一种智能牙刷的刷牙方式检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能牙刷的刷牙方式检测方法及系统。本方法为：1)在牙刷中设置一加速度计传感器和一数据处理单元；将采集的三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ发送给数据处理单元；2)数据处理单元计算AccX、AccY、AccZ各自变化程度，如果三项加速度数据均有变化且变化程度均未超过设定阈值或三项加速度数据的变化程度之和小于一设定巴氏阈值，则判断当前刷牙方式为巴氏刷牙；如果AccY的变化程度大于设定横刷牙阈值则判断当前刷牙方式为横刷牙；如果AccX的变化程度与AccZ的变化程度之和大于设定竖刷牙阈值，或者AccZ的变化程度大于设定竖刷牙阈值，则判断当前刷牙方式为竖刷牙。本发明专利技术实用性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智能牙刷的刷牙方式检测方法及系统，能够检测各种刷牙方法，如巴氏刷牙法、横刷法、竖刷法。
技术介绍
人们刷牙的时候常见的两种模式是相对于头部水平的、左右的、横着移动牙刷(即横刷法)以及相对于头部上下竖直移动牙刷(即竖刷法)。牙医通常认为横刷法对牙齿损害最大，竖刷法也损伤牙齿。美国牙医学会推荐巴氏刷牙法，需要刷毛与牙长轴呈45°角，刷毛指向牙根方向(上颌牙向上，下颌牙向下)，轻微加压，使刷毛部分进入龈沟，部分至于龈缘上，以2～3颗牙为一组，以短距离水平颤动牙刷、以划小圆圈的方式集中刷少数牙齿。其它几种刷牙法(水平颤动刷牙法、龈沟清扫法、modifiedstillman刷牙法)的核心动作基本和巴氏刷牙法一样，都是小范围的颤动牙刷，只是在不同场合被人们冠以不同的名字而已。由于这些方法要求牙刷做的动作基本一致，用传感器检测时候可以不加区分的纳入一类，故此本专利技术中用检测巴氏刷牙法来代表所有这几种刷牙法的检测。刷牙往往是一个自己看不到的过程，即使有镜子在面前，由于嘴唇和人脸对牙齿的遮挡，人们看不到牙刷的详细动作，也不能判断它的结果；此外，人们往往不知道什么样的刷牙动作是正确的。一类比较可靠的方法是检测牙刷的运动来判断刷牙动作，为了达到这个目的，可以在牙刷上安装运动传感器(即MEMS传感器、微机电传感器)，包括加速度传感器、陀螺仪传感器、磁力计传感器，图1给出示例。在图1的示例中，微处理器获取传感器的数据，进行处理，将处理结果通过无线单元发送给外界例如手机上，给用户观看。每个传感器都有三个互相垂直的轴向：X、Y、Z。图1示例中，传感器的相对于牙刷的安放角度描述如下：传感器的X轴是牙刷毛的指向(刷牙的时候这个方向垂直于牙面)、传感器的Y轴是牙刷柄的指向方向、传感器的Z轴是垂直于X轴和Y轴的方向。加速计的三个轴的数据用AccX、AccY、AccZ表示，陀螺仪的三个轴的数据用GyroX、GyroY、GyroZ表示，磁力计的三个轴的数据用MagX、MagY、MagZ表示。由AccX、AccY、AccZ、GyroX、GyroY、GyroZ、MagX、MagY、MagZ这9个数据或9个数据中的几个，可以构造出三个牙刷的欧拉角即抬头角pitch、翻转角roll、偏航角yaw，如图2所示，其计算公式已经应用多年，有很多文献给出，例如学术论文<ImplementingaSensorFusionAlgorithmfor3DOrientationDetectionwithInertial/MagneticSensors>。计算yaw通常需要加速计和磁力计、或者加速计和磁力计和陀螺仪；仅仅用加速计不能计算出yaw，但是可以计算出pitch和roll，如图3所示，例如一种常见计算公式如下：pitch=arctan(AccXAccY2+AccZ2),roll=arctan(AccYAccY2+AccZ2).]]>图4示出了翻转角roll的意义，牙刷以牙刷柄所在的直线为轴向(即图1中的Y轴)做旋转则牙刷的翻转角roll发生变化。牙刷柄所在直线与地面的夹角为牙刷的抬头角pitch，牙刷柄所在的直线与地磁北方向(或者地磁南、或者地磁东、或者地磁西等，具体取决于如何定义，并不影响应用)的夹角为偏航角度yaw。专利技术“一种加速度和压力传感器在牙刷上的安装方法CN103565101A”、“一种智能牙刷套筒系统CN203943758U”、专利技术“一种智能牙刷系统CN204048584U”、专利技术“US7976388”都提出在牙刷上安装传感器。专利技术”Oralcaresystemandmethod,WO2015021895A1”采用了pitch、roll、yaw三个欧拉角信息，并进一步利用这些传感器数据计算得出的欧拉角来判断牙刷的转动。专利技术“提供基本上即时反馈的牙刷CN102846394A”给出了用加速计数据的幅度和频率来判断用户刷牙是否过分用力的方法。然而，以上这几个专利都没有给出检测竖刷法、横刷法、巴氏刷牙法等这些正确或错误的刷牙法的检测方法，也就不能及时纠正用户的错误刷牙方式；而仅仅用幅度和频率也不能正确的判断巴氏刷牙法。专利技术“US2015/0044629A1”提出了用偏航角yaw来估计牙刷正在刷哪个牙齿区域，但是它没有考虑到很多人在刷牙的时候是低头的、以及每个人刷牙的低头程度不同；事实上如果人低头角度达到90度，用yaw来做估计就是完全失效的。此外，该专利技术需要使用者必须遵循该专利技术要求的头部姿势才能有效，这在实际使用中不方便。以上专利技术和公开的方法，有一些不足和缺点：没有检测竖刷、横刷这样的错误刷牙方法；不能检测或教育用户使用正确的巴氏刷牙法；没有提供一个只利用加速计传感器就能简单有效检测横刷、竖刷、巴氏刷牙法的方法；没有提供一个只利用加速计传感器就能简单有效的估计牙刷在刷哪个牙齿区域的方法；没有考虑人刷牙的时候低着头这个因素对估计的影响。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种智能牙刷的刷牙方式检测方法及系统。本专利技术的系统包括一加速度计传感器和一数据处理单元。一种智能牙刷的刷牙方式检测方法，其步骤包括：1)在牙刷中设置一加速度计传感器和一数据处理单元；加速度计传感器将采集的三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ发送给数据处理单元；其中，AccX为牙刷毛指向方向加速度数据、AccY为牙刷柄指向方向加速度数据、AccZ为垂直于牙刷毛和牙刷柄方向的加速度数据；2)数据处理单元计算加速度数据AccX、AccY、AccZ各自变化程度，如果三项加速度数据均有变化且变化程度均未超过设定阈值或三项加速度数据的变化程度之和小于一设定的巴氏阈值，则判断当前刷牙方式为巴氏刷牙；如果加速度数据AccY的变化程度大于设定的横刷牙阈值则判断当前刷牙方式为横刷牙；如果加速度数据AccX的变化程度与加速度数据AccZ的变化程度之和大于设定的竖刷牙阈值，或者加速度数据AccZ的变化程度大于设定的竖刷牙阈值，则判断当前刷牙方式为竖刷牙。进一步的，采用加速度数据的标准差作为所述变化程度。进一步的，所述设定阈值的确定方法为：采用所述牙刷进行多次巴氏刷牙法刷牙并采集三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ，然后对采集的加速度数据进行统计，分别得到加速度数据AccX标准差概率分布、加速度数据AccY标准差概率分布、加速度数据AccZ标准差概率分布；然后取加速度数据AccX标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccX的静止阈值和设定阈值，取加速度数据AccY标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccY的静止阈值和设定阈值，取加速度数据AccZ标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccZ的静止阈值和设定阈值；其中，小的边界值做为静止阈值，大的边界值作为对应的设定阈值。进一步的，将所述加速度数据AccX的设定阈值、加速度数据AccY的设定阈值、加速度数据AccZ的设定阈值之和作为所述巴氏阈值。进一步的，所述横刷牙阈值的确定方法为：采用所述牙刷进行多次横刷牙法刷牙并采集三轴加速度数据AccY，然后对采集的加速度数据进行统计，得到加速度数据AccY标准差概率分布；然后取加速度数据AccY标准差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能牙刷的刷牙方式检测方法，其步骤包括：1)在牙刷中设置一加速度计传感器和一数据处理单元；加速度计传感器将采集的三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ发送给数据处理单元；其中，AccX为牙刷毛指向方向加速度数据、AccY为牙刷柄指向方向加速度数据、AccZ为垂直于牙刷毛和牙刷柄方向的加速度数据；2)数据处理单元计算加速度数据AccX、AccY、AccZ各自变化程度，如果三项加速度数据均有变化且变化程度均未超过设定阈值或三项加速度数据的变化程度之和小于一设定的巴氏阈值，则判断当前刷牙方式为巴氏刷牙；如果加速度数据AccY的变化程度大于设定的横刷牙阈值则判断当前刷牙方式为横刷牙；如果加速度数据AccX的变化程度与加速度数据AccZ的变化程度之和大于设定的竖刷牙阈值，或者加速度数据AccZ的变化程度大于设定的竖刷牙阈值，则判断当前刷牙方式为竖刷牙。

【技术特征摘要】
1.一种智能牙刷的刷牙方式检测方法，其步骤包括：1)在牙刷中设置一加速度计传感器和一数据处理单元；加速度计传感器将采集的三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ发送给数据处理单元；其中，AccX为牙刷毛指向方向加速度数据、AccY为牙刷柄指向方向加速度数据、AccZ为垂直于牙刷毛和牙刷柄方向的加速度数据；2)数据处理单元计算加速度数据AccX、AccY、AccZ各自变化程度，如果三项加速度数据均有变化且变化程度均未超过设定阈值或三项加速度数据的变化程度之和小于一设定的巴氏阈值，则判断当前刷牙方式为巴氏刷牙；如果加速度数据AccY的变化程度大于设定的横刷牙阈值则判断当前刷牙方式为横刷牙；如果加速度数据AccX的变化程度与加速度数据AccZ的变化程度之和大于设定的竖刷牙阈值，或者加速度数据AccZ的变化程度大于设定的竖刷牙阈值，则判断当前刷牙方式为竖刷牙。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用加速度数据的标准差作为所述变化程度。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设定阈值的确定方法为：采用所述牙刷进行多次巴氏刷牙法刷牙并采集三轴加速度数据AccX、AccY、AccZ，然后对采集的加速度数据进行统计，分别得到加速度数据AccX标准差概率分布、加速度数据AccY标准差概率分布、加速度数据AccZ标准差概率分布；然后取加速度数据AccX标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccX的静止阈值和设定阈值，取加速度数据AccY标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccY的静止阈值和设定阈值，取加速度数据AccZ标准差概率分布中心部分的两边界值作为加速度数据AccZ的静止阈值和设定阈值；其中，小的边界值做为静止阈值，大的边界值作为对应的设定阈值。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述加速度数据AccX的设定阈值、加速度数据AccY的设定阈值、加速度数据AccZ的设定阈值之和作为所述巴氏阈值。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述横刷牙阈值的确定方法为：采用所述牙刷进行多次横刷牙法刷牙并采集三轴加速度数据AccY，然后对采集的加速度数据进行统计，得到加速度数据AccY标准差概率分布；然后取加速度数据AccY标准差概率分布中心部分的两边界值，将小的边界值做为静止阈值，大的边界值作为所述横刷牙阈值。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述竖刷牙阈值的确定方法为：采用所述牙刷进行多次竖刷牙法刷牙并采集三轴加速度数据AccX、三轴加速度数据AccZ，然后对采集的加速度数据进行统计，得到加速度数据AccX标准差概率分布、加速度数据AccZ标准差概率分布；然后取加速度数据AccX标准差概率分布中心部分的两边界值和加速度数据AccZ标准差概率分布中心部分的两边界值，将两小的边界值之和做为静止阈值，将两大
\t的边界值之和作为所述竖刷牙阈值。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据处理单元中预设一低头角度作为偏移量，当判断为巴氏刷牙时，所述数据处理单元根据采集的加速度数据AccX、AccY、AccZ计算牙刷的翻转角roll；如果roll值减去该偏移量后与180°相差超过正负30°且与0°相差超过正负30°，则判定当前巴氏刷牙方式正确。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据处理单元进一步检测设定时间内，roll值的变化是...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏博，
申请(专利权)人：郭宏博，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA