2024年1月18日发(作者：练朝旭)
前沿视野
智能坐姿矫正背带研究与开发文/张锡江 胥颖 姜忠贵 陆丹丹 余立新 田芬在当今时代，科技的发展正推动着产品前行，很多以前只能在电影中出现的科技，如今已悄然进入到生活中，它正在悄悄地改变产品的生活。有些智能产品都是为了某一类人的共同特点而设计的，比如老年手环、儿童手环，智能手表等。现在但是也有一些家长因工作繁忙，没有及时教育孩子。因此，孩子在学习的过程中，坐姿矫正背带的研究和设计，为大多数坐姿有问题的人提供帮助。64对于大多数家庭来说，孩子是他们的精神支柱，儿童阶段正处于身体发展的关键期，没有养成良好的行为习惯，比如坐姿错误而导致的驼背。针对这一问题，本智能
前沿视野
市场需求由于消费市场不断更新，智能坐姿矫正背带产生了多种多样的智能产品，在需求多样化的大环境下，矫正器设计也应该跟随新需求而变化。人工智能已经开始普及，以前的产品对人来说可能只是一个工具，现在随着科技的发展变化，产品已经逐渐和人的生活风格之间产生不可分割的联系，产品设计也就越来越离不开新科技和新技术的发展，且设计更加人性化，按照人的喜好、想象和期望来为人服务。无论在什么产品类型的设计，不同于单单对某个产品进行设计，而是对产品进行多功能化、简洁方便化发展，把产品与互联网相互紧密联系，使产品设计更早融入智能化发展，这样在国际市场中才能占主导地位，产品才有竞争力。致对智能手机过度沉迷。儿童的生活大多数都是在学校度过的，需要长时间坐在课桌椅上学习，有些回到家的儿童还是低着头玩手机，所以这就很难保证孩子可以养成良好的坐姿习惯。研究方法
通过扎实的物联网理论知识，共同分析设计的重点和难点，从产品的本身特点出发，结合超声波和蜂鸣器，从穿戴者的角度去分析背带的特点。一是资料分析法，结合设计的研究点出发，收集了不同年龄阶段学生的坐姿特征资料，进行了总结与评价；二是问卷调查法，发放了关于智能坐姿矫正背带的使用体验问卷，随机选择了不同年龄段地学生进行访问与调查，总结；三是分析归纳法，根据收集的资料和调查的问卷，提出设计的总结要点。研究意义主要的研究点都是在于中小学生的生理和心理的发展。众所周知，不良的坐姿会导致脊柱侧弯，长时间会出现轻微的移位，从而影响身体的发展。通过Arduino开发板的强大功能，实现超声波、蜂鸣器等相互结合。通过C语言对开发板进行程序设计，根据人体特征进行设计，在正确的坐姿下，超声波在设定的距离范围内通过阻挡物反射并接收数据发送到开发板。当坐姿不正确时，超声波反射后接收到的数据会大于设定的值，开发板接收到超声波传回的坐姿不正确，达到及时提示使用者坐姿不正确并及时矫正的效果。很明显，当代社会学生课业繁重以及沉迷手机的现象，都使他们不得不坐在椅子上，因此难免会形成驼背的现象。根据学生的发展和需求进行设计和分析，其目的就是让青少年形成良好的坐姿习惯。研究概述研究现状目前，国外很多地区如澳大利亚、加拿大、日本、韩国等都成为了植入式脊柱矫正器械的新兴市场。随着生物工程技术突飞猛进的发展，国外各个国家都在研究医疗器械。对于驼背现象的问题，他们把人们剧烈运动、高山滑雪、山地自行车导致的脊柱受伤归为一类，通过运用相似的原理，对这类问题做出较方便实用的矫正设备。国内的研究还正处于发展阶段，正在不断探索新的突破点。对于许多身形矫正设备，在各大平台都已经开始向广大市场销售了。在当代科技发达的环境下，处于学龄期的儿童思想都是很超前的，他们从小就学会了怎么使用智能手机，也导65
前沿视野
产品特点产品理念大多数的坐姿矫正产品都是通过物理外力的作用或是通过某种技术监测，通过视觉、听觉或是触感等刺激使用者，使其达到正确的坐姿状态。通常采用的技术有基于红外线距离检测技术、视频监测等技术。根据坐姿矫正产品的用途，可分为医疗类和非医疗类两大产品。医疗类的坐姿矫正器一般针对错误坐姿形成，并造成脊椎、腰椎的变形问题，通过个人意识不能达到为正常人体腰椎状态，需要专业的医疗技术，如脊椎牵引等；非医疗坐姿矫正产品，主要用于人们的日常生活中，通过相关技术手段，如按照感性工学设计的防近视座椅等，纠正人们错误坐姿的产品。本设计主要作用为第二种，通过物理原理学和人工智能学原理，两者相互结合，最终生成的产品。由于该产品的设计具有人工智能性，且产品主要针对于大多数坐姿上和形体上有问题的人群，所以该产品就叫做智能坐姿矫正背带。适用人群产品介绍：轻巧方便，就像穿衣服一样，智能感应，迅速反应，戴上它就像有人时刻提醒你抬头挺胸，超级简单没负担，办公学习时顺便矫正驼背，有可调式绑带，无支撑板，对身体丝毫无伤害，可以放心使用。产品功效：成年人、儿童起到坐姿塑性，矫正驼背，预防近视等。适用人群：广泛适用于儿童和广大青年等畸形驼背者。产品优点一是体积小，轻便易于背带。二是加入了智能芯片设计，在使用过程中能够及时、准确地提醒使用者，一旦使用者的坐姿不正确，就会立即触发蜂鸣器使其发出报警声，直到使用者调整正确的坐姿下报警才会自动停止。使用步骤第一步，将驼背矫正带穿戴在身上，调整到合适的长度。第二步，插上外接电源。第三步，检查报警器是否设置正常，当带上它姿势不正确时，会发出“嘟嘟”的响声来提醒。设计细节一般的产品束缚感强烈，如果没有紧绷感或拉力不足，效果就不那么明显。这也就是为什么很多父母强制让孩子穿戴，但是很多孩子排斥的原因。戴的时候有用，不戴就恢复原形，因为有强烈的拉力，所以戴久了，肌肉就产生依赖性，丧失掉了主动出力的功能，所以如果脱掉，拉力感小时，驼背就会更严重，肩部和颈部不出力，其他部位出现了代偿。产品的设计是智能感应式的，因为人们在日常生活中总是遗忘姿态，所以就要智能坐姿矫正器去协助重建，变化通过一些传感器和警报器，检测姿态变化，只要发现姿势不良就会震动提醒，弥补了人们会经常忽略姿势的痛点。产品的设计是主动式的矫正，不是利用外力强硬让姿势改变，而是主动改变身姿，久而久之让肌肉形成记忆，让正身姿成为“下意识”。声音小震动幅度不大，内设有驼背提醒：66
前沿视野
内置有多种传感器随时进行监控，达到驼背的姿态幅度过大就迅速检测到，并发出警觉性提示音，可以精准记录姿势，背部角度精准捕捉产品的体态变化，及时震动提醒，驼背弯曲超过25°时，自动感应震动提醒。在使用的过程中则更为舒适，主动式矫正很有效。产品的设计产品在穿戴时贴合人体身体曲线,穿戴舒适。产品设计物理层矫正原理。在上面介绍中产品说到，坐姿矫正器一般使通过物理外力牵引使用者，而在本设计作品中也使用了物理层上的作用，主要是因为对于坐姿和体形有问题的人来说使用物理外力和智能相结合，能达到矫正的最佳效果。本设计作品采用物理背带和基于Arduino原理相结合，实现物理与智能相结合，使产品达达到更佳的矫正效果。在物理层上，采用布条作为其原料，根据人体学，裁剪出相关的尺寸大小，同时还设计了目前市场上通用的魔术贴调节其大小，可根据不同的使用者体型进行调节，达到符合大多数使用者的佩戴要求。同时，使用布条作为物理层的优点是不会给使用者造成皮肤伤害和佩戴负担。我们知道，使用坐姿矫正设备的人多多少少会有一些脊椎问题，如果选材上采用质地坚硬的物品，不仅会使佩戴者体验效果差，而且还会给佩戴者脊椎造成第二次伤害，而布条作为产品物理层，其质地柔软，就很好地解决了这一系列问题，故布条可作为矫正器的物理层做好的选择。产品主要设计为背带式的智能矫正背带，背带所使用的材质主要为布条加海绵的设计，起到了长时间使用不会对人体造成伤害的理念，固定方式采用了便于穿戴的魔术贴方式，使每位使用者都能简单易懂，不会给使用者造成使用负担。产品的主要器件采用塑料外壳，其固定在背带上，外壳正面设置有指示灯显示位置，蜂鸣器发声位置，下侧面为供电接口，上侧面为超声波传感器放置位置。在背带上方，设置一块长为85cm,宽为50cm的信号反射墙，用于使用者在正确坐姿下的超声波接收其反馈的信息。产品硬件在产品程序设计中，首先定义超声波的输入和输出引脚,T和E,分别为5号引脚和4号引脚。然后在定义蜂鸣器的信号引脚F为2号引脚。接着，产品再通过超声波测距转换就能在串口上显示出超声波与前面物体之间的距离,并通过实验测定好的最佳距离反馈给蜂鸣器，使其在低电平时触发，高电平时则不触发，这样就达到产品的效果了。产品的主要芯片为Arduino主体单元芯片，传感器作为辅助器件，利用Arduino单片机实现数据处理并反馈,由Arduino汇编语言来进行项目的设计，并通过Arduino开发板的强大功能，实现超声波传感器、蜂鸣器等相互组合。由C语言对开发板进行程序设计，根据人体学设计，在正确的坐姿下，超声波在设定的距离范围内通过反射信号强反射数据并接收数据发送到开发板，最终由开发板进行数据处理，再发送数据给蜂鸣器。在这次设计中，用的传感器有超声波传感器、蜂鸣器，这两款传感器都是Arduino开发板在开发中常用的两款传感器。蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号；超声波传感器是将超声波信号转换成其它电信号的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。通过设置信号反射强是超声波传感器在规范坐姿下发送数据反馈给Arduino,根据研究实验，在不正确的坐姿下，通过设置好的信号反射墙不会接收到超声波的信号，从而超声波传回Arduino的信号距离大于产品所设置的距离，这个时候，Arduino通过所设置的程序判断出该时刻使用着处于不良坐姿下，从而把信号值发送给蜂鸣器，达到坐姿矫正的目的。产品软件在这次设计中，使用的传感器有超声波传感器和蜂鸣器，这两款传感器都是Arduino开发板在开发中常用的两款传感器。蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号；超声波传感器是将超声波信号转换成其它电信号的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。通过设置信号反射强是超声波传感器在规范坐姿下发送数据反馈给Arduino,根据研究实验，在不正确的坐姿下，通过设置好的信号反射墙不会接收到超声波的信号，从而超声波传回Arduino的信号距离大于产品所设置的距离，这个时候，Arduino通过所设置的程序判断出该时刻使用着处于不良坐姿下，从而把信号值发送给蜂鸣器，达到坐姿矫正的目的。在当今社会中，由于工作和学习需要长时间久坐，因此，坐姿不正确的习惯导致身形出现问题的人越来越多，几乎每个年龄段的人群都会多多少少存在上述问题。因此，身形矫正设备有必要出现在人们的生活中，而智能坐姿矫正器的研究与开发，标志着社会的进步和产品的更新，这相对于传统矫正设备更具有市场性和需求性。（本文作者为兴义民族师范学院研究员）注：本文基金项目为兴义民族师范学院大学生创新创业训练计划资助，项目名称：贵州省大学生创新创业训练项目智能坐姿矫正背带研究与开发项目。（项目编号：S2）67
2024年1月18日发(作者：练朝旭)
前沿视野
智能坐姿矫正背带研究与开发文/张锡江 胥颖 姜忠贵 陆丹丹 余立新 田芬在当今时代，科技的发展正推动着产品前行，很多以前只能在电影中出现的科技，如今已悄然进入到生活中，它正在悄悄地改变产品的生活。有些智能产品都是为了某一类人的共同特点而设计的，比如老年手环、儿童手环，智能手表等。现在但是也有一些家长因工作繁忙，没有及时教育孩子。因此，孩子在学习的过程中，坐姿矫正背带的研究和设计，为大多数坐姿有问题的人提供帮助。64对于大多数家庭来说，孩子是他们的精神支柱，儿童阶段正处于身体发展的关键期，没有养成良好的行为习惯，比如坐姿错误而导致的驼背。针对这一问题，本智能
前沿视野
市场需求由于消费市场不断更新，智能坐姿矫正背带产生了多种多样的智能产品，在需求多样化的大环境下，矫正器设计也应该跟随新需求而变化。人工智能已经开始普及，以前的产品对人来说可能只是一个工具，现在随着科技的发展变化，产品已经逐渐和人的生活风格之间产生不可分割的联系，产品设计也就越来越离不开新科技和新技术的发展，且设计更加人性化，按照人的喜好、想象和期望来为人服务。无论在什么产品类型的设计，不同于单单对某个产品进行设计，而是对产品进行多功能化、简洁方便化发展，把产品与互联网相互紧密联系，使产品设计更早融入智能化发展，这样在国际市场中才能占主导地位，产品才有竞争力。致对智能手机过度沉迷。儿童的生活大多数都是在学校度过的，需要长时间坐在课桌椅上学习，有些回到家的儿童还是低着头玩手机，所以这就很难保证孩子可以养成良好的坐姿习惯。研究方法
通过扎实的物联网理论知识，共同分析设计的重点和难点，从产品的本身特点出发，结合超声波和蜂鸣器，从穿戴者的角度去分析背带的特点。一是资料分析法，结合设计的研究点出发，收集了不同年龄阶段学生的坐姿特征资料，进行了总结与评价；二是问卷调查法，发放了关于智能坐姿矫正背带的使用体验问卷，随机选择了不同年龄段地学生进行访问与调查，总结；三是分析归纳法，根据收集的资料和调查的问卷，提出设计的总结要点。研究意义主要的研究点都是在于中小学生的生理和心理的发展。众所周知，不良的坐姿会导致脊柱侧弯，长时间会出现轻微的移位，从而影响身体的发展。通过Arduino开发板的强大功能，实现超声波、蜂鸣器等相互结合。通过C语言对开发板进行程序设计，根据人体特征进行设计，在正确的坐姿下，超声波在设定的距离范围内通过阻挡物反射并接收数据发送到开发板。当坐姿不正确时，超声波反射后接收到的数据会大于设定的值，开发板接收到超声波传回的坐姿不正确，达到及时提示使用者坐姿不正确并及时矫正的效果。很明显，当代社会学生课业繁重以及沉迷手机的现象，都使他们不得不坐在椅子上，因此难免会形成驼背的现象。根据学生的发展和需求进行设计和分析，其目的就是让青少年形成良好的坐姿习惯。研究概述研究现状目前，国外很多地区如澳大利亚、加拿大、日本、韩国等都成为了植入式脊柱矫正器械的新兴市场。随着生物工程技术突飞猛进的发展，国外各个国家都在研究医疗器械。对于驼背现象的问题，他们把人们剧烈运动、高山滑雪、山地自行车导致的脊柱受伤归为一类，通过运用相似的原理，对这类问题做出较方便实用的矫正设备。国内的研究还正处于发展阶段，正在不断探索新的突破点。对于许多身形矫正设备，在各大平台都已经开始向广大市场销售了。在当代科技发达的环境下，处于学龄期的儿童思想都是很超前的，他们从小就学会了怎么使用智能手机，也导65
前沿视野
产品特点产品理念大多数的坐姿矫正产品都是通过物理外力的作用或是通过某种技术监测，通过视觉、听觉或是触感等刺激使用者，使其达到正确的坐姿状态。通常采用的技术有基于红外线距离检测技术、视频监测等技术。根据坐姿矫正产品的用途，可分为医疗类和非医疗类两大产品。医疗类的坐姿矫正器一般针对错误坐姿形成，并造成脊椎、腰椎的变形问题，通过个人意识不能达到为正常人体腰椎状态，需要专业的医疗技术，如脊椎牵引等；非医疗坐姿矫正产品，主要用于人们的日常生活中，通过相关技术手段，如按照感性工学设计的防近视座椅等，纠正人们错误坐姿的产品。本设计主要作用为第二种，通过物理原理学和人工智能学原理，两者相互结合，最终生成的产品。由于该产品的设计具有人工智能性，且产品主要针对于大多数坐姿上和形体上有问题的人群，所以该产品就叫做智能坐姿矫正背带。适用人群产品介绍：轻巧方便，就像穿衣服一样，智能感应，迅速反应，戴上它就像有人时刻提醒你抬头挺胸，超级简单没负担，办公学习时顺便矫正驼背，有可调式绑带，无支撑板，对身体丝毫无伤害，可以放心使用。产品功效：成年人、儿童起到坐姿塑性，矫正驼背，预防近视等。适用人群：广泛适用于儿童和广大青年等畸形驼背者。产品优点一是体积小，轻便易于背带。二是加入了智能芯片设计，在使用过程中能够及时、准确地提醒使用者，一旦使用者的坐姿不正确，就会立即触发蜂鸣器使其发出报警声，直到使用者调整正确的坐姿下报警才会自动停止。使用步骤第一步，将驼背矫正带穿戴在身上，调整到合适的长度。第二步，插上外接电源。第三步，检查报警器是否设置正常，当带上它姿势不正确时，会发出“嘟嘟”的响声来提醒。设计细节一般的产品束缚感强烈，如果没有紧绷感或拉力不足，效果就不那么明显。这也就是为什么很多父母强制让孩子穿戴，但是很多孩子排斥的原因。戴的时候有用，不戴就恢复原形，因为有强烈的拉力，所以戴久了，肌肉就产生依赖性，丧失掉了主动出力的功能，所以如果脱掉，拉力感小时，驼背就会更严重，肩部和颈部不出力，其他部位出现了代偿。产品的设计是智能感应式的，因为人们在日常生活中总是遗忘姿态，所以就要智能坐姿矫正器去协助重建，变化通过一些传感器和警报器，检测姿态变化，只要发现姿势不良就会震动提醒，弥补了人们会经常忽略姿势的痛点。产品的设计是主动式的矫正，不是利用外力强硬让姿势改变，而是主动改变身姿，久而久之让肌肉形成记忆，让正身姿成为“下意识”。声音小震动幅度不大，内设有驼背提醒：66
前沿视野
内置有多种传感器随时进行监控，达到驼背的姿态幅度过大就迅速检测到，并发出警觉性提示音，可以精准记录姿势，背部角度精准捕捉产品的体态变化，及时震动提醒，驼背弯曲超过25°时，自动感应震动提醒。在使用的过程中则更为舒适，主动式矫正很有效。产品的设计产品在穿戴时贴合人体身体曲线,穿戴舒适。产品设计物理层矫正原理。在上面介绍中产品说到，坐姿矫正器一般使通过物理外力牵引使用者，而在本设计作品中也使用了物理层上的作用，主要是因为对于坐姿和体形有问题的人来说使用物理外力和智能相结合，能达到矫正的最佳效果。本设计作品采用物理背带和基于Arduino原理相结合，实现物理与智能相结合，使产品达达到更佳的矫正效果。在物理层上，采用布条作为其原料，根据人体学，裁剪出相关的尺寸大小，同时还设计了目前市场上通用的魔术贴调节其大小，可根据不同的使用者体型进行调节，达到符合大多数使用者的佩戴要求。同时，使用布条作为物理层的优点是不会给使用者造成皮肤伤害和佩戴负担。我们知道，使用坐姿矫正设备的人多多少少会有一些脊椎问题，如果选材上采用质地坚硬的物品，不仅会使佩戴者体验效果差，而且还会给佩戴者脊椎造成第二次伤害，而布条作为产品物理层，其质地柔软，就很好地解决了这一系列问题，故布条可作为矫正器的物理层做好的选择。产品主要设计为背带式的智能矫正背带，背带所使用的材质主要为布条加海绵的设计，起到了长时间使用不会对人体造成伤害的理念，固定方式采用了便于穿戴的魔术贴方式，使每位使用者都能简单易懂，不会给使用者造成使用负担。产品的主要器件采用塑料外壳，其固定在背带上，外壳正面设置有指示灯显示位置，蜂鸣器发声位置，下侧面为供电接口，上侧面为超声波传感器放置位置。在背带上方，设置一块长为85cm,宽为50cm的信号反射墙，用于使用者在正确坐姿下的超声波接收其反馈的信息。产品硬件在产品程序设计中，首先定义超声波的输入和输出引脚,T和E,分别为5号引脚和4号引脚。然后在定义蜂鸣器的信号引脚F为2号引脚。接着，产品再通过超声波测距转换就能在串口上显示出超声波与前面物体之间的距离,并通过实验测定好的最佳距离反馈给蜂鸣器，使其在低电平时触发，高电平时则不触发，这样就达到产品的效果了。产品的主要芯片为Arduino主体单元芯片，传感器作为辅助器件，利用Arduino单片机实现数据处理并反馈,由Arduino汇编语言来进行项目的设计，并通过Arduino开发板的强大功能，实现超声波传感器、蜂鸣器等相互组合。由C语言对开发板进行程序设计，根据人体学设计，在正确的坐姿下，超声波在设定的距离范围内通过反射信号强反射数据并接收数据发送到开发板，最终由开发板进行数据处理，再发送数据给蜂鸣器。在这次设计中，用的传感器有超声波传感器、蜂鸣器，这两款传感器都是Arduino开发板在开发中常用的两款传感器。蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号；超声波传感器是将超声波信号转换成其它电信号的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。通过设置信号反射强是超声波传感器在规范坐姿下发送数据反馈给Arduino,根据研究实验，在不正确的坐姿下，通过设置好的信号反射墙不会接收到超声波的信号，从而超声波传回Arduino的信号距离大于产品所设置的距离，这个时候，Arduino通过所设置的程序判断出该时刻使用着处于不良坐姿下，从而把信号值发送给蜂鸣器，达到坐姿矫正的目的。产品软件在这次设计中，使用的传感器有超声波传感器和蜂鸣器，这两款传感器都是Arduino开发板在开发中常用的两款传感器。蜂鸣器是一种将电信号转换为声音信号的器件，常用来产生设备的按键音、报警音等提示信号；超声波传感器是将超声波信号转换成其它电信号的传感器。超声波是振动频率高于20kHz的机械波。通过设置信号反射强是超声波传感器在规范坐姿下发送数据反馈给Arduino,根据研究实验，在不正确的坐姿下，通过设置好的信号反射墙不会接收到超声波的信号，从而超声波传回Arduino的信号距离大于产品所设置的距离，这个时候，Arduino通过所设置的程序判断出该时刻使用着处于不良坐姿下，从而把信号值发送给蜂鸣器，达到坐姿矫正的目的。在当今社会中，由于工作和学习需要长时间久坐，因此，坐姿不正确的习惯导致身形出现问题的人越来越多，几乎每个年龄段的人群都会多多少少存在上述问题。因此，身形矫正设备有必要出现在人们的生活中，而智能坐姿矫正器的研究与开发，标志着社会的进步和产品的更新，这相对于传统矫正设备更具有市场性和需求性。（本文作者为兴义民族师范学院研究员）注：本文基金项目为兴义民族师范学院大学生创新创业训练计划资助，项目名称：贵州省大学生创新创业训练项目智能坐姿矫正背带研究与开发项目。（项目编号：S2）67