人體三圍測量儀的製作方法
2023-05-17 08:05:51
人體三圍測量儀的製作方法
【專利摘要】一種人體三圍測量儀，包括工控機和測試部，測試部由底座和門框組成，門框的兩側分別設有掃描部，每一側的掃描部分別包括彼此對應設置的多個紅外線發射點和接收點，掃描部與升降步進電機相連並在其驅動下沿門框上、下運動，使所述掃描部與被測者的待測位置相對應；底座上設有底盤，門框和底盤能夠相對旋轉；測試部內設有控制系統，分別與掃描部和升降步進電機相連；測試部與工控機之間進行通訊連結。本實用新型由步進電機控制升降和轉動掃描部，通過紅外線掃描採集數據，採用凸多邊形逼近方法計算周長從而達到測量人體三圍的目的；佔地小、成本低；非接觸式測量操作簡單方便；測量誤差僅為2-3％，與現有CCD技術測量5％的誤差相比，精度更高。
【專利說明】
人體三圍測量儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種人體三圍測量儀，屬於保健設備製造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]傳統的人體三圍一般採用接觸式測量，比如:通過軟尺手動測量人體的三圍，但在實際操作中，由於性別的不同，尤其對於女性被測者來說，三圍的測量會比較敏感，感覺不方便；另外，人工測量的準確性也不高，手工操作麻煩，且測量數據錄入需抄錄等缺點。
[0003]在世界範圍內研發的人體三圍測試儀是採用CO)(Charge-coupled Device,中文名稱:電荷耦合元件)半導體圖像傳感器，通過植入微小光敏物質，將光信號轉變成電信號，經外部採樣放大及模數轉換電路轉換成數字圖像信號，再通過軟體處理從而呈現出人體的三圍尺寸圖示。現有的CCD技術研發及生產成本高、操作複雜、專業性更強、通常面向一些大型服裝企業，使用範圍窄不普及。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在於針對現有技術的不足，提供一種人體三圍測量儀，由步進電機控制升降和轉動紅外線裝置，通過紅外線採集數據來測量人體三圍；節約成本，佔地空間小；非接觸式測量，操作簡單方便；誤差控制在2% _3%，測量精度高。
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現的:
[0006]一種人體三圍測量儀，包括工控機和測試部，所述的測試部由底座和設置在底座上的門框組成，所述門框的兩側分別設有掃描部，每一側的掃描部分別包括彼此對應設置的多個紅外線發射點和接收點，所述掃描部與升降步進電機相連並在其驅動下沿所述門框上、下運動，使所述掃描部與被測者的待測位置相對應；所述底座上設有底盤，所述門框和底盤能夠相對旋轉；所述測試部內設有控制系統，所述控制系統分別與所述掃描部和所述升降步進電機相連；所述測試部與工控機之間進行通訊連結。
[0007]為了達到所述門框和底盤能夠相對旋轉的目的，所述門框與旋轉步進電機相連並在其驅動下相對於所述底盤旋轉；或者，所述底盤與旋轉步進電機相連並在其驅動下相對於所述門框旋轉；所述旋轉步進電機與所述控制系統相連並接受其控制。
[0008]具體來說，所述控制系統具體包括主控制模塊、紅外線發射控制模塊和紅外線接收控制模塊、旋轉步進電機控制模塊和升降電機控制模塊；所述主控制模塊通過紅外線發射控制模塊和紅外線接收控制模塊控制所述掃描部的紅外線發射和接收；所述主控制模塊通過旋轉步進電機控制模塊控制所述門框和底盤之間的相對旋轉；所述主控制模塊通過升降電機控制模塊控制所述掃描部沿所述門框上、下運動。
[0009]更進一步地，所述控制系統還包括無線通訊模塊，所述工控機對應設置有無線通訊模塊，所述主控制模塊通過所述無線通訊模塊與工控機之間進行通訊連結，所述工控機通過無線通訊模塊，控制主控制模塊發送命令、接收測試數據、進行計算處理並顯示輸出。
[0010]為了保證測量精度，所述掃描部上多個紅外線發射點和接收點為間隔設置的，設置間隔為0.lcm_2cm,優選為0.4cm。
[0011]綜上所述，本實用新型由步進電機控制升降和轉動紅外線裝置，通過紅外線採集數據來測量人體三圍；與現有技術相比的優點在於:首先，節約成本，佔地空間小，適用於更多的場合；其次，本實用新型採用非接觸式測量，免去了人工測試的不便；另外，該人體三圍測量儀操作簡單明了，被測者只需站在測試位置，通過點擊上下移動及測試按鈕，就可完整測試；最後，本實用新型的儀器精度高，完全滿足人體三圍測量的精度，現有CCD技術測量誤差為5%，而本實用新型的測量誤差盡為2-3%。
[0012]下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型人體三圍測量儀的整體結構示意圖；
[0014]圖2為本實用新型控制系統構成示意圖；
[0015]圖3為本實用新型閉合曲線示意圖；
[0016]圖4為本實用新型實施例一的凸多邊形示意圖。
【具體實施方式】
[0017]圖1為本實用新型人體三圍測量儀的整體結構示意圖。如圖1所示，本實用新型提供一種人體三圍測量儀，包括工控機600和測試部，所述的測試部由底座100和設置在底座100上的門框200組成，所述門框200的兩側分別設有掃描部300，每一側的掃描部300上分別設置有多個對應設置的紅外線發射點和接收點，形成紅外線裝置。為了保證測量精度，所述掃描部上多個紅外線發射點和接收點為間隔設置的，設置間隔為0.lcm-2cm，根據需要，其間隔優選為0.4cm。所述掃描部300與升降步進電機(圖中未示出)相連並在其驅動下沿所述門框200上下運動。所述底座100上設有底盤400，所述門框200和底盤400能夠相對旋轉。為了達到兩者能夠相對旋轉的目的，所述門框200與旋轉步進電機(圖中未示出)相連並在其驅動下相對於所述底盤400旋轉。當然，也可以是所述底盤與旋轉步進電機相連並在其驅動下相對於所述門框旋轉。所述測試部內設有控制系統500，所述控制系統分別與所述掃描部、升降步進電機和旋轉步進電機相連。所述測試部與工控機之間進行通訊連結。
[0018]圖1所示的實施例的機械結構採用底盤配合可旋轉門框的結構，被測者只要站在底座上不動，人體不旋轉，讓門框圍繞人體旋轉，再通過掃描部沿門框的上下升降，選定要測量的部位，如:胸圍、腰圍或臀圍，位置對正之後點擊開始測試，底盤會帶動門框上的紅外線設備旋轉，採集人體的不同位置的寬度，採集完成後，計算出長度。
[0019]由於本實用新型的測試對象是人體，需要對人體直接進行照射，因此採用相對安全的紅外光測量。通常採用類似紅外光幕的形式，測量被測者的寬度，為了提高測量精度，要儘可能的提高紅外線的密度，本儀器紅外線的密度為0.4cm。當照射被測者時，判斷哪些紅外線被遮擋，用此來計算物體的寬度。採用固定角度測量一次人體三圍的寬度(該值對應凸多邊形倆平行邊的距離)，通過採集指定數量的寬度，計算出人體三圍曲線的長度。
[0020]紅外線掃描技術實際上屬於現有技術，例如廣泛用在工業中的光幕，本實用新型採用的紅外線裝置主要用於測量位於紅外線區域內的待測者的寬度，紅外線裝置主要工作原理是這樣的:紅外線接收模塊控制紅外線發射，紅外線接收模塊會依次使紅外線發射控制模塊的發射點1，2，……η的發射，紅外線接收控制模塊會同步的接收發射端發送過來的紅外線；當發射端和接收端沒有遮擋物體時，整個光路是暢通的，紅外接收控制模塊會檢測到紅外線；如果有遮擋物，則光路被遮擋，接收端檢測不到紅外線。通過依次掃描，使能各個發射點和檢測點，然後統計被連續遮擋的光點數，這樣就可以計算出遮擋物體在垂直於光路的方向上的寬度。上文中提到每間隔0.4cm設置一對紅外線發射和接收點，如果紅外接收點2到12沒有檢測到紅外線，其他的都檢測到了，則計算出的遮擋物的寬度為10X0.4=4cm。
[0021]圖2為本實用新型控制系統構成示意圖。如圖2所示，具體來說，所述控制系統500具體包括主控制模塊501、紅外線發射控制模塊502和紅外線接收控制模塊503、旋轉步進電機控制模塊504和升降電機控制模塊505。所述主控制模塊通過紅外線發射控制模塊和紅外線接收控制模塊控制所述掃描部的紅外線發射和接收；所述主控制模塊通過旋轉步進電機控制模塊控制所述門框和底盤之間的相對旋轉；所述主控制模塊通過升降電機控制模塊控制所述掃描部沿所述門框上、下運動。為了操作方便，所述控制系統500還包括無線通訊模塊506，所述工控機600對應設置有無線通訊模塊506，所述主控制模塊501通過所述無線通訊模塊506與工控機600之間進行通訊連結，所述工控機600通過無線通訊模塊，控制主控制模塊發送命令、接收測試數據、進行計算處理並顯示輸出。
[0022]具體來說，本實用新型通過單片機，控制步進電機的旋轉和升降，來移動設置在掃描部內的紅外線裝置，通過對人體無危害波段的紅外線來採集人體三圍數據，用凸多邊形逼近的計算方法，對採集的數據進行計算得到最終結果。人體三圍測試儀除了如圖1所示的具體結構組成之外，其控制部分主要包括了工控機，主控制模塊，紅外線發射控制模塊，紅外線接收控制模塊，旋轉步進電機控制模塊，升降步進電機控制模塊和無線通訊模塊，各個模塊之間的通訊連接關係如圖2所示。其中，工控機600通過無線通訊模塊506，來控制主控制模塊501，發送命令和接收顯示測試數據。主控制模塊501根據測試流程，控制旋轉步進電機，持續旋轉到多個測試點；控制升降步進電機，使各個掃描部300內的紅外線設備發出的掃描線，對準人體的各個圍度，例如:胸圍、腰圍或臀圍；發送命令給紅外線接收控制模塊503，使其開始採集數據，並接收採集到的數據。而紅外線接收控制模塊503則會根據主控制模塊501的測試命令，控制紅外線發射控制模塊502，啟動一次測試，並把採集到的數據發送到主控制模塊。
[0023]圖3為本實用新型閉合曲線示意圖。如圖3所示，通過人體三圍測試儀的掃描，得到人體三圍的閉合曲線，由於人體曲線本身的凹凸有致，特別是女性的胸圍曲線，以胸圍為例，掃描得到的閉合曲線一般會包括凹陷的部分，即圖3中的B曲線。但為了便於計算，本實用新型所採用的掃描閉合曲線會忽略其中的凹陷部分，把凹陷部分當成直線，並將該直線與剩餘凸的部分合成一個凸的閉合曲線來測量計算，即圖3中的A曲線，並以A曲線所構成的凸多邊形為基礎，逼近計算其周長，從而獲得人體的三圍尺寸。
[0024]實施例一
[0025]具體來說，本實用新型採用凸多邊形測量法，測量的人體三圍是一個凸的閉合曲線，根據這特性，採用凸多邊形去逼近這個曲線。圖4為本實用新型實施例一的凸多邊形示意圖。
[0026]旋轉步進電機根據實際需要的採集點來設置旋轉的角度，在本實施例中，為8點採集數據，則控制旋轉步進電機每次旋轉的角度為360° /8 = 45°，移動到下一個採集點。還可以根據被測者胸圍、腰圍或者臀圍的各個圍度大小，對旋轉步進電機輸入不同的設置。同時還可以根據人體的最大身高和最小身高，對各個圍度的升降步進電機的上下運行絕對長度進行設置，比如，可以將設置升降步進電機的運行絕對長度設置為60cm，且各個圍度依次分開設置，基本上能滿足身高在130cm-200cm的人體三圍測量。對於各個圍度升降步進電機的上下運動，都可以設置為單步升降，同時可以配合設置一字型雷射指示，是一種一字型的雷射，很細很長的一條光斑，可以方便掃描部準確移動到人體的各個圍度高度上。
[0027]如圖4所示，在本實施例中，採用凸8邊形逼近計算胸圍曲線的長度。其中，al至a8分別是凸8邊形的8條邊的長度，該多邊形的各條邊都與要逼近的曲線C相切，通過計算凸8邊形的周長，al+a2+……+a8，來逼近閉合曲線的周長，即人體三圍的周長。進一步來說，本實施例中的凸8邊形測量法具體包括:
[0028]對於8條邊的凸多邊形，相鄰兩邊的夾角Θ相等，多個Θ角的和為360°，則每個Θ的大小為:360° /8 = 45°。凸8邊形的邊依次為al，a2，……，a8，相對於al邊順時針方向移動4條邊，為a5邊，al和a5之間的夾角為180°，即:al和a5相互平行；同理，a2和a6、a3和a7、以及a4和a8都是相互平行的，如果每對平行邊之間的距離分別為dl至d4，則凸8邊形的周長CS的計算公式為:
[0029]C8 = 2X (dl+d2+d3+d4)/(l+2cos45° )。
[0030]則得到的CS數值為測量得到的胸圍大小。
[0031]實施例二
[0032]本實施例與實施例一的不同之處在於，凸多邊形的數量不同，本實施例採用的是凸16邊形逼近計算腰圍曲線的長度。因此，本實施例的計算公式為:當P = 16時，凸多邊形的周長為:
[0033]C16 = 2X (dl+d2+d3+d4+d5+d6+d7+d8)/(l+2cos Θ +2cos2 Θ +2cos3 θ )，其中 θ=22.5。。
[0034]在實施例一中已經提到，採用多少點採集數據，是預先設置好在測試儀中的。比如，本實施例中採用的是凸16邊形，測量出兩兩平行邊的垂直距離後，就可以根據公式，計算出凸16邊形的邊的和，即周長。顯然，在測試過程中，採集的點越多，測量精度就會越高。
[0035]本實施例中的其他內容與上述實施例相同，在此不再贅述。
[0036]實施例三
[0037]本實施例與實施例一和實施例二的不同之處，仍然在於凸多邊形的數量，本實施例採用的是凸32邊形逼近計算臀圍曲線的長度。因此，本實施例的計算公式為:當P = 32
時，凸多邊形的周長 C32 = 2X (dl+d2+......+dl6) / (l+2cos Θ +2cos2 θ +2cos3 θ +2cos4 θ +
2cos5 θ+2cos6 θ+2cos7 θ )，其中 θ =11.25。。
[0038]本實施例中的其他內容與上述實施例相同，在此不再贅述。
[0039]對於測量的精度，可以以下面給出的模型去逼近計算半徑為Im的圓，以計算其周長，並以此作為本實用新型測量精度的參照:
[0040]半徑為Im 的圓，周長為 2Χ Xr = 2X3.14159X1 = 6.28318m ；
[0041]C8 = 16/(1+2XC0S45° ) = 6.62742m，誤差為:5.5% ;
[0042]C16 = 32/(l+2XC0S22.5。+2XC0S45。+2XC0S67.5° ) = 6.36520m，誤差為:1.3% ；
[0043]C32 = 64/(1+2 X COSl1.25° +2XC0S22.5。+2XC0S33.75° +2XC0S45。+2 X COS56.25。+2XC0S67.5° +2XC0S78.75。)= 6.30345m，則誤差僅為:0.3%。
[0044]綜合上述三個實施例可知，測量點的數量與測量精度之間的關係:凸多邊形只是逼近人體的三圍曲線，當多邊形的邊數越多，則計算的凸多邊形周長越接近實際三圍曲線長度，也即精度越高。在實際使用中，構造的多邊形邊數越大，測量控制的點越多，要求旋轉的角度越小，複雜度也會提高。通常情況下，實際要求的測量精度為3%，因此會採用8、16或32凸多邊形去逼近人體三圍曲線。
[0045]綜上所述，本實用新型提供一種人體三圍測量儀，根據人體三圍曲線的特性，構造一個凸多邊形，並用凸多邊形逼近的計算方法，由步進電機控制升降和轉動紅外線裝置，通過紅外線採集數據來測量人體三圍。本實用新型與現有技術相比的優點在於:首先，節約成本，佔地空間小，適用於更多的場合，例如學校、健身房、測試站等；其次，本實用新型採用非接觸式測量，免去了人工測試的不便；另外，該人體三圍測量儀操作簡單明了，被測者只需站在測試位置，通過點擊上下移動及測試按鈕，就可完整測試；最後，本實用新型的儀器精度高，完全滿足人體三圍測量的精度，現有CCD技術測量誤差為5%，而本實用新型的測量誤差盡為2-3%。
【權利要求】
1.一種人體三圍測量儀，包括工控機和測試部，其特徵在於，所述的測試部由底座和設置在底座上的門框組成，所述門框的兩側分別設有掃描部，每一側的掃描部分別包括彼此對應設置的多個紅外線發射點和接收點，所述掃描部與升降步進電機相連並在其驅動下沿所述門框上、下運動，使所述掃描部與被測者的待測位置相對應；所述底座上設有底盤，所述門框和底盤能夠相對旋轉；所述測試部內設有控制系統，所述控制系統分別與所述掃描部和所述升降步進電機相連；所述測試部與工控機之間進行通訊連結。
2.如權利要求1所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述門框與旋轉步進電機相連並在其驅動下相對於所述底盤旋轉，所述旋轉步進電機與所述控制系統相連並接受其控制。
3.如權利要求1所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述底盤與旋轉步進電機相連並在其驅動下相對於所述門框旋轉，所述旋轉步進電機與所述控制系統相連並接受其控制。
4.如權利要求2或3所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述控制系統具體包括主控制模塊、紅外線發射控制模塊和紅外線接收控制模塊、旋轉步進電機控制模塊和升降電機控制模塊； 所述主控制模塊通過紅外線發射控制模塊和紅外線接收控制模塊控制所述掃描部的紅外線發射和接收； 所述主控制模塊通過旋轉步進電機控制模塊控制所述門框和底盤之間的相對旋轉； 所述主控制模塊通過升降電機控制模塊控制所述掃描部沿所述門框上、下運動。
5.如權利要求4所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述控制系統還包括無線通訊模塊，所述工控機對應設置有無線通訊模塊，所述主控制模塊通過所述無線通訊模塊與工控機之間進行通訊連結，所述工控機通過無線通訊模塊，控制主控制模塊發送命令、接收測試數據、進行計算處理並顯示輸出。
6.如權利要求1所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述掃描部上多個紅外線發射點和接收點為間隔設置的，設置間隔為0.lcm-2cm。
7.如權利要求6所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述設置間隔優選為0.4cm。
8.如權利要求1所述的人體三圍測量儀，其特徵在於，所述被測者的待測位置包括胸部、腰部和臀部。
【文檔編號】G01B11/24GK204043629SQ201420463667
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月15日 優先權日:2014年8月15日
【發明者】楊家全 申請人:北京鑫東華騰體育器械有限公司