周志靖 尹 鋼 王成湖 何端德 鐘永炎

（1．浙江豪中豪健康產(chǎn)品有限公司，浙江 溫州 325409；2．溫州大學(xué)，浙江 溫州 325035）

按摩椅是一種集中醫(yī)按摩學(xué)、機(jī)械學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、智能控制等多學(xué)科交叉領(lǐng)域于一體的新型產(chǎn)品，其智能化、安全性需求日趨增強(qiáng)。傳統(tǒng)的按摩椅已無法根據(jù)使用者的體型和身體健康狀態(tài)提供定制化的按摩手法。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)趨于成熟，也就為大規(guī)模的實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)提供了基礎(chǔ)保障。其中，云基礎(chǔ)設(shè)施與云服務(wù)平臺(tái)為人體健康檢測(cè)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等提供了核心資源[1]。

該文搭建的健康云平臺(tái)，可通過按摩椅獲取用戶信息，并將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)云平臺(tái)分析有針對(duì)性地對(duì)人體各部肌肉與穴位展開按摩。同時(shí)，使用生物識(shí)別、訪問許可，以及功能規(guī)避等控制閥域的設(shè)置，乃至設(shè)計(jì)者終端體會(huì)等多種交互功能，進(jìn)行了探索分析。

1 健康云平臺(tái)開發(fā)

云平臺(tái)利用傳感器、無線物聯(lián)網(wǎng)、軟件工程應(yīng)用等技術(shù)，收集記錄用戶的運(yùn)動(dòng)和健康數(shù)據(jù)，使用戶的運(yùn)動(dòng)記錄可視化，已成為國(guó)內(nèi)外運(yùn)動(dòng)健康工程研究和市場(chǎng)應(yīng)用的主要方式[2]。其不僅體現(xiàn)在對(duì)人體健康數(shù)據(jù)的管理、按摩數(shù)據(jù)塊的匹配，以及按摩椅功能的升級(jí)管理等，還包括故障在線分析及其對(duì)故障維修常規(guī)型指導(dǎo)等各方面。用戶可以通過App就可以獲取大量的公共資源，實(shí)現(xiàn)定制化的按摩手法[3]。

1.1 按摩椅控制硬件系統(tǒng)開發(fā)

主界面采用人體模型，用戶可在人體模型上選擇需要按摩的部位和按摩手法，比以往按摩椅操作面板采用的物理按鍵面板和其他廠家采用的App按鍵更直觀。為實(shí)現(xiàn)該功能首先要在硬件上，對(duì)機(jī)械手（機(jī)芯）必須要求能實(shí)現(xiàn)“定點(diǎn)”功能，如已被我公司采用的“CN113181019A一種按摩件水平可調(diào)的按摩機(jī)械手”[4]，以及由該機(jī)械手進(jìn)一步深化的“CN113509369A一種仿形機(jī)械手”[5]。另外，在提高按摩椅多種控制與調(diào)理種類上，還采用了先進(jìn)的可調(diào)溫納米織物復(fù)合材料，該織物應(yīng)用于靠背墊、按摩氣囊袋等配件[6]，完全可以根據(jù)人體實(shí)辨情況，如三焦辨治分別對(duì)上焦、中焦與下焦予以提熱與降溫等調(diào)理。以上各種功能包括用戶的禁忌區(qū)、病史核查、重點(diǎn)調(diào)理等信息，均可通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)定、修改、顯示等UI界面與個(gè)性控制操作。采用手機(jī)控制智能按摩椅，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式與速度電機(jī)、氣泵與溫度控制閥等執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 按摩椅控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

平臺(tái)大數(shù)據(jù)分析還可進(jìn)一步獲取用戶的使用習(xí)慣，例如比較喜歡哪種按摩模式。利用健康檢測(cè)模塊，可采集使用者生理參數(shù)，并將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨茨σ蔚谋O(jiān)護(hù)終端，如圖2所示。云計(jì)算就可為用戶生成專屬按摩程序，并系統(tǒng)分析一定時(shí)間段的個(gè)人健康情況，傳感器組成見表1。

圖2 對(duì)身份認(rèn)證的指紋（等價(jià)于面部）識(shí)別

表1 傳感器系統(tǒng)組成

1.2 健康云平臺(tái)管理軟件研發(fā)

平臺(tái)可通過手機(jī)客戶端將收集的用戶和產(chǎn)品信息進(jìn)行篩選分類，針對(duì)不同用戶定向推送定制化的按摩模式，及相關(guān)健康知識(shí)。同時(shí)構(gòu)建一種可支持信息動(dòng)態(tài)采集、實(shí)時(shí)傳遞和綜合查詢分析的實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 健康云數(shù)據(jù)處理流程圖

2 指紋識(shí)別系統(tǒng)研究

按摩椅之所以能緩解疲乏，是因?yàn)槟軌虼龠M(jìn)身體血液循環(huán)。正常情況下其按摩角度和力度并不隨使用者進(jìn)行調(diào)整，若采用通用模式，很容易因按摩力度過大，而加重腰、頸疼痛，嚴(yán)重時(shí)還造成神經(jīng)癥狀，所以有部分人群不適合使用按摩椅。如對(duì)孕婦，按摩肩頸穴、腰部等特殊穴位，容易導(dǎo)致子宮收縮進(jìn)而誘發(fā)流產(chǎn)；小孩骨骼尚未發(fā)育完全，脊柱周圍肌力較弱，穩(wěn)定性較差，不建議進(jìn)行按摩；對(duì)高血壓患者來說，按摩椅會(huì)加速人體血液循環(huán)，增加心臟負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致血壓升高。對(duì)骨質(zhì)疏松的人來說，按摩強(qiáng)度較大時(shí)可能導(dǎo)致骨折等。

2.1 生物認(rèn)證系統(tǒng)的探究

為提高按摩椅的智能化和安全性，杜絕不適合人群使用，該文研究并開發(fā)了生物認(rèn)證系統(tǒng)。其認(rèn)證方式主要包括滑動(dòng)式、按壓式、脈搏式等4種[7]。

2.1.1 滑動(dòng)式

將手指從傳感器上劃過，系統(tǒng)就能獲得整個(gè)手指的指紋。手指在劃過采集表面時(shí)，會(huì)對(duì)采集到每塊指紋圖像進(jìn)行快照，這些快照再進(jìn)行拼接，即形成完整的指紋圖像。

2.1.2 按壓式

為獲得整個(gè)手指的指紋，必須使用比手指更大的傳感器。原理是利用一定間隔的兩個(gè)電容，利用指紋的凹凸，在手指滑過指紋檢測(cè)儀器時(shí)接通或斷開兩個(gè)電容的電流以檢測(cè)指紋資料，如圖4所示。

圖4 電容傳感器指紋識(shí)別

2.1.3 聲納式

聲音識(shí)別技術(shù)是對(duì)基于生理學(xué)和行為特征的說話者嗓音和語言學(xué)模式的運(yùn)用，通過分析語音的唯一特性，例如發(fā)音頻率，來識(shí)別說話的人。聲音識(shí)別技術(shù)使人們可以通過說話的嗓音來控制能否出入限制性的區(qū)域。如通過電話撥入銀行、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、購(gòu)物或語音郵件，以及進(jìn)入保密的裝置，所以聲音識(shí)別是方便的。

2.1.4 脈搏式

目前按摩椅已用于人體健康的檢測(cè)模塊有光電型脈搏傳感器、紅外脈搏傳感器等，對(duì)該檢測(cè)模塊若再添加生物識(shí)別功能，不僅方便用戶的使用，也簡(jiǎn)化了操作。當(dāng)前基于指紋、人臉、虹膜等特征的生物識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速，已成功投放到商業(yè)應(yīng)用中?；诠怆娙莘e脈搏波（PPG）的生物識(shí)別技術(shù)，主要包括以下2個(gè)部分：1）搭建了基于NRF51822的光電容積脈搏波（PPG）生物識(shí)別系統(tǒng)。采用反射式光電傳感器，最終通過藍(lán)牙無線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行識(shí)別計(jì)算。2）基于PPG的生物識(shí)別技術(shù)使用極值法進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)，使用逐步篩選法進(jìn)行特征篩選。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，平靜狀態(tài)下基于PPG特征的身份驗(yàn)證識(shí)別率可達(dá)92.5%以上。

2.2 識(shí)別系統(tǒng)的選擇

綜上所述，4種識(shí)別方式的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

表2 基于4種生物識(shí)別方式的優(yōu)缺點(diǎn)

從用戶角度來看，按壓式最簡(jiǎn)單、最方便。因此本產(chǎn)品采用按壓式指紋識(shí)別方案，選用電容傳感器對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)然也可以輸入個(gè)人身份證號(hào)碼，那么云平臺(tái)也可對(duì)該號(hào)碼搜集注冊(cè)者歷來病史狀況，提出并規(guī)避禁忌區(qū)的最佳按摩方案。

同時(shí)我們還在按摩椅上增設(shè)非生物識(shí)別認(rèn)證技術(shù)，以應(yīng)對(duì)使用者不在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)供其他人（指紋未認(rèn)證）使用的情況。非生物識(shí)別認(rèn)證技術(shù)主要分為數(shù)字密碼、App動(dòng)態(tài)密碼、二維碼、藍(lán)牙、無線射頻識(shí)別卡，也可采用合法指紋強(qiáng)制解鎖等幾種方式[8-9]。解鎖后，按摩椅自動(dòng)提示使用者是否年齡過小或過大，是否孕婦等信息，如果以上“合法身份”合格，則按摩椅自動(dòng)開啟。當(dāng)然，這種遠(yuǎn)程解碼功能也可運(yùn)用于客戶先期的試用模式，即定金繳納后，用戶可提貨到指定場(chǎng)所，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)開通的功能。即以上所言“非生物識(shí)別許可強(qiáng)制解鎖碼”的動(dòng)作，均是為保證“合法身份”的有效操控性而設(shè)置的。非生物識(shí)別許可強(qiáng)制解鎖碼界面如圖5所示。

圖5 非生物識(shí)別許強(qiáng)制解鎖碼設(shè)計(jì)圖

3 智能按摩椅的控制技術(shù)

使用者在認(rèn)證成功后自動(dòng)啟動(dòng)智能助手，其助手根據(jù)之前累積的數(shù)據(jù)判斷出使用者使用次數(shù)最多，或使用最長(zhǎng)的模式，并推薦該XX模式。此時(shí)可以采用語音回答，若無任何回應(yīng)則轉(zhuǎn)到“操作界面”可以進(jìn)行詳細(xì)的操作選擇不同的模式和功能，并以使用者自己選擇的模式運(yùn)行；倘若客戶回答“肝火較旺”，則按摩機(jī)械手自行按摩膽經(jīng)相關(guān)穴位；當(dāng)若用戶回答某部有傷（如腿或手部）不按摩時(shí)，則按摩椅自動(dòng)規(guī)避其部位的按摩，具體認(rèn)證流程如圖6所示。

圖6 指紋登錄認(rèn)證流程圖

4 總結(jié)

對(duì)高檔智能按摩椅而言，其對(duì)使用者的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和定制化按摩已成為目前各大廠商開發(fā)的重點(diǎn)，因此對(duì)其身份認(rèn)證技術(shù)及安全性要求越來越高。提高按摩椅智能化程度的同時(shí)，對(duì)其身份認(rèn)證技術(shù)與訪問控制技術(shù)展開深入的研究與探索，將是未來智能按摩椅發(fā)展的關(guān)鍵方向。