一种穿戴式跌倒预测防护系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种穿戴式跌倒预测防护系统。它包括连帽防护衣本体，连帽防护衣本体由内衬和外套组成，内衬和外套之间装有折叠气囊，连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器，连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块、气体发生器和电源模块，控制模块包括中央处理器和腰部传感器，头部传感器、腰部传感器、气体发生器和电源模块通过导线均与中央处理器连接，气体发生器与折叠气囊连接。本实用新型专利技术的有益效果是：使用六轴惯性传感器对人体腰部和头部进行角度数据采集和联合分析，实现较早预测跌倒；采用基于头腰部角度相关系数阈值、腰部角度阈值以及腰部角速度阈值的跌倒预测算法，提高了预测的准确性，同时能够较早的预测跌倒发生。

A Wearable Fall Prediction and Protection System

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式跌倒预测防护系统
本技术涉及生物医学工程相关
，尤其是指一种穿戴式跌倒预测防护系统。
技术介绍
根据联合国最新标准，老龄化社会是指一个地区65岁及以上人口占总人口数达7％及以上，则视该地区进入老龄化社会。根据2003中国统计年鉴中，对2002年1％人口进行抽样调查，发现65岁及以上老年人口已占调查人口总数的8.16％，表明中国已进入老龄化社会。随着老年人口的增多，社会的养老问题以及老年人的身心健康问题受到越来越多的重视，而跌倒是造成老年人发病和死亡的常见起因，超过1/3的65岁以上老人每年至少摔倒一次。世界卫生组织认为跌倒是老年人慢性致残的第三大原因，65岁以上老人跌倒频率高且伴随有骨折、软组织损伤和脑部伤害等问题。这不仅对老年人的身体健康造成影响，而且会使老年人害怕摔倒，造成心理负担。目前对于跌倒预测的研究不多，市面上的跌倒预测防护装置也较为少见。王国杰等使用跌倒冲击地面前的合加速度阈值以及合角速度阈值来进行预测，但是达到该阈值时意味着即将撞击地面，留给保护装置的反应时间较为短暂，其次某些动作也会产生相似的加速度值，因而预测效果不好。佟丽娜等采用基于加速度时间序列的隐马尔科夫模型来预测跌倒，但是该算法复杂，不易在穿戴式设备上实现。由于在运动中人体各部分的活动剧烈程度不同，导致各部分运动数据也有所不同，但同时人体作为一个整体，各部位间的运动又有一定的联系，因而可将人体分为头、胸部、腰部、上臂、下臂、大腿、小腿及足部几段研究。由于腰部最接近重心位置，最能反映人体的运动趋势，因而对腰部的检测必不可少，同时为了避免单一部位对整体运动检测的局限性，有必要再引入其他的观测部位。人体头部对于运动的变化最为敏感，同时头部在日常运动中不可能太剧烈，因为头部剧烈活动会造成头晕等不适现象，因而不会产生太多噪声，但是头部不易携带穿戴式设备。这意味着头部是一个观测运动的理想位置。与之相似的是，手臂虽然也对运动的变化十分敏感，但是手臂参与的日常活动十分复杂，导致干扰较多，不利于观测。胸部与腰部类似，能近似反映人体运动中重心的变化，而且灵活度较低不易产生噪声，但是对于重心变化不大的运动却无法准确反映。腿部在运动中一般活动比较剧烈，因而会产生大量噪声，这对运动的观测不利。从中可以看出单一的观测位置不能全面反映人体的运动，对于人体多部位的联合研究很有必要，理论上，观测部位越多，对运动的检测就越准确，但是观测部位的增多也会影响穿戴的舒适性。AT在对跌倒检测的研究中，将九轴传感器置于人的头部、胸部、腰部、右腕、大腿、右踝六个节点，进行大量模拟实验，发现观测节点越多，对跌倒的检测越准确，但是观测节点超过三个时，准确度只会有微弱的提高，舒适度却有所降低。综合考虑穿戴的舒适性与检测的准确性，将观测节点定为三个以内具有相当高的研究价值。M.N.nyan使用腰腿的角度阈值及角度相关性阈值来预测跌倒，获得了较高的准确度以及700ms的前置时间，但是该算法漏报了有屈腿时的摔倒，这是因为下肢段在跌倒动作中变化较为多样。
技术实现思路
本技术是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种检测准确度高且预测时间早的穿戴式跌倒预测防护系统。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种穿戴式跌倒预测防护系统，包括连帽防护衣本体，所述的连帽防护衣本体由内衬和外套组成，所述的内衬和外套之间装有折叠气囊，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块、气体发生器和电源模块，所述的控制模块包括中央处理器和腰部传感器，所述的头部传感器、腰部传感器、气体发生器和电源模块通过导线均与中央处理器连接，所述的气体发生器与折叠气囊连接。其中：内衬和外套以缝合和尼龙搭扣组合的方式连接，其中安装有折叠气囊的位置采用的是尼龙搭扣的方式连接，其余的地方采用的是缝合方式连接，这是为了固定头部传感器、控制模块、气体发生器和电源模块以及便于折叠气囊充分展开。使用头部传感器和腰部传感器对人体多部位(腰部和头部)进行角度数据采集和联合分析，实现较早预测跌倒，也可用于高空坠落的防护。采用基于头腰部角度相关系数阈值、腰部角度阈值以及腰部角速度阈值的跌倒预测算法，提高了预测的准确性，同时能够较早的预测跌倒发生。作为优选，所述的折叠气囊有两个，两个折叠气囊分别置于连帽防护衣本体的前侧和后侧，所述折叠气囊的形状呈I形，所述的折叠气囊缝合在内衬上，其中置于连帽防护衣本体后侧的折叠气囊上端延伸至连帽防护衣本体的上端衣帽内。通过折叠气囊的形状设计，能够有效的保护头部、上半身和腰部。作为优选，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内设有头箍尼龙搭扣，所述的头箍尼龙搭扣置于内衬和外套之间且缝合在外套上，所述的头部传感器固定在头箍尼龙搭扣的中部。通过头箍尼龙搭扣的设计，一方面能够使得衣帽能够更好的定位在头部，而且便于穿戴。作为优选，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有腰带，所述的外套上设有若干腰带扣，所述的腰带穿过腰带扣置于外套上，所述的气体发生器有两个且均置于腰带上，两个气体发生器分别置于连帽防护衣本体的左右两侧，两个气体发生器分别与两个折叠气囊一一对应连接，所述的控制模块和电源模块均固定安装在腰带上。通过腰带的设计，能够有效的调节腰部的松紧度。作为优选，所述的电源模块采用的是可充电式锂电池。通过充电的方式实现了电源的可持续性供电。作为优选，所述的头部传感器和腰部传感器均为六轴惯性传感器，所述的六轴惯性传感器包含了三轴加速度计以及三轴陀螺仪。采集的数据为头部和腰部的俯仰角角速度数据和加速度数据，其中加速度数据用来修正计算的角度值。作为优选，所述连帽防护衣本体的胸部处设有胸部传感器，所述的胸部传感器通过导线与控制模块连接，所述的胸部传感器为六轴惯性传感器，所述的六轴惯性传感器包含了三轴加速度计以及三轴陀螺仪。本技术的有益效果是：使用六轴惯性传感器对人体多部位(腰部和头部)进行角度数据采集和联合分析，实现较早预测跌倒；采用基于头腰部角度相关系数阈值、腰部角度阈值以及腰部角速度阈值的跌倒预测算法，提高了预测的准确性，同时能够较早的预测跌倒发生，也可用于高空坠落的防护。附图说明图1是本技术的展开结构示意图；图2是图1的整体结构示意图；图3是折叠气囊的展开结构示意图；图4是发生跌倒的运动状态示意图。图中：1.头部传感器，2.头箍尼龙搭扣，3.导线，4.腰带，5.气体发生器，6.控制模块，7.电源模块，8.内衬，9.外套。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的描述。如图1、图2所述的实施例中，一种穿戴式跌倒预测防护系统，包括连帽防护衣本体，连帽防护衣本体由内衬8和外套9组成，内衬8和外套9之间装有折叠气囊，连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器1，连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块6、气体发生器5和电源模块7，所述的控制模块6包括中央处理器和腰部传感器，头部传感器1、腰部传感器、气体发生器5和电源模块7通过导线3均与中央处理器连接，气体发生器5与折叠气囊连接。折叠气囊有两个，两个折叠气囊分别置于连帽防护衣本体的前侧和后侧，如图3所示，折叠气囊的形状呈I形，折叠气囊缝合在内衬8上，其中置于连帽防护衣本体后侧的折叠气囊上端延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿戴式跌倒预测防护系统，其特征是，包括连帽防护衣本体，所述的连帽防护衣本体由内衬(8)和外套(9)组成，所述的内衬(8)和外套(9)之间装有折叠气囊，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器(1)，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块(6)、气体发生器(5)和电源模块(7)，所述的控制模块(6)包括中央处理器和腰部传感器，所述的头部传感器(1)、腰部传感器、气体发生器(5)和电源模块(7)通过导线(3)均与中央处理器连接，所述的气体发生器(5)与折叠气囊连接，所述的折叠气囊有两个，两个折叠气囊分别置于连帽防护衣本体的前侧和后侧，所述折叠气囊的形状呈I形，所述的折叠气囊缝合在内衬(8)上，其中置于连帽防护衣本体后侧的折叠气囊上端延伸至连帽防护衣本体的上端衣帽内。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式跌倒预测防护系统，其特征是，包括连帽防护衣本体，所述的连帽防护衣本体由内衬(8)和外套(9)组成，所述的内衬(8)和外套(9)之间装有折叠气囊，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器(1)，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块(6)、气体发生器(5)和电源模块(7)，所述的控制模块(6)包括中央处理器和腰部传感器，所述的头部传感器(1)、腰部传感器、气体发生器(5)和电源模块(7)通过导线(3)均与中央处理器连接，所述的气体发生器(5)与折叠气囊连接，所述的折叠气囊有两个，两个折叠气囊分别置于连帽防护衣本体的前侧和后侧，所述折叠气囊的形状呈I形，所述的折叠气囊缝合在内衬(8)上，其中置于连帽防护衣本体后侧的折叠气囊上端延伸至连帽防护衣本体的上端衣帽内。2.根据权利要求1所述的一种穿戴式跌倒预测防护系统，其特征是，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内设有头箍尼龙搭扣(2)，所述的头箍尼龙搭扣(2)置于内衬(8)和外套(9)之间且缝合在外套(9)上，所述的头部传感器(1)固定在头箍尼龙搭扣(2)的中部。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：娜日苏，周闯，王勤，雷中贵，周子燕，王志雄，
申请(专利权)人：源珈力医疗器材国际贸易上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31