[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于重力加速度傳感器的可穿戴坐姿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710785883.5
• 申請(qǐng)日: 2017-09-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107744393B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟濬;虞捷舟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/11
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/11;G08B21/24
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于重力加速度傳感器的可穿戴坐姿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)安裝在衣服背面上的重力加速度傳感器，感知用戶(hù)的背部姿態(tài)變化以及保持正確坐姿和不正確坐姿時(shí)用戶(hù)的呼吸順暢度。通過(guò)顯示器向用戶(hù)展示訓(xùn)練坐姿，并將采集的重力加速度傳感器模塊的數(shù)字電壓信號(hào)對(duì)預(yù)存的包括標(biāo)準(zhǔn)坐姿、駝背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿的檢測(cè)模型進(jìn)行初始化校正，并聚類(lèi)分析用戶(hù)呼吸相關(guān)特征。監(jiān)測(cè)過(guò)程中，將采集的重力加速度傳感器模塊的數(shù)字電壓信號(hào)輸入兩個(gè)檢測(cè)模型，獲得實(shí)時(shí)坐姿類(lèi)型，并在錯(cuò)誤坐姿時(shí)進(jìn)行聲音報(bào)警，當(dāng)識(shí)別出錯(cuò)誤類(lèi)型時(shí)，通過(guò)顯示模塊的顯示屏提示錯(cuò)誤坐姿類(lèi)型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可穿戴設(shè)備，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)人體姿勢(shì)監(jiān)測(cè)，特別是坐姿監(jiān)測(cè)的智能檢測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代人們生活方式的改變和伴隨而來(lái)的長(zhǎng)期久坐導(dǎo)致的脊椎問(wèn)題日益突出，其中長(zhǎng)期不正確的坐姿是導(dǎo)致脊椎問(wèn)題產(chǎn)生的重要原因。坐姿監(jiān)測(cè)的重要性日漸突出。現(xiàn)有的坐姿監(jiān)測(cè)方案，大多基于圖像處理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要有攝像頭的支持，易受他人干擾，且難以解決便攜性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于重力加速度傳感器的可穿戴坐姿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種基于重力加速度傳感器的可穿戴坐姿監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括衣服本體；所述衣服本體設(shè)有微處理器；衣服本體的背面豎直中線上設(shè)有至少一個(gè)重力加速度傳感器模塊，向微處理器輸出數(shù)字電壓信號(hào)；

所述微處理器包括直接處理模塊和呼吸處理模塊；所述直接處理模塊包括直接訓(xùn)練模塊和直接檢測(cè)模塊；所述直接訓(xùn)練模塊用于根據(jù)用戶(hù)的不同坐姿類(lèi)型和其對(duì)應(yīng)的重力加速度傳感器模塊采集的數(shù)字電壓信號(hào)進(jìn)行聚類(lèi)分析，獲得背部姿態(tài)直接檢測(cè)模型；所述直接檢測(cè)模塊，將在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中采集的用戶(hù)實(shí)時(shí)數(shù)字電壓信號(hào)輸入背部姿態(tài)直接檢測(cè)模型，獲得直接坐姿檢測(cè)結(jié)果；呼吸處理模塊包括呼吸訓(xùn)練模塊和呼吸檢測(cè)模塊；所述呼吸訓(xùn)練模塊用于根據(jù)用戶(hù)標(biāo)準(zhǔn)坐姿和非標(biāo)準(zhǔn)坐姿時(shí)，根據(jù)重力加速度傳感器模塊采集的數(shù)字電壓信號(hào)分析得到的呼吸的順暢度不同進(jìn)行聚類(lèi)分析，獲得呼吸檢測(cè)模型；所述呼吸檢測(cè)模塊，將在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中采集的用戶(hù)實(shí)時(shí)數(shù)字電壓信號(hào)輸入呼吸檢測(cè)模型，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶(hù)呼吸順暢度，實(shí)現(xiàn)通過(guò)呼吸順暢度判斷坐姿是否正確；直接處理模塊的判斷結(jié)果干擾多，呼吸處理模塊的判斷結(jié)果穩(wěn)定但相對(duì)滯后；當(dāng)直接處理模塊和呼吸處理模塊同時(shí)得到非標(biāo)準(zhǔn)坐姿結(jié)果時(shí)，對(duì)用戶(hù)報(bào)警。

進(jìn)一步地，所述衣服本體的背面從上至下設(shè)有三個(gè)重力加速度傳感器模塊，第一個(gè)重力加速度傳感器模塊的位置與衣服本體的領(lǐng)口處相對(duì)應(yīng)，第二個(gè)重力加速度傳感器模塊的位置與衣服本體的胸口處相對(duì)應(yīng)，第三個(gè)重力加速度傳感器模塊的位置與衣服本體的腰處相對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步地，所述微處理器連接蜂鳴器模塊和顯示模塊；所述顯示模塊用于向用戶(hù)展示訓(xùn)練坐姿和該用戶(hù)的坐姿類(lèi)型；所述蜂鳴器模塊用于在用戶(hù)坐姿不準(zhǔn)確時(shí)報(bào)警。

一種基于重力加速度傳感器的可穿戴坐姿監(jiān)測(cè)方法，方法包括以下步驟：

(1)待訓(xùn)練用戶(hù)穿戴衣服本體，獲得多組體態(tài)特征不同的用戶(hù)的標(biāo)準(zhǔn)坐姿、駝背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿下的重力加速度傳感器的數(shù)字電壓信號(hào)，通過(guò)k-means算法得到每種姿態(tài)的聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)，并預(yù)存在微處理器中；

(2)待監(jiān)測(cè)用戶(hù)穿戴衣服本體，顯示模塊的顯示屏上展示待訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)坐姿和駝背坐姿；用戶(hù)按照顯示屏顯示的圖像訓(xùn)練動(dòng)作，訓(xùn)練多次，每次采集所有重力加速度傳感器模塊的數(shù)字電壓信號(hào)；

(3)微處理器將采集到的重力加速度傳感器模塊的數(shù)字電壓信號(hào)與微處理器中預(yù)先通過(guò)k-means聚類(lèi)分析后得到的不同姿態(tài)的聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)比較，找到最接近的聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)；將采集的標(biāo)準(zhǔn)坐姿數(shù)據(jù)和聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)中的標(biāo)準(zhǔn)坐姿數(shù)據(jù)相減，用所得的差值矯正聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)中的駝背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿的聚類(lèi)中心數(shù)據(jù)，得到校正后的包括標(biāo)準(zhǔn)坐姿、駝背坐姿、左肩偏高坐姿、右肩偏高坐姿的直接檢測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)初始校正；