阅读说明：本技术 一种脊柱纠正器及其纠正方法 (Spinal column corrector and correction method thereof ) 是由 宋吉满 于 2020-05-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种脊柱纠正器及其纠正方法,脊柱纠正器包括肩带、背带、腰带,所述肩带包括左肩带和右肩带,所述腰带内侧设有用于收紧腰带及对腰部施加推力的腰部气囊,所述背部束缚结构内侧设有用于收紧和对背部施加推力的背部气囊；所述背部束缚结构外侧设有用于检查穿戴角度的角度处理模块,所述腰带外侧设有用于接收角度处理模块信息、对腰部气囊和背部气囊检测气囊气压及进行充放气的核心控制盒；本发明的纠正器通过主动力提醒方式来纠正脊柱弯曲问题,更加智能和舒适。(The invention discloses a spine corrector and a correcting method thereof, wherein the spine corrector comprises shoulder straps, braces and a waistband, the shoulder straps comprise a left shoulder strap and a right shoulder strap, the inner side of the waistband is provided with a waist airbag for tightening the waistband and applying thrust to the waist, and the inner side of a back binding structure is provided with a back airbag for tightening and applying thrust to the back; an angle processing module for checking a wearing angle is arranged on the outer side of the back binding structure, and a core control box for receiving information of the angle processing module, detecting air pressure of the waist air bag and the back air bag and inflating and deflating the waist air bag and the back air bag is arranged on the outer side of the waistband; the corrector corrects the spinal curvature problem in a main power reminding mode, and is more intelligent and comfortable.)

一种脊柱纠正器及其纠正方法

技术领域

本发明具体涉及一种体形矫正工具技术领域，具体是一种脊柱纠正器及其纠正方法。

背景技术

近年来，我国中小学生脊柱弯曲的比例一直很高，中小学生的脊柱弯曲与孩子长期姿势不良和身体过度负重有关。目前中小学生功课繁重，书包越来越沉，加上系统性的体育活动越来越少，肌肉韧带力量锻炼不够，长期在某个肩膀上负重会直接影响脊柱的正常状态和功能。

目前市场上的“背背佳”产品基本采用背部、腰部、肩部被动矫形的原理，推向市场20年来，仅在面料更薄、质量更轻、拉带弹性更强方面有了一定改进，中小学生使用时，由于被动受力使脊柱维持在理想姿态，但维持挺拔身姿的同时相关肌肉和韧带并没有主动发力，长期穿戴，依赖性强，一旦撤下，大多情况下很难达到依靠自身力量仍然维持挺拔身姿的长期效果。

因此，研发一种可以改善现有技术缺陷的脊柱纠正器具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脊柱纠正器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种脊柱纠正器，包括肩带、背带、腰带，所述肩带包括左肩带和右肩带，左肩带的后方与右肩带的后方连接，形成X形结构，所述左肩带与所述右肩带的连接点位于背部束缚结构两侧，背部束缚结构底部位置与背带上端连接，背带的下端贴合人体的脊柱位置向下连接着腰带，所述腰带内侧设有用于收紧腰带及对腰部施加推力的腰部气囊，所述背部束缚结构内侧设有用于收紧和对背部施加推力的背部气囊；所述背部束缚结构外侧设有用于检查穿戴角度的角度处理模块，所述腰带外侧设有用于接收角度处理模块信息、对腰部气囊和背部气囊检测气囊气压及进行充放气的核心控制盒。

进一步的方案：所述核心控制盒内部包括电池、腰部泄气阀、背部泄气阀、腰部电动气泵、背部电动气泵、腰部气压传感器、背部气压传感器、中央处理器，所述中央处理器的输入端分别与背部气压传感器、腰部气压传感器和角度处理模块的输出端电气相连，所述中央处理器输出端与背部电动气泵、背部泄气阀、腰部电动气泵、腰部泄气阀的控制端电气相连，核心控制盒通过气管与腰部气囊和背部气囊进行充放气，腰部电动气泵、腰部泄气阀、腰部气囊和腰部气压传感器通过气管相互连通，背部电动气泵、背部泄气阀、背部气囊和背部气压传感器通过气管相互连通。

更进一步的方案：所述角度处理模块包括用于采集脊柱弯曲数据的角度传感器和用于对采集到的脊柱弯曲数据进行逻辑处理的角度处理器，角度传感器的数据输出端与角度处理器的输入端电气相连，角度处理器的输出端与中央处理器的输入端电气相连。

更进一步的方案：所述角度处理模块采用九轴传感器模块，角度处理模块通过串口方式和中央处理器进行通讯。

更进一步的方案：所述腰部气囊包括充气后会从平薄变成类似圆柱形的腰部气囊包裹袋，所述腰部气囊包裹袋缝合于腰带内侧并与腰部脊柱位置接触，所述背部气囊包括充气后会从平薄变成类似圆柱形的背部气囊包裹袋，所述背部气囊包裹袋设置在背部束缚结构内侧面。

更进一步的方案：所述腰带的两端设置有可拆卸部件，所述腰带通过可拆卸部件固定于穿戴者的腰部。

更进一步的方案：所述可拆卸部件包括魔术贴、卡扣、搭扣、细带、拉链中的任一种或多种组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的脊柱纠正器改善了现有技术的缺陷，本发明的纠正器通过主动力提醒方式来纠正脊柱弯曲问题，具体地，本发明通过角度传感器检测背部的前向和侧向的弯曲程度，在弯曲超过正常范围时，给出主动力提醒，让青少年主动改变身姿，挺胸发力，锻炼相关肌肉和韧带，维持正常挺拔身姿，加强相关肌肉的锻炼，形成肌肉记忆，最终可脱离纠正器；

2.本发明的纠正器长期穿戴更为舒适，活动更为灵活，身体不会产生紧绷感；

3.本发明的纠正器具备一定的智能化，对青少年具有更大的吸引力，降低了青少年对脊柱纠正器的抵抗心理。

本发明的另一目的在于提供一种脊柱纠正器的脊柱纠正方法，包括以下步骤：

(1)接通电源，对腰部气囊、背部气囊、角度处理模块、核心控制盒，及基本功能进行初始化操作；

(2)打开角度处理器，采集脊柱弯曲数据；

(3)角度传感器将采集到的脊柱弯曲数据发送给角度处理器；

(4)角度处理器对采集到的脊柱弯曲数据进行逻辑处理，得到处理结果发送给中央处理器；

(5)中央处理器根据处理结果，对腰部电动气泵、腰部泄气阀、背部电动气泵、背部泄气阀进行控制；

(6)中央处理器读取腰部气压传感器和背部气压传感器的气压值，判断腰部气囊和背部气囊压力状态；

(7)中央处理器读取脊柱姿态恢复数据，则将腰部气囊和背部气囊内气体释放，使其恢复自然状态；

所述步骤(1)包括：对腰部电动气泵和背部电动气泵的IO接口初始化、对腰部气压传感器和背部气压传感器的IO接口初始化，对腰部泄气阀和背部气压阀的IO接口初始化，对按键及指示灯的IO接口初始化，对角度处理模块的通信串口初始化、启动角度传感器的数据自动上报功能；

所述步骤(2)中，打开角度传感器后，开启中央处理器的串口接收功能，接收角度处理器数据。

所述步骤(3)中，所述角度传感器以固定周期将采集到的脊柱弯曲数据发送给角度处理器。

所述步骤(4)中，所述逻辑处理的方法为：中央处理器利用角度处理器周期性发送的脊柱弯曲数据，作为步骤(5)的控制依据。

所述步骤(5)中，所述逻辑处理的方法为：中央处理器采集到的脊柱弯曲数据和腰部气囊和背部气囊气压状态的信息通过PID闭环控制算法计算出控制量，并将控制量解算成控制数据；所述控制数据包括腰部电动气泵和背部电动气泵的充气量或腰部泄气阀和背部泄气阀的泄气量。

所述步骤(6)中，中央处理器通过取腰部气压传感器的气压值，判断腰部气囊的充气放气逻辑，通过取背部气压传感器的气压值，判断背部气囊的充气放气逻辑；

所述步骤(7)中，经过提醒后佩戴者矫正身姿，角度处理模块如果返回脊柱姿态恢复数据，中央处理器则控制腰部泄气阀释放腰部气囊中气体，控制背部泄气阀释放背部气囊中气体，使气囊全部恢复正常大气压状态。

其中脊柱弯曲设置有设定阈值，当采集到的腰部脊柱弯曲数据大于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱弯曲，此时得到的控制数据中腰部电动气泵的状态为充气，带动腰部气囊充气，完成腰带收紧和推动腰部脊椎部位主动提醒穿戴者；

当采集到的背部脊柱弯曲数据大于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱弯曲，此时得到的控制数据中背部电动气泵的状态为充气，带动背部气囊充气，完成背部束缚布料收紧和推动背部脊椎部位主动提醒穿戴者；

当采集到的脊柱弯曲数据小于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱直立，此时得到的控制数据中腰部电动气泵或背部电动气泵的状态为泄气，放松对应位置束缚力和推力，完成松弛工作。

进一步地，所述中央处理器接收到角度处理器所发送的完整数据后，中央处理器根据角度处理器通讯协议进行数据解析，若当前信息可用则更新当前脊柱弯曲信息，否则放弃等待下次数据。具体地，数据传输有固定格式或固定协议，按照协议进行解析，若解析异常(如校验位错误、数据长度异常)，则放弃数据。

进一步地，在数据接收的空闲期，中央处理器进入控制程序，根据脊柱弯曲信息进行气囊气压解算，解算结果包括穿戴者脊柱弯曲、穿戴者脊柱直立，当穿戴者脊柱弯曲时，利用脊柱弯曲数据解算出腰部气囊和背部气囊的充气气压值，然后对相应气囊进行充气，使穿戴者感受到束缚力和推力，从而实现提醒穿戴者挺直胸椎。

进一步地，一旦角度传感器检测到人体脊柱弯曲到一定程度，中央处理器控制腰部气囊和背部气囊充气，带动腰带和背部包裹结构收紧，使人体背部感受拉力，并且同时会对背部脊椎和腰部脊椎产生推力，更切实提醒佩戴者；反之，一旦角度传感器检测到人体恢复脊柱直立姿态，触发腰部气囊和背部气囊放气，带动腰带和背部包裹结构释放拉力，同时减小背部脊椎和腰部脊椎推力，从而起到主动提醒的目的。

附图说明

图1示出了本发明实施例的脊柱纠正器穿戴在人体上的主视图。

图2示出了本发明实施例的脊柱纠正器穿戴在人体上的后视图。

图3示出了本发明实施例的脊柱纠正器的系统组成图。

图中：1-左肩带，2-右肩带，3-腰带，4-背带，5-背部束缚结构，6-核心控制盒，7-腰部气囊，8-背部气囊，9-角度处理模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种脊柱纠正器，包括肩带、背带4、腰带3；所述肩带包括左肩带1和右肩带2，左肩带1的后方与右肩带2的后方连接，形成X形结构，所述左肩带1与所述右肩带2的连接点位于背部束缚结构5两侧，背部束缚结构5底部位置与背带4上端连接，背带4的下端贴合人体的脊柱位置向下连接着腰带3，所述腰带3内侧设有用于收紧腰带3及对腰部施加推力的腰部气囊7，所述背部束缚结构5内侧设有用于收紧和对背部施加推力的背部气囊8；所述背部束缚结构5外侧设有用于检查穿戴角度的角度处理模块9，所述腰带3外侧设有用于接收角度处理模块9信息、对腰部气囊7和背部气囊检测气囊气压及进行充放气的核心控制盒6。

所述核心控制盒6内部包括电池、腰部泄气阀、背部泄气阀、腰部电动气泵、背部电动气泵、腰部气压传感器、背部气压传感器、中央处理器，所述中央处理器的输入端分别与背部气压传感器、腰部气压传感器和角度处理模块9的输出端电气相连，所述中央处理器输出端与背部电动气泵、背部泄气阀、腰部电动气泵、腰部泄气阀的控制端电气相连，核心控制盒6通过气管与腰部气囊7和背部气囊8进行充放气，腰部电动气泵、腰部泄气阀、腰部气囊7和腰部气压传感器通过气管相互连通，背部电动气泵、背部泄气阀、背部气囊8和背部气压传感器通过气管相互连通，由此，背部气囊8和腰部气囊7分别通过一套独立的充气和放气机构可以在核心控制盒6的控制下实现自动的独立充放气功能。

所述角度处理模块9包括用于采集脊柱弯曲数据的角度传感器和用于对采集到的脊柱弯曲数据进行逻辑处理的角度处理器，角度传感器的数据输出端与角度处理器的输入端电气相连，角度处理器的输出端与中央处理器的输入端电气相连。

所述角度处理模块采用九轴传感器模块，其可采集陀螺仪、加速度、磁力矩原始数据，并进行相应数据解算，角度处理模块通过串口方式和中央处理器进行通讯，中央处理器利用解算数据和腰部气压传感器和背部气压传感器的反馈数据来控制腰部气囊7和背部气囊8按要求充放气。

所述腰部气囊8包括充气后会从平薄变成类似圆柱形的腰部气囊包裹袋，所述腰部气囊包裹袋缝合于腰带3内侧并与腰部脊柱位置接触，所述背部气囊7包括充气后会从平薄变成类似圆柱形的背部气囊包裹袋，所述背部气囊包裹袋设置在背部束缚结构5内侧面，其中设置的腰部气囊充气，带动腰部气囊袋由平薄形变为圆柱形，所述腰部气囊袋因发生形变致使腰带长度变短，束缚力从而增强，腰部气囊8充气形变致使腰部脊柱受到腰部气囊膨胀产生的推力，用于提醒穿戴者纠正脊柱弯曲，同理，背部气囊包裹袋会对背部脊柱产生推力，用于提醒穿戴者纠正脊柱弯曲。

所述腰带3的两端设置有可拆卸部件，所述腰带3通过可拆卸部件固定于穿戴者的腰部。

所述可拆卸部件包括魔术贴、卡扣、搭扣、细带、拉链中的任一种或多种组合，当所述可拆卸部件选自魔术贴时，所述腰带3的两端分别设置有第一魔术贴、第二魔术贴，所述腰带3通过所述第一魔术贴与所述第二魔术贴的粘合固定于穿戴者的腰部。

本发明的另一目的在于提供一种脊柱纠正的方法，包括以下步骤：

(1)接通电源，对腰部气囊7、背部气囊8、角度处理模块9、核心控制盒6，及基本功能进行初始化操作；

(2)打开角度处理器，采集脊柱弯曲数据；

(3)角度传感器将采集到的脊柱弯曲数据发送给角度处理器；

(4)角度处理器对采集到的脊柱弯曲数据进行逻辑处理，得到处理结果发送给中央处理器；

(5)中央处理器根据处理结果，对腰部电动气泵、腰部泄气阀、背部电动气泵、背部泄气阀进行控制；

(6)中央处理器读取腰部气压传感器和背部气压传感器的气压值，判断腰部气囊7和背部气囊8压力状态；

(7)中央处理器读取脊柱姿态恢复数据，则将腰部气囊7和背部气囊8内气体释放，使其恢复自然状态；

所述步骤(1)包括：对腰部电动气泵和背部电动气泵的IO接口初始化、对腰部气压传感器和背部气压传感器的IO接口初始化，对腰部泄气阀和背部气压阀的IO接口初始化，对按键及指示灯的IO接口初始化，对角度处理模块9的通信串口初始化、启动角度传感器的数据自动上报功能；

所述步骤(2)中，打开角度传感器后，开启中央处理器的串口接收功能，接收角度处理器数据。

所述步骤(3)中，所述角度传感器以固定周期将采集到的脊柱弯曲数据发送给角度处理器。

所述步骤(4)中，所述逻辑处理的方法为：中央处理器利用角度处理器周期性发送的脊柱弯曲数据，作为步骤(5)的控制依据。

所述步骤(5)中，所述逻辑处理的方法为：中央处理器采集到的脊柱弯曲数据和腰部气囊和背部气囊气压状态的信息通过PID闭环控制算法计算出控制量，并将控制量解算成控制数据；所述控制数据包括腰部电动气泵和背部电动气泵的充气量或腰部泄气阀和背部泄气阀的泄气量。

所述步骤(6)中，中央处理器通过取腰部气压传感器的气压值，判断腰部气囊7的充气放气逻辑，通过取背部气压传感器的气压值，判断背部气囊8的充气放气逻辑；

所述步骤(7)中，经过提醒后佩戴者矫正身姿，角度处理模块如果返回脊柱姿态恢复数据，中央处理器则控制腰部泄气阀释放腰部气囊7中气体，控制背部泄气阀释放背部气囊8中气体，使气囊全部恢复正常大气压状态。

其中脊柱弯曲设置有设定阈值，当采集到的腰部脊柱弯曲数据大于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱弯曲，此时得到的控制数据中腰部电动气泵的状态为充气，带动腰部气囊7充气，完成腰带3收紧和推动腰部脊椎部位主动提醒穿戴者；

当采集到的背部脊柱弯曲数据大于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱弯曲，此时得到的控制数据中背部电动气泵的状态为充气，带动背部气囊8充气，完成背部束缚布5料收紧和推动背部脊椎部位主动提醒穿戴者；

当采集到的脊柱弯曲数据小于设定阈值时，所述解算结果为穿戴者脊柱直立，此时得到的控制数据中腰部电动气泵或背部电动气泵的状态为泄气，放松对应位置束缚力和推力，完成松弛工作。

进一步地，所述中央处理器接收到角度处理器所发送的完整数据后，中央处理器根据角度处理器通讯协议进行数据解析，若当前信息可用则更新当前脊柱弯曲信息，否则放弃等待下次数据，具体地，数据传输有固定格式或固定协议，按照协议进行解析，若解析异常(如校验位错误、数据长度异常)，则放弃数据。

进一步地，在数据接收的空闲期，中央处理器进入控制程序，根据脊柱弯曲信息进行气囊气压解算，解算结果包括穿戴者脊柱弯曲、穿戴者脊柱直立。当穿戴者脊柱弯曲时，利用脊柱弯曲数据解算出腰部气囊7和背部气囊8的充气气压值，然后对相应气囊进行充气，使穿戴者感受到束缚力和推力，从而实现提醒穿戴者挺直胸椎。

进一步地，一旦角度传感器检测到人体脊柱弯曲到一定程度，中央处理器控制腰部气囊7和背部气囊8充气，带动腰带3和背部包裹结构5收紧，使人体背部感受拉力，并且同时会对背部脊椎和腰部脊椎产生推力，更切实提醒佩戴者；反之，一旦角度传感器检测到人体恢复脊柱直立姿态，触发腰部气囊7和背部气囊8放气，带动腰带3和背部包裹结构5释放拉力，同时减小背部脊椎和腰部脊椎推力，从而起到主动提醒的目的。

本发明的中央处理器通过串口实时监测角度处理模块9，返回数据，一旦串口正常接收到数据后，启动人体脊柱弯曲信息数据解算流程，完成相应人体脊柱弯曲信息的采集和更新。

本发明的脊柱纠正器改善了现有技术的缺陷，本发明的纠正器通过主动力提醒方式来纠正脊柱弯曲问题，具体地，本发明通过角度传感器检测背部的前向和侧向的弯曲程度，在弯曲超过正常范围时，给出主动力提醒，让青少年主动改变身姿，挺胸发力，锻炼相关肌肉和韧带，维持正常挺拔身姿，加强相关肌肉的锻炼，形成肌肉记忆，最终可脱离纠正器。

此外，本发明的纠正器长期穿戴更为舒适，活动更为灵活，身体不会产生紧绷感。

另外，本发明的纠正器具备一定的智能化，对青少年具有更大的吸引力，降低了青少年对脊柱纠正器的抵抗心理。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。