本發(fā)明涉及一種基于IMU的交互式坐姿矯正裝置、坐姿矯正器及監(jiān)測(cè)軟件，屬于健康矯正技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，青少年的整體視力水平不斷下降，校園里多數(shù)孩子都佩戴了眼鏡。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，不正確的坐姿是導(dǎo)致近視很重要的一個(gè)原因。不正確的坐姿不僅會(huì)使孩子的學(xué)習(xí)效率降低，成績(jī)下降進(jìn)而失去信心，同時(shí)也會(huì)影響身體健康，致使視力下降和脊柱彎曲，阻礙青少年骨骼的正常發(fā)育。保持一個(gè)良好的坐姿對(duì)于青少年來(lái)說(shuō)是很重要的，但是由于自身缺乏自覺(jué)意識(shí)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中不自主就會(huì)彎腰駝背甚至趴在桌子上，而家長(zhǎng)和老師也不可能每時(shí)每刻都在孩子身邊對(duì)其提醒，久而久之孩子的身心健康將會(huì)因?yàn)樽硕艿接绊?。因此設(shè)計(jì)一種智能坐姿提醒裝置，在孩子坐姿不正確時(shí)給予提醒，幫助孩子改正不良坐姿是很有意義的。

現(xiàn)有技術(shù)中的坐姿矯正裝置主要分為兩類：

第一類是坐姿矯正裝置，如專利號(hào)為CN2181410、CN215186等。這類裝置主要是通過(guò)彈性材料強(qiáng)制對(duì)人體進(jìn)行坐姿矯正，裝置對(duì)人體有很強(qiáng)的限制性和壓迫感，嚴(yán)重時(shí)還可能對(duì)孩子的骨骼發(fā)育產(chǎn)生阻礙。并且采用強(qiáng)制的手段來(lái)矯正坐姿治標(biāo)不治本，當(dāng)卸下裝置后人體還是有彎腰駝背的趨勢(shì)。所以該類采用純被動(dòng)式坐姿提醒裝置的效果不明顯。

第二類是坐姿提醒裝置。在人體坐姿不正確時(shí)給予提醒，督促孩子自覺(jué)坐正。目前坐姿提醒裝置主要分為座椅式和佩戴式。座椅式坐姿提醒裝置是通過(guò)在座椅上安裝紅外裝置或者利用超聲波測(cè)距原理來(lái)檢測(cè)人體坐姿并給予提醒，靈敏度高，穩(wěn)定性好，但是成本比較高并且不方便更換地方使用。還有一種是通過(guò)傾斜開關(guān)和相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)監(jiān)測(cè)人體坐姿，該類裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便攜性好，但是因?yàn)樵擃愌b置利用水銀重力的原理來(lái)對(duì)坐姿進(jìn)行監(jiān)測(cè)，里面的水銀開關(guān)容易破碎導(dǎo)致水銀溢出，安全性較低，并且水銀受溫度影響較大，低溫時(shí)水銀開關(guān)響應(yīng)性差，甚至?xí)霈F(xiàn)失靈的情況。另一方面多數(shù)利用水銀開關(guān)的坐姿提醒裝置都是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)角度，難免因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的原因限制了預(yù)設(shè)角度調(diào)整，具體體現(xiàn)在用戶只能根據(jù)設(shè)計(jì)好的機(jī)械結(jié)構(gòu)在幾個(gè)給定的預(yù)設(shè)角度中進(jìn)行選擇，而且裝置壽命比較短。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的坐姿提醒矯正裝置存在成本高、效果不明顯，響應(yīng)性低、安全性低、使用壽命短等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)成本高、矯正效果不明顯、響應(yīng)速度慢、安全性差、使用壽命短的缺點(diǎn)，而提出一種基于IMU的交互式坐姿矯正裝置，包括：

傳感器信息接收模塊，用于接收傳感器采集的測(cè)量信息；

卡爾曼濾波模塊，用于將所述測(cè)量信息進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的加速度、角速度以及磁場(chǎng)信息；

數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理模塊，用于根據(jù)所述加速度、角速度以及磁場(chǎng)信息通過(guò)計(jì)算得到方位信息；

坐姿信息計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述方位信息與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)信息得到坐姿信息；

坐姿判斷模塊，用于將所述坐姿信息與預(yù)設(shè)的坐姿信息閾值比較，得到判斷結(jié)果，并根據(jù)所述判斷結(jié)果進(jìn)行矯正。

本發(fā)明還提出一種基于IMU的交互式坐姿矯正器，包括：

至少一個(gè)測(cè)量傳感器，適于設(shè)置在易于監(jiān)測(cè)人體脊柱彎曲程度的人體部位上，用于采集能夠表征人體脊柱彎曲程度的測(cè)量信息；

處理器，用于實(shí)現(xiàn)如前述裝置所述的功能；

所述測(cè)量傳感器與所述處理器連接，用于向所述處理器發(fā)送所述測(cè)量信息。

本發(fā)明還提出一種坐姿矯正監(jiān)測(cè)軟件，其特征在于，包括：

坐姿數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收通過(guò)前述的裝置發(fā)送的坐姿數(shù)據(jù)；

坐姿圖像顯示模塊，用于根據(jù)所述坐姿數(shù)據(jù)繪制能夠表征用戶坐姿信息的坐姿圖像；

坐姿比較模塊，用于當(dāng)接收到至少兩個(gè)坐姿數(shù)據(jù)時(shí)，將坐姿數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較并將每個(gè)坐姿數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的坐姿數(shù)據(jù)閾值進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果；

坐姿數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示所述比較結(jié)果以及所述坐姿圖像。

本發(fā)明的有益效果為：對(duì)脊柱各個(gè)部分的方位信息進(jìn)行直接測(cè)量，相比較間接測(cè)量方式準(zhǔn)確度更高；通過(guò)多個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)得到豐富的脊柱姿態(tài)信息，可以根據(jù)脊柱姿態(tài)信息設(shè)置脊柱彎曲模式，并能夠在實(shí)際使用中識(shí)別這些脊柱彎曲模式；可以在手機(jī)、電腦端生動(dòng)直觀的以動(dòng)畫形式實(shí)時(shí)顯示脊柱姿態(tài)；可以根據(jù)用戶需求在手機(jī)、電腦端通過(guò)無(wú)線通信自由設(shè)定用戶能夠接受的脊柱彎曲閥值和提醒時(shí)長(zhǎng)閥值，較其他裝置自由度和交互性更好；可以采用APP監(jiān)測(cè)的模式也為其社交功能擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。具有低功耗監(jiān)測(cè)模式，在保證對(duì)用戶坐姿監(jiān)測(cè)的同時(shí)也能夠有效的降低系統(tǒng)功耗、提高續(xù)航能力。提醒方式自由靈活可選擇語(yǔ)音或者振動(dòng)方式給予提醒。本發(fā)明通過(guò)將多個(gè)IMU安裝在人體脊柱皮膚表層和頭部直接測(cè)量得到人體脊柱的彎曲情況并通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自由調(diào)整可彎曲裕度，測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，實(shí)時(shí)性好，且具有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉、便攜性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置的工作流程圖；

圖3為本發(fā)明的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置的坐姿判斷流程圖；

圖4為本發(fā)明的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置的坐姿歐拉角示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置可以是集成在處理器中的軟件功能模塊，也可以是滿足功能要求的軟件固化成的硬件。

本實(shí)施方式的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置如圖1所示，包括：

傳感器信息接收模塊，用于接收傳感器采集的測(cè)量信息。

卡爾曼濾波模塊，用于將所述加速度、角速度和磁場(chǎng)信息進(jìn)行濾波處理，得到濾波后的加速度、角速度以及磁場(chǎng)信息。

數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理模塊，用于根據(jù)所述加速度、角速度以及磁場(chǎng)信息通過(guò)計(jì)算得到方位信息。

坐姿信息計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述方位信息與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)信息得到坐姿信息。

坐姿判斷模塊，用于將所述坐姿信息與預(yù)設(shè)的坐姿信息閾值比較，得到判斷結(jié)果，并根據(jù)所述判斷結(jié)果進(jìn)行矯正。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：報(bào)警模塊包括預(yù)警判斷單元、計(jì)時(shí)單元以及提醒單元，其中預(yù)警判斷單元用于在檢測(cè)到所述判斷結(jié)果為坐姿不正確時(shí)控制計(jì)時(shí)單元開始計(jì)時(shí)，若預(yù)定的計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)所述判斷結(jié)果始終為坐姿不正確，則提醒單元在預(yù)定的計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)發(fā)出提醒信號(hào)。

本實(shí)施方式給了一種根據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行校正的具體方式，即檢測(cè)判斷結(jié)果是否正確，若在一段時(shí)間內(nèi)判斷結(jié)果始終為不正確，就發(fā)出提醒信號(hào)便于用于進(jìn)行矯正。判斷結(jié)果是否正確可以是通過(guò)坐姿信息與預(yù)設(shè)坐姿信息比較，可以通過(guò)判斷大于或者小于等于來(lái)判斷是否為坐姿正確。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：提醒信號(hào)用于控制振動(dòng)電機(jī)、發(fā)光器件、揚(yáng)聲器或其任意組合發(fā)出相應(yīng)的提示信息，提示信息用于提醒用戶對(duì)坐姿進(jìn)行主動(dòng)矯正。

本實(shí)施方式披露了具體可以通過(guò)哪些硬件來(lái)發(fā)出提醒信號(hào)，可以通過(guò)電機(jī)發(fā)出振動(dòng)信號(hào)，可以通過(guò)發(fā)光器件發(fā)出光信號(hào)，可以通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音提示信號(hào)，也可以是上述各種信號(hào)的組合。還可以是通過(guò)電腦端或者手機(jī)端的屏幕動(dòng)畫、振動(dòng)或者發(fā)生來(lái)實(shí)現(xiàn)提醒的目的。在用戶感受到這些信號(hào)后，得知自己的坐姿是不正確的，即可對(duì)自己的坐姿進(jìn)行主動(dòng)的校正。發(fā)出提醒信號(hào)的硬件不限于上述提到的，還可以是通過(guò)風(fēng)機(jī)發(fā)出適宜的風(fēng)或者通過(guò)電熱絲發(fā)出適宜的熱，能夠達(dá)到提醒目的的、可被人體靈敏感知的信號(hào)均可，本發(fā)明不做限制。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：方位信息包括在三維坐標(biāo)系下的歐拉角；述坐姿信息為所述方位信息中的歐拉角與所述基準(zhǔn)信息中的歐拉角的差值的絕對(duì)值。

本實(shí)施方式提出了方位信息的具體構(gòu)成，方位信息也可以是旋轉(zhuǎn)四元數(shù)或者旋轉(zhuǎn)矩陣，上述兩種量可以轉(zhuǎn)化為歐拉角，因此獲取旋轉(zhuǎn)四元數(shù)或者旋轉(zhuǎn)矩陣也可以達(dá)到本發(fā)明的目的。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：當(dāng)坐姿信息大于坐姿信息閾值時(shí)，判斷結(jié)果為坐姿不正確，當(dāng)坐姿信息小于或等于坐姿信息的閾值時(shí)，判斷結(jié)果為坐姿正確。、

本實(shí)施方式提供了判斷坐姿是否正確的方法，即將坐姿信息與坐姿信息閾值比較大小。也可以使用其他方式判斷坐姿是否正確，例如將坐姿信息閾值設(shè)置為具有多段區(qū)間的數(shù)組，將坐姿信息與這些數(shù)組進(jìn)行匹配，判斷坐姿信息對(duì)應(yīng)于哪個(gè)區(qū)間，而設(shè)置好的各個(gè)區(qū)間可以具有不同的、詳細(xì)的坐姿判斷結(jié)果，例如在區(qū)間A-B屬于背部姿勢(shì)不正確，區(qū)間C-D屬于腰部姿勢(shì)不正確等。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是：還可以包括無(wú)線通信模塊，用于將坐姿信息和/或判斷結(jié)果發(fā)送至移動(dòng)終端，裝置通過(guò)所述無(wú)線通信模塊從移動(dòng)終端接收坐姿信息閾值。

無(wú)線通信模塊可以是藍(lán)牙模塊或者wifi模塊，移動(dòng)終端可以是手機(jī)或者平板電腦，也可以是其他種類的計(jì)算機(jī)。這樣設(shè)置可以在便攜式設(shè)備中實(shí)時(shí)地接收坐姿信息，或者向裝置發(fā)送坐姿信息閾值。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同的是：裝置還可以包括功耗管理模塊，用于當(dāng)檢測(cè)到所述加速度信息在預(yù)定的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)始終小于預(yù)定閾值時(shí)切換為低功耗模式。

本實(shí)施方式提供一種功耗管理模塊，來(lái)降低裝置的功耗。除了上述提供的智能的功耗降低方法之外，還可以使用手動(dòng)的功耗降低方式，例如通過(guò)預(yù)先設(shè)置好的功能選擇模塊來(lái)選擇低功耗模式。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至六之一相同。

具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同的是：基準(zhǔn)信息是由選定的測(cè)量信息得到的方位信息。

本實(shí)施方式提供了一種基準(zhǔn)信息的獲得方式，即基準(zhǔn)信息可以由測(cè)量得到，而不是人工預(yù)先設(shè)置。例如在用戶最初使用本裝置時(shí)，先取一個(gè)傳感器將其安裝在脊椎靠近腰部的位置，采集基準(zhǔn)信息，于是之后的測(cè)量中都以這個(gè)固定的基準(zhǔn)信息為準(zhǔn)，進(jìn)行后續(xù)的比較與測(cè)量。

具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式提供一種基于IMU的交互式坐姿矯正器，包括至少一個(gè)測(cè)量傳感器，適于設(shè)置在易于監(jiān)測(cè)人體脊柱彎曲程度的人體部位上，用于采集能夠表征人體脊柱彎曲程度的測(cè)量信息；處理器，用于實(shí)現(xiàn)具體實(shí)施方式一至八任意一項(xiàng)所述的基于IMU的交互式坐姿矯正裝置所述的功能。所述測(cè)量傳感器與所述處理器連接，用于向所述處理器發(fā)送所述測(cè)量信息。

本實(shí)施方式的坐姿矯正器除了具體實(shí)施一至八中的矯正裝置，還包括至少一個(gè)測(cè)量傳感器，傳感器用于采集測(cè)量信息并發(fā)送給處理器，處理器通過(guò)傳感器信息接收模塊接收到測(cè)量信息后，進(jìn)行處理，最后得到判斷結(jié)果。這個(gè)過(guò)程及相關(guān)裝置在前述中詳盡說(shuō)明了，此處不再贅述。

具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式九不同的是：測(cè)量傳感器為IMU傳感器。

也可以選用能夠獲取歐拉角以及加速度的其他類型的傳感器。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式九相同。

下面對(duì)本發(fā)明的基于IMU的交互式坐姿矯正器做進(jìn)一步的說(shuō)明。

具體而言，傳感器可以使用九軸慣性測(cè)量單元(IMU)傳感器，內(nèi)含3軸加速度計(jì)、3軸陀螺儀和3軸磁力計(jì)，可根據(jù)用戶需求在人體脊柱不同位置的皮膚表層以及頭部選擇性安裝多個(gè)IMU傳感器用于實(shí)時(shí)獲取相應(yīng)部位的加速度、角速度和磁場(chǎng)信息。因?yàn)橥ㄟ^(guò)傳感器對(duì)加速度、陀螺儀和磁場(chǎng)信息進(jìn)行測(cè)量不可避免會(huì)因?yàn)閭鞲衅鞯亩秳?dòng)而產(chǎn)生一定的噪聲，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理前需要對(duì)其進(jìn)行濾波處理。而卡爾曼濾波適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理以及多傳感器數(shù)據(jù)的融合，利用前一個(gè)時(shí)刻的估計(jì)值和現(xiàn)在時(shí)刻的觀測(cè)值來(lái)得到當(dāng)前時(shí)刻的最佳估計(jì)值用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明采用卡爾曼濾波算法對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。利用上一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)矢量對(duì)這一時(shí)刻狀態(tài)量進(jìn)行先驗(yàn)估計(jì)，然后根據(jù)觀測(cè)方程更新?tīng)顟B(tài)量。然后不斷循環(huán)直到濾波完成。

在對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波后可以采用內(nèi)置的數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器(DMP)將3軸加速度、3軸角速度和磁場(chǎng)信息進(jìn)行融合得到旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)和歐拉角等方位信息用于后續(xù)算法處理。其中，主要使用歐拉角作為后續(xù)計(jì)算的依據(jù)，由于旋轉(zhuǎn)矩陣、四元數(shù)與歐拉角之間可以隨意轉(zhuǎn)換，因此也可以通過(guò)獲取旋轉(zhuǎn)矩陣和\或四元數(shù)來(lái)代替歐拉角進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算。

為了避免安裝不正所帶來(lái)的傳感器坐標(biāo)系和人體坐標(biāo)系不重合的問(wèn)題，我們需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化校正。具體步驟為將多個(gè)傳感器安裝在人體脊柱不同位置的皮膚表層以及頭部后保持正確坐姿5s,此時(shí)校正單元會(huì)以脊柱下端皮膚表層傳感器的坐標(biāo)系作為基準(zhǔn)，假設(shè)其和人體坐標(biāo)系重合然后對(duì)其他傳感器的方位信息進(jìn)行校正得到傳感器坐標(biāo)相對(duì)于人體坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)矩陣R_i0(i＝1,2,3…)或者相對(duì)旋轉(zhuǎn)四元數(shù)q_i0(i＝1,2,3…)，之后所有傳感器采集到的方位信息只需要和其旋轉(zhuǎn)矩陣或者相對(duì)旋轉(zhuǎn)四元數(shù)相乘即可得到人體脊柱各個(gè)部位的方位信息。具體的安裝部位以及方位信息的示意圖如圖4所示。

本發(fā)明相對(duì)于其他坐姿提醒裝置能夠有效地對(duì)坐姿不正確的多種模式進(jìn)行辨別。在三維空間中一般采用歐拉角來(lái)表示物體的方位。所以系統(tǒng)在校正時(shí)刻記錄下安裝于脊柱下端皮膚表層的傳感器所計(jì)算得到的俯仰角PITCH(0)、偏航角YAW(0)和滾轉(zhuǎn)角ROLL(0)，作為整個(gè)坐姿辨別的基準(zhǔn)，實(shí)時(shí)對(duì)各個(gè)部位的傳感器的方位信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)由傾斜角計(jì)算單元，在采集到方位信息后實(shí)時(shí)計(jì)算各個(gè)傳感器相對(duì)于基準(zhǔn)在三個(gè)軸向的角度差值：

d_pitch(i)＝pitch(i)-PITCH(0)(i＝0，1,2,3…) (10)

d_yaw(i)＝y(tǒng)aw(i)-YAW(0)(i＝0，1,2,3…) (11)

d_roll(i)＝roll(i)-ROLL(0)(i＝0，1,2,3…) (12)

其中pitch(i)、yaw(i)和roll(i)為不同部位傳感器的俯仰角、偏航角和滾轉(zhuǎn)角信息。然后根據(jù)歐拉角差值計(jì)算得到3個(gè)軸向的傾斜角α_i、β_i和γ_i，如圖4所示。若發(fā)現(xiàn)安裝于脊柱各個(gè)位置皮膚表層的傳感器和基準(zhǔn)之間的傾斜角在某個(gè)方向上都超過(guò)了預(yù)設(shè)的角度閥值則說(shuō)明人體脊柱處于整體前傾、左右傾斜或者扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。若安放于人體脊柱下端皮膚表層的傳感器計(jì)算得到的傾斜角很小，但是脊柱皮膚表層其他位置的傳感器的傾斜角至少有一個(gè)超過(guò)了預(yù)設(shè)的角度閥值則說(shuō)明人體脊柱處于向前彎曲、左右彎曲或部分扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，結(jié)合具體是哪個(gè)方向的傾斜角超過(guò)了閥值就可以確定人體脊柱的確切狀態(tài)。若用戶在頭部也佩戴了傳感器，裝置還能還原人體頸部的姿態(tài)信息，更加全面的對(duì)坐姿進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在將多個(gè)傳感器的信息進(jìn)行匯總后結(jié)合裝置的3D動(dòng)畫顯示程序，用戶可以在手機(jī)或電腦端看到脊柱姿態(tài)的重構(gòu)模型，對(duì)坐姿監(jiān)測(cè)較其他裝置更加的直觀和具體。

在進(jìn)行坐姿模式識(shí)別之后，如果判斷用戶坐姿不正確則控制單元會(huì)向報(bào)警模塊發(fā)送預(yù)警信息。報(bào)警模塊包括判斷單元和計(jì)時(shí)單元以及提醒單元，計(jì)時(shí)單元在接收到控制單元信息后啟動(dòng)開始記錄坐姿不正確的持續(xù)時(shí)間，當(dāng)坐姿不正確的持續(xù)時(shí)間超過(guò)了時(shí)間閥值則會(huì)通過(guò)振動(dòng)電機(jī)、LED或語(yǔ)音模塊等提醒用戶同時(shí)也會(huì)向手機(jī)、電腦監(jiān)測(cè)端報(bào)警。判斷單元還用于坐姿恢復(fù)正常后取消報(bào)警。

裝置還可設(shè)置有無(wú)線通信模塊用于將脊柱不同部位的方位信息通過(guò)WIFI或藍(lán)牙無(wú)線模式發(fā)送到手機(jī)或電腦端，結(jié)合3D動(dòng)畫重構(gòu)程序，用戶可以在手機(jī)、電腦上對(duì)坐姿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且對(duì)于不同用戶，可以自主設(shè)置脊柱彎曲的角度閥值和時(shí)間閥值然后通過(guò)通信模塊發(fā)送給裝置。

本發(fā)明還包括一種坐姿矯正監(jiān)測(cè)軟件，包括：

坐姿數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收通過(guò)前述的裝置發(fā)送的坐姿數(shù)據(jù)；

坐姿圖像顯示模塊，用于根據(jù)坐姿數(shù)據(jù)繪制能夠表征用戶坐姿信息的坐姿圖像；

坐姿比較模塊，用于當(dāng)接收到至少兩個(gè)坐姿數(shù)據(jù)時(shí)，將坐姿數(shù)據(jù)之間進(jìn)行比較并將每個(gè)坐姿數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的坐姿數(shù)據(jù)閾值進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果；

坐姿數(shù)據(jù)顯示模塊，用于顯示比較結(jié)果以及坐姿圖像。

通過(guò)App模式，用戶可以通過(guò)APP和朋友互動(dòng)，比較坐姿監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)，以及可以將他們的坐姿標(biāo)準(zhǔn)程度和坐姿正確時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行對(duì)比。老師或家長(zhǎng)也可以利用APP對(duì)多個(gè)孩子的坐姿有個(gè)整體了解和比較。

考慮到裝置的續(xù)航性能，本發(fā)明還可以采用低功耗監(jiān)測(cè)模式，通過(guò)功耗管理模塊進(jìn)行，當(dāng)坐姿正確時(shí)，若測(cè)得所有傳感器加速度值都較小則判斷用戶處于靜止?fàn)顟B(tài)，主控芯片和外設(shè)會(huì)進(jìn)入休眠模式，只開啟加速度計(jì)監(jiān)測(cè)，只有當(dāng)傳感器測(cè)得的加速度大于閥值且持續(xù)一段時(shí)間，主控芯片才會(huì)恢復(fù)正常工作模式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

<實(shí)施例1>

用戶打開裝置電源開關(guān)，裝置自動(dòng)通過(guò)通信單元連接至手機(jī)、電腦端，在手機(jī)APP或者電腦端中通過(guò)拖動(dòng)脊柱動(dòng)畫模型來(lái)設(shè)置脊柱各個(gè)部分彎曲的閥值，然后設(shè)定不正確坐姿持續(xù)時(shí)間的閥值。

再將傳感器通過(guò)穿戴的方式安裝于人體脊柱不同位置的皮膚表層和頭部。保持身體坐直一段時(shí)間，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行初始化校正工作。如圖2和圖3所示，裝置實(shí)時(shí)采集各個(gè)傳感器的加速度、角速度和磁場(chǎng)信息，然后進(jìn)行卡爾曼濾波。濾波后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理單元計(jì)算得到脊柱各個(gè)部位的方位信息。然后由傾斜角差值計(jì)算單元計(jì)算出各個(gè)傳感器相對(duì)于初始化校正時(shí)刻基準(zhǔn)的歐拉角差值和傾斜角差值。由坐姿判斷單元對(duì)坐姿正確與否進(jìn)行判斷，同時(shí)坐姿判斷單元還能有效識(shí)別各種脊柱彎曲模式。當(dāng)坐姿不正確后通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)的計(jì)時(shí)單元對(duì)坐姿不正確的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行記錄，當(dāng)其超過(guò)預(yù)設(shè)的閥值后采用語(yǔ)音模塊或者振動(dòng)的形式對(duì)用戶進(jìn)行提醒，只有當(dāng)用戶坐姿恢復(fù)正常后才取消報(bào)警。

整個(gè)坐姿監(jiān)測(cè)過(guò)程都會(huì)將脊柱的姿態(tài)信息發(fā)送到手機(jī)端或電腦端然后通過(guò)動(dòng)畫形式展現(xiàn)出來(lái)，方便家長(zhǎng)對(duì)孩子坐姿的遠(yuǎn)程監(jiān)控。裝置還采用低功耗監(jiān)測(cè)模式，在用戶坐姿正確且處于靜止時(shí)刻只開啟加速度監(jiān)測(cè)，只有當(dāng)加速度大于某個(gè)閥值且持續(xù)一段時(shí)間后才恢復(fù)至正常模式。

本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。