本發(fā)明涉及智能座具領(lǐng)域，具體為一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能座椅、智能交互系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，人們工作學(xué)習(xí)過(guò)程中保持坐姿的時(shí)間較長(zhǎng)，利用智能設(shè)備來(lái)進(jìn)行坐姿識(shí)別在人們工作學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)揮的作用越來(lái)越大，目前，具有坐姿識(shí)別功能的智能座椅主要采用多組壓力傳感器來(lái)識(shí)別坐姿，識(shí)別精度較低，且為了有效識(shí)別各個(gè)方向不同的壓力傳感信號(hào)，需使用多組壓力傳感器進(jìn)行識(shí)別，使識(shí)別裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此外，目前已有的具有坐姿識(shí)別功能的智能座椅多數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)健康提醒功能，而不具有其他辦公或娛樂(lè)功能，不能滿(mǎn)足使用者對(duì)智能座椅的使用需求。

具體的說(shuō)，坐姿識(shí)別的智能設(shè)備和處理方法都是依賴(lài)坐墊內(nèi)置的壓力傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，壓力傳感器需要多組均勻分布在椅墊上并通過(guò)使用軟件方法判斷用戶(hù)的坐姿傾向，而非一個(gè)確切的坐姿描述，比如多個(gè)壓力傳感器組只能感應(yīng)出用戶(hù)前傾的動(dòng)作傾向，卻無(wú)法精確描述前傾的幅度，這在上游應(yīng)用軟件判斷的時(shí)候，會(huì)將用戶(hù)正確范圍內(nèi)的坐姿姿態(tài)判斷為不良，從而錯(cuò)誤的發(fā)出報(bào)警信號(hào)給用戶(hù)，大大降低了軟件的實(shí)用性和用戶(hù)體驗(yàn)，壓力傳感器長(zhǎng)期受用戶(hù)壓迫使用，精度和穩(wěn)定性都會(huì)發(fā)生不可預(yù)知的功能性退化。

所以綜上所述，目前還沒(méi)有提供性?xún)r(jià)比高的、用戶(hù)使用便捷的、硬件軟件統(tǒng)一集成的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種識(shí)別精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多樣的基于姿態(tài)識(shí)別的智能座椅，本發(fā)明采用姿態(tài)傳感器采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)用較少數(shù)量傳感器識(shí)別多種坐姿，簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步又可采用卡爾曼濾波器對(duì)識(shí)別后的姿態(tài)信息進(jìn)行去噪處理，提高信號(hào)識(shí)別精確度，此外，與智能設(shè)備結(jié)合使用，在實(shí)現(xiàn)健康提醒基本功能的基礎(chǔ)上，增加辦公輔助功能和游戲操作功能，解決了現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備功能單一，不能滿(mǎn)足使用者需求的問(wèn)題。

本發(fā)明的目的之一是在椅座上安裝姿態(tài)傳感器，從而可根據(jù)椅座姿態(tài)變化產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的角速度值與加速度值，為下面進(jìn)一步的姿態(tài)判斷以及姿態(tài)幅度判斷提供精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；同時(shí)姿態(tài)傳感器數(shù)值精確，一般一個(gè)即可，較之以往設(shè)置的一組多個(gè)壓力傳感器，不僅提高了精度，還明顯節(jié)省了成本。

本發(fā)明的目的之二是建立智能座椅與智能設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信的交互系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)健康提醒功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)辦公輔助和游戲操作功能，解決了現(xiàn)有的智能座椅功能單一的不足，以滿(mǎn)足使用者需求。

本發(fā)明的目的之三是提出了一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能交互方法，將姿態(tài)傳感器輸出的加速度值和角速度值通過(guò)計(jì)算得到角度數(shù)據(jù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中僅使用壓力數(shù)據(jù)識(shí)別坐姿誤差較大的問(wèn)題，對(duì)角度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，為姿態(tài)判斷提供了精確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，姿態(tài)判斷時(shí)，先將角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較，得到初步姿態(tài)判斷，進(jìn)一步將角度數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的角度閾值進(jìn)行比較，得到不同幅度的姿態(tài)信息，得到多種姿態(tài)信息，提高姿態(tài)判斷的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備操作的多樣性操作。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能座椅，包括智能硬件單元，所述的智能硬件單元包括：

至少一個(gè)姿態(tài)傳感器，用于感應(yīng)椅座姿態(tài)變化，并根據(jù)相應(yīng)的姿態(tài)變化輸出相應(yīng)的加速度值、角速度值；

無(wú)線通信模塊，用于與外界無(wú)線通信；

微處理器模塊，用于接收姿態(tài)傳感器輸出的相應(yīng)數(shù)值或信號(hào)，經(jīng)處理后得出椅座姿態(tài)并通過(guò)無(wú)線通信模塊對(duì)外輸出；

供電模塊，用于對(duì)各模塊進(jìn)行電源供應(yīng)。

作為優(yōu)選，至少一個(gè)壓力傳感器，與微處理器模塊相連，用于檢測(cè)椅座承受的壓力并輸出相應(yīng)的壓力傳感信號(hào)。壓力傳感器偵測(cè)到人體入座后，姿態(tài)傳感器才開(kāi)始工作，輸出的才是有效數(shù)據(jù)，因此這樣可以有效降低系統(tǒng)的功耗。

作為優(yōu)選，所述的智能座椅包括椅座底板，在椅座底板上設(shè)有用于提高姿態(tài)傳感器靈敏度的支撐板，姿態(tài)傳感器設(shè)置在支撐板上。

作為優(yōu)選，所述的支撐板包括中心支點(diǎn)及沿中心支點(diǎn)周向傾斜向上延伸的側(cè)板，所述的側(cè)板與椅座底板之間留有間隙，姿態(tài)傳感器設(shè)置在支撐板上表面中部預(yù)設(shè)的安裝槽內(nèi)。姿態(tài)傳感器設(shè)置在支撐板中部，可以更為均衡并準(zhǔn)確的感受支撐板的狀態(tài)變化，準(zhǔn)確的輸出姿態(tài)變化數(shù)值。

為了方便接線，作為優(yōu)選，在安裝槽底部設(shè)有走線孔，所述的走線孔將安裝槽與所述的間隙保持相通。

作為優(yōu)選，所述的支撐板通過(guò)螺絲與椅座底板安裝固定。具體的說(shuō)，是將中心支點(diǎn)與椅座底板安裝固定。

作為優(yōu)選，所述微處理器模塊根據(jù)加速度值和角速度值計(jì)算出包含有前后俯仰角度、左右翻滾角度以及旋轉(zhuǎn)角度的角度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)去噪后獲取穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)，并將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)。

作為優(yōu)選，所述的智能硬件單元還包括用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定信息的存儲(chǔ)模塊；再進(jìn)一步微處理器模塊又將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息。識(shí)別的姿態(tài)或坐姿為正立、左前傾、右前傾，略微前傾、略微后仰、略微左側(cè)、略微右側(cè)、略微左旋轉(zhuǎn)，略微右旋轉(zhuǎn)，大幅度前傾，大幅度后仰、大幅度左側(cè)、大幅度右側(cè)、大幅度左旋轉(zhuǎn)，大幅度右旋轉(zhuǎn)者這十五種坐姿中的一種。

作為優(yōu)選，所述智能硬件單元還包括用于根據(jù)姿態(tài)狀態(tài)設(shè)置對(duì)應(yīng)角度閾值或時(shí)間閾值的閾值設(shè)置模塊，閾值設(shè)置模塊設(shè)置的信息存儲(chǔ)在所述的存儲(chǔ)模塊內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述無(wú)線通信模塊為藍(lán)牙模塊或wi-fi模塊。

作為優(yōu)選，所述姿態(tài)傳感器設(shè)置在智能座椅的椅座、扶手或椅背中的任意位置。

為了準(zhǔn)確感知壓力，作為優(yōu)選，所述壓力傳感器設(shè)置在智能座椅的椅座上。

作為優(yōu)選，所述姿態(tài)傳感器為加速度計(jì)和陀螺儀的組合；

加速度計(jì)用于將檢測(cè)到的姿態(tài)變化轉(zhuǎn)化為加速度值；

陀螺儀用于將檢測(cè)到的姿態(tài)變化轉(zhuǎn)化為角速度值。

一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能交互系統(tǒng)，包括如上所述的智能座椅以及與其無(wú)線通信的智能設(shè)備。

作為優(yōu)選，所述的智能設(shè)備為智能手機(jī)、平板電腦、pc或vr設(shè)備中的任意一種。

作為優(yōu)選，在智能設(shè)備上運(yùn)行有上游應(yīng)用軟件，所述微處理器模塊根據(jù)加速度值和角速度值計(jì)算出包含有前后俯仰角度、左右翻滾角度以及旋轉(zhuǎn)角度的角度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)去噪后獲取穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)，并將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)。

作為優(yōu)選，智能硬件單元還包括用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定信息的存儲(chǔ)模塊；再進(jìn)一步微處理器模塊又將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息；上游應(yīng)用軟件根據(jù)不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息，結(jié)合自身的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換為軟件的不同輸入信號(hào)，控制上游應(yīng)用軟件的執(zhí)行與流程。

作為優(yōu)選，在智能設(shè)備上運(yùn)行有上游應(yīng)用軟件，上游應(yīng)用軟件包括有用于存儲(chǔ)預(yù)先設(shè)定信息的存儲(chǔ)模塊，上游應(yīng)用軟件根據(jù)接收到的加速度值和角速度值計(jì)算出包含有前后俯仰角度、左右翻滾角度以及旋轉(zhuǎn)角度的角度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)去噪后獲取穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)，并將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)。

作為優(yōu)選，再進(jìn)一步微處理器模塊又將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息；上游應(yīng)用軟件根據(jù)不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息，結(jié)合自身的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換為軟件的不同輸入信號(hào)，控制上游應(yīng)用軟件的執(zhí)行與流程。

作為優(yōu)選，所述上游應(yīng)用軟件還包括狀態(tài)選擇模塊，用于選擇上游應(yīng)用軟件所處工作模式，工作模式包括健康提醒模式、辦公輔助模式和游戲操作模式。

一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能交互方法，包括以下步驟：

s100：智能座椅處于監(jiān)聽(tīng)模式，判斷有無(wú)用戶(hù)坐在椅座上，如果是，則進(jìn)入工作模式，姿態(tài)傳感器檢測(cè)椅座姿態(tài)變化，執(zhí)行第二步；否則，保持監(jiān)聽(tīng)模式；

s200：智能座椅處于工作模式，姿態(tài)傳感器檢測(cè)椅座姿態(tài)變化，并將檢測(cè)到的姿態(tài)變化轉(zhuǎn)換為加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)，并反饋給微處理器；

s300：微處理器對(duì)加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)進(jìn)行計(jì)算，得到包含有前后俯仰角度、左右翻滾角度以及旋轉(zhuǎn)角度的角度數(shù)據(jù)；

s400：微處理器對(duì)上述角度數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，獲得穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)；

s500：微處理器將上述穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)，并將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)；并發(fā)送給智能終端。

作為優(yōu)選，步驟s100中采用壓力傳感器不斷檢測(cè)椅座承受的壓力，若檢測(cè)到壓力，則進(jìn)入工作模式，執(zhí)行第二步；否則，保持監(jiān)聽(tīng)模式。

作為優(yōu)選，步驟s500還包括步驟：

s501：再進(jìn)一步又對(duì)照基于統(tǒng)計(jì)學(xué)建立的角度閾值或者通過(guò)用戶(hù)自行設(shè)定的角度閾值，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息；最后將不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息以及原始的傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送給智能終端；

s502：智能終端上的上游應(yīng)用軟件根據(jù)姿態(tài)信息，結(jié)合自身的應(yīng)用，轉(zhuǎn)換為軟件的不同輸入信號(hào)，控制上游應(yīng)用軟件的執(zhí)行與流程。

作為優(yōu)選，還包括以下步驟：

s600：如姿態(tài)保持時(shí)間大于等于預(yù)設(shè)的時(shí)間閾值，則微處理器向一音頻發(fā)生模塊發(fā)出控制信號(hào)；

s700：音頻發(fā)生模塊根據(jù)控制信號(hào)發(fā)出健康狀態(tài)聲音信息提示。

作為優(yōu)選，所述步驟s300具體為：

s301：對(duì)加速度值(ax，ay，az)進(jìn)行分解，分別得到：

前后俯仰角度：

左右翻滾角度：

s302：對(duì)角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)中的gyr_z進(jìn)行積分，得到旋轉(zhuǎn)角度λ0；

s303：獲得姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0。

作為優(yōu)選，步驟s400中所述去噪是采用卡爾曼濾波器去噪。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

一，識(shí)別效率高，能夠識(shí)別出默認(rèn)的15種姿態(tài)，通過(guò)上游軟件設(shè)定不同的角度閾值，能夠識(shí)別更加多的姿態(tài)。

二，最低單一姿態(tài)傳感器即可工作，數(shù)量少，通過(guò)附加裝置增強(qiáng)傳感性能，隔絕用戶(hù)的直接接觸，提高椅子使用壽命。

三，最低單一壓力傳感器即可工作，數(shù)量少，用于判斷是否有使用者就坐，以此判斷是否進(jìn)入工作狀態(tài)，若無(wú)人使用，則保持低耗電的監(jiān)聽(tīng)模式，降低系統(tǒng)能耗，此外，壓力傳感器只做系統(tǒng)是否今天工作模式的判斷，只需檢測(cè)是否有壓力，可以使用低成本的開(kāi)關(guān)模式即可，不需要高精度昂貴的精密壓力傳感器，降低系統(tǒng)成本并提高椅子使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明智能椅座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是撐板與椅座底板配合的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是支撐板與椅座底板配合的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明智能硬件單元結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明的智能座椅中姿態(tài)傳感器工作原理示意圖；

圖6是本發(fā)明卡爾曼濾波原理示意圖；

圖7是本發(fā)明智能交互系統(tǒng)工作流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1、椅座底板；2、智能硬件單元；3、座椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)；4、支撐板；5、中心支點(diǎn)；6、側(cè)板；7、間隙；8、安裝槽；9、走線孔；10、軟墊；11、支撐腳；12、螺絲安裝孔；21-姿態(tài)傳感器；22-壓力傳感器；23-微處理器模塊；24-存儲(chǔ)模塊；25-供電模塊；26-音頻發(fā)生模塊；27-閾值設(shè)置模塊；28-無(wú)線通信模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，附圖中所示各零部件是示意性而非限制性的，各特征未按比例畫(huà)出。

實(shí)施例

實(shí)施例1：如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能座椅，包括軟墊10、椅座底板1、座椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)3和智能硬件單元2，智能硬件單元2安裝于支撐板4的中央位置的安裝槽8中，如圖2所示，支撐板4位于椅座底板1上，支撐板4包括中心支點(diǎn)5及沿中心支點(diǎn)5周向傾斜向上延伸的側(cè)板6，側(cè)板6與椅座底板1之間有間隙7，支撐板4通過(guò)螺絲與椅座底板1固定，螺絲安置于螺絲安裝孔12中，8為安裝槽，用于安裝智能硬件單元2，安裝槽8底部設(shè)有走線孔9。

人體坐在座椅上時(shí)，臀部接觸椅座后方，椅座后方承受較大壓力，因此，支撐板很容易向后傾斜，即便人體正坐時(shí)也是如此，因此這就給姿態(tài)判斷帶來(lái)了干擾，為了進(jìn)一步提高姿態(tài)傳感準(zhǔn)確性，使支撐板在人體真正產(chǎn)生姿態(tài)變化時(shí)才會(huì)跟隨產(chǎn)生相應(yīng)變化；如圖3所示，在支撐板4的靠近椅座底板1后端的側(cè)板上設(shè)有支撐腳11，所述的支撐腳11與椅座底板1相接觸。由此，當(dāng)人體正坐時(shí)，支撐板由于有支撐腳的支撐，基本處于水平狀態(tài)，姿態(tài)傳感器不會(huì)受到干擾，而當(dāng)人體向后仰時(shí)，會(huì)向后施加一個(gè)更大的力，會(huì)給座椅姿態(tài)以及支撐板姿態(tài)帶來(lái)變化，使姿態(tài)傳感器能夠準(zhǔn)確的感應(yīng)。

如圖4所示，智能硬件單元2包括姿態(tài)傳感器21、壓力傳感器22、微處理器模塊23、存儲(chǔ)模塊24、供電模塊25、音頻發(fā)生模塊26、閾值設(shè)置模塊27和無(wú)線通信模塊28。

側(cè)板6并非單純指代一塊板，如果支撐板4是空心的，側(cè)板表示為構(gòu)成支撐板4的側(cè)部板材；如果支撐板4是實(shí)心的，因支撐板4下表面周向?yàn)閮A斜設(shè)置的，因此側(cè)板6可以指代支撐板4的下表面或側(cè)面。

智能座椅處于監(jiān)聽(tīng)模式，當(dāng)有使用者使用時(shí)，壓力傳感器22檢測(cè)到使用者接觸軟墊10時(shí)的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即壓力傳感信號(hào)，微處理器模塊23檢測(cè)到壓力傳感信號(hào)，切換至工作模式，否則，則判斷無(wú)使用者坐在座椅上，保持監(jiān)聽(tīng)模式。姿態(tài)傳感器21檢測(cè)到座椅姿態(tài)變化并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，如圖5所示，以智能椅座中心位置為原點(diǎn)，建立坐標(biāo)系xyz，姿態(tài)傳感器21中的加速度計(jì)測(cè)量出xyz三個(gè)軸方向上的加速度值(ax，ay，az)，取正值時(shí)為沿坐標(biāo)軸正向，取負(fù)值時(shí)為沿坐標(biāo)軸負(fù)向，姿態(tài)傳感器21中的陀螺儀測(cè)量出xyz三個(gè)軸方向上的角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)，取正值為順時(shí)針?lè)较?，取?fù)值為逆時(shí)針?lè)较?，微處理器模塊23對(duì)加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算過(guò)程如下：

對(duì)加速度值(ax，ay，ax)進(jìn)行分解，分別得到

前后俯仰角度：

左右翻滾角度：

對(duì)角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)中的gyr_z進(jìn)行積分，得到旋轉(zhuǎn)角度λ0；

即獲得姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0，且如圖5所示，方向沿圖5中箭頭所示方向?yàn)檎?，即?角度后仰方向?yàn)檎担?imgfile="bsa0000134645630000101.gif"wi="47"he="43"img-content="drawing"img-format="gif"orientation="portrait"inline="no"/>角度右傾方向?yàn)檎?，?角度順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎怠?/p>

由于測(cè)量所在的地理區(qū)域不同，震動(dòng)或者環(huán)境溫度不同，姿態(tài)傳感器21檢測(cè)到的加速度值和角速度值與真實(shí)值存在一定偏差，因此計(jì)算得到的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)存在一定的偏差，輸出的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)包含了大量的噪音，因此，需要在噪聲中提取信號(hào)，即需要尋找一種有最佳線性過(guò)濾特性的濾波器，該濾波器在信號(hào)與噪聲同時(shí)輸入時(shí)，在輸出端能將信號(hào)盡可能精確地重現(xiàn)出來(lái)，而噪聲卻受到最大抑制。本實(shí)施例中采用卡爾曼濾波器，卡爾曼濾波器是用于時(shí)變線性系統(tǒng)的遞歸濾波器，這個(gè)系統(tǒng)可用包含正交狀態(tài)變量的微分方程模型來(lái)描述，這種濾波器是將過(guò)去的測(cè)量估計(jì)誤差合并到新的測(cè)量誤差中來(lái)估計(jì)將來(lái)的誤差，通過(guò)系統(tǒng)輸入輸出觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)?？柭鼮V波器工作原理如圖6所示，具體過(guò)程如下所示：

卡爾曼濾波器可以用一個(gè)線性隨機(jī)微分方程來(lái)表示：

x(k)＝ax(k-1)+bu(k)+w(k)(3)

系統(tǒng)測(cè)量值用方程表示為：

z(k)＝hx(k)+v(k)(4)

其中，x(k)是k時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，u(k)是k時(shí)刻對(duì)系統(tǒng)的控制量，a和b是系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)于多模型系統(tǒng)，他們?yōu)榫仃?，z(k)是k時(shí)刻的測(cè)量值，h是測(cè)量系統(tǒng)的參數(shù)，對(duì)于多測(cè)量系統(tǒng)，h為矩陣，w(k)和v(k)分別表示過(guò)程和測(cè)量的噪聲，他們被假設(shè)成高斯白噪聲，他們的協(xié)方差分別是q，r，且假設(shè)他們不隨系統(tǒng)狀態(tài)變化而變化。

卡爾曼濾波器系統(tǒng)工作過(guò)程如下：

現(xiàn)在系統(tǒng)狀態(tài)是k，根據(jù)系統(tǒng)的模型，可以基于系統(tǒng)的上一狀態(tài)而預(yù)測(cè)出現(xiàn)在狀態(tài)：

x(k|k-1)＝ax(k-1|k-1)+bu(k)(5)

式(5)中，x(k|k-1)是利用上一狀態(tài)預(yù)測(cè)的結(jié)果，x(k-1|k-1)是上一狀態(tài)最優(yōu)的結(jié)果，u(k)為現(xiàn)在狀態(tài)的控制量，由于沒(méi)有控制量，該值為0。

用p表示協(xié)方差：

p(k|k-1)＝ap(k-1|k-1)a’+q(6)

式(6)中，p(k|k-1)是x(k|k-1)對(duì)應(yīng)的協(xié)方差，p(k-1|k-1)是x(k-1|k-1)對(duì)應(yīng)的協(xié)方差，a’表示a的轉(zhuǎn)置矩陣，q是系統(tǒng)過(guò)程的協(xié)方差。式(5)、(6)即為卡爾曼濾波器中對(duì)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)。

下一步，結(jié)合預(yù)測(cè)值和測(cè)量值，得到現(xiàn)在狀態(tài)(k)的最優(yōu)化估算值x(k|k)：

x(k|k)＝x(k|k-1)+kg(k)(z(k)-hx(k|k-1))(7)

其中kg為卡爾曼增益：

kg(k)＝p(k|k-1)h’/(hp(k|k-1)h’+r)(8)

由式(7)即得到了k狀態(tài)下最優(yōu)的估算值x(k|k)，下一步更新k狀態(tài)下x(k|k)的協(xié)方差：

p(k|k)＝(i-kg(k)h)p(k|k-1)(9)

其中i為1的矩陣，由于模型為單測(cè)量，i＝1。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入k+1狀態(tài)時(shí)，p(k|k)就是式(6)的p(k-1|k-1)，即通過(guò)自回歸運(yùn)算實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更新過(guò)程。

本實(shí)施例中，假設(shè)測(cè)量值是均勻變化，從微觀上看，在短時(shí)間內(nèi)前后一致，且沒(méi)有任何人為的控制，所以a＝1，因?yàn)闆](méi)有控制量，所以u(píng)(k)＝0，傳感器測(cè)量輸出的數(shù)據(jù)受溫度或者搖擺的影響，產(chǎn)生的噪音是個(gè)總和為0的高斯白噪聲，所以h＝1，因此，卡爾曼濾波器系統(tǒng)工作過(guò)程方程可簡(jiǎn)化為如下形式：

x(k|k-1)＝x(k-1|k-1)(10)

p(k|k-1)＝p(k-1|k-1)+q(11)

x(k|k)＝x(k|k-1)+kg(k)(z(k)-x(k|k-1))(12)

kg(k)＝p(k|k-1)/(p(k|k-1)+r)(13)

p(k|k)＝(1-kg(k))p(k|k-1)(14)

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入k+1狀態(tài)時(shí)，p(k|k)即為式(11)中的p(k-1|k-1)，，即通過(guò)自回歸運(yùn)算實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更新過(guò)程。

本實(shí)施例中，輸入卡爾曼濾波器的輸入信號(hào)為姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0，輸出為經(jīng)過(guò)去噪處理的穩(wěn)定的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω、和λ。智能座椅按一定的時(shí)間間隔檢測(cè)座椅姿態(tài)變化，本實(shí)施例中，選取5分鐘為一個(gè)時(shí)間間隔，時(shí)間間隔前一時(shí)刻檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)去噪后的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)為ω0、和λ0，時(shí)間間隔后一時(shí)刻檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)去噪后的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)為ω1、和λ1，存儲(chǔ)模塊中預(yù)先存儲(chǔ)或使用者通過(guò)閾值設(shè)置模塊設(shè)定的角度閾值為ωth、和λth，表示存儲(chǔ)模塊中預(yù)先存儲(chǔ)或使用者通過(guò)閾值設(shè)置模塊27設(shè)定的斜前方角判斷角度閾值，角度閾值均為正值，微處理器模塊23將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)，進(jìn)一步的，微處理器模塊23將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值或使用者通過(guò)閾值設(shè)置模塊設(shè)定的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息，該閾值為基于統(tǒng)計(jì)學(xué)建立，具體判別過(guò)程如下：

(1)左傾姿態(tài)

①左傾判斷

判斷條件成立時(shí)，判斷使用者有左傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向左傾斜，姿態(tài)信息為左傾。

②左傾幅度判斷

判斷條件成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微左傾；

判斷條件成立的時(shí)候，使用者坐姿為大幅度左傾。

(2)右傾姿態(tài)

①右傾判斷

判斷條件成立的時(shí)候，判斷使用者有右傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向右傾斜，姿態(tài)信息為右傾。

②右傾幅度判斷

判斷條件成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微右傾；

判斷條件成立的時(shí)候使用者坐姿為大幅度右傾。

(3)前傾姿態(tài)

①前傾判斷

判斷條件ω1＜0，并且成立的時(shí)候，判斷使用者有前傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向前傾斜，姿態(tài)信息為前傾。

②前傾幅度判斷

判斷條件0＞ω1＞-ωth成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微前傾；

判斷條件ω1≤-ωth成立的時(shí)候使用者坐姿為大幅度前傾。

(4)后仰姿態(tài)

①后仰判斷

判斷條件ω1＞0成立的時(shí)候，判斷使用者有后仰的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向后仰臥，姿態(tài)信息為后仰。

②后仰幅度判斷

判斷條件0＜ω1＜ωth成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微后仰；

判斷條件ω1≥ωth成立的時(shí)候，使用者坐姿為大幅度后仰。

(5)左旋轉(zhuǎn)姿態(tài)

①左旋轉(zhuǎn)判斷

判斷條件λ1＜λ0成立的時(shí)候，判斷使用者有左旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向左旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)信息為左旋轉(zhuǎn)。

②左旋轉(zhuǎn)幅度判斷

判斷條件λ1＜λ0且|λ1-λ0|＜λth成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微左旋轉(zhuǎn)；

判斷條件λ1＜λ0且|λ1-λ0≥λth成立的時(shí)候，使用者坐姿為大幅度左旋轉(zhuǎn)。

(6)右旋轉(zhuǎn)姿態(tài)

①右旋轉(zhuǎn)判斷

判斷條件λ1＞λ0成立的時(shí)候，判斷使用者有右旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向右旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)信息為右旋轉(zhuǎn)。

②右旋轉(zhuǎn)幅度判斷

判斷條件λ1＞λ0且|λ1-λ0|＜λth成立的時(shí)候，使用者坐姿為略微右旋轉(zhuǎn)；

判斷條件λ1＞λ0且|λ1-λ0|≥λth成立的時(shí)候，使用者坐姿為大幅度右旋轉(zhuǎn)。

(7)斜向傾斜姿態(tài)

當(dāng)或者時(shí)候，做出如下二次判斷：

判斷條件ω1＜0，并且成立的時(shí)候，判斷使用者有左前傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向左前斜方向傾斜，姿態(tài)信息為左前傾；

判斷條件ω1＜0，并且成立的時(shí)候，判斷使用者有右前傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向右前斜方向傾斜，姿態(tài)信息為右前傾；

判斷條件ω1＞0，并且成立的時(shí)候，判斷使用者有左前傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向左后斜方向傾斜，姿態(tài)信息為左后傾；

判斷條件ω1＞0，并且成立的時(shí)候，判斷使用者有右前傾的趨勢(shì)，判斷為使用者坐姿正在向右后斜方向傾斜，姿態(tài)信息為右后傾。

(8)就坐姿態(tài)

智能座椅處于監(jiān)聽(tīng)模式，當(dāng)有使用者使用時(shí)，壓力傳感器22檢測(cè)到使用者接觸軟墊10時(shí)的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即壓力傳感信號(hào)，微處理器模塊23檢測(cè)到壓力傳感信號(hào)，切換至工作模式，判定為就坐。

微處理器模塊23將姿態(tài)信息與存儲(chǔ)模塊24中已經(jīng)預(yù)存的姿態(tài)信息比對(duì)，若一致，且坐姿保持時(shí)間大于等于存儲(chǔ)模塊中已經(jīng)預(yù)存的或通過(guò)閾值設(shè)置模塊27設(shè)定的時(shí)間閾值，微處理器模塊23向音頻發(fā)生模塊26發(fā)出控制信號(hào)，本實(shí)施例中，時(shí)間閾值設(shè)定為20分鐘，音頻發(fā)生模塊26根據(jù)控制信號(hào)發(fā)出健康狀態(tài)聲音信息提示，若使用者保持前傾坐姿超過(guò)20分鐘，則提示使用者久坐未活動(dòng)，若使用者保持左前傾坐姿超過(guò)20分鐘，則提示使用者坐姿不良。

實(shí)施例2：

一種基于姿態(tài)識(shí)別的智能交互系統(tǒng)，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，本實(shí)施例包括實(shí)施例1中的基于姿態(tài)識(shí)別的智能椅座以及與其無(wú)線通信的智能設(shè)備，可通信的智能設(shè)備還包括狀態(tài)選擇模塊，用于選擇微處理器模塊所處工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括健康提醒狀態(tài)、辦公提醒狀態(tài)和游戲操作狀態(tài)，其中，可通信的智能設(shè)備為智能手機(jī)、平板電腦、pc或vr設(shè)備中的任意一種。

具體工作流程如圖7所示，智能座椅處于監(jiān)聽(tīng)模式，當(dāng)有使用者使用時(shí)，壓力傳感器22檢測(cè)到使用者接觸軟墊10時(shí)的壓力，并將該壓力轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即壓力傳感信號(hào)，微處理器模塊23檢測(cè)到壓力傳感信號(hào)，切換至工作模式，否則，則判斷無(wú)使用者坐在座椅上，保持監(jiān)聽(tīng)模式。姿態(tài)傳感器21檢測(cè)座椅姿態(tài)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)，微處理器模塊23對(duì)加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)進(jìn)行計(jì)算，獲得姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0，使用卡爾曼濾波器對(duì)姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0進(jìn)行去噪，得到的穩(wěn)定的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω、和λ。微處理器模塊將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)，進(jìn)一步的，微處理器模塊23將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值或使用者通過(guò)閾值設(shè)置模塊設(shè)定的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息，該閾值為基于統(tǒng)計(jì)學(xué)建立，具體判別過(guò)程與實(shí)施例1中相同。

無(wú)線通信模塊28將該姿態(tài)信息發(fā)送到智能設(shè)備，智能設(shè)備通過(guò)狀態(tài)選擇模塊切換工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括健康提醒狀態(tài)、辦公提醒狀態(tài)和游戲操作狀態(tài)，智能設(shè)備根據(jù)姿態(tài)信息和工作狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)操作?；蛘撸瑹o(wú)線通信模塊28將加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)發(fā)送到智能設(shè)備，智能設(shè)備對(duì)加速度值(ax，ay，az)和角速度值(gyr_x，gyr_y，gyr_z)進(jìn)行計(jì)算，獲得姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0，使用卡爾曼濾波器對(duì)姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω0、和λ0進(jìn)行去噪，得到的穩(wěn)定的姿態(tài)角度數(shù)據(jù)ω、和λ。智能設(shè)備將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與表示前后水平狀態(tài)、左右水平狀態(tài)的數(shù)值0以及上一次獲取的旋轉(zhuǎn)角度值做比較得出當(dāng)前姿態(tài)，進(jìn)一步的，智能設(shè)備將穩(wěn)定的角度數(shù)據(jù)與存儲(chǔ)模塊中預(yù)設(shè)的角度閾值或使用者通過(guò)閾值設(shè)置模塊設(shè)定的角度閾值進(jìn)行對(duì)照，輸出不同幅度的相應(yīng)姿態(tài)信息，該閾值為基于統(tǒng)計(jì)學(xué)建立，具體判別過(guò)程與實(shí)施例1中相同，智能設(shè)備通過(guò)狀態(tài)選擇模塊切換工作狀態(tài)，工作狀態(tài)包括健康提醒狀態(tài)、辦公提醒狀態(tài)和游戲操作狀態(tài)，智能設(shè)備根據(jù)姿態(tài)信息和工作狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)操作。

若智能設(shè)備處于健康提醒狀態(tài)，則智能設(shè)備將姿態(tài)信息與存儲(chǔ)模塊中的姿態(tài)信息對(duì)比，若一致，且坐姿保持時(shí)間大于等于存儲(chǔ)模塊中預(yù)存的時(shí)間閾值，則發(fā)出健康提醒；若智能設(shè)備處于辦公提醒狀態(tài)，則智能設(shè)備將姿態(tài)信息與存儲(chǔ)模塊中的姿態(tài)信息比對(duì)，若一致，則提取出姿態(tài)信息對(duì)應(yīng)的辦公信息，如姿態(tài)信息為就坐，則顯示商務(wù)信息，姿態(tài)信息為后仰，則顯示生活服務(wù)信息，姿態(tài)信息為前傾，則啟動(dòng)商務(wù)辦公信息監(jiān)測(cè)；若智能設(shè)備處于游戲操作狀態(tài)，則智能設(shè)備將姿態(tài)信息與存儲(chǔ)模塊中姿態(tài)信息比對(duì)，若一致，則提取出姿態(tài)信息對(duì)應(yīng)的游戲操作指令，如姿態(tài)信息為略微左傾或略微右傾，則控制游戲道具左移或右移，若姿態(tài)信息為大幅度左傾或大幅度右傾，則控制人物左移或右移，若姿態(tài)信息為前傾，則控制游戲人物下蹲，若姿態(tài)信息為后仰，則控制游戲人物起跳。

以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的說(shuō)明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。