一种具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置

技术领域

本申请属于跌倒预警技术领域，特别涉及一种具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置。

背景技术

人体在走路或站立时为了保持微妙的平衡，会自主通过脚踝、臀部、躯干及跨步策略来调整姿态，这种平衡的控制会受到运动系统和中枢神经系统的影响。当平衡被打破、无法通过自身调整体位来维持稳定，或者平衡能力、神经认知功能严重受损无法自主调整，平衡无法保持则会出现跌倒的情况。随着年龄的增长，平衡能力逐步退化，跌倒发生的风险也会随之增大，且随着年龄增大，跌倒后身体自主采取补救措施的能力也越缓慢。据统计，髋部骨折是老年人常见的严重损伤，而90％以上的老年人髋部骨折都是跌倒所致。具有跌倒预警功能的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置作为跌倒预防的有效手段，研究易跌人群的运动信息，在其跌倒过程给予髋部缓冲保护，可有效的减轻老年人跌倒后所受到的伤害，对解决人口老年化带来的医疗和社会问题具有重大意义。然而，现有的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置普遍存在防护面积小、预警时间长、气瓶放气时间长、跌倒预警算法误报率高、更换气瓶成本高以及穿戴不舒适等问题。

发明内容

本申请提供了一种具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置，旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了解决上述问题，本申请提供了如下技术方案：

一种具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置，包括内腰带和外腰带，所述内腰带和外腰带分别佩戴于监护者的人体腰部，所述外腰带位于内腰带外侧；所述内腰带上安装有用于采集人体运动数据的传感器；所述外腰带的后方内侧安装有安全气囊，所述外腰带的前方外侧设有主控盒，所述主控盒中包括主控板、双向刺破装置和二氧化碳压缩气瓶；所述主控板与传感器连接，所述二氧化碳压缩气瓶的数量为两个，所述两个二氧化碳压缩气瓶分别固定在所述双向刺破装置的左右两端；所述安全气囊通过导气管与所述主控盒连接；所述主控板用于获取传感器采集的人体运动数据，并采用跌倒预警算法对跌倒动作进行识别，如果识别到跌倒动作，则控制所述双向刺破装置刺破所述二氧化碳压缩气瓶对所述安全气囊充气，以在发生跌倒时对所述监护者进行防护。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述双向刺破装置的左右两端还分别设有刺针，所述刺针与所述二氧化碳压缩气瓶的位置相对应。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述主控盒中还设有电池、电动舵机和双向凸轮，所述电池与电动舵机连接，用于为所述电动舵机供电；所述电动舵机与主控板连接，所述双向凸轮位于电动舵机上方，并与所述双向刺破装置连接；如果识别到跌倒动作，所述主控板控制所述电动舵机带动双向凸轮转动，通过所述双向凸轮将所述电动舵机的旋转运动转化为直线运动，推动所述双向刺破装置左右两端的两个刺针向两侧移动并刺破所述二氧化碳压缩气瓶，使所述二氧化碳压缩气瓶释放出二氧化碳气体，并通过所述导气管将所述二氧化碳气体充入所述安全气囊中。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述主控板中还设有跌倒预警模块，所述跌倒预警模块采用基于数据统计的跌倒预警算法对所述人体运动数据进行分析，判断当前动作是否属于跌倒动作，当识别到跌倒动作时，生成迭代预警信号，并通过所述主控板将跌倒预警信号转化为电信号，控制所述电动舵机带动双向凸轮转动。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述跌倒预警算法具体为：

获取所述传感器采集的人体运动数据；所述人体运动数据包括三轴加速度和三轴姿态角数据；

根据所述三轴加速度计算当前动作的合加速度，根据所述合加速度判断当前动作属于类跌倒动作还是日常动作；如果属于类跌倒动作，

根据所述姿态角数据判断当前动作属于真实跌倒动作还是激烈的日常动作，如果属于真实跌倒动作，生成跌倒预警信号。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述外腰带的前方外侧还设有主控盒袋，所述主控盒安装于主控盒袋中，所述主控盒袋上还设有拉链。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述主控盒袋上还设有一个透明的小窗口，所述主控盒上还分别设有用于控制电源的开关按钮、用于调节声音大小的调节按钮和用于紧急呼叫的一键呼叫按钮，所述小窗口与所述三个按钮的位置相对应。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述内腰带具有弹性，其两端通过第一固定组件活动连接。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述外腰带的两端分别设有调整带和第二固定组件，其通过所述调整带和第二固定组件固定于所述内腰带的外侧，并通过所述调整带调节长度。

本申请实施例采取的技术方案还包括：所述充气后的安全气囊为一个面积为0.23㎡、厚度为6.2㎝的扇形缓冲垫。

相对于现有技术，本申请实施例产生的有益效果在于：本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置采用内外双腰带结构，通过内腰带固定传感器，从而更加稳定的采集人体运动数据；通过外腰带安装安全气囊，且设置独立的主控盒，从而不会影响大面积安全气囊的总体性能，且更美观；采用基于数据统计的跌倒预警算法对跌倒动作进行实时计算，计算量较小，准确性高，误报率低；通过两个二氧化碳压缩气瓶对安全气囊进行充气，充气速度更快，可以大大缩短预警时间，且二氧化碳压缩气瓶可以更换，大大降低重复使用成本；安全气囊的防护面积与防护厚度更大，从而对人体提供更有效的防护。

附图说明

图1是本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的佩戴示意图；

图2是本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的展开示意图；

图3是本申请实施例的主控盒结构示意图；

图4是本申请实施例的安全气囊结构示意图；

图5是本申请实施例的跌倒预警模块的跌倒预警算法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1和图2，图1是本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的佩戴示意图，图2是本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的展开示意图。本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置包括内腰带10和外腰带20，内腰带10佩戴于监测者的腰部，其前方贴近人体皮肤的一侧安装有用于实时采集人体运动数据的九轴惯性传感器(图未示)。内腰带10具有弹性，其两端通过第一固定组件(图未示)活动连接，并可以根据监测者的腰围调节长度。外腰带20的后方内侧安装有折叠的安全气囊21；外腰带20的前方外侧设有主控盒袋22，主控盒23安装于主控盒袋22中，主控盒袋22上还设有拉链11。外腰带20的两端分别设有调整带24和第二固定组件(图未示)，其通过调整带24和第二固定组件佩戴于监测者的腰部并位于内腰带10的外侧，外腰带20可通过调整带24调节长度。

进一步地，请参阅图3和图4，图3是本申请实施例的主控盒结构示意图，图4是本申请实施例的安全气囊结构示意图。主控盒22中设有主控板221、电池222、电动舵机223、双向凸轮224、双向刺破装置225和二氧化碳压缩气瓶226；主控板221中包括跌倒预警模块(图未示)，并分别与九轴惯性传感器和电动舵机223连接；电池222与电动舵机223连接，用于为电动舵机12供电；双向凸轮224位于电动舵机223的上方，并与双向刺破装置225连接；二氧化碳压缩气瓶226的数量为两个，两个二氧化碳压缩气瓶226分别通过标准螺纹固定在双向刺破装置225的左右两端，双向刺破装置225的左右两端还分别设有刺针(图未示)，所述刺针与二氧化碳压缩气瓶的位置相对应。主控盒22的左右两侧还分别设有一个接口25，安全气囊21的左右两侧还分别设有导气管14，导气管14的另一端与同侧的接口25连接。

本申请实施例中，二氧化碳压缩气瓶226为8g二氧化碳压缩气瓶。通过设置独立的主控盒袋用以固定主控盒，便于主控盒的放入和取出，以及二氧化碳压缩气瓶的更换。

如图2所示，主控盒袋22上还设有一个透明的小窗口26，主控盒23上还分别设有用于控制电源的开关按钮27、用于调节声音大小的调节按钮28和用于紧急呼叫的一键呼叫按钮29，所述小窗口26与三个按钮的位置相对应，用户可通过小窗口查看按钮并根据需求对按钮进行相应操作。

基于上述结构，本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的工作原理为：首先，将内腰带10佩戴于监测者腰部，使九轴惯性传感器位于监测者的重心位置，并通过第一固定组件根据监测者的腰围调节内腰带长度；其次，通过调整带24和第二固定组件将外腰带20固定于内腰带10的外侧，并使安全气囊15位于监测者的腰部后侧；然后，通过开关按钮27开启电源，通过九轴惯性传感器进行姿态校准后，实时采集人体运动数据，并将采集的人体运动数据传输至主控板221；主控板221中的跌倒预警模块采用基于数据统计的跌倒预警算法对人体运动数据进行实时分析，判断监测者当前动作是否属于跌倒动作；当监测到跌倒动作时，生成迭代预警信号，通过主控板221将跌倒预警信号转化为电信号，并控制电动舵机223带动双向凸轮224转动，通过双向凸轮224将电动舵机223的旋转运动转化为直线运动，以推动双向刺破装置225左右两侧的两个刺针向两侧移动并刺破左右两个二氧化碳压缩气瓶226，使二氧化碳压缩气瓶226释放出二氧化碳气体，并通过导气管14将二氧化碳气体充入折叠的安全气囊21中，使安全气囊21迅速充满气并快速展开，形成一个面积为0.23㎡、厚度为6.2㎝的扇形缓冲垫，从而对将要跌倒的监测者进行髋部和臀部的防护。同时，主控板221将跌倒信息远程发送至预先设置的监护人的终端设备上，便于监护人及时采取救治措施。其中，发送的跌倒信息包括但不限于具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置编号、跌倒时间以及跌倒位置信息等，监护人可以通过终端设备配置具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置的相关参数、并进行设状态查询、跌倒数据查询或上传以及远程关机等操作。

上述中，主控板221采用GPS/北斗、WiFi或基站三种混合定位方式进行实时定位，从而实现室内或室外的准确定位。

进一步地，请参阅图5，是本申请实施例的跌倒预警模块的跌倒预警算法流程图。所述跌倒预警模块的跌倒预警算法具体包括：

S1：获取九轴惯性传感器采集的人体运动数据；人体运动数据包括但不限于三轴加速度(acc＿x、acc＿y、acc＿z)、三轴姿态角数据(roll、pitch、yaw)等；

S2：根据人体运动数据计算当前动作的合加速度，根据合加速度判断当前动作属于类跌倒动作还是日常动作，如果属于日常动作，则结束计算，并重新执行S1；否则，执行S3；

其中，人体日常动作通常包括行走、慢跑、坐下站起、蹲下站起、缓慢躺下、上楼梯、下楼梯、跳跃等，其中，剧烈的跳跃、快速下楼梯、快速躺下等较为剧烈的日常动作在合加速度的特征上与跌倒动作相似，被称为类跌倒动作。因此，本申请实施例根据运动过程中合加速度的变化快慢特征对日常动作和类跌倒动作进行区分，如果当前动作为日常动作，则结束计算，减少计算过程，降低功耗。

S3：根据姿态角数据判断当前动作属于真实跌倒动作还是较为激烈的日常动作，如果属于较为激烈的日常动作，则结束计算，并重新执行S1；否则，执行S4；

其中，剧烈的跳跃、快速下楼梯、快速躺下等类跌倒动作虽然在加速度上与跌倒动作相似，但其在姿态角变化中与跌倒动作不同，且不同的跌倒方向，其姿态角变化也不一样，例如，当跌倒方向为左倒或右倒时，pitch角正负不一样，当跌倒方向为后倒时，pitch角基本不会变化太大，但roll角变化较大，因此，本申请实施例通过设置不同跌倒方向的姿态角限制阈值，如果当前动作的姿态角数据到达所设定的姿态角限制阈值，则判定该动作为真实跌倒动作，否则，判定该动作为类跌倒动作，从而降低跌倒动作的预警误报率，提高预警准确性。

S4：生成跌倒预警信号。

基于上述，本申请实施例的具有跌倒预警功能的穿戴式护髋安全气囊装置采用内外双腰带结构，通过内腰带固定传感器，从而更加稳定的采集人体运动数据；通过外腰带安装安全气囊，且设置独立的主控盒，从而不会影响大面积安全气囊的总体性能，且更美观；采用基于数据统计的跌倒预警算法对跌倒动作进行实时计算，计算量较小，准确性高，误报率低；通过两个8g二氧化碳压缩气瓶对安全气囊进行充气，与单独使用一个16g二氧化碳压缩气瓶相比，释放相同质量的二氧化碳气体可以节约26.5％的时间，从而大大缩短预警时间，且二氧化碳压缩气瓶可以更换，大大降低重复使用成本；安全气囊的防护面积与防护厚度更大，从而对人体提供更有效的防护。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本申请中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本申请所示的这些实施例，而是要符合与本申请所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。