(57)【要約】  本発明は、非接触温度センサ（２１）によるスキャン結果である温度に基づき尿の位置を判定し、トイレ（１）中の尿の位置の点座標を計算する尿を自動的に定位する方法を、実現する。本発明はさらに、定位アセンブリ（２）を１個以上備え、定位アセンブリ（２）は、非接触温度センサ（２１）とステッピングモータ（２３）とモータフレーム（２４）とを備え、非接触温度センサ（２１）は、ステッピングモータ（２３）の主軸に固定されており、ステッピングモータ（２３）はモータフレーム（２４）に固定されており、モータフレーム（２４）はトイレ（１）に固定するために用いられる、尿を自動的に定位する装置を実現する。本発明はさらに、それを含む健康スマートトイレを実現する。この方法によれば、尿の位置は、非接触温度センサによってスキャンされた温度に基づいて判定され、空中にある間に吸い取った尿サンプルを健康分析サンプルとして用いるので、トイレの内面から吸い取った尿サンプル間での交差汚染の問題を避けて、健康データ分析の精度が向上する。
2019515167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触温度センサによるスキャン結果の温度に基づき、尿の位置を判定し、
トイレ中の尿の位置の点座標を計算することを特徴とする尿を自動的に定位する方法。
【請求項２】
ステップＡおよび／またはステップＢをさらに含み、
前記ステップＡでは、
トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、
最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算し、
前記ステップＢでは、
トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、
最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算することを特徴とする請求項１に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項３】
前記ステップＡは、ステップＡ１およびステップＡ２を具体的には含み、
前記ステップＡ１では、センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録し、
前記ステップＡ２では、角度γの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算し、
前記ステップＢは、ステップＢ１およびステップＢ２を具体的には含み、
前記ステップＢ１では、センサが角度δ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度θ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録し、
前記ステップＢ２では、角度δの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算することを特徴とする請求項２に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項４】
前記ステップＡ２において、
計算方法はＸ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）であり、
Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり、
μはセンサのスキャン平面と水平面との間の角度であり、
前記ステップＢ２において、
計算方法はＹ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）であり、
Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離であり、
ξは、センサのスキャン平面と水平面との間の角度であることを特徴とする請求項３に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項５】
前記ステップＡ１および前記ステップＢ１において、センサが温度を読み取ると同時に、最低温度値を記録し、
前記ステップＡ２および前記ステップＢ２において、センサが境界に到達する毎に、最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算することを特徴とする請求項３に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項６】
前記ステップＡ１および前記ステップＢ１において、全スキャンエリアをＮ個の扇形区域に分割し、
前記ステップＡ２および前記ステップＢ２において、センサが扇形区域の下境界に到達する毎に、該扇形区域の最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算することを特徴とする請求項５に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項７】
前記ステップＡに先立って、最初にスキャンを角度γまたは角度δの範囲内で実行し、角度γまたは角度δの範囲内での最低環境温度を記録し、異なる最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定するか；或いは、
温度差閾値を３℃に直接設定することを特徴とする請求項５または６に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項８】
センサは、角度γおよび角度δ内での全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備え；全角度スキャンは、全角度γおよび全角度γ内で温度を読み取り；スキャンエリアはＮ個の扇形区域に分割され、小角度スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取り；拡大範囲スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取り；
最初に尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行し；
尿の位置を見出すと、センサは尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行し；
センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行し；
拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行することを特徴とする請求項５または６に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項９】
非接触温度センサによるスキャン結果の温度に基づき、尿の位置を判定するように構成され、
トイレ中の尿の位置の点座標を計算するように構成された尿を自動的に定位するモジュールを含むことを特徴とする尿を自動的に定位する装置。
【請求項１０】
前記尿を自動的に定位するモジュールは、第１スキャン記録位置計算モジュールおよび／または第２スキャン記録位置計算モジュールを含み、
前記第１スキャン記録位置計算モジュールは、
トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測するように構成され、
最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算するように構成され、
前記第２スキャン記録位置計算モジュールは、
トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測するように構成され、
最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１１】
前記第１スキャン記録位置計算モジュールは、第１スキャン記録モジュールおよび第１位置計算モジュールを具体的には含み、
前記第１スキャン記録モジュールは、センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録するように構成され、
前記第１位置計算モジュールは、角度γの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算するように構成され、
前記第２スキャン記録位置計算モジュールは、第２スキャン記録モジュールおよび第２位置計算モジュールを具体的には含み、
前記第２スキャン記録モジュールは、センサが角度δ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度θ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録するように構成され、
前記第２位置計算モジュールは、角度δの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１２】
前記第１位置計算モジュールにおいて、
計算方法はＸ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）であり、
Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり、
μはセンサのスキャン平面と水平面との間の角度であり、
前記第２位置計算モジュールにおいて、
計算方法はＹ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）であり、
Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離であり、
ξは、センサのスキャン平面と水平面との間の角度であることを特徴とする請求項１１に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１３】
前記第１および第２スキャン記録モジュールは、センサが温度を読み取ると同時に、最低温度値を記録し、
前記第１および第２位置計算モジュールは、センサが境界に到達する毎に、最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算することを特徴とする請求項１１に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１４】
前記第１および第２スキャン記録モジュールは、全スキャンエリアをＮ個の扇形区域に分割し、
前記第１および第２位置計算モジュールは、センサが扇形区域の下境界に到達する毎に、該扇形区域の最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算することを特徴とする請求項１３に記載の尿を自動的に定位する方法。
【請求項１５】
温度差閾値設定モジュールをさらに備え、
前記温度差閾値設定モジュールは、
最初にスキャンを角度γまたは角度δの範囲内で実行し、角度γまたは角度δの範囲内での最低環境温度を記録し、異なる最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定するか；或いは、
温度差閾値を３℃に直接設定することを特徴とする請求項１３または１４に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１６】
前記尿を自動的に定位するモジュールにおいて、
センサは、角度γおよび角度δ内での全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備え；全角度スキャンは、全角度γおよび全角度γ内で温度を読み取り；スキャンエリアはＮ個の扇形区域に分割され、小角度スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取り；拡大範囲スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取り；
最初に尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行し；
尿の位置を見出すと、センサは尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行し；
センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行し；
拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行することを特徴とする請求項１３または１４に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１７】
定位アセンブリを１個以上備え、
前記定位アセンブリは、非接触温度センサとステッピングモータとモータフレームとを備え、
前記非接触温度センサは、前記ステッピングモータの主軸に固定されており、前記ステッピングモータは前記モータフレームに固定されており、前記モータフレームはトイレに固定するために用いられ、
前記ステッピングモータは、前記非接触温度センサを駆動して、扇形スキャンを実行することができることを特徴とする尿を自動的に定位する装置。
【請求項１８】
前記定位アセンブリは、フォトカプラをさらに備え、
前記フォトカプラは、前記非接触温度センサに接続され、前記非接触温度センサの極座標のゼロ点を判定するために用いられることを特徴とする請求項１７に記載の尿を自動的に定位する装置。
【請求項１９】
トイレ本体を含み、請求項１７または１８に係る尿を自動的に定位する装置をさらに含み、
前記尿を自動的に定位する装置は、前記トイレ本体に実装されたおり、
前記ステッピングモータは、前記非接触温度センサを駆動して、扇形スキャンを実行することができることを特徴とする健康スマートトイレ。
【請求項２０】
前記定位アセンブリが２個設けられており、
一方の定位アセンブリは、前記トイレ本体の前側壁または後側壁に実装されており、
他方の定位アセンブリは、前記トイレ本体の左側壁または右側壁に実装されていることを特徴とする請求項１９に記載の健康スマートトイレ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スマートトイレ（smart toilet）の分野に関し、特に、尿を自動的に定位（positioning）するための方法および装置、ならびにそれを含む健康スマートトイレ（healthy smart toilet）に関する。
【背景技術】
【０００２】
人々の生活水準が向上し続けるにつれ、スマートトイレは人々の生活の中へ次第に普及している。求められる快適性を満たすと共に、健康トイレには加えて、尿サンプルの収集を通じて健康データを分析するなどの健康モニタリング機能が付加されている。しかしながら、トイレの内面から収集された尿サンプルを用いる場合、健康データ分析の精度に影響する交差汚染（cross-contamination）が起こりうる。したがって、目下、健康データ分析の精度向上のために、トイレの内面から吸い取った尿サンプル間での交差汚染を如何に避けるかが、解決すべき喫緊の課題である。
【発明の概要】
【０００３】
本発明が解決しようとする第１の技術的課題は、健康スマートトイレに用いる、尿を自動的に定位する方法を実現することである。この方法によれば、トイレに接触する前の空中にある間に、尿を定位することができる。したがって、トイレに接触していない尿を収集することができる。この方法によれば、尿サンプル間での交差汚染が防止され、健康データ分析の精度が向上する。
【０００４】
本発明は、上述の技術的課題を解決する目的で、以下の技術的解決手段を採用する。
【０００５】
尿を自動的に定位する方法は、非接触温度センサによるスキャン結果の温度に基づき、尿の位置を判定し、トイレ中の尿の位置の点座標を計算する。
【０００６】
尿を自動的に定位する前記方法は、さらに、ステップＡおよび／またはステップＢをさらに含み、前記ステップＡでは、トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算し、前記ステップＢでは、トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算する。
【０００７】
さらに、前記ステップＡは、ステップＡ１およびステップＡ２を具体的には含み、前記ステップＡ１では、センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録し、前記ステップＡ２では、角度γの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算し、
前記ステップＢは、ステップＢ１およびステップＢ２を具体的には含み、前記ステップＢ１では、センサが角度δ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度θ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録し、前記ステップＢ２では、角度δの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算する。
【０００８】
さらに、前記ステップＡ２において、計算方法はＸ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）であり、Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり、μはセンサのスキャン平面と水平面との間の角度であり、前記ステップＢ２において、計算方法はＹ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）であり、Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離であり、ξは、センサのスキャン平面と水平面との間の角度である。
【０００９】
さらに、前記ステップＡ１および前記ステップＢ１において、センサが温度を読み取ると同時に、最低温度値を記録し、前記ステップＡ２および前記ステップＢ２において、センサが境界に到達する毎に、最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００１０】
さらに、前記ステップＡ１および前記ステップＢ１において、全スキャンエリアをＮ個の扇形区域に分割し、前記ステップＡ２および前記ステップＢ２において、センサが扇形区域の下境界に到達する毎に、該扇形区域の最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００１１】
さらに、前記ステップＡに先立って、最初にスキャンを角度γまたは角度δの範囲内で実行し、角度γまたは角度δの範囲内での最低環境温度を記録し、異なる最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定するか；或いは、温度差閾値を３℃に直接設定する。
【００１２】
さらに、センサは、角度γおよび角度δ内での全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備え；全角度スキャンは、全角度γおよび全角度γ内で温度を読み取り；スキャンエリアはＮ個の扇形区域に分割され、小角度スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取り；拡大範囲スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取り；最初に尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行し；尿の位置を見出すと、センサは尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行し；センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行し；拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行する。
【００１３】
加えて、本発明が解決しようとする第２の技術的課題は、健康スマートトイレ中の尿を自動的に定位するための装置を実現することである。この装置によれば、トイレに接触する前の空中にある間に、尿を定位することができる。したがって、トイレに接触していない尿を収集することができ、尿サンプル間での交差汚染が防止される。
【００１４】
本発明は、上述の技術的課題を解決する目的で、以下の技術的解決手段を採用する。
【００１５】
非接触温度センサによるスキャン結果の温度に基づき、尿の位置を判定するように構成され、トイレ中の尿の位置の点座標を計算するように構成された尿を自動的に定位するモジュールを含む尿を自動的に定位する装置。
【００１６】
さらに、前記尿を自動的に定位するモジュールは、第１スキャン記録位置計算モジュールおよび／または第２スキャン記録位置計算モジュールを含み、前記第１スキャン記録位置計算モジュールは、トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測するように構成され、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算するように構成され、前記第２スキャン記録位置計算モジュールは、トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測するように構成され、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算するように構成される。
【００１７】
さらに、前記第１スキャン記録位置計算モジュールは、第１スキャン記録モジュールおよび第１位置計算モジュールを具体的には含み、前記第１スキャン記録モジュールは、センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録するように構成され、前記第１位置計算モジュールは、角度γの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算するように構成され、
前記第２スキャン記録位置計算モジュールは、第２スキャン記録モジュールおよび第２位置計算モジュールを具体的には含み、前記第２スキャン記録モジュールは、センサが角度δ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度θ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録するように構成され、前記第２位置計算モジュールは、角度δの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算する。
【００１８】
さらに、  前記第１位置計算モジュールにおいて、計算方法はＸ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）であり、Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり、μはセンサのスキャン平面と水平面との間の角度であり、前記第２位置計算モジュールにおいて、計算方法はＹ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）であり、Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離であり、ξは、センサのスキャン平面と水平面との間の角度である。
【００１９】
さらに、前記第１および第２スキャン記録モジュールは、センサが温度を読み取ると同時に、最低温度値を記録し、前記第１および第２位置計算モジュールは、センサが境界に到達する毎に、最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００２０】
さらに、前記第１および第２スキャン記録モジュールは、全スキャンエリアをＮ個の扇形区域に分割し、前記第１および第２位置計算モジュールは、センサが扇形区域の下境界に到達する毎に、該扇形区域の最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００２１】
前記尿を自動的に定位する装置は、温度差閾値設定モジュールをさらに備え、前記温度差閾値設定モジュールは、最初にスキャンを角度γまたは角度δの範囲内で実行し、角度γまたは角度δの範囲内での最低環境温度を記録し、異なる最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定するか；或いは、温度差閾値を３℃に直接設定する。
【００２２】
さらに、前記尿を自動的に定位するモジュールにおいて、センサは、角度γおよび角度δ内での全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備え；全角度スキャンは、全角度γおよび全角度γ内で温度を読み取り；スキャンエリアはＮ個の扇形区域に分割され、小角度スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取り；拡大範囲スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取り；最初に尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行し；尿の位置を見出すと、センサは尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行し；センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行し；拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行する。
【００２３】
尿を自動的に定位する装置は、物理的構造の意味合いで定位アセンブリを１個以上備え、前記定位アセンブリは、非接触温度センサとステッピングモータとモータフレームとを備え、前記非接触温度センサは、前記ステッピングモータの主軸に固定されており、前記ステッピングモータは前記モータフレームに固定されており、前記モータフレームはトイレに固定するために用いられ、前記ステッピングモータは、前記非接触温度センサを駆動して、扇形スキャンを実行する。
【００２４】
前記定位アセンブリは、フォトカプラをさらに備え、前記フォトカプラは、前記非接触温度センサに接続され、前記非接触温度センサの極座標のゼロ点を判定するために用いられる。
【００２５】
本発明が解決しようとする第３の技術的課題は、尿を自動的に定位するための装置を備える健康スマートトイレを実現することである。この健康スマートトイレによれば、トイレに接触する前の空中にある間に、尿を定位することができる。したがって、トイレに接触していない尿を収集することができ、尿サンプル間での交差汚染が防止される。
【００２６】
本発明は、上述の技術的課題を解決する目的で、以下の技術的解決手段を採用する。
【００２７】
健康スマートトイレはトイレ本体を含み、物理的構造の意味合いで上述したような尿を自動的に定位する装置をさらに含み、前記尿を自動的に定位する装置は、前記トイレ本体に実装されたおり、前記ステッピングモータは、前記非接触温度センサを駆動して、扇形スキャンを実行することができる。
【００２８】
さらに、前記定位アセンブリが２個設けられており、一方の定位アセンブリは、前記トイレ本体の前側壁または後側壁に実装されており、他方の定位アセンブリは、前記トイレ本体の左側壁または右側壁に実装されている。
【００２９】
本発明は、上記設計を採用することによって、以下のメリットを少なくとも備える。
１．本発明によれば、（尿温度、または尿温度と環境温度などの）温度を利用して、尿の点座標を判定し、空中にある間に吸い取った尿サンプルを健康分析サンプルとして用いるので、トイレの内面から吸い取った尿サンプル間での交差汚染の問題を避けて、健康データ分析の精度が向上する。
２．ステッピングモータとともに非接触温度センサを用いて扇形スキャンを実行し、正弦公式にもとづいて点座標を判定することによって、無視できるほど小さな誤差で簡単に実用できる新たな定位方法を実現する。
３．定位精度が、２つのスキャンエリアを組み合わせると共に点座標（Ｘ，Ｙ）による定位を得る正弦公式を用いることによって、定位精度が向上する。
４．定位精度および定位効率が、全角度スキャンに基づく温度差の計算によって、向上する。
５．定位効率が、複数の扇形区域を設定し、扇形区域の下限界で比較計算を実行することによって、向上する。
６．尿の位置変化の問題が、小角度スキャンまたは拡大範囲スキャンを組み合わせた全角度スキャンを実行することによって、解決される。
７．定位精度が、最初のスキャンでスキャン範囲中の最低環境温度を判定し、それから最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定することによって、向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
上述の説明は、本発明の技術的解決手段の概要に過ぎない。本発明の技術的手段の理解を深めるために、以降に図面および詳細な実施形態を参照しながら、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３１】
【図１】トイレ中の尿の位置の概略図である。
【図２】扇形スキャン範囲の概略図である。
【図３】（時計回りおよび反時計周りの）スキャン境界の概略図である。
【図４】扇形区域の概略図である。
【図５】（時計回りおよび反時計周りの）扇形区域の下境界の概略図である。
【図６】小角度スキャンの概略図である。
【図７】拡大範囲スキャンの概略図である。
【図８】第３実施形態に係る方法の制御フロー図である。
【図９】第４実施形態に係る方法の制御フロー図である。
【図１０】尿を自動的に定位するための装置の物理的構造の概略図である。
【図１１】図１０とは異なる角度での、尿を自動的に定位するための前記装置の物理的構造の概略図である。
【図１２】尿を自動的に定位するための前記装置を含む健康スマートトイレの概略構造図である。
【図１３ａ】スキャン平面と水平面との間の角度の概略図である。
【図１３ｂ】スキャン平面と水平面との間の角度の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明は、健康スマートトイレにおいて尿を自動的に定位する方法を実現する。この方法は、環境温度よりも尿の温度が高い現象を利用して、トイレ使用時に非接触温度センサによって尿をスキャンするス工程と、スキャン結果である温度に基づき尿の位置を判定する工程と、トイレ中の尿の位置の点座標を計算する工程と、を主に含む。この方法によれば、空中にある間に尿を定位できるので、トイレに接触していない尿を収集することができる。この方法は、尿サンプル間での交差汚染を防止し、変更データ解析の精度を向上させる。好ましくは、非接触温度センサは赤外線温度センサである。
【００３３】
上記温度定位原理に基づき、横向きおよび縦向きスキャンモード、あるいは、扇形スキャンモードを採用することができる。
【００３４】
図１に示すように、扇形スキャンモードは、トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算する工程と；Ｙの値が未定のままでよく、トイレの長軸に沿って尿受け装置を移動させることによって、尿を直接収集できる工程とを主に含む。尿の位置をさらに正確に判定するために、尿の座標点のＹを判定することもできる。Ｙを判定するための方法は、Ｘを判定するための方法と同様であり、トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算する工程を含む。点座標（Ｘ，Ｙ）において、Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（α），Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（β）である。なお、Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり、Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離であり、μおよびξは、センサのスキャン平面と水平面との間の角度である（図１３ａおよび図１３ｂ参照）。計算公式の誤差は小さいので無視してもよい。上記のμおよびξは、０度としてもよい。
【００３５】
好ましくは、２つのセンサを用いる。一方のセンサは、点座標（Ｘ，Ｙ）のＸを計算するために、トイレの左側壁または右側壁の中心位置に設置され、他方のセンサは、点座標（Ｘ，Ｙ）のＹを計算するために、トイレの前側壁または後側壁の中心位置に設置される。上記位置は好ましい位置に過ぎず、２つのセンサは他の位置に設置されてもよい。
【００３６】
扇形スキャンモードを一例に、詳細に説明する。
【００３７】
〔実施形態１〕
センサは、ステッピングモータの主軸に実装および固定され、図２に示すように、角度γ内をステッピングモータの主軸に伴ってスキャンする。好ましくは、６０度の範囲をスキャンする。
【００３８】
センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取る。最高温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録する。角度λは、角度φの整数倍であり、角度φの好ましい値は、０．０４＊周波数＊ステッピング角度である。
【００３９】
尿の位置は、図３に示すように、角度γの境界にセンサが到達する毎に計算される。
α＝│γ／２−λ│，Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）
【００４０】
同様に、以下のように計算されてもよい。
β＝│δ／２−ω│，Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）
【００４１】
〔実施形態２〕
センサは、ステッピングモータの主軸に実装および固定され、図２に示すように、角度γ内をステッピングモータの主軸に伴ってスキャンする。
【００４２】
センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取る。最高温度値と、最低温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録する。
【００４３】
１つの扇形区域での最低温度と最高温度との間の温度差は、図３に示すように、角度γの境界にセンサが到達する毎に計算される。その結果、温度差が３℃よりも大きいならば、尿の位置は計算される。実験によれば、尿の位置計算の精度は、温度差が３℃よりも大きいときに、比較的高い。
α＝│γ／２−λ│，Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）
【００４４】
同様に、以下のように計算されてもよい。
β＝│δ／２−ω│，Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）
【００４５】
〔実施形態３〕
センサは、ステッピングモータの主軸に実装および固定され、図２に示すように、角度γ内をステッピングモータの主軸に伴ってスキャンする。
【００４６】
角度γ内で、図４に示すように、５度ごとに扇形区域を規定し、全角度γをＮ個の扇形区域に分割する。実験によれば、計算効率は、１つの扇形区域が５度のときに、比較的高い。
【００４７】
センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取る。最高温度値と、最低温度値と、最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録する。
【００４８】
１つの扇形区域での最低温度と最高温度との間の温度差は、図５に示すように、扇形区域の下境界にセンサが到達する毎に計算される。その結果、温度差が３℃よりも大きいならば、尿の位置は計算される。
α＝│γ／２−λ│，Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）
【００４９】
同様に、以下のように計算されてもよい。
β＝│δ／２−ω│，Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）
【００５０】
尿の位置が変化したとき、センサは尿の位置を再判定する必要がある。
【００５１】
センサは、全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備える。全角度スキャンは、全角度γ内で温度を読み取る。小角度スキャンは、図６に示すように、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取る。拡大範囲スキャンは、図７に示すように、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取る。
【００５２】
最初に、尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行する。
【００５３】
尿の位置を見出すと、センサは、尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行する。
【００５４】
センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行する。
【００５５】
拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行する。
【００５６】
方法全体の制御フロー図は、図８に示す。
【００５７】
〔実施形態４〕
センサは、ステッピングモータの主軸に実装および固定され、図２に示すように、角度γ内をステッピングモータの主軸に伴ってスキャンする。
【００５８】
最初にセンサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最低温度値を記録する。環境温度は、角度γの境界に到達したときに計算され、環境温度は最低温度である。異なる環境温度に基づき、異なる温度差閾値が設定される。
【００５９】
２回目以降にセンサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサは温度を１回読み取り、最高温度と最低温度値と最高温度を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録する。
【００６０】
角度γ内で、図４に示すように、５度ごとに扇形区域を規定し、全角度γをＮ個の扇形区域に分割する。実験によれば、計算効率は、１つの扇形区域が５度のときに、比較的高い。
【００６１】
１つの扇形区域での最低温度と最高温度との間の温度差は、図５に示すように、扇形区域の下境界にセンサが到達する毎に計算される。その結果、温度差が温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置は計算される。
α＝│γ／２−λ│，Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）
【００６２】
同様に、以下のように計算されてもよい。
β＝│δ／２−ω│，Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）
【００６３】
尿の位置が変化したとき、センサは尿の位置を再判定する必要がある。
【００６４】
センサは、全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備える。全角度スキャンは、全角度γ内で温度を読み取る。小角度スキャンは、図６に示すように、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取る。拡大範囲スキャンは、図７に示すように、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取る。
【００６５】
最初に、尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行する。
【００６６】
尿の位置を見出すと、センサは、尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行する。
【００６７】
センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行する。
【００６８】
拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行する。
【００６９】
方法全体の制御フロー図は、図９に示す。
【００７０】
〔実施形態５〕（図１〜図９参照）
本発明に係る健康スマートトイレの尿を自動的に定位するための装置は、仮想的モジュール構造の意味合いで、尿を自動的に定位するモジュールを備える。該モジュールは、非接触温度センサによるスキャン結果の温度に基づいて尿の位置を判定し、トイレ中の尿の位置の点座標を計算するように構成される。
【００７１】
尿を自動的に定位するための上記モジュールは、
トイレの左側壁または右側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度γ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＸを計算するように構成された第１スキャン記録位置計算モジュール；および／または、
トイレの前側壁または後側壁に設置されたステッピングモータで駆動される非接触温度センサを用いて、角度δ内で扇形スキャンすることによって温度をスキャン計測し、最高温度の角度および正弦公式に基づき、トイレ中の尿の位置の点座標（Ｘ，Ｙ）のうちＹを計算するように構成された第２スキャン記録位置計算モジュール；
を備える。
【００７２】
上記第１スキャン記録位置計算モジュールは、センサが角度γ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度φ回転する毎に、センサが温度を１回読み取るように構成され、最高温度値と最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度λとを記録するように構成された第１スキャン記録モジュールと；角度γの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算するように構成された第１位置計算モジュールと；を具体的には備え、
上記第２スキャン記録位置計算モジュールは、センサが角度δ内でスキャンするとき、ステッピングモータが角度θ回転する毎に、センサが温度を１回読み取るように構成され、最高温度値と最高温度値を読み取ったときのステッピングモータの回転角度ωとを記録するように構成された第２スキャン記録モジュールと；角度δの境界にセンサが到達する毎に、尿の位置を計算するように構成された第２位置計算モジュールと；を具体的には備える。
【００７３】
第１スキャン記録位置計算モジュールの第１位置計算モジュールにおける計算方法は、Ｘ＝（Ｌ１／ＣＯＳμ）＊ＴＡＮ（│γ／２−λ│）であり；ここにおいて、Ｌ１はトイレの長軸とセンサが設けられた左側壁または右側壁のスキャン中心点との間の距離であり；
第２スキャン記録位置計算モジュールの第２位置計算モジュールにおける計算方法は、Ｙ＝（Ｌ１／ＣＯＳξ）＊ＴＡＮ（│δ／２−ω│）であり；ここにおいて、Ｌ２はトイレの短軸とセンサが設けられた前側壁または後側壁のスキャン中心点との間の距離である。
【００７４】
好ましくは、第１および第２スキャン記録モジュールにおいて、センサが温度を読み取ると同時に、最低温度値が記録され；第１および第２位置計算モジュールにおいて、センサが境界に到達する毎に、最高温度と最低温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００７５】
好ましくは、第１および第２スキャン記録モジュールにおいて、全スキャンエリアは、Ｎ個の扇形区域に分割され；第１および第２位置計算モジュールにおいて、センサが扇形区域の下境界にセンサが到達する毎に、該扇形区域での最低温度と最高温度との間の温度差を計算し、その結果、温度差が設定された温度差閾値よりも大きいならば、尿の位置を計算する。
【００７６】
好ましくは、尿を自動的に定位するための装置はさらに、温度差閾値設定モジュールを備え、温度差閾値設定モジュールは、最初にスキャンを角度γまたは角度δの範囲内で実行し、角度γ又は角度δの範囲内での最低環境温度を記録し、異なる最低環境温度に基づき異なる温度差閾値を設定する；または、温度差閾値を３℃に直接設定する。
【００７７】
好ましくは、尿を自動的に定位するための上記モジュールにおいて、センサは、角度γおよび角度δ内での全角度スキャン、小角度スキャン、拡大範囲スキャンの３つのモードを備え；全角度スキャンは、全角度γおよび全角度γ内で温度を読み取り；各スキャンエリアはＮ個の扇形区域に分割され、小角度スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で温度を読み取り；拡大範囲スキャンは、中心となる扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で温度を読み取り；最初に尿の位置を見出す前は、センサは全角度スキャンを実行し；尿の位置を見出すと、センサは尿を見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域１つずつとの範囲で、小角度スキャンを実行し；センサが小角度スキャンを実行したときに、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無い結果になったならば、尿の位置が変化したので、センサは、尿を当初見出した位置の扇形区域とその左右に隣接する扇形区域２つずつとの範囲で拡大範囲スキャンを実行し；拡大範囲スキャンの結果、温度差閾値よりも温度差が大きい扇形区域が無いままならば、センサは全角度スキャンを再び実行する。
【００７８】
〔実施形態６〕
図１０および図１１に示されるように、物理的構造の意味合いで、本発明に係る尿を自動的に定位するための装置は、定位アセンブリ２を１個以上備え；定位アセンブリ２は、非接触温度センサ２１と、ステッピングモータ２３と、モータフレーム２４とを備え；非接触温度センサは、赤外線温度センサであってもよく、センサ固定部２２によってステッピングモータ２３の主軸に固定されもよく、ステッピングモータ２３はモータフレーム２４に固定され、モータフレーム２４はトイレに固定されるために用いられ；ステッピングモータ２３は、非接触温度センサを駆動して、扇形スキャンを実行できる。
【００７９】
上記定位アセンブリ２はさらに、非接触温度センサ２１に接続され、センサの極座標のゼロ点を判定するために用いられるフォトカプラ２５を備えてもよい。
【００８０】
〔実施形態７〕
図１２に示すように、本発明に係る健康スマートトイレは、トイレ本体１を備え、トイレ本体１に実装された尿を自動的に定位するための装置をさらに備え、該装置には実施形態６における定位アセンブリ２が１個以上用いられている。ステッピングモータ２３は、非接触温度センサ２１を駆動して、扇形スキャンを実行でき、スキャン平面が水平面との間にある一定の角度を成しても、あるいは、直接水平スキャンを実行してもよい。
【００８１】
定位アセンブリ２は１個でよく、トイレ本体１の左側壁または右側壁に実装される。好ましくは、定位アセンブリは２個設けられ、一方はトイレ本体１の前側壁または後側壁に実装され、他方はトイレ本体１の左側壁または右側壁に実装される。
【００８２】
上述は、本発明の好ましい実施形態を説明したに過ぎず、如何なる形式でも本発明を限定するものではなく、上述の技術的内容を用いて当業者が行う簡単な改修、同等な変更、または修飾などは、本発明の保護範囲に含まれる。
【図１】
2019515167.tif 000003
【図２】
2019515167.tif 000004
【図３】
2019515167.tif 000005
【図４】
2019515167.tif 000006
【図５】
2019515167.tif 000007
【図６】
2019515167.tif 000008
【図７】
2019515167.tif 000009
【図８】
2019515167.tif 000010
【図９】
2019515167.tif 000011
【図１０】
2019515167.tif 000012
【図１１】
2019515167.tif 000013
【図１２】
2019515167.tif 000014
【図１３ａ】
2019515167.tif 000015
【図１３ｂ】
2019515167.tif 000016
【国際調査報告】
2019515167.tif 000017
2019515167.tif 000018
2019515167.tif 000019
2019515167.tif 000020
2019515167.tif 000021
2019515167.tif 000022