柔性背部矫姿器具制造技术

本发明专利技术提供了一种柔性背部矫姿器具，包括：坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池；所述坐姿状态信号采集单元包括柔性压阻传感器，柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成，该膜组件正面具有峰脊结构；两个膜组件正面相对，其峰脊结构相互接触；柔性压阻传感器根据肌肉分布贴合接触背部，柔性压阻传感器中的峰脊结构随肌肉运动产生接触形变，继而产生一系列的电信号，实现对坐姿实时监测。本发明专利技术可以最直观、最准确的反映出坐姿状况，适用于各种年龄段和各种人群。

Flexible Back Posture Corrector

【技术实现步骤摘要】
柔性背部矫姿器具
本专利技术涉及传感器、信号处理技术、动作反馈技术、运动医学领域、无线传感网络、物联网等领域。尤其涉及到了一种基于峰脊结构的压阻传感器的柔性可穿戴动作规范仪和动作规范方法属于智能控制领域。
技术介绍
近年来，随着电脑办公过程中不正确坐姿导致的疾病症状与日俱增，人们对保持正确坐姿的重视程度日益增长。坐姿不正确，不仅精神面貌不好，还容易使人腰酸背痛，甚至影响脊椎、压迫神经。但是依靠自觉性养成正确坐姿习惯的过程较难，往往需要借助一些外部牵引矫正姿势器具，例如当下流行的背背佳等产品，通过穿戴的形式，帮助人在坐的过程中，保持正确的坐姿。众所周知，借助背背佳等矫姿器具保持一个良好的坐姿具有一定强制性，对于发育期儿童具有一定作用，但对于已经发育成熟，骨骼定型的成年人身体作用不大，并且贴身的设计，长久佩戴会使人产生佩戴的不适感，强制性的改正在脱下后仍会导致坐姿不正确，不能养成习惯。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据现阶段我国出现的坐姿不正确导致的健康问题，而提供一种柔性背部矫姿器具。从而使用户在就坐过程中保持正确的坐姿，并且防止用户因错误坐姿而导致坐姿不雅和伤害脊椎问题。为到达到上述功能，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种柔性背部矫姿器具，包括：坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池；所述坐姿状态信号采集单元包括柔性压阻传感器，柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成，该膜组件正面具有与240目砂纸表面相同的峰脊结构；两个膜组件正面相对，其峰脊结构相互接触；柔性压阻传感器根据肌肉分布贴合接触背部，柔性压阻传感器中的峰脊结构随肌肉运动产生接触形变，继而产生一系列的电信号；所述信号转换单元将柔性压阻传感器采集的坐姿变化电信号转化为数字信号并传输到数据处理单元中；所述数据处理单元将传输过来的数据进行处理并与数据库中的数据进行比对；所述蓝牙发送模块将数据处理单元中数据比对结果发送到手机；所述手机APP根据系统处理结果提示坐姿是否规范；所述纽扣电池为坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块提供电源。进一步地，柔性压阻传感器的信号输出是通过两个铜电极实现的，铜电极通过银胶粘贴于rGO层，两个铜电极关于膜组件中心对称。进一步地，两个膜组件封装在PDMS内。进一步地，所述具有峰脊结构的柔性压阻传感器通过如下步骤制备得到：(1)将240目砂纸剪裁成贴合部分的大小尺寸；(2)将正庚烷，乙酸乙酯，十八烷基三甲氧基硅氧烷按照1000:50:20的质量比配置成疏水处理溶液，将步骤(1)所述的砂纸浸泡在该溶液中2小时，进行疏水处理；(3)将PDMS与交联剂按10:1质量比混合均匀后，反复真空除气泡，旋涂在步骤(2)中疏水处理后的砂纸表面；将涂有PDMS的砂纸放在鼓风干燥机中，60℃加热2小时；固化后，在水中剥离砂纸，得到具有峰脊结构的PDMS；(4)对步骤(3)中获得的具有峰脊微结构的PDMS表面进行氧等离子处理，增加其表面亲水性；(5)将步骤(4)中氧等离子处理后的具有峰脊微结构的PDMS反复涂抹rGO溶液。待溶液干燥后进行组装，获得具有峰脊结构的柔性压阻传感器。进一步地，所述rGO溶液的浓度为1mg/ml。进一步地，所述rGO层的厚度大约在500μm左右。进一步地，存储在数据处理单元中不同坐姿的信号通过以下方法获得：采集标准动作的数字信号范围，再将其存储在数据库中。进一步地，所述信号转换单元和数据处理单元可单片集成。进一步地，矫姿器具的动作规范监测方法，包括以下步骤：(1)根据背部不同部位的肌肉分布，将传感器贴合在背部，进行肌肉运动信号采集；(2)将信号传输到所述信号转换单元，将电信号转换为数字信号；(3)将数字信号传输到数据处理单元中，对数据进行比对；(4)将比对结果通过蓝牙模块发送到手机；(5)手机APP进行坐姿规范监测并给予相应的提醒(规范或不规范)。本专利技术方法的优点在于：通过实时监测坐姿状况来分析坐姿是否正确的这种监测方法是从坐姿的根源上(角度)去分析坐姿的正确性。因此，可以最直观、最准确的反映出坐姿状况。基于上述特点，该方法不仅简单而且直观有效，适用于各种年龄段和各种人群，也为日后产品的推广提供了有利条件。本专利技术仪器的优点在于：仪器所用传感器为原创专利技术的传感器，由于其结构的特殊性(近似正态分布式峰脊结构)具有非常高的灵敏性。因此保证了仪器纠正坐姿的准确度和灵敏度。基于仪器的高灵敏度和高准确度，该仪器可以有效的保证用户的坐姿正确并且防止不规范的坐姿对用户身体造成损伤。由于最终的分析结果是通过手机APP提醒，因此可以将结果信息清晰明了的传递给用户。本仪器不仅体积小方便携带，而且操作简单，可以给不同年龄段的不同人群提供相应的坐姿规范建议。本专利技术仪器生产制造简单成本较低，易形成产业化，而且潜在用户基数大前景非常广阔。附图说明图1是传感器峰脊微结构图；图2是柔性传感器贴合背部时的模拟效果图；图3是本专利技术系统的流程框图；图4为金字塔矩阵(图4A)、半球体矩阵(图4B)、圆柱体矩阵(图4C)以及峰脊结构的膜组件构成的柔性压阻传感器分别进行电阻变化率的测试结果(4D)；图5是本专利技术峰脊结构的膜组件构成的柔性压阻传感器的工作原理图。具体实施方式如图3所示，一种柔性背部矫姿器具，包括：坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池；所述坐姿状态信号采集单元包括柔性压阻传感器，如图1所示，柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成，该膜组件是以240目砂纸(GB/T9258-2000)为模板制备得到，其正面具有峰脊结构，各个峰脊高度不同，但整体高度分布近似呈正态分布；两个膜组件正面相对，部分峰脊接触，部分峰脊不接触，；当两个膜组件之间发生相对移动，后接触的峰脊以突变电阻的形式与原先接触的峰脊电阻并联，整个电路的电信号变化巨大，而后又以接触面积变化的形式在电路中继续影响电信号，随着峰脊的不断接触，并联电阻的增加，电信号变化显著，相较于传统的单一面积变化形式的接触结构，具有更好的灵敏度，便于监测受力情况。将本专利技术以240目砂纸(GB/T9258-2000)为模板获得的柔性压阻传感器、以及表面分别具有金字塔矩阵(图4A)、半球体矩阵(图4B)、圆柱体矩阵(图4C)的膜组件构成的柔性压阻传感器分别进行电阻变化率的测试，结果如图4D所示，从图中可以看出，本专利技术以240目砂纸(GB/T9258-2000)为模板获得的柔性压阻传感器相对于其他类型的传感器具有更高的电阻变化率。这是因为随着负载的增加，两个膜组件之间原先接触的峰脊面积发生变化，电阻逐渐增大，同时，产生新的峰脊接触，形成新的电阻并联原先接触的峰脊电阻，如图5所示。相较于表面分别具有金字塔矩阵、半球体矩阵、圆柱体矩阵的膜组件构成的柔性压阻传感器，其只能在负载增加的情况下，以接触面积变化，引起电阻变化监测形变，以240目砂纸(GB/T9258-2000)为模板获得的柔性压阻传感器，在负载增加的情况下，电阻变化不仅由原先接触峰脊的接触面积变化引起，而且后接触的峰脊还会形成新的电阻并联进入电路，改变模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性背部矫姿器具，其特征在于，包括：坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池；所述坐姿状态信号采集单元包括柔性压阻传感器，柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成，该膜组件正面具有与240目砂纸表面相同的峰脊结构；两个膜组件正面相对，其峰脊结构相互接触；柔性压阻传感器根据肌肉分布贴合接触背部，柔性压阻传感器中的峰脊结构随肌肉运动产生接触形变，继而产生一系列的电信号；所述信号转换单元将柔性压阻传感器采集的坐姿变化电信号转化为数字信号并传输到数据处理单元中；所述数据处理单元将传输过来的数据进行处理并与数据库中的数据进行比对；所述蓝牙发送模块将数据处理单元中数据比对结果发送到手机；所述手机APP根据系统处理结果提示坐姿是否规范；所述纽扣电池为坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种柔性背部矫姿器具，其特征在于，包括：坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池；所述坐姿状态信号采集单元包括柔性压阻传感器，柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS正面的rGO层构成，该膜组件正面具有与240目砂纸表面相同的峰脊结构；两个膜组件正面相对，其峰脊结构相互接触；柔性压阻传感器根据肌肉分布贴合接触背部，柔性压阻传感器中的峰脊结构随肌肉运动产生接触形变，继而产生一系列的电信号；所述信号转换单元将柔性压阻传感器采集的坐姿变化电信号转化为数字信号并传输到数据处理单元中；所述数据处理单元将传输过来的数据进行处理并与数据库中的数据进行比对；所述蓝牙发送模块将数据处理单元中数据比对结果发送到手机；所述手机APP根据系统处理结果提示坐姿是否规范；所述纽扣电池为坐姿状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块提供电源。2.根据权利要求1所述的一种柔性背部矫姿器具，其特征在于，柔性压阻传感器的信号输出是通过两个铜电极实现的，铜电极通过银胶粘贴于rGO层，两个铜电极关于膜组件中心对称。3.根据权利要求1所述的一种柔性背部矫姿器具，其特征在于，两个膜组件封装在PDMS内。4.根据权利要求1所述的一种柔性背部矫姿器具，其特征在于，所述具有峰脊结构的柔性压阻传感器通过如下步骤制备得到：(1)将240目砂纸剪裁成贴合部分的大小尺寸；(2)将正庚烷，乙酸乙酯，十八烷基三甲氧基硅氧烷按照1000:50:20的质量比配置成疏水处理溶液，将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴化平，林森鹏，蒋坤鹏，孙申申，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33