一种穿戴式智能跌倒防护装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种穿戴式智能跌倒防护装置，该装置包括保护气囊、绑带、设在绑带上的防护盒和控制盒，保护气囊设于使用者服饰内，保护气囊与防护盒连接，防护盒与控制盒连接，防护盒包括机构连接盒及设于机构连接盒上的舵机、等宽凸轮、刺针和压缩气瓶，舵机与等宽凸轮通过舵机连接轴连接，等宽凸轮与刺针连接，刺针与压缩气瓶连接，机构连接盒内设有气体通道，压缩气瓶通过气体通道与保护气囊连接；本发明专利技术还涉及一种穿戴式智能跌倒防护方法，该方法将PSO‑SVM和阈值算法相结合，采用粒子群算法进行数据处理，对跌倒状态进行检测。与现有技术相比，本发明专利技术无需弹簧等外加力装置，可减少阻力，提高传动效率，且能够减少气体释放时间，提高跌倒检测准确率。

A wearable intelligent fall protection device and method

The invention relates to a wearable intelligent fall protection device, which comprises a protective airbag, a strap, a protective box and a control box arranged on a strap, a protective airbag arranged in a user's clothing, a protective airbag connected with a protective box, a protective box connected with a control box, and a protective box including a mechanism connecting box and a mechanism connecting box arranged on a mechanism connecting box. The actuator, the equal-width cam, the needle and the compressor cylinder are connected by the connecting shaft of the actuator, the equal-width cam and the needle are connected by the needle, the needle and the compressor cylinder are connected by the needle, the mechanism connecting box is provided with a gas channel, and the compressor cylinder is connected with the protective air bag through the gas channel; the invention also relates to a wearable intelligent drop. The method combines PSO_SVM with threshold algorithm and uses particle swarm optimization to process data and detect the fall state. Compared with the prior art, the invention does not need external force devices such as springs, can reduce resistance, improve transmission efficiency, and can reduce gas release time and improve the accuracy of fall detection.

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式智能跌倒防护装置及方法
本专利技术涉及保健防护设备领域，尤其是涉及一种穿戴式智能跌倒防护装置及方法。
技术介绍
老人跌倒已成为我国老年人受伤和意外死亡的首要原因，对于身体状况较脆弱的老年人来说，跌倒极容易造成骨折、脑震荡或更为严重的身体损伤，此外，在老年人的心理上也带来很大的压力和恐惧。因此，跌倒保护装置的研发具有非常重要的实际应用价值。现有的跌倒防护装置或防护模块采用了舵机带动阀门刺破气瓶进行充气的方法，跌倒检测利用六轴传感器来检测人体姿态角，并使用阈值算法判断跌倒。现有的穿戴式智能跌倒防护装置在结构上使用凸轮作为传动方式带动刺针，凸轮在整个运动过程中的压力角θ是持续变化的，进而带动刺针的力F＝F*动力cosθ，θ不为零，因此凸轮运动中会损耗很多力，该模块在刺破瓶口的过程中，舵机不仅需要提供较大的力矩给刺针，还要克服弹簧的阻力作用，这样便增加了舵机的负载，对舵机有更高的要求。因此，效率低只能刺破小气瓶，但也同时限制了整个装置的力学测量范围，无法达到最佳的防护功能。现有防护装置在检测上也存在着不足：一是目前判断跌倒的参数较为单一，仅仅是依靠加速度计和陀螺仪所测的加速度、角速度作为跌倒依据；二是在跌倒检测算法较为单一，传统跌倒检测使用阈值法来检测跌倒，当加速度、角速度达到一定数值就判定为跌倒，但是老人在跑步或者上下楼梯时加速度和角速度增大很可能就会发生误判，影响跌倒测定准确率对穿戴者的生活也有一定的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种穿戴式智能跌倒防护装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种穿戴式智能跌倒防护装置，该装置包括保护气囊、绑带、设在绑带上的防护盒和控制盒，所述的保护气囊设于使用者服饰内，所述的保护气囊与防护盒连接，所述的防护盒与控制盒连接，所述的防护盒包括机构连接盒及设于机构连接盒上的舵机、等宽凸轮、刺针和压缩气瓶，所述的舵机与等宽凸轮通过舵机连接轴连接，所述的等宽凸轮与刺针连接，所述的刺针与压缩气瓶连接，所述的机构连接盒内设有气体通道，该气体通道的一端通过螺纹与压缩气瓶连接，气体通道的另一端伸出连接盒后通过螺纹与保护气囊连接。优选地，所述的控制盒包括单片机及分别与单片机连接的九轴传感器、舵机控制器和声音报警器，所述的舵机控制器与舵机连接。优选地，所述的刺针的中部为圆柱结构，所述的刺针的顶部为半圆柱斜面结构，刺针的顶部与刺针的中部的衔接处为中空结构。优选地，所述的刺针的半径为2mm。优选地，防护盒和控制盒的外部设有柔性保护套。优选地，所述的防护装置还包括供电模块，该供电模块设于控制盒内，并与单片机和舵机分别连接。优选地，所述的供电模块采用锂电池或可充电微型电池。优选地，所述的单片机为STM32单片机。当STM32单片机通过九轴传感器检测到使用者跌倒时，STM32单片机触动舵机控制器控制舵机转动，舵机带动等宽凸轮转动，等宽凸轮在整个运动过程中压力角始终为0，保证了力的较大输出。刺针在等宽凸轮的作用下刺穿压缩气瓶，使得压缩气瓶内的气体迅速释放，通过气体通道的传输将保护气囊充满。在刺针刺入的过程中，气体不会被刺针挡住，可从斜尖头的中空部分释放，实现快速准确的跌倒防护作用。同时，九轴传感器检测到使用者跌倒时，STM32单片机控制声音报警器发出声响警报，提醒附近的路人有使用者跌倒，为使用者能够及时的帮助。一种穿戴式智能跌倒防护方法，该方法包括以下步骤：1)九轴传感器向STM32单片机传输采集的人体姿态角数据，包括俯仰角和横滚角；2)STM32单片机判断俯仰角和横滚角是否超出阈值，若是，则执行步骤3)，若不是，则等候下一次的数据传输命令；3)STM32单片机利用PSO-SVM算法判断合加速度与合角速度向量是否属于跌倒类型，并采用粒子群算法进行数据处理，若判断为跌倒，返回标签值为1至舵机控制器，控制舵机转动，舵机根据设定转速转动180度，带动等宽凸轮，使刺针刺破压缩气瓶，压缩气瓶释放气体，使保护气囊快速充气，否则，返回标签值为-1至舵机控制器，舵机控制器保持静止状态。所述的跌倒类型的判断依据为：跌倒为后倒状态，俯仰角的变化范围为0°～-90°之间；跌倒为侧倒状态，包括左侧跌倒和右侧跌倒，横滚角的变化范围是-90°～+90°。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术装置利用绑带可绑定在老人髋关节或腰部进行防护，携带方便，通过装置中的九轴传感器对老人的运动状态进行检测，当老人跌倒时，可实时利用刺针刺破压缩气瓶，完成保护气囊充气，为老人提供气囊支撑，避免跌倒造成的身体伤害；(2)本专利技术采用等宽凸轮作为传动部分，等宽凸轮在整个运动过程中压力角始终为0，保证了力的较大输出，不需要弹簧等外加力装置，可减少阻力作用，传动效率高；(3)本专利技术根据理论力学和流体力学原理，采用半圆柱中空斜尖头设计针头形状，刺针的半径设计为2mm，既能减小刺入气瓶的阻力，又能使气瓶在刺针刺入过程中释放气体，当刺针刺入过程，气体不会被刺针挡住，也可从斜空部分释放，而实现最大可能的减小气体释放时间；(4)本专利技术还设有声音报警器，当九轴传感器检测到老人跌倒时，声音报警器进行声响警报，提醒附近的路人有老人跌倒，为老人能够及时获取帮助提供有力支撑；(5)本专利技术在跌倒检测算法上将支持向量机算法和阈值算法相结合，选择合加速度和合角速度值以及人体倾斜角作为判断跌倒的参数，使用支持向量机算法进行分类，可更加精确的区分出跌倒和日常生活行动。附图说明图1为一种穿戴式智能跌倒防护装置的结构示意图；图2为一种穿戴式智能跌倒防护装置的防护盒的结构示意图；图3为一种穿戴式智能跌倒防护装置的防护盒的结构爆炸图；图4为一种穿戴式智能跌倒防护装置的防护盒的结构俯视图；图5为一种穿戴式智能跌倒防护装置的工作原理框图；图6为一种穿戴式智能跌倒防护装置的刺针的结构示意图；图7为一种穿戴式智能跌倒防护方法的防护检测流程图；图中标号所示：1、舵机、2、等宽凸轮，3、刺针，301、刺针中部，302、刺针顶部，303、衔接处，4、压缩气瓶，5、保护气囊，6、STM32单片机，7、舵机控制器，8、九轴传感器，9、声音报警器，10、锂电池，11、绑带，12、防护盒，13、控制盒，14、机构连接盒，15、舵机连接轴。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1～图5所示，本专利技术涉及一种穿戴式智能跌倒防护装置，该装置包括绑带11、防护盒12、控制盒13和保护气囊5，保护气囊5设置在服饰内，且保护气囊5与防护盒12连接。防护盒12和控制盒13分别固定在绑带11上，本专利技术的防护装置通过将绑带11绑定在老人髋关节或腰部进行防护。防护盒12包括机构连接盒14、舵机1、等宽凸轮2、刺针3和压缩气瓶4。舵机1、等宽凸轮2、刺针3和压缩气瓶4设于机构连接盒14上，通过机构连接盒14进行装配。舵机1与等宽凸轮2通过舵机连接轴15相连，等宽凸轮2在整个运动过程中压力角始终为0，保证了力的较大输出。等宽凸轮2与刺针3连接，刺针3和压缩气瓶4连接。机构连接盒14内设有气体通道，该气体通道的一端通过螺纹与压缩气瓶4连接，气体通道的另一端伸出连接盒后通过螺纹与保护气囊5连接。控制盒13包括STM32单片机6、舵机控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，该装置包括保护气囊、绑带、设在绑带上的防护盒和控制盒，所述的保护气囊设于使用者服饰内，所述的保护气囊与防护盒连接，所述的防护盒与控制盒连接，所述的防护盒包括机构连接盒及设于机构连接盒上的舵机、等宽凸轮、刺针和压缩气瓶，所述的舵机与等宽凸轮通过舵机连接轴连接，所述的等宽凸轮与刺针连接，所述的刺针与压缩气瓶连接，所述的机构连接盒内设有气体通道，该气体通道的一端通过螺纹与压缩气瓶连接，气体通道的另一端伸出连接盒后通过螺纹与保护气囊连接。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，该装置包括保护气囊、绑带、设在绑带上的防护盒和控制盒，所述的保护气囊设于使用者服饰内，所述的保护气囊与防护盒连接，所述的防护盒与控制盒连接，所述的防护盒包括机构连接盒及设于机构连接盒上的舵机、等宽凸轮、刺针和压缩气瓶，所述的舵机与等宽凸轮通过舵机连接轴连接，所述的等宽凸轮与刺针连接，所述的刺针与压缩气瓶连接，所述的机构连接盒内设有气体通道，该气体通道的一端通过螺纹与压缩气瓶连接，气体通道的另一端伸出连接盒后通过螺纹与保护气囊连接。2.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，所述的控制盒包括单片机及分别与单片机连接的九轴传感器、舵机控制器和声音报警器，所述的舵机控制器与舵机连接。3.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，所述的刺针的中部为圆柱结构，所述的刺针的顶部为半圆柱斜面结构，刺针的顶部与刺针的中部的衔接处为中空结构。4.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，所述的刺针的半径为2mm。5.根据权利要求1所述的一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，防护盒和控制盒的外部设有柔性保护套。6.根据权利要求2所述的一种穿戴式智能跌倒防护装置，其特征在于，所述的防护装置还包括供电模块，该供电模...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡兆燕，王杰，陈正龙，罗宇舟，王维念，
申请(专利权)人：上海健康医学院，
类型：发明
国别省市：上海,31