用于检测人体姿势的设备和方法与流程

本发明涉及用于检测和校正人体姿势(且特定地但不一定排他地，人体颈部姿势)的设备。

背景技术：

肌肉劳损是大多数人所经历到的常见问题，有的持久有的偶尔发生。在很多情况下，肌肉劳损可以是在身体的特定区域中(诸如，引起颈部疼痛的区域)，而这种类型的疼痛的诱因可以追溯到一种或几种常见活动。一种此类活动可能是人体长时间采取不正确的坐姿，诸如在驾驶时耸肩伏在方向盘上、看电脑屏幕时探头前倾或拿手机时低头曲颈。研究已表明，工作时95％以上的时间都是坐着的工作人员和学生患上颈部疼痛的风险明显增高。

众所周知，头部位置和颈部之间的倾斜度存在一最佳范围，在这个范围内，来自一块或多块肌肉的力可以以最小的负担平衡头部的重量因此减少颈部疼痛的风险。因此，已发现，头部位置在这个最佳范围内的个体往往享有健康的坐姿且避免遭受颈部疼痛困扰。另外，当采取正确的坐姿时，这些个人通常更加自信。研究还表明，这些增加的自信还可以显著改善个人的精神状态和行为。然而，采取在这个最佳范围之外的头部位置需要用明显更大力度以支撑处于这些不太有利的位置中的头部和颈部，而如果长时间维持这种高水平的力度需求及负担，短期会引起颈部紧张及不适的症状，时间长了则会导致症状逐渐加重并可能引起慢性脊柱疾病。

us5337759a和us4928709a中示出了以测量运动范围和背部姿势为目的的装置，这两个专利方案均包括被支撑在佩戴者的头顶上的支架。以姿势校正或检测为目的的其它装置(诸如，us5425378a和us5337759a所公开的方案)单靠感测和记录头部的倾斜度来确定用户的姿势。然而，这并不总是可靠的，因为一种主要的不正确姿势(通常称为“探头”)不能单靠这些要素检测到，所谓“探头”就是当颈部前伸使得头部置于肩膀前面时，因而不存在可检测到的倾斜度。由于现有的装置仅提供一个与佩戴者身体接触的接触点，使上述问题及检测的准确度变得更糟。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供用于检测人体的头部位置并识别所检测的位置是在可接受位置的预定范围之内还是之外的设备和方法。进一步的目的是最小化头部位置不正确的发生率。

本发明的第一方面是所提供的设备，其包括：支架，其具有定位构件；至少一个传感器用于检测一平面的倾斜角，所述倾斜角能够代表在佩戴设备时人体的头部相对于其颈部的倾斜角；以及处理构件，其从所述至少一个传感器接收表示所检测的倾斜角的数据并确定所检测的倾斜角是否在可接受位置的预定范围内，其中所述设备在佩戴时与人体具有多个接触点。

在一个实施例中，所述支架的各端部被设置为以便提供支架的稳定又相对固定的位置及在人体每个耳朵的位置处具有接触点。

通常，一个或多个传感器可以相对于支架被选择性地设置在任何期望位置处，并且仍提供所述平面相对于最佳或期望平面的指示。提供对平面的倾斜角的测量意指无需提供几个“采样点”，只要传感器相对于支架位于可再现的相对位置中即可。

通常，所述支架与用户的身体具有至少3个可再现的接触点，从而形成了可再现的虚拟平面，而传感器所测量的正是该平面的倾斜度。

在一个实施例中，所述设备包括警报构件，所述警报构件在所检测的倾斜角在所述预定范围之外时通知用户和/或第三方。

在一个实施例中，所述支架在稳定位置处与人体具有两个相对的接触点。在一个实施例中，这些稳定位置是在人体耳朵处。通常，在两个相对的接触点的中间提供第三接触点。通常，所述第三接触点设置在人体头部或颈部的后面。

在一个实施例中，所述至少一个传感器安装在支架的大体中心位置处。

在一个实施例中，所述设备包括电源以允许传感器工作。

在一个实施例中，处理构件包括具有微控制器单元的集成电路，该微控制器单元处理来自所述传感器的信息以得出所检测的倾斜角、将该所检测的倾斜角与参考的预定值比较并产生对应的响应(通常参考预定数据)。

在一个实施例中，所述处理构件包括无线射频发射器，所述无线射频发射器输出来自微控制器单元的响应。

在一个实施例中，所述处理构件包括或连接到报警单元，所述报警单元可以用来产生声音信号、视觉信号和/或振动信号。

在一个实施例中，所述设备包括用于追踪和分析从一个或多个传感器收集到的数据的构件。

在一个实施例中，所述支架支承所述一个或多个传感器并将其定位到用户头部和/或颈部的后面，其中支架的相对的端部固定在佩戴装置的人体的耳朵上面。

在一个实施例中，所述传感器被设置为以便允许确定和监控在正交轴上头部倾斜和颈部屈伸。

在一个实施例中，所述处理构件可以提供不同的反馈类型，在一个实施例中，可以选择所述反馈类型以适合用户和/或第三方的要求，并且这些可包括以下各者中的任一或任意组合：当用户采取了具有在所述预定范围之外的倾斜度和/或颈部屈伸的姿势时作出即时的或延迟的提醒，以促使佩戴者尝试纠正不正确的位置；和/或当检测到用户已采取在预定范围内的位置时，提供正面确认信息以便帮助他们保持新的、可接受的位置。

通常，所述设备可以用来提供医疗支持，诸如通过确保人体采取了正确姿势来预防脊柱疾病和/或通过允许人体采取正确的坐姿来帮助这个人树立信心。

因此，本发明提供可以用作保健和/或美容产品的设备，其具有用于监控颈部姿势的分析系统。由于装置包含传感器组合，所述传感器组合基于颈部和头部位置及佩戴者的运动的记录信息来提供反馈，并将表示此类信息的数据传送到处理构件(其经由mcu中的内置算法来处理所述数据)，且参考佩戴者的个人数据分析所述数据以提供定制的反馈。个人反馈可以以各种形式来呈现(诸如，即时通知和/或传送数据以供进一步分析)，以便监控、纠正和改善佩戴者的头部、颈部和肩膀的姿势。

与在未被正确固定的情况下通常具有不够稳定的参考点从而导致容易产生检测误差的现有技术相比，本发明还具有更可靠和可再现的结果的优势。提供支架和允许产生的平面确保了由本发明的设备在正交轴的角度的测量是准确的和可再现的。

本发明的设备可以用来预防和改善由采取的不正确姿势产生的一系列不适和慢性颈部疾病。本发明能够在多个轴的倾斜角度检测头部偏斜，这被认为是与现有检测措施相比的一项改进。当建议纠正姿势时，本发明向用户发出即时和/或延迟的通知。因此，其监控佩戴者的行为，既预防了颈部疾病又改进了用户的人体美学形态。稳定的头部-颈部平面将由不正确地佩戴方式产生测量结果不准确的风险降到最低，并且确保测量是可再现的。

附图说明

下面将参考附图对本发明的具体实施方式进行描述，其中：

图1是根据本发明一个实施例的流程图；

图2a所示是根据本发明的一实施例的设备的部件；

图2b所示是图2a所示的一实施例的设备的第三接触点壳体；

图2c示出了本发明的设备被佩戴使用的状态；以及

图3示出了佩戴图2的设备的用户图像以及可以通过该设备检测的各种有效姿势。

具体实施方式

图2a到图2c中示出了根据本发明的一个实施例的设备，且该设备已经被佩戴在一用户身上(该用户的姿势将被检测)。设备包括支架101，所述支架具有两个相对的端部110、112，所述端部110、112用作与人体接触的接触点。在一个实施例中，这些端部如图所示弯曲成环状以允许将其固定在人体的各耳朵上，从而使得支架101在使用时能够被佩戴和被支撑在人体头部和/或颈部的后面。图2c和图3显示了支架在被佩戴时的状态。所述支架被设计为具有充当接触点110、112的两相对端部。这些端部放置且通常部分包裹在佩戴者的头部206的耳朵122、123上，以相对于人体的头部将支架保持在相对固定的位置(如图2c和图3中所示)。一壳体114与人体形成另一个接触点201，并且至少一个传感器可以定位在该接触点201中。所述壳体114被定位并放置在人体的颈部208或头部206的后侧，且如图所示通常位于头部与颈部之间的交界处。较佳地，支架的材料具有充分的弹性以便在运动期间保持其形状，并且确保支架在反复使用后形状保持不变因此传感器(其通常由塑料盖封闭和保护)在每次使用后都处于同一个位置。因此，提供多个接触点和在每次佩戴后将设备提供在同一个位置中意指：在每次使用后获得的数据结果往往是针对传感器的相同或相近的位置。这又意指：该数据与从设备的先前使用情况获得的数据的比较是基于佩戴者同一佩戴位置而进行的因此给予所述比较更高的有效性。这也适用于与预定数据的比较，因为用户能够更加确信传感器和设备被佩戴在正确位置和与预定数据有关的位置中。这与常规姿势检测设备形成对照，所述常规姿势检测设备根本没有被佩戴或佩戴在项链上或佩戴者贴身使用，而这意味着在单次使用时无法准确地预测传感器位置或者传感器在不同使用时期可能被定位在人体的不同位置。

第三接触点114是壳体201的一部分，如图所示，所述第三接触点114位于第一接触点110与第二接触点112的中间。图2a示出了在盖体被移除的情况下的壳体201，而图2b示出了呈供在一个实施例中使用的状态的壳体。

三个接触点110、112、114产生一个虚拟平面，至少一个倾斜检测传感器用来测量该平面的相对角或倾斜位置。在这种情况下，倾斜传感器(102)被设置在位于佩戴者的颈部后面的第三接触点壳体201处，且这个传感器测量由所述三个接触点110、112、114形成的平面的倾斜角度。

所述设备还包括具有内置时钟的中央mcu(104)，所述中央mcu处理所测量的数据并辨认对应于劳损的肌肉和其它不正确姿势的模式和数字。

本发明还提供近端信息通知模块，其在用户的颈部偏斜超出最佳范围时发送提醒以帮助用户达到正确姿势。该系统也可以加以个人定制以在用户在一段时间内采取了正确姿势时向其发送正面确认信息以便帮助他们保持所建议的坐姿。

本发明也有可能将数据发送到外部设备(例如，智能电话)来进行进一步记录和分析以追踪用户的健康发展状况，且在这种情况下可以使用一信息发送模块(106)(其通常是基于无线的)来将信息直接传递到外部设备(例如，用户的手机)。

图1说明了本发明的数据流和处理流程，且图1中框101处说明了所设置的三个接触点110、112、114，其中两个接触点在佩戴者的耳朵处，另一个接触点在颈部的背面。一个或多个倾斜传感器102被用来检测形成在这三个接触点之间的平面相对于两个不同轴的倾斜角。另外本发明还提供了一电源103，其用于给电子计时器/控制器集成电路提供工作电压。在本实施例中，所述电源是一个小电池。集成电路104包含微控制器单元(mcu)，该mcu包括内置存储器和时钟。如果佩戴者的不正确姿势已持续一段时间，所述设备可以经由近端通知模块105向佩戴者发出警报，而所述近侧通知模块可以发出声音(扬声器)和/或运动(振动器)警报。

本发明还可以经由无线射频(rf)发射器106(例如，蓝牙)将信息发送到移动外部物体。因此，所述警报可以经由移动外部物体的界面(包括视觉信号、声音信号和/或运动信号)来实现。另外，信息可以记录在移动外部物体中，并且在一段时间内是可访问的，以此作为用于追踪用户历史数据的工具。

本发明还可提供一电池，用于给电子电路供电，并且也可以提供来自电网的具有ac到dc转换器的外部充电电源供应器。

所述倾斜传感器102检测平面从垂直轴旋转的角度的信号，且数据可以通过关于两个平面方向展示，所述平面方向通常位于矢状平面和冠状平面中。

基于数据分析而产生的警报可以使用声音警报(比如，由一个或多个扬声器产生的声音警报，所述扬声器可以产生蜂鸣声、无调声、音乐声或有音声以向用户发出警报)和/或经由运动警报(其可以使用马达204来产生振动以向用户发出警报)。可替代地，也可以将无线警报信号发送到外部设备(例如，移动电话)。

所述处理构件包括实施处理输入和产生输出的算法的mcu104，其包括传感器输入电路、计时器电路、警报功能和用于振动器、扬声器的驱动电路。

图3说明可以使用本发明的设备来检测的各种头部和颈部位置，且图3a到图3d显示了佩戴者的头部206和颈部208的侧视图。

在图3a和图3f中，平面210是法向平面，且是随后确定所检测的倾斜角所参照的平面。

在图3b中，所检测的平面212相对于法向平面210的前倾探头倾斜角α被识别。

在图3c中传感器102检测到颈部上伸，且在图3d中传感器102检测到颈部下屈，如此检测到颈部208的倾斜角度，其中：头部相对于平面210在所检测的平面212的矢状平面中的倾斜角β得以确定。

在图3e中颈部向左的屈伸得以确定，且在图3g中颈部向右的屈伸得以确定，另外头部在冠状平面中的倾斜角γ也得以确定。

相对于法向平面，这三个角度的确定描绘了在瞬时的整体颈部姿势，且用于通过确定这三个角度是否在可接受位置的预定范围内来进行进一步校正或评估。

将所测量的平面212的角度变化与优选或最佳的平面210相比较以便能够判定所测量的平面也即用户的姿势是否在可接受的界限内。

因此，本发明的设备确保了可以准确地检测设备佩戴者的头部和/或颈部相对于其身体的其它部位的位置。此外，由于设备具有支架且该支架与佩戴者具有多个接触点比如，在耳朵和颈部背面处，佩戴者可以更加确信在每次佩戴支架时设备被佩戴在头部/颈部上的相同位置处。这是由于位于各耳朵处的定位构件确保了设备的相对位置，且尤其确保了传感器的位置在用户每次佩戴设备时基本相同。