支架上。

如图1所示，检测装置2与卷绕装置3通讯连接。其中检测装置2包括陀螺仪，通过陀螺仪检测躯干的倾斜角度，当检测到用户躯干弯曲时，则发送指令给卷绕装置3，卷绕装置3接收到指令后收紧绳索4。

具体地，卷绕装置3包括固定在靠背50下端的电机31，以及与电机31输出轴传动连接的绕线盘32。绳索4的一端缠绕在绕线盘32上，另一端与可穿戴装置1固定连接。

实施例二

本申请还公开了一种坐姿矫正设备的控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、检测步骤，检测装置实时检测人体躯干的倾斜状态。

其中检测装置内置有陀螺仪，通过陀螺仪对人体躯干的俯仰角速度即可检测出躯干的倾斜角度R，关于陀螺仪的工作原理属于现有技术，在此不做赘述。其中，倾斜角度R可以是躯干的俯仰角度或左右弯曲角度，也可以同时包括俯仰角度及左右弯曲角度。

S2、判断步骤，判断人体躯干的倾斜状态是否满足矫正条件。

根据人体躯干的倾斜角度R判断躯干是否处于弯曲状态。具体地，处理器接收到检测装置发送的人体躯干的倾斜角度R，处理器将R与预先存储的阈值r进行比较，若R大于r，则躯干的倾斜状态处于弯曲状态，进入步骤S3。

S3、矫正步骤，卷套装置收缩绳索，牵引可穿戴装置移动。其中可穿戴装置固定于人体躯干上，通过绳索牵引可穿戴装置移动即可带动人体躯干移动动作，从而调整用户的坐姿。

实施例三

本实施例是在实施例二基础上进行改进的方案，如图4所示，本实施例中坐姿矫正设备的控制方法包括以下步骤：

S10、实时检测躯干倾斜角度R。

S20、判断躯干倾斜状态是否处于异常状态。

首先判断躯干是否处于弯曲状态，具体地，处理器接收到检测装置发送的人体躯干的倾斜角度R，处理器将R与预先存储的阈值r进行比较，若R大于r，则躯干的倾斜状态处于弯曲状态。

其次，若躯干处于弯曲状态，则进一步判断躯干所处弯曲状态是否为异常状态。具体地，当躯干处于弯曲状态时，计时弯曲状态所维持的时间t2，并将t2与第二预设时间T2进行比较，若t2大于T2，则躯干倾斜状态处于异常状态。

S30、计时异常状态所持续的时间t1并获取用户专注力参数。

用户躯干至异常状态时时钟单元开始计时，作为专注力参数的计时零点，同时检测装置开始获取用户专注力参数信息，并将时钟信号及专注力参数发送至处理器。专注力参数信息包括生命体征参数的变化率及躯干倾斜角度的变化率。其中，生命体征参数包括心率、血压、体温或脑电波中的一种或多种。处理器通过采集到的生命体征参数及躯干倾斜及角度结合时钟信号计算出对应生命体征参数的变化率及躯干倾斜角度的变化率。

S40、判断是否满足矫正条件。

具体地，判断人体躯干维持异常状态的时间t1是否超过第一预设时间T1，或异常状态下用户专注力下降幅度超过预设值，若是则进行步骤S50。

为了尽量减少用户集中精力思考时矫正步骤对其产生的干扰，因而本步骤选取用户专注力下降且下降幅度超过预设值时作为进行矫正的条件，同时，避免在较长时间内用户专注力保持不变，因而设定了并列触发条件，即用户维持异常状态的时间t1超过第一预设时间t1时，也会进入步骤S50。

具体地，由于人在专注思考时处大脑以外身体其他器官新陈代谢速度相对缓慢，其肢体动作幅度及频率下降，生命体征的各项参数趋于平缓，而当人由深度思考中脱离出来时，就会恢复到正常的新陈代谢，心率、血压及体温都会升高，其脑电波也会产生相应的波动。因而，通过生命体征参数的变化率即可表征专注力的变化值。当用户心率、血压、或体温的变化率(短时间内波动较大)超过对应的预设值时，则代表用户脱离了深度思考，其专注力下降幅度已经超过预设值。此时启动执行装置进行矫正动作对其影响最小。

根据获取用户的心率、血压和体温等参数结合计算机技术如何计算出率、血压、或体温的变化率属于较为成熟的现有技术，再此不做过多赘述。本实施例旨在将生命体征参数的变化率与用户的专注力进行关联，将生命体征参数中的变化率与预先存储的对应阈值进行比较，当大于阈值时则判断为用户专注力下降幅度大于预设值，则进入步骤S50。

当用户段时间内做出倾斜角度较大的动作时，顺势对其输出矫正动作对其产生的打扰也是最低的。因而，本步骤还可以通过用户躯干倾斜角度的变化率与专注力关联，其中用户躯干倾斜角的瞬时变化率体现的是用户瞬时角速度，当用户段时间内做出俯仰角度或左右倾斜角度较大的动作时，其躯干倾斜角度的瞬时变化率的变化最为明显。用户躯干倾斜角度的瞬时变化率(角速度)可以通过三轴陀螺仪获取。

当然，本步骤还可以通过用户躯干倾斜角度的平均变化率与其专注力进行关联，具体地：当用户处于异常状态时，处理器以Δt为时间间隔连续读取一组倾斜角度值R1、R2、R3……Rn，若|Rn-R(n-1)|>Rx(不等式两侧同时约去Δt)，则用户躯干倾斜角度的平均变化率大于预设值，判断用户的专注力下降幅度超过预设值。Δt值选取越小则该平均变化率越接近瞬时变化率，更能体现出用户动作的瞬间变化量，例如选取Δt为0.1ms。

即，执行装置工作需要满足两个并列的矫正条件其中之一，条件一是用户维持异常状态的时间t1超过第一预设时间T1，条件二是在第一预设时间T1内用户的专注力降低幅度超过预设值，只要满足其中一个条件即可进行步骤S50。

S50、执行装置工作。

本步骤中的执行装置可以是前述的卷绕装置，还可以是提醒装置。其中，提醒装置可以是基于声音或灯光的报警设备，还可以是振动提醒设备。当执行装置是卷绕装置时，电机转动带动绞盘收缩绳索，从而向后(椅背方向)拉动躯干。其中，用户维持异常状态时间t1超过第一预设时间T1时，电机以第一转速收缩绳索，当在第一预设时间T1内用户的专注力降低幅度超过预设值时，电机一第二转速收缩绳索，且第一转速小于第二转速。

当以条件一触发执行装置工作时，由于第一预设时间T1内用户都没有出现专注力下降至预设值，意味着此时用户处于持续的高度专注状态当中，当用户处于这种状态时，对非关注点的外部环境感知会大幅度降低，此时若实施坐姿纠正动作客观上被用户觉察到可能性本身就很低，而本实施例采用较低的第一转速收缩绳索，更能实现在用户不知不觉当中完成对其坐姿的纠正(尽量减少动作幅度，具有一定的概率实现在用户不知不觉中完成对其坐姿的纠正！因此，这种方式作为超过第一预定时间T1后必须启动纠正时的动作策略)。而在第二种情况中，第一预设时间T1内用户出现了专注力下降幅度超过预设值的情况，说明用户的精力已经分散，此时的纠正动作对其专注力已经不会造成实质影响，是实施纠正动作的合适时机，因而采用相对转速较高的第二转速快速将其拉回正常坐姿的角度。

若执行装置为提醒设备，则通过声音、灯光或振动来提示使用者其坐姿异常。

S60、判断躯干倾斜状态是否恢复正常。

具体地，将人体躯干倾斜角度R与阈值r比较，若R小于r，则人体躯干倾斜状态已经恢复正常，并进行步骤S70；

S70、执行装置停止工作。控制卷绕装置或提醒设备停止工作。

实施例四

本申请还公开了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，该程序可以执行实施例二及实施例三所记载的方法。

实施例五

本申请还公开了一种矫正坐姿的系统，如图5所示，包括检测模块100，与检测模块100通讯连接的处理模块200，以及受处理模块200控制的执行模块300。

其中，检测模块100包括用于检测人体躯干倾斜角度的陀螺仪以及至少一种用于检测专注力的传感器，以及用于将检测信息发送给处理模块200的信号发射单元。

处理模块200包括用于存储数据的存储单元，用于接收人体躯干倾斜角度信息的信号接收单元，以及用于计时的时钟单元。

具体地，处理器对检测模块检测到的人体倾斜角度信息进行处理，若人体躯干的倾斜状态处于异常状态下，则判断人体躯干维持异常状态的时间T1是否超过第一预设时间T1或在第一预设时间T1内用户的专注力降低幅度超过预设值，若是，则向执行模块发出执行指令。

执行模块包括提醒设备或卷绕装置。

提醒装置可以是基于声音或灯光的报警设备，还可以是振动提醒设备。当执行装置是卷绕装置时，电机转动带动绞盘收缩绳索，从而向后(椅背方向)拉动躯干。若执行装置为提醒设备，则通过声音、灯光或振动来提示使用者其坐姿异常。

本申请所公开的坐姿矫正系统、设备及其控制方法和存储介质，当检测装置检测到用户做出弓背的姿态时，卷绕装置通过收缩绳索牵引可穿戴装置移动，从而先后拉动躯干上端，使得躯干重新回到直立姿态，起到矫正坐姿的作用。可穿戴设备无需强制束缚人体肌群，不影响用户的健康，卷绕装置在矫正坐姿时强制绳索收缩，不依赖用户主观意愿，确保实现矫正目的，并且矫正全程无噪音，用户只需被动接受即可，不会分散用户注意力。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。