用于矫正握笔姿势的电子手写笔及方法

摘要

本发明提供一种用于矫正握笔姿势的电子手写笔及方法，该手写笔包括手势检测模块、距离传感模块、陀螺仪、处理模块、控制按键、扬声器、供电模块和显示屏，本发明检测握笔姿势并根据不同握笔姿势提供不同的矫正建议，实现了智能矫正握笔姿势的功能。本发明结合了电子笔与普通书写笔的优点，是一种适用于在纸张上书写的电子手写笔。其结合了电子笔的电气特性和数据存取能力，以及传统笔的便携、自然和纸张书写普适性的优势，通过日常书写过程中的正确姿态引导和错误姿态警告，予学于乐，使得中小学生在平时练写字过程中，潜移默化地纠正了握笔姿势，且这种纠正过程完全可以在没有家长和老师监督和参与的情况下进行。

主权项

用于矫正握笔姿势的电子手写笔所实施的矫正方法，其特征在于：该方法利用如下手写笔实施：该手写笔包括手势检测模块、距离传感模块、陀螺仪、中央处理模块、控制按键、扬声器、供电模块和显示屏，该手势检测模块位于笔身前端的笔管表面；距离传感模块位于笔管尾端；陀螺仪与中央处理模块设置于笔管的内部；控制按键、扬声器和显示屏位于正确握笔姿势时手指接触不到的位置；手势检测模块、距离传感模块、陀螺仪和控制按键连接至中央处理模块，中央处理模块与扬声器、供电模块和显示屏连接；该矫正方法的具体步骤如下：(1)在使用笔书写、绘画操作时，使用者将笔管握在大拇指、食指、中指之间，手指与手势检测模块相接触，手势检测模块覆盖在笔管前端，手势检测模块为能够检测手指握笔位置的矩阵柔性PCB板，将PCB板布满压力检测器，利用压力检测器检测手指与笔管接触时的电信号并将该信号传送到中央处理模块，利用中央处理模块将通过矩阵柔性PCB矩阵中检测到的手指与柔性PCB矩阵接触位置的中心点(x,y)的数量与各个中心点之间的距离来判断手指在笔管上抓取部位的形状判断握笔姿势是否正确：若检测到的手指与柔性PCB接触的中心点(x,y)的数量不等于3，则说明使用者使用两个、四个或者五个手指握笔，中央处理模块判定握笔姿势错误，由于能够检测到大拇指接触位置的中心点(x_t，y_t)与食指接触位置中心点(x_i，y_i)以及中指接触位置的中心点(x_m，y_m)，其中三个点中任两个点的距离值大于PCB板长度的三分之一的长度则判定书写姿势不正确，同时根据对正确握笔姿势的观察，食指在前，拇指在左后，中指在右下，食指应较拇指低些的正确握笔姿势，就知道这三个手指在PCB板上的接触位置的关系存在y_t>y_i>y_m,否则判定握笔姿势不正确；(2)利用距离检测模块内安装的距离传感器检测延笔的中轴线向笔尾方向延长线上的遮挡物与笔尾的距离D，根据距离传感模块发射红外脉冲返回的时间计算出D，由公式D＝CΔt/2                         (1)其中C为红外脉冲传播速度，若D小于15cm则判定写字姿势不正确，检测到红外脉冲从发射到遇到物体反射回来的时间t₁大于中央处理模块所设定的时间t₂，则延笔的中轴线向笔尾方向的延长线上无遮挡物，表明由距离检测模块这一部分处理的握笔姿势正确；而在写字姿势错误的情况下，红外脉冲从发射到遇到物体反射回来的时间t₁小于中央处理模块所设定的时间t₂，则笔尾延长线的(Ct₁/2)cm距离上有遮挡，使用者没有正坐，头部与书写面距离太近原因会造成遮挡，此距离不会大于15cm，计算出t₂为10^‑8s，即若t₁大于10^‑8s，就利用中央处理模块判定使用者的书写姿势错误；(3)利用陀螺仪检测笔与写字平面的倾斜角，当检测到笔与写字平面的倾斜角α_n在中央处理模块所设定的范围α_l‑α_h即47°‑77°之内时，则笔在正确的倾斜范围之内，若α_n小于α_l，即47°，则笔过于贴近书写面，若α_n大于α_h即77°，则笔几乎与书写面垂直，此时就利用中央处理模块判定使用者的书写姿势错误，其中α_l为设定标准范围的下限倾斜角，α_h为设定标准范围的上限倾斜角；(4)若根据以上各模块检测到的数据判断握笔姿势正确，则不需要矫正握笔姿势，当其中任一个环节检测到握笔姿势不正确，就判定握笔姿势不正确，并且当使用者握笔姿势错误时，利用扬声器和显示屏都给出提示，告知使用者目前握笔姿势是错误的，并且根据当前握笔姿势的错误给出正确握笔姿势的一些矫正建议，并针对不同的错误握笔姿势会给出不同的建议；(5)使用者通过控制按键开启、关闭矫正握笔姿势的手写笔的电源，并且在不想使用扬声器的时候关闭扬声器。