一种智能电动牙刷、牙刷空间姿态获取系统及方法与流程

本发明涉及智能牙刷技术领域，具体涉及一种智能电动牙刷、牙刷空间姿态获取系统及方法。

背景技术：

21世纪以来，智能设备已经逐渐走入了人们的生活，这些高科技的元素并不仅仅局限于手机和平板电脑，各种智能产品层出不穷，各种app的完善极大地简化了大家的生活，而智能手机俨然成为了所有人生活中离不开的部分。随着社会进步，很多人对身体健康越来越重视，由于城市生活的快节奏以及不良的生活习惯，人们总是常常因为懒惰而忽视刷牙，经常忘记刷牙、刷牙时间不够或刷牙动作不规范，从而导致口腔牙齿不清洁，造成很多口腔疾病。

智能电动牙刷是一种新型高科技牙刷，能够分析用户刷牙习惯，并通过移动应用软件将数据显示在智能手机上。现有的智能牙刷，智能获取用户刷牙时的简单数据信息，无法获取精确的刷牙姿态数据，并精确提取出用户刷牙时的实时数据，比如精确提取出牙齿十六位置分区。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能电动牙刷、牙刷空间姿态获取系统及方法，可以提升牙刷与终端之间的交互体验，记录用户刷牙行为，分析刷牙效果，实现刷牙行为的数据化和可视化，精确地获取刷牙姿态数据和实时数据。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种智能电动牙刷，所述牙刷包括刷头和把体，把体内部设有中央处理器，所述牙刷还包括九轴陀螺仪、九轴加速度计、九轴地磁计、基准面建立模块、人脸投影模块、牙刷投影模块及位置换算模块；所述九轴陀螺仪与所述中央处理器建立连接关系，九轴陀螺仪用于获取牙刷的位置、移动轨迹以及加速参数；所述九轴加速度计与所述中央处理器建立连接关系，九轴加速度计用于获取牙刷的九轴加速度参数；所述九轴地磁计与所述中央处理器建立连接关系，九轴地磁计用于获取牙刷的九轴地磁参数；所述基准面建立模块与所述中央处理器建立连接关系，基准面建立模块用于建立投影牙刷三维空间姿态的虚拟基准平面；所述人脸投影模块与所述中央处理器建立连接关系，人脸投影模块与基准面建立模块建立连接关系，人脸投影模块用于将人脸投影到基准平面上；所述牙刷投影模块与所述中央处理器建立连接关系，牙刷投影模块与基准面建立模块建立连接关系，牙刷投影模块用于将牙刷投影到基准平面上；所述位置换算模块与所述中央处理器建立连接关系，位置换算模块与人脸投影模块和牙刷投影模块建立连接关系，位置换算模块用于将基准平面上的人脸投影与牙刷投影关系换算为牙刷与人体口腔牙齿的位置对应关系。

如上所述的一种智能电动牙刷，所述中央处理器与九轴陀螺仪、九轴加速度计、九轴地磁计、基准面建立模块、人脸投影模块、牙刷投影模块及位置换算模块设置在所述把体内部。

如上所述的一种智能电动牙刷，所述牙刷还包括电源模块，所述电源模块设置在所述把体内部，电源模块与中央处理器建立连接关系，电源模块用于为电动牙刷提供电力来源。

如上所述的一种智能电动牙刷，所述牙刷还包括wi-fi模块和蓝牙模块，所述wi-fi模块和蓝牙模块分别设置在所述把体内部，wi-fi模块与所述中央处理器建立连接关系，wi-fi模块用于牙刷连接到互联网，所述蓝牙模块用于牙刷连接手机终端设备。

本发明还提供一种牙刷空间姿态获取系统，所述获取系统包括上述的电动牙刷，所述获取系统还包括移动终端、云服务器和数据筛选模块，所述电动牙刷与所述云服务器通过无线通讯建立连接关系，电动牙刷将刷牙过程中获取的刷牙姿态数据传输到所述云服务器；所述移动终端与所述云服务器通过无线通讯建立连接关系，移动终端用于接收云服务器平台推送的刷牙姿态数据消息；所述数据筛选模块与云服务器建立连接关系，数据筛选模块用于对上传到云服务器的刷牙姿态数据进行精确度筛选。

如上所述的一种牙刷空间姿态获取系统，所述获取系统还包括深度学习模块，所述深度学习模块与电动牙刷建立连接关系，深度学习模块通过神经网络算法根据云服务器累计的用户日常使用数据学习用户的刷牙习惯，深度学习模块获得适合于每个用户口腔特点的刷牙姿态数据。

本发明还提供一种牙刷空间姿态获取方法，所述获取方法采用上述的电动牙刷，通过上述获取系统实现，所述获取方法包括以下步骤：

步骤一：通过获取系统，以空间任一点为原点，对牙刷和人脸建立统一的空间三维坐标系；

步骤二：建立人脸s的基准投影平面α，将人体牙齿方位在基准投影平面α上进行标定；

步骤三：将人脸s平行投影到基准投影平面α上获取人脸投影s0参数；

步骤四：根据牙刷中的九轴传感器，获取牙刷的空间初始位置ab参数；

步骤五：将牙刷空间初始位置ab参数平行投影转换到基准投影平面α上，获取牙刷投影a1b1参数；

步骤六：计算人脸投影s0参数和牙刷投影a1b1参数在基准投影平面α上的相对位置参数，获取牙刷相对于人体牙齿方位的初始位置数据；

步骤七：牙刷位置由ab变换为cd，计算牙刷位置cd在基准投影平面α上的投影c1d1参数；

步骤八：计算人脸投影s0和牙刷投影c1d1在基准投影平面α上的相对位置参数，获取牙刷相对于牙齿方位的动态位置数据。

如上所述的一种牙刷空间姿态获取方法，所述步骤二中，刷牙动作执行后，通过刷牙过程中若干刷牙动作建立人脸s的基准投影平面α。

如上所述的一种牙刷空间姿态获取方法，所述步骤二中，刷牙动作执行前，根据用户刷牙习惯，通过神经网络算法进行机器学习，建立人脸s的基准投影平面α。

如上所述的一种牙刷空间姿态获取方法，所述步骤六中的初始位置数据和步骤八中的动态位置数据，分别通过电动牙刷上传到云服务器，云服务器根据实时接收的位置数据对牙刷姿态数据精确度进行筛选。

本发明具有如下优点：本发明对牙刷和移动终端建立统一的空间三维坐标系，建立人脸的基准投影平面，将牙齿在基准投影平面进行方位标定，然后将牙刷的初始位置和动态位置进行投影，获取牙刷的精确姿态数据，本发明可以提升牙刷与终端之间的交互体验，记录用户刷牙行为，分析刷牙效果，实现刷牙行为的数据化和可视化，精确地获取刷牙姿态数据和实时数据，提升口腔清洁的效果，更好的改善牙齿的健康。

附图说明

图1为智能电动牙刷结构示意图；

图2为牙刷空间姿态获取系统示意图；

图3为牙刷空间姿态获取方法示意图；

图4为牙刷空间姿态获取方法中投影示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种智能电动牙刷，所述牙刷包括刷头和把体，把体内部设有中央处理器1，所述牙刷还包括九轴陀螺仪2、九轴加速度计3、九轴地磁计4、基准面建立模块5、人脸投影模块6、牙刷投影模块7及位置换算模块8；所述九轴陀螺仪2与所述中央处理器1建立连接关系，九轴陀螺仪2用于获取牙刷的位置、移动轨迹以及加速参数；所述九轴加速度计3与所述中央处理器1建立连接关系，九轴加速度计3用于获取牙刷的九轴加速度参数；所述九轴地磁计4与所述中央处理器1建立连接关系，九轴地磁计4用于获取牙刷的九轴地磁参数；所述基准面建立模块5与所述中央处理器1建立连接关系，基准面建立模块5用于建立投影牙刷三维空间姿态的虚拟基准平面；所述人脸投影模块6与所述中央处理器1建立连接关系，人脸投影模块6与基准面建立模块5建立连接关系，人脸投影模块6用于将人脸投影到基准平面上；所述牙刷投影模块7与所述中央处理器1建立连接关系，牙刷投影模块7与基准面建立模块5建立连接关系，牙刷投影模块7用于将牙刷投影到基准平面上；所述位置换算模块8与所述中央处理器1建立连接关系，位置换算模块8与人脸投影模块6和牙刷投影模块7建立连接关系，位置换算模块8用于将基准平面上的人脸投影与牙刷投影关系换算为牙刷与人体口腔牙齿的位置对应关系。

需要进一步说明的是，本发明中涉及的投影，并非实际中的投影，而是通过姿态获取系统建立虚拟的基准投影平面，根据牙刷或人脸的位置参数，根据投影关系转换到基准投影平面上，可以根据数学知识中的向量来解决该技术问题，把牙刷抽象为一条直线ab，看作向量ab，而把人脸抽象为基准平面，看作在三维空间中的平面向量，牙刷动作过程中，向量ab在不停的变化，根据牙刷向量和人脸基准平面的向量关系来获取牙刷的位置参数。

智能电动牙刷的一个实施例中，所述中央处理器1与九轴陀螺仪2、九轴加速度计3、九轴地磁计4、基准面建立模块5、人脸投影模块6、牙刷投影模块7及位置换算模块8设置在所述把体内部。

智能电动牙刷的一个实施例中，所述牙刷还包括电源模块9，所述电源模块9设置在所述把体内部，电源模块9与中央处理器1建立连接关系，电源模块9用于为电动牙刷提供电力来源。

智能电动牙刷的一个实施例中，所述牙刷还包括wi-fi模块10和蓝牙模块11，所述wi-fi模块10和蓝牙模块11分别设置在所述把体内部，wi-fi模块10与所述中央处理器1建立连接关系，wi-fi模块10用于牙刷连接到互联网，所述蓝牙模块11用于牙刷连接手机终端设备。

如图2所示，本发明还提供一种牙刷空间姿态获取系统，所述获取系统包括上述的电动牙刷15，所述获取系统还包括移动终端12、云服务器13和数据筛选模块14，所述电动牙刷15与所述云服务器13通过无线通讯建立连接关系，电动牙刷15将刷牙过程中获取的刷牙姿态数据传输到所述云服务器13；所述移动终端12与所述云服务器13通过无线通讯建立连接关系，移动终端12用于接收云服务器13平台推送的刷牙姿态数据消息；所述数据筛选模块14与云服务器13建立连接关系，数据筛选模14块用于对上传到云服务器13的刷牙姿态数据进行精确度筛选。

牙刷空间姿态获取系统的一个实施例中，所述获取系统还包括深度学习模块16，所述深度学习模块16与电动牙刷15建立连接关系，深度学习模块16通过神经网络算法根据云服务器13累计的用户日常使用数据学习用户的刷牙习惯，深度学习模块16获得适合于每个用户口腔特点的刷牙姿态数据。

如图3、图4所示，本发明还提供一种牙刷空间姿态获取方法，所述获取方法采用上述的电动牙刷，通过上述获取系统实现，所述获取方法包括以下步骤：

s1：通过获取系统，以空间任一点为原点，对牙刷和人脸建立统一的空间三维坐标系；

s2：建立人脸s的基准投影平面α，将人体牙齿方位在基准投影平面α上进行标定；

s3：将人脸s平行投影到基准投影平面α上获取人脸投影s0参数；

s4：根据牙刷中的九轴传感器，获取牙刷的空间初始位置ab参数；

s5：将牙刷空间初始位置ab参数平行投影转换到基准投影平面α上，获取牙刷投影a1b1参数；

s6：计算人脸投影s0参数和牙刷投影a1b1参数在基准投影平面α上的相对位置参数，获取牙刷相对于人体牙齿方位的初始位置数据；

s7：牙刷位置由ab变换为cd，计算牙刷位置cd在基准投影平面α上的投影c1d1参数；

s8：计算人脸投影s0和牙刷投影c1d1在基准投影平面α上的相对位置参数，获取牙刷相对于牙齿方位的动态位置数据。

牙刷空间姿态获取方法的一个实施例中，所述s2中，刷牙动作执行后，通过刷牙过程中若干刷牙动作建立人脸s的基准投影平面α。由于口腔的形态结构与面部的相对位置是确定的，人体在刷牙过程中总是围绕口腔的若干面进行刷牙动作，通过2到3个面的相对位置确定出人体面部的基准面，可以在开始刷牙后通过记录2到3个刷牙动作的方位计算出基准平面。

牙刷空间姿态获取方法的一个实施例中，所述s2中，刷牙动作执行前，根据用户刷牙习惯，通过神经网络算法进行机器学习，建立人脸s的基准投影平面α。通过神经网络算法，从用户的日常使用中积累数据，学习用户的习惯，在后续的牙刷定位中可以更快更准确的计算出适合每个人口腔特点的基准平面和方位姿态。

牙刷空间姿态获取方法的一个实施例中，所述s6中的初始位置数据和s8中的动态位置数据，分别通过电动牙刷上传到云服务器，云服务器根据实时接收的位置数据对牙刷姿态数据精确度进行筛选。通过本发明方法，整个刷牙过程中牙刷和人脸的相对位置可以获取实时的精确数据，从而基准投影平面α上标定人体牙齿方位确定牙刷和牙齿的姿态数据，移动终端通过应用软件上传到云服务器平台，云服务器平台接收实时的位置数据，并根据位置数据的精确度进行筛选，从而控制智能电动牙刷。

本发明通过在牙刷中设置九轴传感器(九轴陀螺仪、九轴加速度计、九轴地磁计)，获取牙刷空间位置的原始数据，然后根据本发明方法计算出牙刷所刷的牙齿位置，精确到牙齿现有的十六位置分区，本发明对牙刷和移动终端建立统一的空间三维坐标系，建立人脸的基准投影平面，将牙齿在基准投影平面进行方位标定，然后将牙刷的初始位置和动态位置进行投影，获取牙刷的精确姿态数据，可以提升牙刷与终端之间的交互体验，记录用户刷牙行为，分析刷牙效果，实现刷牙行为的数据化和可视化，精确地获取刷牙姿态数据和实时数据，提升口腔清洁的效果，更好的改善牙齿的健康。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。