基于膝高的位置调节方法、位置调节装置及智能产品

技术领域

本发明涉及智能调节技术领域，特别是一种基于膝高的位置调节方法、位置调节装置及智能产品。

背景技术

随着工业的不断发展和人们消费水平的不断提高，产品的智能化水平不断提升。在公共场所或家庭中，很多产品(产品)是公用的，如马桶、沙发、桌椅、健身器材和交通工具坐座椅等。由于每个人的身高不一样，不同的使用者在使用公用产品时，可能存在不舒适感。为了适应不同人的使用，现有的很多产品都能够通过手动进行高度调节，但手动调节一方面调节起来较为麻烦，特别是对于老人和小孩，调节起来比较困难，另一方面调节高度不好把控，需要反复进行调节。目前也出现了一些能够自动进行调节的产品。对比文件1“基于ToF相机的座位调节方法、系统、设备和骑行工具”(CN113753158 A)及对比文件2“一种基于ToF的可自动调节的汽车座椅控制系统及方法”(CN112477707 A)，都使用了ToF对座位高度进行调节。但对比文件1和对比文件2均为基于ToF相机拍摄的图像进行分析处理后得出人体身高，并基于身高进行调节。但上述的马桶、沙发、桌椅、健身器材和交通工具坐座椅等产品，使用时往往是坐着使用，即使用时产品高度根据膝盖高度进行调节更为合适，通过身高进行调节或将身高转换成膝高后进行调节往往会导致误差较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于膝高的位置调节方法、位置调节装置及智能产品，基于使用者的膝盖高度进行高度调节，能够准确地将待使用产品的高度调节到适合使用者的位置，提升了使用者的体验感与舒适度。

本发明采用如下技术方案：

一方面，一种基于膝高的位置调节方法，包括：

接收测距传感器发送的有效测距空间中的距离数据；

基于所述距离数据获取有效测距空间中物体的轮廓；如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度；

指示基于所述垂直高度调节产品的高度。

优选的，如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度，具体包括：

如果所述轮廓为腿部轮廓，根据距离数据获取各测量区域的水平距离，并获取水平距离变化超过预设值的测量区域的前一测量区域作为拐点所在水平区域，并获取拐点所在水平区域离地面的垂直高度；将所述垂直高度作为膝盖高度；

或者，

如果所述轮廓为腿部轮廓，将腿部轮廓与存储的行走模型中的腿型进行比对，当腿部轮廓与行走模型中的腿型中的指定腿型匹配时，获取轮廓中的拐点所在水平区域，并获取拐点所在水平区域离地面的垂直高度；将所述垂直高度作为膝盖高度。

优选的，当拐点所在水平区域在中心区域上方时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度加上中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离；当拐点所在水平区域在中心区域下方时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度减去中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离；当拐点所在水平区域为中心区域时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度；所述中心区域为与测距传感器中心在一个水平面的区域。

优选的，中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离的计算方法包括：

基于所述距离数据获取测距传感器到拐点所在水平区域的第一距离；

基于所述距离数据获取测距传感器到中心区域的第二距离；

计算所述第一距离与第二距离的平方差；

将所述平方差求算术平方根所得的值作为中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

优选的，中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离的计算方法包括：

获取测距传感器到中心区域中的直线与测距传感器到拐点所在水平区域的直线之间的夹角，并计算所述夹角的正弦值；

基于所述距离数据获取测距传感器到拐点所在水平区域的第一距离；

将所述第一距离与所述正弦值相乘所得的值作为中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

优选的，测距传感器到中心区域中的直线与测距传感器到拐点所在水平区域的直线之间的夹角通过查询区域与夹角的对应表获取；区域与夹角的对应表中，测距传感器测量的每个水平区域对应一个夹角。

优选的，如果所述轮廓为腿部轮廓之后，还包括：

基于腿部轮廓，判断是否有行走特征，如果有，获取膝盖离地面的垂直高度。

优选的，当实时获取的腿部轮廓在预设时间内没有变化时，判断出没有行走特性，当实时获取的腿部轮廓在预设时间内有变化时，判断出有行走特征。

优选的，将腿部轮廓与存储的行走模型中的腿型进行比对来判断是否有行走特性，如果实时获取的腿部轮廓与行走模型中的腿型相匹配，判断出有行走特性，否则，判断出没有行走特征。

另一方面，一种基于膝高的位置调节装置，包括：

距离数据获取模块，用于接收测距传感器发送的有效测距空间中的距离数据；

膝高获取模块，用于垂直高度基于所述距离数据获取有效测距空间中物体的轮廓；如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度；

控制模块，用于指示基于所述垂直高度调节产品的高度。

再一方面，一种智能产品，包括：

测距传感器，采集有效测距空间中的距离数据；

控制器，被配置为执行所述的基于膝高的位置调节方法；

调节装置，基于所述控制器的指令调节产品的高度。

优选的，所述测距传感器包括矩阵式ToF传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过测距传感器发送的距离数据描绘出有效测距空间中物体的轮廓，如果检测到腿部轮廓，则基于使用者的膝盖高度进行高度调节，能够准确地将待使用产品的高度调节到适合使用者的位置，提升了使用者的体验感与舒适度；

(2)本发明基于斜率获取轮廓中的拐点所在水平区域，将拐点所在水平区域作为膝盖区域，具有较高的准确率；

(3)本发明将与测距传感器中心在一个水平面的中心区域作为参照，在中心区域垂直高度(等于测距传感器的安装高度)已知的前提下，通过计算中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离来获取膝盖高度，计算简单快速。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下列举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

图1为本发明实施例的基于膝高的位置调节方法的流程图；

图2为本发明实施例的测距传感器的测距空间示意图；

图3为本发明实施例的夹角获取示意图；

图4为本发明实施例建立的行走模型的腿型分解示意图；

图5为本发明实施例的膝盖高度获取示意图；

图6为本发明实施例的基于膝高的位置调节装置的结构框图；

图7为本发明实施例的智能产品的结构示意图；

图8为本发明实施例智能产品的调节流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者产品不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者产品所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者产品中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，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。

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”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，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。

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，步骤标识S101、S102、S103等仅用于方便表述，并不表示执行顺序，相应的执行顺序可以进行调节。

参见图1所示，本发明一种基于膝高的位置调节方法，包括：

S101，接收测距传感器发送的有效测距空间中的距离数据；

S102，基于所述距离数据获取有效测距空间中物体的轮廓；如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度；

S103，指示基于所述垂直高度调节产品的高度。

本实施例中，一种基于膝高的位置调节方法的执行主体可以为MCU控制器，所述控制器可以安装在产品内，也可以安装在产品周边，具体根据应用进行设置。所述测距传感器实时采集有效测距空间中的距离数据，并将采集到的距离数据发送给相连接的控制器，所述控制器每次接收到一次距离数据就会描绘出一个轮廓，以进行动态判断。所述测距传感器同样可以安装在产品上，也可以安装在产品周边。所述有效测距空间可以是由测距传感器本身特征决定的固定的测距空间，也可以是由测距传感器本身特征决定的可调的测距空间。所述物体包括人或物。所述产品包括卫浴产品、家居产品、健身器材和交通工具座椅等。所述卫浴产品包括马桶等，所述家居产品包括床、沙发和桌椅等。也可以是，马桶前方设有垫脚装置，通过获取测量到的膝盖高度，调整垫脚装置的高度，以帮助不同身高的使用者在使用马桶时能够放松小腿，增加使用舒适度。

具体的，所述的测距传感器包括矩阵式测距传感器，本实施例中，所述测距传感器可以是矩阵式ToF传感器。ToF传感器通过监测激光的飞行时间来计算发射端和接收端(反射端)之间的距离，激光的传播速度已知，记录开始发射的时间点，监测接收到反射的时间点，计算出发射端和反射端的距离，距离S＝(光速*时间)/2。目前，ToF传感器包括点对点激光ToF传感器和矩阵式激光ToF传感器。其中的点对点激光ToF传感器只能监测到物体的最近距离，矩阵式激光ToF传感器则拥有多区域测量功能，单个传感器能支持N*N区域(如8*8区域)，通过对N*N的区域测量数据进行分析，可以描绘出被测物体整体的或局部的轮廓。

本实施例采用矩阵式激光ToF传感器(如VL53L5CX传感器)。一个矩阵式激光ToF传感器包含发射(RX)和接收(TX)，发射端采用VSCEL技术，又叫垂直共振腔面射型激光，其激光可垂直于顶面射出，这使得发射光束的夹角更小，精度更高；接收端采用SPADs技术，又叫单光子雪崩二极管，是一种光电检测器件，可以检测到反射光束；发射光束时间点已知，SPADs记录接收到反射光的时间点，通过激光发射和接收的时间差计算得到待测物体与传感器间的距离值，传感器包含N*N个SPADs，可以完成N*N的矩阵测距。参见图2所示，为矩阵式激光ToF传感器的测距空间示意图。

本实施例中，如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度，具体包括：

如果所述轮廓为腿部轮廓，根据距离数据获取各测量区域的水平距离，并获取水平距离变化超过预设值的测量区域的前一测量区域作为拐点所在水平区域，并获取拐点所在水平区域离地面的垂直高度；将所述垂直高度作为膝盖高度；或者，如果所述轮廓为腿部轮廓，将腿部轮廓与存储的行走模型中的腿型进行比对，当腿部轮廓与行走模型中的腿型中的指定腿型匹配时，获取轮廓中的拐点所在水平区域，并获取拐点所在水平区域离地面的垂直高度；将所述垂直高度作为膝盖高度。

具体的，所述轮廓是否为腿部轮廓可以根据现有技术的任意一种方法进行判断，如判断轮廓是否包括腿部特征的关键点，也可以是与预存储的腿型做比对进行判断，具体根据需要进行判断，本实施例不做限制。

根据对人正常行走的腿型变化可以发现，当脚掌触地时，对小腿段，测距传感器采集到的各测量区域的水平距离差距较小，如果出现了水平距离差别比较大的测量区域(超过预设值，预设值可根据需要设定)，则将该测量区域的前一测量区域作为拐点所在水平区域。此外，也可以将腿部轮廓与存储的行走模型中的腿型进行比对来获取拐点所在水平区域(具体参见图4)。

具体的，当拐点所在水平区域在中心区域上方时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度加上中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离；当拐点所在水平区域在中心区域下方时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度减去中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离；当拐点所在水平区域为中心区域时，所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度；所述中心区域为与测距传感器中心在一个水平面的区域。

需要说明的是，测距传感器离地面的垂直高度即测距传感器安装高度。本实施例中，为了更好地测量到腿部距离数据，可以将测距传感器的安装高度设置为成人的平均膝盖高度40～50cm。当然，也可以根据具体需要设置安装高度。当拐点所在水平区域在中心区域上方时，说明膝盖高度高于测距传感器的安装高度，因此所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度加上中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离；当拐点所在水平区域在中心区域下方时，说明膝盖高度低于测距传感器的安装高度，因此所述垂直高度等于测距传感器离地面的垂直高度减去中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

根据测距传感器的不同，所述中心区域可能为测距传感器的一测量区域，也可能不是测距传感器的测量区域。

一实施例中，当中心区域为测距传感器的一测量区域时，可直接根据有效测距空间中的距离数据计算垂直距离。具体的，中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离的计算方法包括：

基于所述距离数据获取测距传感器到拐点所在水平区域的第一距离；

基于所述距离数据获取测距传感器到中心区域的第二距离；

计算所述第一距离与第二距离的平方差；

将所述平方差求算术平方根所得的值作为中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

另一实施例中，当中心区域不为测距传感器的一测量区域时，则需要预先获取到测距传感器到中心区域，并计算出测距传感器到中心区域中的直线与测距传感器到拐点所在水平区域的直线之间的夹角。当然，当中心区域为测距传感器的一测量区域也可以采用这种方法计算垂直距离。

具体的，中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离的计算方法包括：

获取测距传感器到中心区域中的直线与测距传感器到拐点所在水平区域的直线之间的夹角，并计算所述夹角的正弦值；

基于所述距离数据获取测距传感器到拐点所在水平区域的第一距离；

将所述第一距离与所述正弦值相乘所得的值作为中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

进一步的，测距传感器到中心区域中的直线与测距传感器到拐点所在水平区域的直线之间的夹角通过查询区域与夹角的对应表获取；区域与夹角的对应表中，测距传感器测量的每个水平区域对应一个夹角。

本实施例中，测量区域与夹角的对应关系可通过测距传感器校准建立。

具体的，安装好测距传感器和MCU控制器并上电后，初次使用产品时，可以在测距传感器正前方竖直放置一块白色物品(如白色挡板、白纸、白布等)，与测距传感器发射面平行且两者水平距离为80cm，记为S0n、S1n～Snn(从宏观上看是个区域，微观上看我们可以认为是一个点)表示该区域到测距传感器的距离值，参见图3所示，计算可得S1n～Snn所在位置与S0n的垂直高度，记为H1n～Hnn，Hnn＝√(Snn

计算出S1n～Snn对应的正弦值后，即可建立区域与夹角的对应表。后续在检测到腿部轮廓时，即可直接将所述第一距离与所述正弦值相乘所得的值作为中心区域到拐点所在水平区域的垂直距离。

本实施例中，如果所述轮廓为腿部轮廓之后，还包括：

基于腿部轮廓，判断是否有行走特征，如果有，获取膝盖离地面的垂直高度。

一实施例中，当实时获取的腿部轮廓在预设时间内没有变化时，判断出没有行走特性，当实时获取的腿部轮廓在预设时间内有变化时，判断出有行走特征。

另一实施例中，将腿部轮廓与存储的行走模型中的腿型进行比对来判断是否有行走特性，如果实时获取的腿部轮廓与行走模型中的腿型相匹配，判断出有行走特性，否则，判断出没有行走特征。

通过对人行走的分析可以知道，从抬脚开始到脚掌触地，腿型有很明显的特征，腿型分解图参见图4所示。通过腿型分解图ABCDEFG建立行走模型，行走模型的建立采用斜率法，AE模型中，腿型较直，距离数据形成的斜率值基本不变；BCDFG模型中有明显的膝盖弯曲特征，距离值形成的斜率值会发生改变，斜率改变的点称之为拐点；B模型中斜率有变化，但是变化不明显，且斜率值都较小；CD模型中斜率变化非常明显，但斜率值也较小，FG模型中也有斜率变化，虽说变化比较不明显，但是有个明显特点，那就是斜率值趋近于90，FG模型中出现拐点处是最接近真实膝盖高度的，以此作为判断脚掌触地依据。如果MCU控制器根据有效测距空间中的距离数据获取到的腿部轮廓与上述ABCDEFG行走模型相一致，则可以判断出有行走特征。

由此，通过MCU控制器实时读取有效测距空间中的距离数据，并通过对距离数据进行分析与处理，分时描绘出捕捉到的各个阶段的腿型，进行斜率计算，再与行走模型进行比对，可以判断出是否是人在行走，则可以判断出此人的行走姿势是否正常，还可以判断当前处于哪个行走模型，找到与F和G模型匹配度高的模型来计算膝盖高度，通在各个区域与中心区域的夹角sin(∠nn)的值是已知的情况下，下图5所示的G模型中，拐点所在区域为C6n，该区域的测量距离值记为C6n，C6n区域到中心区域C0n的高度CH6n＝sin(∠6n)×C6n，由于拐点所在区域为C6n在中心区域C0n下方，从而计算出膝盖高度H＝H0-CH6n。

如下将对人进入测距传感器的有效测距空间时，矩阵式测距传感器测量到的距离值的变化以及拐点进行示例说明。

矩阵式测距传感器可以实现N*N的矩阵式测距功能，如下以8*8为例将测量到的距离值映射成二维数组，如下矩阵显示：

当测距传感器的有效测距空间中没有人进入时，8*8二维数据的距离值保持不变，可以是一个初始化的固定值。

当有人进入测距空间后，8*8二维数据的距离值会发生明显变化，有人区域的距离值减小。具体的，当有人从测距空间左侧迈腿进入，首先二维数组第一列距离值会发生变化，而后是第二列距离值发生变化，以此类推。当有人从测距空间右侧迈腿进入，首先二维数组最后一列距离值会发生变化，而后是倒数第二列距离值发生变化，以此类推。当有人从测距空间中部迈腿进入，首先二维数组中间列距离值会发生变化，而后是中间列周边列距离值发生变化。

从左侧迈腿进入时：遍历8*8个距离值，从右到左、从上到下，依次找到每行首次出现距离值减小的位置并记录该距离值所在数组下标Sij，其中i表示行号，j表示列号；行走特征如AB模型，记录到的Sij应该有，Sij、S(i+x1)(j-y1)、…、S(i+xn)(j-yn)，其中x1ln，k1>kn，l、k均大于0，其中的S(i+xn)(j-yn)所处位置为拐点，拐点弧度大小可以通过l1和k1值的大小来判断，l1和k1的值越大，弧度越大，小腿弯曲程度越大。行走特征如E模型，记录到的Sij应该有，Sij、S(i+x1)(j-y1)、…、S(i+xn)(j-yn)，x1>xn，y1>yn，x、y均大于0。行走模型如FG模型，记录到的Sij应该有两段，前半段有Sij、S(i+x1)(j-y1)、…、S(i+xn)(j-yn)其中x1ln，l大于0，其中的S(i+xn)(j-yn)所处位置为拐点。

从右侧迈腿进入时的具体过程参考左侧迈腿进入，但遍历时需从左到右、从上到下)。

从中部迈腿进入时：遍历8*8个距离值，从左到右或从右到左，从上到下，依次找到每行出现距离值减小的位置并记录该距离值Sij，其中i表示行号，j表示列号；行走特征如A模型，记录到的Sij应该满足关系式，SijS(i+xn+l1)(j-yn)>S(i+xn+l2)(j-yn)>…>S(i+xn+ln)(j-yn)，其中l1S(i+x1)(j)>…>S(i+xn)(j)，其中x1

参见图6所示，一种基于膝高的位置调节装置，包括：

距离数据获取模块601，用于接收测距传感器发送的有效测距空间中的距离数据；

膝高获取模块602，用于垂直高度基于所述距离数据获取有效测距空间中物体的轮廓；如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度；

控制模块603，用于指示基于所述垂直高度调节产品的高度。

一种基于膝高的位置调节装置的具体实现同一种基于膝高的位置调节方法，此处不再重复说明。

参见图7所示，一种智能产品，包括：

测距传感器701，采集有效测距空间中的距离数据；

控制器702，被配置为执行所述的基于膝高的位置调节方法；

调节装置703，基于所述控制器的指令调节产品的高度。

本实施例中，所述测距传感器包括矩阵式ToF传感器。所述测距传感器701实时采集有效测距空间中的距离数据，并将采集到的有效测距空间中的距离数据发送给控制器702。控制器接收测距传感器发送的有效测距空间中的距离数据，基于所述距离数据获取有效测距空间中物体的轮廓；如果所述轮廓为腿部轮廓，获取膝盖离地面的垂直高度；指示基于所述垂直高度调节产品的高度。所述调节装置703接收所述控制器702的调节指令，进行产品高度的调节。

如前所述，所述产品包括卫浴产品、家居产品、健身器材和交通工具座椅等。所述卫浴产品包括马桶等，所述家居产品包括床、沙发和桌椅等。

参见图8所示为对智能马桶的位置调节流程图。具体的，包括：控制器上电；测距传感器校准，包括获取校准过程中测距传感器与白色挡板间的距离值以及计算各个区域与中心区域的夹角sin(∠nn)；实时获取有效测距空间中的距离数据；判断距离值是否变化，如果变化对距离值变化进行分析，并判断是否有行走特征，如果有，判断是否出现拐点并确定拐点区域；读取测距传感器拐点处的距离值即计算出拐点区域高度，最终得出膝盖高度；根据膝盖高度调节马桶高度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。