人体体动模拟系统及其控制方法与流程

本发明属于体动检测技术领域，尤其是涉及一种人体体动模拟系统及其控制方法。

背景技术：

目前多种生命体征的监测越来越受到人们的关注，比如：多通道的睡眠呼吸监测仪，而对于人体体位的监测引起了人们的兴趣。而市场上的多通道的睡眠呼吸监测仪，均辅以体动检测作为一个判断标准。一般的体动监测都不尽其然，只能粗略的反应出五种体态，具体为：左侧卧，右侧卧，俯卧，仰卧，起身；但并不能完整描述睡眠时的体态，比如：右侧身仰卧与左侧身俯卧。而又对于高精度的体动监测可以识别高达九种体态，具体为：左侧仰卧，右侧仰卧，仰卧，左侧俯卧，右侧俯卧，俯卧，左侧卧，右侧卧，起身，为多通道的睡眠呼吸分析提供了有利的支持(例如：俯卧时会对心扉耦合的结果产生偏差)。目前没有相应的工作来支持研究时阈值的确定以及作为量产时的体动信号的检测工装。尤其对于睡眠障碍，睡眠障碍是很普遍的现象，经调查显示，很多人都患有睡眠方面的障碍或者和睡眠相关的疾病，成年人出现睡眠障碍的比例高达30％。因此，需要对睡眠质量和睡眠失调进行测量，如同诸如心率、呼吸率和体温的生命参数一样，在此类测量中身体体位和体动也是很重要的参数。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种人体体动模拟系统及其控制方法，不仅能实现单一和多种体位的模拟，也能实现连续体位变换体动的模拟，有效提高了体位检测的准确性和工作效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种人体体动模拟系统，该系统包括：

人体体位模拟装置，用于模拟检测人体各种体位；

微控制装置，安装于底板，用于控制系统运行、体动计时以及对运行指令的读取和分析；

终端设备，与所述微控制装置通信连接，用于预设体动参数、发送指令以及显示反馈信息；

第一驱动装置，用于驱动人体体位模拟装置围绕Y轴的旋转运动，包括步进电机Ⅰ和与所述步进电机Ⅰ电连接的细分驱动器Ⅰ，所述步进电机Ⅰ与所述人体体位模拟装置可动连接，所述细分驱动器Ⅰ与所述微控制装置连接；

第二驱动装置，用于驱动人体体位模拟装置围绕X轴的旋转运动，包括步进电机Ⅱ和与所述步进电机Ⅱ电连接的细分驱动器Ⅱ，所述步进电机Ⅱ与所述人体体位模拟装置可动连接，所述细分驱动器Ⅱ与所述微控制装置连接；

供电装置，分别与所述微控制装置、第一驱动装置和第二驱动装置连接，用于提供系统运行电源。

作为优选的，所述人体体位模拟装置包括第一翻转体和第二翻转体，其中所述第一翻转体包括安装于一支撑架上的第一翻转框和与所述第一翻转框一体连接的第一转轴，所述第二翻转体包括与所述第一翻转框正交设置的第二翻转框、用于安装具有检测人体体动功能装置和体位监测装置的固定单元和与所述第二翻转框一体连接的第二转轴。

作为进一步优选的，所述第一翻转框分为绝缘部和导体部，所述第一翻转框和所述第二翻转框轴连接处为绝缘部，所述导体部分别与所述步进电机Ⅰ和所述细分驱动器Ⅰ电缆连接。

作为优选的，所述底板设有用于使所述人体体位模拟装置保持水平的第一校准装置和第二校准装置，其中所述第一校准装置与所述第二校准装置相互垂直。

作为优选的，所述底板四角处的下表面分别设有调平支脚，所述调平支脚可以上下调节所述底板的高度。

为了实现上述目的，本发明所采用的又一技术方案如下：

一种人体体动模拟控制方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一、设置需要模拟人体体动参数并形成所对应体动参数的指令，然后发送至微控制装置；

步骤二、微控制装置接收体动参数并依次模拟每个体位指令，并解析指令以控制驱动装置驱动人体体位模拟装置；

步骤三、读取人体体位模拟装置的模拟对应体位指令，并根据体位监测装置所监测该体位参数来判断人体体位模拟装置的位置是否正确，若判断位置正确，则开始计时，当计时完成后读取是否还有下一体位参数指令；若判断位置错误，则返回步骤二进行微调。

作为优选的，所述步骤二具体包括如下步骤：

接收体动参数指令，所述体动参数包括两个或两个以上的体位参数；

解析体位参数指令，并计算该体位围绕X轴和Y轴的旋转运动的旋转角度；

根据旋转角度控制驱动装置的细分驱动器，然后细分驱动器驱动步进电机旋转相应的角度，并同步驱动第一翻转体和第二翻转体分别达到相应的旋转角度。

作为优选的，所述步骤三还包括：当计时完成后若读取到下一体位参数指令，则返回步骤二继续；当计时完成后若没有读取到下一体位参数指令，则返回步骤一等待指令。

作为进一步优选的，所述体动参数包括每个体位持续时间T_H和不同体位之间的切换时间T_S。

采用上述结构后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

1、本发明相比现有技术具有能保证研发阶段及生产阶段精确量化或模拟各个体位的持续时间；

2、本发明相比现有技术具有能保证研发阶段及生产阶段精确量化或模拟两体位之间切换所耗时间；

3、本发明有利于实现在产线批量生产时的体位或连续体位变化的检验，从而提高了体动信号的检测效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明实施例一所述人体体动模拟系统的基本框架示意图；

图2是本发明实施例一所述人体体动模拟系统的具体结构示意图；

图3是本发明实施例一所述第二翻转体的结构示意图；

图4是本发明实施例一所述人体体位模拟装置的物理模型示意图；

图5是本发明实施例二所述人体体动模拟控制方法的基本流程图；

图6是图5中所述步骤二的具体流程图；

图7是本发明实施例二所述人体体动模拟变化曲线图。

附图标记：

10-人体体位模拟装置，11-支撑架，12-第一翻转体，121-第一翻转框，1211-绝缘部，1212-导体部，122-第一转轴，13-第二翻转体，131-第二翻转框，132-固定单元，133-第二转轴，14-具有检测人体体动功能装置，15-体位监测装置，20-微控制装置，30-终端设备，40-供电装置，50-第一驱动装置，51-步进电机Ⅰ，52-细分驱动器Ⅰ，60-第二驱动装置，61-步进电机Ⅱ，62-细分驱动器Ⅱ，70-底板，71-第一校准装置，72-第二校准装置，73-调平支脚。

具体实施方式

现有的体位模拟器一般只能单一的模拟某种体态情况，无法精确模拟连续的体位变化情况例如两种体位变化间隔的时间、连续体位变化的频率，所以需要依靠自动化测试设备来模拟，既可以实现单一体位的模拟，也可以实现连续体位变换体动的模拟，以及可以准确模拟出两次体动的间隔，单个体位持续时间等等。通常情况下，体位是指人体在某种状态(主要包括站、行、坐、躺等活动)下的身体动态展示。体动是指不同体位间的连续变化的动态展示。在如下实施例中，以所述第一翻转体模拟人体水平方向的体位，所述第二翻转体模拟人体垂直方向的体位为例。以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例一

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种人体体动模拟系统，该系统包括用于模拟人体各种体位状态的人体体位模拟装置10，用于控制系统运行、体动计时以及对运行指令的接收读取和判断分析的微控制装置20，用于预设体动参数、发送指令以及显示反馈信息的终端设备30，用于提供系统运行电源的供电装置40以及驱动装置；其中所述微控制装置20安装于底板70，所述终端设备30与所述微控制装置20通信连接，所述供电装置40分别与所述微控制装置20和驱动装置连接，用于驱动人体体位模拟装置10围绕Y轴的旋转运动第一驱动装置50以及用于驱动人体体位模拟装置10围绕X轴的旋转运动第二驱动装置60。

所述第一驱动装置50包括步进电机Ⅰ51和与所述步进电机Ⅰ51电连接的细分驱动器Ⅰ52，所述步进电机Ⅰ51与所述人体体位模拟装置10可动连接，所述细分驱动器Ⅰ52与所述微控制装置20连接；所述第二驱动装置60包括步进电机Ⅱ61和与所述步进电机Ⅱ61电连接的细分驱动器Ⅱ62，所述步进电机Ⅱ61与所述人体体位模拟装置10可动连接，所述细分驱动器Ⅱ62与所述微控制装置20连接。在本发明实施例中所述的可动连接具体可指轴连接或齿轮连接等。

在本发明实施例中，所述人体体位模拟装置10包括第一翻转体12和第二翻转体13。其中所述第一翻转体12包括安装于一支撑架11上的第一翻转框121和与所述第一翻转框121一体连接的第一转轴122；所述第二翻转体13包括与所述第一翻转框121正交设置的第二翻转框131、用于安装具有检测人体体动功能装置14的固定单元132和与所述第二翻转框131一体连接的第二转轴133。

在本发明实施例中所述第二翻转体13的固定单元132上还设置有体位监测装置15，用于检测所述人体体动模拟系统中人体体位模拟装置的体位模拟位置是否准确到位。该体位监测装置15可以通过无线传输方式将监测体位信息发送至微控制装置20，从而将所述体位模拟装置10是否设置到位。

由于所述第一翻转体12和所述第二翻转体13均与所述驱动装置连接，而驱动装置工作时处于通电状态，而为了避免防止漏电和线缆缠绕以及由于漏电而对模拟环境产生影响。在本发明实施例中，所述第一翻转框121分为绝缘部1211和导体部1212，所述第一翻转框121和所述第二翻转框131轴连接处为绝缘部1211，所述导体部1212分别与所述步进电机Ⅱ61和所述细分驱动器Ⅱ62电缆连接。在本发明实施例中具体为所述步进电机Ⅱ61的正负极导线分别与所述第一翻转框121的导体部1212电连接，而支撑架11一端与所述第一翻转框121的导体部1212电连接，支撑架11的另一端与所述细分驱动器Ⅱ62的一端电连接。由于在本发明实施例中由步进电机Ⅱ61、正极导线、导体部1212、支撑架11、正极导线、细分驱动器Ⅱ62、负极导线、支撑架11、导体部1212、负极导线、步进电机Ⅱ61构成一个电流回路，因此所述第一翻转框121和所述第二翻转框131轴连接处为务必彼此绝缘，从而将第一翻转框121分隔成导电的导体部。

为了不影响翻转以及达到使用目的，所述支撑架11的高度大于所述第二翻转体12的第二转轴133之间距离，其中所述第二翻转体13与第二转轴133相交两点之间距离小于所述第一翻转体12与第一转轴122相交两点之间距离和所述步进电机Ⅱ61长度之和。

在本发明实施例中，所述底板70设有用于使所述人体体位模拟装置10保持水平的第一校准装置71和第二校准装置72，其中所述第一校准装置71与所述第二校准装置72相互垂直放置。这样保证了在实际操作过程中人体体位模拟装置的安装或摆放能处于标准平衡状态。当出现需要对人体体位模拟装置进行找平或位置调整时，在本实施例中，所述底板70下方靠近四角处设有调平支脚73，所述调平支脚73可以上下调节所述底板的高度。因此，本发明实施例通过调平支脚73进行调整，从而保证不同使用环境初始状态的一致。

如图4所示，在本发明实际操作中，对于选装所述具有检测人体体动功能装置14安装要依照如图所示的“箭头”的头部方向假设为人体上半身，而箭头”的尾部方向假设人体下半身。另外，第一翻转体与第二翻转体可以分别简化为图4所示的XZ平面和YZ平面，其中所述沿Y轴在XZ平面的旋转角度为α，所述沿X轴在YZ平面的旋转角度为β。

因此，通过本发明实施例能够模拟人体多种种体姿，并预先设定调试准确后可以用作检测人体体姿的工装，将待测设备(具有检测人体体动功能装置)采集到的数据与终端设备预设的数据参数进行对比，从而能不仅方便准确地确定体位或体动的阀值，而且也能实现量产后的人体体姿的检测。

实施例二

如图5所示，本发明实施例提供了一种人体体动模拟控制方法，该方法具体包括如下步骤：

步骤一、设置需要模拟人体体动参数并形成所对应体位参数的指令，以及发送至微控制装置20。在本发明实施例中，所述体动参数包括每个体位参数、每个体位持续时间T_H和不同体位之间的切换时间T_S。其中T_H＝{T_H1、T_H2、T_H3……}，T_S＝{T_S1、T_S2、T_S3……}。

步骤二、接收体位参数的指令，并解析指令以控制驱动装置驱动人体体位模拟装置10。如图6所示，在本发明实施例中，所述步骤二具体包括如下步骤：接收体动参数指令，所述体动参数包括两个或两个以上的体位参数；解析体位参数指令，并计算该体位围绕X轴和Y轴的旋转角度；微控制装置20根据指令控制细分驱动器Ⅰ52和/或细分驱动器Ⅱ62，然后所述细分驱动器Ⅰ52和所述细分驱动器Ⅱ62分别驱动步进电机Ⅰ51和步进电机Ⅱ61旋转相应的角度，并同步驱动第一翻转体和/或第二翻转体分别达到相应的旋转角度。

步骤三、读取并判断人体体位模拟装置的位置是否正确，若判断位置正确，则开始计时，当计时完成后读取是否还有下一体位参数指令；若判断位置错误，则返回步骤二继续。在本发明实施例中，所述步骤三还包括：当计时完成后读取到下一体位参数指令，则返回步骤二继续；当计时完成后没有读取到下一体位参数指令，则返回步骤一等待指令。在本发明实施例中，通过人体体动模拟系统中包含体位监测装置，将人体体位模拟装置所采集的数据与所述终端设备预设的数据进行对比，从而达到判断人体体位模拟装置的位置是否正确的目的。

为了更好地说明本发明实施例，以下以体位P₁、P₂和P₃为例进行说明。籍此，所述体位P₁、P₂和P₃所对应人体体动参数分别(T_H1，T_S1)、(T_H2，T_S2)和(T_H3，T_S3)。本发明实施例简要举例说明如下：

先在终端设备30上设置需要模拟人体体位P₁、P₂和P₃的三组人体体动参数，并形成依次所对应控制指令，然后发送至微控制装置20；微控制装置20接收人体体位P₁、P₂和P₃的体位参数指令，并先依次解析体位P₁相应的参数指令，以控制驱动装置驱动人体体位模拟装置10；再通过微控制装置20读取体位监测装置15的值并判断人体体位模拟装置的位置是否设置正确。若判断位置不正确则继续微调，若判断位置正确则开始计时T₁；当计时完成后读取还有下一体位P₂的参数指令，则返回步骤二继续，直至读取完体位P₃的参数指令并执行完成为止。

图7表示本发明实施例所述人体体动模拟变化曲线图，其中横坐标表示时间T_i＝{T₁、T₂、T₃……}，纵坐标表示根据实际情况所设定的不同体位P_i＝{P₁、P₂、P₃……}。在本发明实施例中，所述体位P₁、P₂和P₃所对应人体体动参数分别(T_H1，T_S1)、(T_H2，T_S2)和(T_H3，T_S3)具体数值可以表示如下：

体位P₁：T_H1＝T₁，T_S1＝0；

体位P₂：T_H2＝T₃-T₂，T_S2＝T₂-T₁；

体位P₃：T_H3＝T₅-T₄，T_S3＝T₄-T₃。

本发明实施例所述的控制方法通过上述具有检测人体体动功能装置随着在人体体动模拟控制系统中测试的数据参数与人体体动模拟控制系统自身形成的数据参数进行对比，从而能不仅方便准确地确定体位或体动的阀值，而且也能实现量产后的人体体姿的检测。

上述内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。