[發(fā)明專利]一種智能化合理坐姿判定及預警方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310308978.3
• 申請日: 2023-03-27
• 公開（公告）號: CN116311838A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 孫天佑;喬宏哲
• 申請（專利權）人: 常州機電職業(yè)技術學院
• 主分類號: G08B21/24
• 分類號: G08B21/24;G08B25/10;G08B3/10;G06F18/2411;G06F18/214
• 代理公司: 常州市英諾創(chuàng)信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

1.一種智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、通過兩個超聲波測距傳感器分別測量超聲波測距傳感器到學生頭部的水平距離、超聲波測距傳感器到學生前胸的水平距離；

步驟二、計算頭部相對于前胸水平方向向前或向后移動距離，并設置向前或向后移動距離閾值，通過閾值比較判斷學生坐姿是否合理。

2.根據(jù)權利要求1所述的智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，頭部相對于前胸水平方向向前或向后移動距離的公式為：

L＝(L_z+L_X)-(L₀+L_T)?????(3)

其中，L₀為超聲波測距傳感器相對于桌邊沿的安裝突出距離，L_T為超聲波測距傳感器到學生頭部的水平距離、L_Z為桌面的寬度，L_X為超聲波測距傳感器到學生前胸的水平距離。

3.根據(jù)權利要求1所述的智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，還包括以下步驟：

步驟三、采集背部傾角傳感器前后方向變化參數(shù)α和左右方向變化參數(shù)β；

步驟四、構建前后方向變化參數(shù)α、左右方向變化參數(shù)β、頭部相對于前胸水平方向向前或后移動的距離L的數(shù)據(jù)集，并根據(jù)參數(shù)標記數(shù)據(jù)集；

步驟五、建立向量數(shù)據(jù)和權值系數(shù)向量；

步驟六、通過線型支持向量機的目標函數(shù)尋優(yōu)；

步驟七、計算坐姿合理性評估值。

4.根據(jù)權利要求3所述的智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，前后方向變化參數(shù)α和左右方向變化參數(shù)β的公式為：

α＝α_t-α₀????(1)

β＝β_t-β₀????(2)

其中，α₀和β₀為背部姿態(tài)的左右和前后角度為初始位置，α_t和β_t為背部姿態(tài)的左右和前后角度變化值。

5.根據(jù)權利要求3所述的智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，線型支持向量機的目標函數(shù)尋優(yōu)的過程如下：

s.t.y_i(w·x_i+b)≥1-ξ_i,i＝1,2,…,N

ξ_i≥0,i＝1,2,…,N

其中，w為權值系數(shù)，C為懲罰系數(shù),ξ_i為松弛變量,b為偏置；

構造拉格朗日函數(shù)具體如下：

其中，α_i和μ_i為構造的拉格朗日乘子，L(w,b,ξ,α,μ)經變換并使用KKT條件轉化為求解公式(5)的問題，公式為：

0≤α_i≤C,i＝1,2,…,N

其中,為公式(5)的解；

求得w^*和b^*的解如下：

6.根據(jù)權利要求3所述的智能化合理坐姿判定及預警方法，其特征在于，坐姿合理性評估值的公式為：

其中，t_ZN為標定的不合理的坐姿的向量均值；t_ZY為標定的合理的坐姿的向量均值；K為標定的合理的坐姿的樣本數(shù)目；m為標定的非常不合理的坐姿的樣本數(shù)目；x_test為當前要評估的坐姿參數(shù)。

7.采用權利要求1-6任意一項所述的智能化合理坐姿判定及預警方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：傾角傳感器、第一超聲波測距傳感器、第二超聲波傳感器、第一無線通信模塊、第二無線通信模塊、第三無線通信模塊和ARM，傾角傳感器通過第一無線通信模塊與ARM無線連接，第一超聲波測距傳感器、第二超聲波傳感器通過第一無線通信模塊、第二無線通信模塊與ARM無線連接。