穿戴式背部姿态矫正系统

技术领域

本发明涉及人体姿态检测技术领域，尤其涉及一种穿戴式背部姿态矫正系统。

背景技术

对于许多长期处于固定姿态工作的人员，如伏案学习的青少年、面对电脑工作的上班族等，身体姿态的正确与否，不仅会影响工作学习的效率，而且还会影响身体的健康状态。对于处于身体发育阶段的青少年，若长时间使用不正确的坐姿，则会造成近视、脊柱变形等问题；而其他长时间的不良身体姿态会压迫周围神经，严重的将会导致颈椎、腰椎问题。在日常生活中，很少有人能够及时意识到并纠正自己的不良姿态。现有技术大多通过背背佳的专门为矫正身姿的独特设计，可以对背背佳的使用者起到防止脊柱变形、预防近视加深、缓解肢体疲劳等功效；除此，佩戴背背佳还可以挺胸，使使用者看上去更有气质，拥有挺拔的身姿。

然而，现有的穿戴式姿态矫正衣物还存在如下问题：1.缺乏对使用者姿态的准确检测，因此矫正精确度有待提高；2.未考虑到不同使用者背部的实际状况，缺乏针对性，因此对使用者的普适性较低；3.预警式背部矫正器的预警模式较单一，当使用者进行正常的弯腰运动时，也会发生预警，给使用者带来不便。因此准确检测人体姿态的变化，并在非健康姿态时及时提醒，对于保持良好的身体健康具有重要意义。而且，根据使用者自身状况，设置多种使用模式，能够提高姿态矫正衣物的体验舒适性。

有鉴于此，有必要设计一种改进的穿戴式背部姿态矫正系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式背部姿态矫正系统。通过设置矫正模式和非矫正模式，并在矫正模式设置若干组不同级别的压力阈值，在非矫正模式设置最大压力阈值和累积压力阈值，为使用者提供更多选择，显著提高了穿戴式背部姿态矫正系统的普适性和服用性。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种穿戴式背部姿态矫正系统，包括姿态矫正主体、设置于姿态矫正主体上的压力检测模块、控制模块和预警模块供电模块，所述供电模块用于为所述压力检测模块、控制模块和预警模块供电；所述控制模块包括模式调节模块以及分别与所述压力检测模块和所述预警模块相连的数据处理模块；

所述姿态矫正主体用于贴身穿戴于使用者上半身；

所述模式调节模块中设置有若干种使用模式，用于供使用者调整所述姿态矫正主体的使用模式，每种所述使用模式均设置有相应的压力阈值；

所述压力检测模块用于检测人体压力值并发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块对检测的压力值进行处理，并与当前使用模式的压力阈值进行比较，然后将比较结果发送至所述预警模块，进行姿态预警。

作为本发明的进一步改进，所述压力检测模块包括若干组设置于所述姿态矫正主体受力区域的压力传感器，所述受力区域包括向下弯腰受力区域、向左弯腰受力区域以及向右弯腰受力区域。

作为本发明的进一步改进，所述模式调节模块包括矫正模式和非矫正模式；所述矫正模式用于对使用者的背部矫正进行预警；所述非矫正模式用于对使用者的常规弯腰动作进行预警。

作为本发明的进一步改进，所述矫正模式包括坐姿矫正模式、站姿矫正模式和睡姿矫正模式。

作为本发明的进一步改进，所述矫正模式包含若干组不同级别的压力阈值，用于供背部处于不同程度的非正常状态的使用者进行选择，当检测的压力值高于压力阈值时，所述预警模块，进行姿态预警。

作为本发明的进一步改进，所述穿戴式背部姿态矫正系统还包括与所述压力检测模块相连的时间干预模块，用于获取和显示所述压力检测模块检测的相应压力值的累积时间，以供使用者获取背部的长期使用状态。

作为本发明的进一步改进，所述非矫正模式包含最大压力阈值和若干组与使用者当前所处状态的压力值的累积时间相对应的累积压力阈值；所述最大压力阈值用于对使用者进行常规弯腰动作时的瞬时最大压力值进行危险预警；所述累积压力阈值用于对使用者长时间的常规弯腰动作进行时间预警。

作为本发明的进一步改进，所述压力传感器通过粘贴、缝制或刺绣方式集成于所述姿态矫正主体受力区域，或者所述压力传感器通过与所述姿态矫正主体一体化设置集成于所述姿态矫正主体受力区域。

作为本发明的进一步改进，所述穿戴式背部姿态矫正系统的使用方法包括如下步骤：

S1.使用者穿戴好所述穿戴式背部姿态矫正系统后，通过所述模式调节模块选择使用模式；

S2.所述压力检测模块实时检测使用者的压力值并发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块对检测的压力值进行处理，并与步骤S1选择的使用模式的压力阈值进行比较，然后将比较结果发送至所述预警模块，进行姿态预警。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，当选择的使用模式为矫正模式时，所述使用者根据自身背部的状态情况，从若干组不同级别的压力阈值中选择需求的矫正压力阈值。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的穿戴式背部姿态矫正系统，包括姿态矫正主体、设置于姿态矫正主体上的压力检测模块、控制模块、预警模块和供电模块。控制模块包括模式调节模块以及分别与压力检测模块和预警模块相连的数据处理模块。本发明通过实时检测人体与姿态矫正器间的压力状态，获取压力反馈信息，进而对身体姿态状况进行判断和评估，为人体姿态的调整提供指导信息，防止过度矫正对身体造成二次伤害。通过设置矫正模式和非矫正模式，为使用者提供更多选择，显著提高了穿戴式背部姿态矫正系统的普适性和服用性。

2.本发明提供的穿戴式背部姿态矫正系统，每种矫正模式均包含若干组不同级别的压力阈值。如此设置，使用者可以根据使用者驼背状态的压力值，设定一个略低于该压力值的压力阈值，以提醒使用者将背部调整为比驼背状态压力值更小的压力状态。待使用者习惯并适应此种状态后，再进一步调低压力阈值；如此逐步调整，能够使得驼背使用者逐步实现背部矫正，矫正方法更合理，且效果更优，使用者的体验性也较好，也能适用于各种背部状态的使用者，普适性高。

3.本发明提供的穿戴式背部姿态矫正系统，还包括时间干预模块，用于获取和显示所述压力检测模块检测的相应压力值的累积时间，以供使用者获取背部的长期使用状态。如此设置，使用者能够更好地了解自身背部长期状况，从而更好地进行自我调整。特别是对于非矫正模式，通过时间干预模块，设置于使用者当前所处状态的压力值的累积时间相对应的累积压力阈值，从而提醒使用者在某一状态下的最大使用时间，以便使用者及时调整。

附图说明

图1为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的一种模块结构示意图。

图2为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的另一种模块结构示意图。

图3为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的模式调节模块的组成结构示意图。

图4为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的一种压力传感器的分布示意图。

图5为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的一种采集电路示意图。

图6为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的单个压力传感器的传感曲线。

图7中a、b、c、d分别为本发明穿戴式背部姿态矫正系统在站立、向下弯腰、向左弯腰、向右弯腰姿态下的传感信号分布图。

图8为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的一种三层织物压力传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。

请参图1至3所示，本发明提供的一种穿戴式背部姿态矫正系统，包括姿态矫正主体、设置于姿态矫正主体上的压力检测模块、控制模块、预警模块和供电模块。所述供电模块用于为所述压力检测模块、控制模块和预警模块供电。所述控制模块包括模式调节模块以及分别与所述压力检测模块和所述预警模块相连的数据处理模块。通过实时检测人体与姿态矫正器间的压力状态，获取压力反馈信息，进而对身体姿态状况进行判断和评估，为人体姿态的调整提供指导信息，防止过度矫正对身体造成二次伤害。

所述姿态矫正主体用于贴身穿戴于使用者上半身。姿态矫正主体使用带有弹性的织物，缝制成无袖背心(类似于市面上的背背佳)，作为压力检测模块的压力传感器的支撑层。所述模式调节模块中设置有若干种使用模式，用于供使用者调整所述姿态矫正主体的使用模式，每种所述使用模式均设置有相应的压力阈值；所述压力检测模块用于检测人体压力值并发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块对检测的压力值进行处理，并与当前使用模式的压力阈值进行比较，然后将比较结果发送至所述预警模块，进行姿态预警。当检测的压力值高于当前使用模式的压力阈值时，进行预警提示，以便使用者及时调整姿态。

所述压力检测模块包括若干组设置于所述姿态矫正主体受力区域的压力传感器，所述受力区域包括向下弯腰受力区域、向左弯腰受力区域以及向右弯腰受力区域。通常向下弯腰受力区域在背部脊柱处，向左弯腰受力区域在左边背部脊柱处以及左腰侧部区域，向右弯腰受力区域在右边背部脊柱处以及右腰侧部区域。每个受力区域设置至少一个压力传感检测点。请参阅图4所示，为一种压力传感器的分布示意图，包含9个传感检测点，后侧包括7个检测点，前侧包括2个检测点。请参阅图5所示，为本发明的一种采集电路示意图。chip为电脑芯片，MUX为多路选择器(包括横、纵两行)，多路采集器之间连接9个电阻式柔性压力传感器，ADC为信号采集器。电脑芯片控制多路选择器，进而选择9个电阻式柔性压力传感器的开合。如当选择第一横、纵MUX交叉点的传感器时，该传感器接通，另外8个传感器处于断开状态。信号采集器获取接通电路的分压，从而获取信号。芯片快速切换到不同传感器上，信号采集器则采集不通电路的信号，最终这些信号收集起来，传入数据处理模块。

所述压力传感器通过粘贴、缝制或刺绣等方式集成于所述姿态矫正主体的受力区域，或者所述压力传感器通过与所述姿态矫正主体一体化设置集成于所述姿态矫正主体受力区域。当所述压力传感器通过与所述姿态矫正主体一体化设置集成于所述姿态矫正主体受力区域时，所述姿态矫正主体的受力区域采用导电纱线纺织而成。

所述压力传感器包括但不限于为三层织物压力传感器(如图8所示)或点接触式压力传感器，用于作为压力信息的获取。其中，点接触式压力传感器包括相互交叉分布的第一导电纱线和第二导电纱线，以及用于采集第一导电纱线和第二导电纱线的交叉点处电信号的采集电路。所述交叉点处第一导电纱线的第一电极和第二导电纱线的第二电极之间设有电介质层。目的是使得两个电极之间产生电阻梯度。当交叉点处受到压力刺激时，第一电极和第二电极之间的距离发生变化，使得两者之间的电阻发生变化，通过采集所述交叉点处的电信号，即可实现压力传感的检测。如此设置，能够通过纱线的交叉点构造出点接触式可穿戴压力传感器，便于在织物上集成，且每一个交叉点处均能形成独立的压力传感区，能够实现微纳传感，压力传感灵敏度和压力响应范围显著提高。

特别地，所述第一导电纱线和第二导电纱线为包芯纱、包覆纱或皮芯纤维；所述包芯纱、包覆纱或皮芯纤维的芯层为电极，皮层包括所述电介质层。例如：所述第一导电纱线为芯层为第一电极、皮层为第一电介质层的包芯纱、包覆纱或皮芯纤维，此时第二导电纱线可以为普通导电纱线构成电极，也可以是芯层为第二电极、皮层为第二电介质层的包芯纱、包覆纱或皮芯纤维。所述第一导电纱线和第二导电纱线优选均为芯层为电极、皮层为电介质层的包芯纱或皮芯纤维。当所述第一导电纱线和第二导电纱线为芯层为电极、皮层为电介质层的皮芯纤维时，能够构造出尺度更微小的压力传感器，实现更高精度的压力传感。可以通过调整电介质的厚度，对压力传感性能进行调节。

将所有柔性压力传感单元，通过柔性电路连接到数据处理模块，通过有线、无线(蓝牙、天线)等方式传输到数据处理模块，根据压力数据对人体姿态和动作进行判定，对身体有害的姿态动作发出预警。

请参阅图6所示，为本发明穿戴式背部姿态矫正系统的单个压力传感器的传感曲线。可以看出，随着压力值的增大，该压力传感器的电流变化率逐渐增大。因此通过电流变化率能够获取压力值大小状况，进而推断出使用者的背部状态。

请参阅图7所示，a、b、c、d分别为穿戴式背部姿态矫正系统在站立、向下弯腰、向左弯腰、向右弯腰姿态下的传感信号分布图。对比a和b可以看出，1-5处的电流信号明显增大、6-9处的电流信号基本不变。对比a和c可以看出，左侧位置电流信号明显增大、右侧位置电流信号基本不变；对比a和d可以看出，右侧位置电流信号明显增大、左侧位置电流信号基本不变。因此在做不同的姿态变化时，就会有相应的电流信号变化，通过收集不用的电流信号就可以评判人体姿态矫正器的矫正状态，当达到系统预警值时，表示该姿态状态对人体有害，需要人工干预。

请参阅图3所示，所述模式调节模块包括矫正模式和非矫正模式。所述矫正模式用于对使用者的背部矫正进行预警；所述非矫正模式用于对使用者的常规弯腰动作进行预警。

具体地，所述矫正模式包括坐姿矫正模式、站姿矫正模式和睡姿矫正模式。

优选地，每种矫正模式均包含若干组不同级别的压力阈值，用于供背部处于不同程度的非正常状态的使用者进行选择，当检测的压力值高于压力阈值时，所述预警模块，进行姿态预警。如此设置，使用者可根据自身背部情况，选择或设定预设压力阈值，该预设压力阈值为使用者期望的背部状态最高压力值，即在使用时，背部压力值不能超过该预设压力阈值。例如，对于背部处于明显驼背状态的使用者，其当穿戴上所述背部姿态矫正系统时，背部压力检测值始终处于较高值，如果按常规单一模式的矫正器，此检测值可能始终高于正常压力阈值，因此会始终处于预警状态。通过本发明的多种模式和多组压力阈值的设置，使用者可以根据使用者驼背状态的压力值，设定一个略低于该压力值的压力阈值，以提醒使用者将背部调整为比驼背状态压力值更小的压力状态。待使用者习惯并适应此种状态后，再进一步调低压力阈值；如此逐步调整，能够使得驼背使用者逐步实现背部矫正，矫正方法更合理，且效果更优，使用者的体验性也较好，也能适用于各种背部状态的使用者，普适性高。

请参阅图2所示，所述穿戴式背部姿态矫正系统还包括与所述压力检测模块相连的时间干预模块，用于获取和显示所述压力检测模块检测的相应压力值的累积时间，以供使用者获取背部的长期使用状态。如此设置，使用者能够更好地了解自身背部长期状况，从而更好地进行自我调整。

所述非矫正模式包含最大压力阈值和若干组与使用者当前所处状态的压力值的累积时间相对应的累积压力阈值。所述最大压力阈值用于对使用者进行常规弯腰动作时的瞬时最大压力值进行危险预警，即当使用者的背部瞬时最大压力值过大时，可能对人体健康造成危害，通过最大压力阈值提醒使用者在安全范围内行动。所述累积压力阈值用于对使用者长时间的常规弯腰动作进行时间预警。例如当使用者处于非矫正模式时(伏案学习、面对电脑工作等状态)，背部可能需要长时间处于某一种状态，一般短时间内处于某一种弯腰状态，对人身体危害不大，但时间过长时，会给使用者的腰背部的健康带来不可逆的危害。因此，通过累积压力阈值的设置，提醒使用者在某一状态下的最大使用时间，以便使用者及时调整。

通过采用上述技术方案，为使用者提供更多可选择的使用模式，适用人群更广泛，矫正合理性和准确性更高。

本发明穿戴式背部姿态矫正系统的使用方法包括如下步骤：

S1.使用者穿戴好所述穿戴式背部姿态矫正系统后，通过所述模式调节模块选择使用模式；

S2.所述压力检测模块实时检测使用者的压力值并发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块对检测的压力值进行处理，并与步骤S1选择的使用模式的压力阈值进行比较，然后将比较结果发送至所述预警模块，进行姿态预警。

在步骤S1中，当选择的使用模式为矫正模式时，所述使用者根据自身背部的状态情况，从若干组不同级别的压力阈值中选择需求的矫正压力阈值。

综上所述，本发明提供的穿戴式背部姿态矫正系统，包括姿态矫正主体、设置于姿态矫正主体上的压力检测模块、控制模块、预警模块和供电模块。控制模块包括模式调节模块以及分别与压力检测模块和预警模块相连的数据处理模块。本发明通过设置矫正模式和非矫正模式，并在矫正模式设置若干组不同级别的压力阈值，在非矫正模式设置最大压力阈值和累积压力阈值，为使用者提供更多选择，显著提高了穿戴式背部姿态矫正系统的普适性和服用性。而且能够使驼背使用者对背部状态进行逐步调整适应，矫正方法更合理，且效果更优。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。