一种脊柱矫正系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种脊柱矫正系统及其控制方法。


背景技术：

2.如今，由于人类在生产劳动和工作中，长期使用电脑和伏案作业，又在业余时间长时间使用手机和平板电脑等移动终端，十分容易导致脊柱向前方弯曲变形。颈椎与腰椎生理曲度的改变，往往会造成椎间盘压力增大、髓核突出、压迫神经血管并引起一系列不良症状。胸椎的过度弯曲则导致含胸驼背，影响肺活量和形体美。
3.睡眠占据了人们一天中的大量时间，睡眠的姿势对人体的脊柱矫正起到重要的作用，现有技术还没有可用于睡眠并智能矫正人体脊柱的方案，大多是通过特定形状的床垫对脊柱进行矫形，适应性不高，效果欠佳。
4.因此亟需一种脊柱矫正系统及其控制方法，以克服上述的技术问题。


技术实现要素：

5.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种脊柱矫正系统及其控制方法，能够实时诊断用户的脊柱异常状况，并根据用户在矫正床垫上的平躺位置，实时调节支撑高度，对睡眠用户的脊柱进行智能矫形。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.第一方面，提供一种脊柱矫正系统，包括：
8.矫正床垫，所述矫正床垫中设有多个压力传感器和多个伸缩支撑组件，多个所述压力传感器分布于所述矫正床垫的上层，所述压力传感器用于检测所述矫正床垫上的用户的位置和姿态，多个所述伸缩支撑组件在水平面内呈矩阵式排列于所述矫正床垫中，所述伸缩支撑组件能够沿竖直方向伸缩，以调节所述矫正床垫的各个区域的支撑高度；
9.图像处理模块，与所述矫正床垫设置于同一房间内，所述图像处理模块用于获取处于站立状态的用户的图像；以及
10.控制模块，与所述压力传感器、所述伸缩支撑组件和所述图像处理模块通讯连接，所述控制模块获取所述图像处理模块获得的图像并控制所述伸缩支撑组件动作。
11.作为脊柱矫正系统的一个可选的技术方案，所述伸缩支撑组件包括：
12.气泵，与所述控制模块通讯连接；
13.第一气囊，所述第一气囊与所述气泵通过第一气管连接，所述第一气囊能够沿竖直方向膨胀和收缩；以及
14.第一电磁阀，设置于所述第一气管上，所述第一电磁阀用于控制所述第一气管的通断，所述第一电磁阀与所述控制模块通讯连接。
15.作为脊柱矫正系统的一个可选的技术方案，所述伸缩支撑组件还包括：
16.第二气囊，设置于所述第一气囊的顶部，所述第二气囊与所述气泵通过第二气管连接，所述第二气囊能够沿竖直方向膨胀和收缩；以及
17.第二电磁阀，设置于所述第二气管上，所述第二电磁阀用于控制所述第二气管的通断，所述第二电磁阀与所述控制模块通讯连接。
18.作为脊柱矫正系统的一个可选的技术方案，所述第一气囊设置为长条状结构，所述第一气囊沿所述矫正床垫的宽度方向贯穿所述矫正床垫；或者所述第一气囊设置为沿竖直方向延伸的柱状结构。
19.作为脊柱矫正系统的一个可选的技术方案，所述伸缩支撑组件包括：
20.直线驱动件，竖直向上设置，所述直线驱动件与所述控制模块通讯连接；
21.弹性支撑件，连接于所述直线驱动件的输出端，所述直线驱动件用于驱动所述弹性支撑件沿竖直方向升降。
22.第二方面，提供一种如上所述的脊柱矫正系统的控制方法，包括以下步骤：
23.所述图像处理模块获取进入房间用户的实时图像并传输至所述控制模块；
24.所述控制模块通过比对实时图像与预设图像，识别用户身份；
25.所述控制模块获取实时图像中的身形参数，并与预设的身形参数进行对比，得出用户的脊柱异常状况；
26.所述压力传感器检测到用户平躺于所述矫正床垫上；
27.所述压力传感器检测用户的平躺位置和方向，将承载区域划分为头部区域、颈部区域、背部区域、腰部区域和臀部区域；
28.根据脊柱异常状况，调整对应承载区域中的所述伸缩支撑组件的支撑高度。
29.作为脊柱矫正系统的控制方法的一个可选的技术方案，所述控制模块获取实时图像中的身形参数包括身高、头身角度、肩颈高度差和脊柱曲度中的至少一个。
30.作为脊柱矫正系统的控制方法的一个可选的技术方案，还包括以下步骤：
31.所述压力传感器检测到用户侧躺于所述矫正床垫上；
32.各个承载区域的所述伸缩支撑组件调整至同一支撑高度；
33.各个承载区域的所述伸缩支撑组件每间隔预设时长调整一次支撑高度，以触动用户，直至所述压力传感器检测到用户调整至平躺状态。
34.作为脊柱矫正系统的控制方法的一个可选的技术方案，在所述压力传感器检测到用户平躺或侧躺于所述矫正床垫上以后，还包括以下步骤：
35.头部区域的所述伸缩支撑组件上调支撑高度。
36.作为脊柱矫正系统的控制方法的一个可选的技术方案，所述伸缩支撑组件包括通过第一气管连接的气泵和第一气囊，所述第一气管上设有第一电磁阀，根据用户脊柱的异常类型和程度，调整所述第一气囊的充气量，以调整支撑高度和支撑软硬度。
37.本发明的有益效果为：
38.本发明提供的脊柱矫正系统及其控制方法首先通过图像处理模块获取进入房间用户的实时图像，控制模块通过图像对比识别用户的身份，再通过从实时图像中获取的身形参数与预设的身形参数对比，诊断用户的脊柱异常状况，在压力传感器检测到用户平躺于矫正床垫上后，将承载区域标记并划分为头部区域、颈部区域、背部区域、腰部区域和臀部区域，根据脊柱异常状况，控制模块控制对应承载区域中的伸缩支撑组件调整至相适应的支撑高度，以实现脊柱矫正功能。本发明提供的脊柱矫正系统及其控制方法能够实时诊断用户的脊柱异常状况，并根据用户在矫正床垫上的平躺位置，实时调节支撑高度，使得矫
正床垫在对应的承载区域形成相匹配的支撑曲线，实现了对睡眠状态下的用户脊柱的智能矫形，改善矫形效果，同时用户不必被限制于特定区域中，提高舒适性。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
40.图1是本发明实施例一提供的脊柱矫正系统的布局示意图；
41.图2是本发明实施例一提供的脊柱矫正系统的模块连接示意图；
42.图3是本发明实施例一提供的矫正床垫的结构示意图；
43.图4是本发明实施例一提供的伸缩支撑组件的结构示意图；
44.图5是本发明实施例二提供的矫正床垫的结构示意图；
45.图6是本发明实施例三提供的脊柱矫正系统的工作流程图。
46.图中：
47.1、矫正床垫；2、压力传感器；3、伸缩支撑组件；31、第一气囊；32、气泵；33、第一电磁阀；34、第一气管；35、第二气囊；36、第二电磁阀；37、第二气管；4、图像处理模块。
具体实施方式
48.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例一：
50.如图1-图4所示，本实施例提供一种脊柱矫正系统，用于对睡眠状态下的用户进行脊柱矫形，脊柱矫正系统包括矫正床垫1、图像处理模块4和控制模块。矫正床垫1中设有多个压力传感器2和多个伸缩支撑组件3，多个压力传感器2分布于矫正床垫1的上层，矫正床垫1的上层即矫正床垫1的上表面或靠近矫正床垫1上表面的位置，压力传感器2用于检测矫正床垫1上的用户的位置和姿态，多个伸缩支撑组件3在水平面内呈矩阵式排列于矫正床垫1中，伸缩支撑组件3能够沿竖直方向伸缩，以调节矫正床垫1的各个区域的支撑高度；图像处理模块4与矫正床垫1设置于同一房间内，图像处理模块4用于获取处于站立状态的用户的图像；控制模块与压力传感器2、伸缩支撑组件3和图像处理模块4通讯连接，控制模块获取图像处理模块4获得的图像，据此识别用户对象并通过从实时图像中获取的身形参数与预设的身形参数对比，诊断用户的脊柱异常状况，据此控制伸缩支撑组件3动作。
51.具体而言，本实施例提供的脊柱矫正系统首先通过图像处理模块4获取进入房间用户的实时图像，控制模块通过图像对比识别用户的身份，再通过从实时图像中获取的身形参数与预设的身形参数对比，诊断用户的脊柱异常状况，在压力传感器2检测到用户平躺于矫正床垫1上后，将承载区域标记并划分为头部区域、颈部区域、背部区域、腰部区域和臀部区域，根据脊柱异常状况，控制模块控制对应承载区域中的伸缩支撑组件3调整至相适应
的支撑高度，以实现脊柱矫正功能。本发明提供的脊柱矫正系统及其控制方法能够实时诊断用户的脊柱异常状况，并根据用户在矫正床垫1上的平躺位置，实时调节支撑高度，使得矫正床垫1在对应的承载区域形成相匹配的支撑曲线，实现了对睡眠状态下的用户脊柱的智能矫形，改善矫形效果，同时用户不必被限制于特定区域中，提高舒适性。
52.可选的，伸缩支撑组件3包括气泵32、第一气囊31和第一电磁阀33，气泵32与控制模块通讯连接，第一气囊31与气泵32通过第一气管34连接，第一气囊31能够沿竖直方向膨胀和收缩，第一电磁阀33设置于第一气管34上，第一电磁阀33用于控制第一气管34的通断，第一电磁阀33与控制模块通讯连接。根据用户脊柱的异常类型和程度，控制模块能够通过第一电磁阀33调整第一气囊31的充气量，以调整对应承载区域中的第一气囊31的支撑高度和支撑软硬度。
53.进一步的，如图4所示，伸缩支撑组件3还包括第二气囊35和第二电磁阀36，第二气囊35设置于第一气囊31的顶部，第二气囊35与气泵32通过第二气管37连接，第二气囊35能够沿竖直方向膨胀和收缩，第二电磁阀36设置于第二气管37上，第二电磁阀36用于控制第二气管37的通断，第二电磁阀36与控制模块通讯连接。一般状态下第二气囊35处于完全放气的状态，当伸缩支撑组件3被划分至承载头部的承载区域后，该承载区域中的第二气囊35充气，并从矫正床垫1的上表面隆起，以对用户的头部进行支撑，充当枕头的功能。
54.在本发明的其它实施例中，伸缩支撑组件3也可以包括直线驱动件和弹性支撑件，直线驱动件竖直向上设置，直线驱动件与控制模块通讯连接，弹性支撑件连接于直线驱动件的输出端，直线驱动件用于驱动弹性支撑件沿竖直方向升降。控制模块通过控制直线驱动件伸缩运动，从而带动弹性支撑件升降，也能够实现调整支撑高度的功能。可选的，直线驱动件采用气缸或者电动推杆，弹性支撑件内填充有海绵或者橡胶。
55.可选的，伸缩支撑组件3与矫正床垫1的顶层布面之间设有软垫层，软垫层可以采用橡胶或海绵制成。
56.优选的，脊柱矫正系统还包括手动操控面板，手动操控面板与控制模块通讯连接，用户可以通过手动操控面板输入难以通过身形参数对比而诊断出的脊柱疾病，即从体态上无法看出来的脊柱疾病，以控制伸缩支撑组件3对用户的特定部位提供特定的支撑高度。
57.可选的，如图3所示，第一气囊31设置为沿竖直方向延伸的柱状结构，该设置使得伸缩支撑组件3能够针对各自承载的用户状况调整支撑高度，矫正床垫1能够同时对多人进行脊柱矫形，且用户无须严格沿矫正床垫1的长度方向躺下，依然能够灵活划分承载区域并进行脊柱矫形。
58.优选的，图像处理模块4采用普通摄像机或者高速运动摄像机。
59.可选的，控制模块可以是集中式或分布式的控制器，比如，可以是一个单独的单片机，如stm32单片机，也可以由分布式的多块单片机构成，单片机中可以装载和运行控制程序，进而控制与其通讯连接的压力传感器2、气泵32、第一电磁阀33、第二电磁阀36、图像处理模块4和手动操控面板实现其功能。
60.实施例二：
61.如图5所示，本实施例提供另一种脊柱矫正系统，其与实施例一提供的脊柱矫正系统的区别在于：第一气囊31设置为长条状结构，所述第一气囊31沿所述矫正床垫1的宽度方向贯穿所述矫正床垫1，能够适用于单个用户使用且用户沿矫正床垫1的长度方向躺下的场
景，以此减少第一气囊31的数量，降低生产成本。
62.实施例三：
63.如图6所示，本实施例提供一种实施例一中的脊柱矫正系统的控制方法，包括以下步骤：
64.图像处理模块4获取进入房间用户的实时图像并传输至控制模块；
65.控制模块通过比对实时图像与预设图像，通过面部识别技术，识别用户身份；
66.控制模块获取实时图像中的身形参数，并与预设的身形参数进行对比，得出用户的脊柱异常状况；
67.压力传感器2检测到用户平躺于矫正床垫1上；
68.压力传感器2检测用户的平躺位置和方向，将承载区域划分为头部区域、颈部区域、背部区域、腰部区域和臀部区域；
69.根据脊柱异常状况，调整对应承载区域中的伸缩支撑组件3的支撑高度。
70.可选的，控制模块获取实时图像中的身形参数包括身高、头身角度、肩颈高度差和脊柱曲度中的至少一个。预设的身形参数可以通过用户自行输入获得，还可以通过大数据获取各个身形参数的正常波动区间。
71.可选的，还包括以下步骤：
72.压力传感器2检测到用户侧躺于矫正床垫1上；
73.各个承载区域的伸缩支撑组件3调整至同一支撑高度；
74.各个承载区域的伸缩支撑组件3每间隔预设时长调整一次支撑高度，以触动用户，直至压力传感器2检测到用户调整至平躺状态，以此避免用户长时间处于不利于脊柱健康和矫正的侧躺的状态。
75.可选的，在压力传感器2检测到用户平躺或侧躺于矫正床垫1上以后，还包括以下步骤：头部区域的伸缩支撑组件3上调支撑高度，具体包括以下步骤：
76.头部区域内的第二电磁阀36打开，头部区域内的气泵32通过第二气管37向第二气囊35充气。
77.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。