[0001] 本发明涉及智能控制技术领域，具体地说，涉及一种具有按摩功能的多功能智能坐垫及控制系统。

[0002] 随着科技的发展和工作方式的转变，越来越多的人选择在家办公或采用灵活的工作安排。这导致了对舒适和健康的办公环境的需求增加，特别是在长时间坐在办公桌前的情况下，同时随着人们对健康和生活质量的关注不断提高，越来越多的人开始重视预防性保健。长时间的不良坐姿可能导致多种健康问题，如腰背疼痛、颈椎疾病、肌肉紧张等。因此，开发设计具有按摩、改善坐姿等功能的坐垫具有十分重要的应用价值。现有技术中，现有的坐垫产品往往缺乏针对个体差异的调整能力，不能满足不同用户的特定需求，因此，设计一种具有按摩功能的多功能智能坐垫及控制系统。

[0071] 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。

[0072] 实施例

[0073] 请参阅图1‑3所示，提供了一种具有按摩功能的多功能智能坐垫，包括底座1、位于底座1上方的坐垫2以及安装于底座1内的智能气压调节部件，智能气压调节部件包括多个呈矩阵式排列的气缸3，每个气缸3上的活塞杆顶端均和坐垫2连接，每个气缸3上均连接有出气管4和进气管5，出气管4位于气缸缸体的顶端位置，进气管5位于气缸缸体的底端位置；

[0074] 还包括位于中心的气源部件8，气源部件8的两端均设有主电磁阀7，气源部件8的两侧均设有多个次电磁阀6，次电磁阀6的个数和气缸3个数一致，每个气缸3上的出气管4和进气管5均连接于与之对应的次电磁阀6上，所有的次电磁阀6并列固定在一起，次电磁阀6和主电磁阀7之间以及主电磁阀7和气源部件8之间均通过两个管道连接在一起，两个管道分别为主进气管和主出气管，

[0075] 气源部件8安装于固定基板9上，气源部件8包括固定于固定基板9上的电机81，电机81的输出轴末端连接有转盘82，转盘82上靠近边缘位置处安装有驱动轴83，驱动轴83插入至椭圆环84内，椭圆环84的两端均连接有活塞连杆85，活塞连杆85的末端连接有活塞86，活塞86密封设于气筒87内；

[0076] 电机81带动转盘82转动，从而带动驱动轴83绕圆周转动，进而能够带动椭圆环84在水平方向上往复式来回移动，最终推动活塞86往复式来回移动，将气筒87内的气体挤压出去或将外部气体抽回至气筒87内，向外挤压的气体会通过主进气管进入至出气管4从而进入到每个气缸3，为气缸3增压使其活塞杆上升，向内抽入的气体会通过主出气管和出气管4将每个气缸3内的气体抽出，达到减压效果，从而实现每个气缸3上的活塞杆的伸出长度的自由调节效果。

[0077] 请参阅图4所示，提供了一种具有按摩功能的多功能智能坐垫的控制系统，包括：

[0078] 压力感应单元01用于利用传感器阵列测量坐垫不同区域的压力值，并将压力值转换为电信号，传输至中央处理器02；当用户坐在坐垫上时，压力感应单元01会开始收集各个传感器点的压力数据，检测坐垫表面的压力分布，根据压力分布监测用户的坐姿，以及是否长时间保持同一姿势，将坐垫的受力数据传输给中央处理器进行处理，根据受力数据判断是否需要调整坐姿；

[0079] 中央处理器02用于接收压力感应单元01的电信号，并将电信号转换为数字信号，并分析坐垫接触面受到压强大小分布，评估用户的坐姿是否正确；

[0080] 中央处理器02具体如下：

[0081] S21、利用数模转换器将电信号转换为数字信号，并整理数据形成一个二维矩阵，每个元素代表一个传感器的压力值；具体如下：

[0082] 换为数字信号：

[0083]

[0084] 其中，D为数字信号值；Vsensor为传感器的输出电压；Vmin为传感器输出电压的最小值；Vmax为传感器输出电压的最大值；N为ADC的位数；

[0085] 已知传感器阵列为m×n，整理每个传感器的数字信号值D，形成一个m×n的二维矩阵M：

[0086] Mij＝Dij

[0087] 其中，Mij为矩阵M中第i行第j列的值；Dij为第i行第j列传感器的数字值；

[0088] 数模转换(ADC)包括采样、量化和编码，模拟信号被采样，即每隔一定的时间间隔记录信号的瞬时值；采样的值被量化为离散的数字值；数字值被编码成二进制形式。

[0089] S22、将整理后的数据映射到一个二维坐标系中，横轴和纵轴分别代表坐垫的宽度和长度；具体如下：

[0090] 已知坐垫的尺寸为W×L，则每个传感器对应的宽度和程度分别为Δw和Δl，对于第i行第j列的传感器，其在坐标系中的位置为：

[0091]

[0092] 其中，(xi，yi)为第i行第j列传感器的坐标位置。j·Δw表示第j列传感器左侧边界距离坐垫左侧的距离；i·Δl表示第i行传感器顶部边界距离坐垫顶部的距离；加上 和是为了让坐标指向传感器的中心而不是边界；

[0093] 这样能够将传感器阵列上的数值与坐垫的物理尺寸对应起来；有了这样的坐标系统，就可以确定每个传感器在坐垫上的确切位置，进而分析坐垫上不同区域的压力分布情况。

[0094] S23、使用颜色或灰度等级表示不同的压力值，创建压力分布图；具体如下：

[0095]

[0096] 其中，C为数字信号值D对应的灰度值；Dmin为数字信号值的最小值；Dmax为数字信号值的最大值；Cmin为颜色级别范围的最小值；Cmax为颜色级别范围的最大值。

[0097] 该公式首先将数字信号值D标准化到[Cmin,Cmax]的范围内，为了确保所有传感器的压力值都能在一个统一的颜色级别范围内表示出来，其中，Cmin和Cmax定义了灰度值的范围，通常是根据视觉效果的需求来选择的，例如Cmin可能是白色(代表压力最小)，而Cmax可能是黑色(代表压力最大)；根据每个传感器的灰度值C，我们可以为每个传感器位置分配一个颜色，然后根据每个传感器位置的灰度值，建立压力分布图，压力较大的区域用较深的颜色表示，而压力较小的区域则用较浅的颜色表示；最终，这些颜色值可以用来创建一个二维图像，该图像直观地展示了坐垫上不同区域的压力分布情况，可以帮助用户和开发者快速理解压力分布的特点，并据此评估坐姿是否正确。

[0098] 在数字信号值D对应的灰度值的公式中引入程度系数X和偏移系数Y进行优化，优化后的表达式为：

[0099]

[0100] 其中，C′为优化后的数字信号值D对应的灰度值；X为介于0和1之间的系数；Y为介于0和Cmax‑Cmin之间的偏移量。

[0101] 其中X控制非线性的程度，而Y用于调整最终输出的偏移量，能够进一步定制灰度值C的映射方式，当X＝1时，我们得到原始的线性映射；如果X>1，那么映射会变得更加非线性，并且对于较大的D值变化会更加敏感；如果X<1，那么映射也会变得更加非线性，但对于较小的D值变化会更加敏感；Y则直接对输出进行偏移，允许我们在[Cmax,Cmin]的基础上增加一个固定的偏移量；

[0102] 为了保证C的值始终位于[Cmax,Cmin]区间内，我们还需要确保Y的取值范围合适，并且对最终的C进行边界检查,可以通过条件判断实现：

[0103] C＝min(max(C,Cmin),Cmax)

[0104] 这里的min和max函数分别用来限制C的最大值和最小值。

[0105] S24、识别压力集中区域并提取压力分布图的关键特征，使用预先训练好的模型评估用户的坐姿是否正确；具体如下：

[0106] 计算最大压力值：

[0107] Pmax＝maxMij

[0108] 其中，Pmax为最大压力值；用于找到整个压力分布图中的最高压力点，这对于识别压力集中区域非常重要，因为压力最大的位置通常是用户坐姿不正确或者坐垫设计不合理的地方

[0109] 计算压力分布的标准差：

[0110]

[0111] 其中，σ为压力分布的标准差； 为所有传感器读数的平均值；标准差越小，表示压力分布越均匀；标准差越大，表示压力分布越不均匀；

[0112] 压力集中区域识别：

[0113]

[0114] 其中，Rij为结果矩阵中的系数；α为阈值系数；

[0115] 决策制定单元03用于根据坐姿评估的结果以及预先设定的正确坐姿的压力分布，确定需要调整的方向和程度，从而生成调整策略指令，并将调整策略指令传输至动作制定单元04；

[0116] 其中，用户能够看到自己的坐姿压力分布与标准的坐姿压力分布；坐姿不标准会有振动提醒，具体为：当用户坐下时，坐垫开始收集压力分布数据，并将其发送到用户手机应用程序中。应用程序会实时显示用户的坐姿压力分布图，并将其与标准坐姿的压力分布图进行比较。如果用户的坐姿不正确，应用程序不仅会显示压力分布图，还会在坐垫内置的振动器中触发振动提醒，引导用户调整坐姿。随着时间的推移，用户会逐渐学会如何调整坐姿以达到最舒适的状态，从而减少健康问题的发生，并提高日常生活和工作的质量，通过这种方式，用户可以获得个性化的坐姿调整建议，并通过即时反馈来不断改进自己的坐姿习惯。

[0117] 决策制定单元03具体如下：

[0118] S31、检查最大压力值是否落在坐垫的中心区域；如果压力最大值偏离中心，则用户的重量没有均匀分布在坐垫上,坐姿不正确；并将标准差与预设阈值进行对比，如果超过阈值，则压力分布不均匀，即用户的坐姿不正确；

[0119] S32、如果坐姿不正确，则调整最大压力位置的方向、调整压力分布的程度和具体的调整量：

[0120] 根据最大压力值Pmax找到最大压力值的位置(imax，jmax)，计算该位置与中心区域的距离：

[0121]

[0122] 其中，dx为最大压力位置在水平方向相对于中心区域的偏移量；dy为最大压力位置在垂直方向相对于中心区域的偏移量；

[0123] 调整压力分布的程度：

[0124] Δσ＝σ‑σthreshold

[0125] 其中，Δσ为压力分布差；σthreshold为预设压力标准差阈值；

[0126] 具体调整量：

[0127] Ax＝k·|dx|

[0128] Ay＝k·|dy|

[0129] 其中，Ax为水平调整量；Ay为垂直调整量；k为第一比例系数；

[0130] Aσ＝k′·|Δσ|

[0131] 其中，Aσ为压力分布标准差的调整量；k′为第二比例系数；

[0132] S33、结合调整方向和调整量生成指令：

[0133] 如果dx＞0，则建议向左调整；如果dx＜0，则建议向右调整；调整值为Ax；如果dy＞0，则建议向前调整；如果dy＜0，则建议向后调整；调整值为Ay；xxΔσ＞0，则建议调整身体姿态；调整值为Aσ。

[0134] 动作执行单元04用于接收到调整策略指令后，执行相应的动作，从而改变坐垫的形状；动作执行单元04接收到调整策略指令后，电机81能够驱动主电磁阀7和次电磁阀6控制气缸3进行相应的动作，向气缸3控制系统发送指令，指示哪些气缸3需要充气或放气，控制气缸3按照预定的策略进行调整，从而改变坐垫的形状；在气缸3调整过程中，压力感应单元01持续监测压力分布，确保调整效果符合预期，动作执行单元04根据实时反馈进行微调。

[0135] 进一步的，决策制定单元03还与移动终端连接，在决策制定单元03判定用户姿态正确的情况下，用户可以根据自身的需求和偏好，在手机应用程序中设置按摩强度、模式和持续时间，会主动向动作执行单元04发送执行指令，动作执行单元04接收到按摩指令后，驱动电机81转动，控制主电磁阀7和次电磁阀6向若干气缸3内进行充气和放气，产生压力变化，模拟按摩效果，每个气缸3执行充气还是放气由事先设置好的程序代码实现，这样，能够通过编程来适应不同的用户的按摩需求，不仅提供了便利性和舒适性，还能够帮助用户维持身体健康，提高生活质量。

[0136] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。