人体失衡检测装置及方法、防摔倒装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供人体失衡检测装置及方法、防摔倒装置及方法。人体失衡检测装置包括：重心加速度传感器，检测人体行走时身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度；左脚加速度传感器，检测人体行走时左脚的纵向加速度和横向加速度；右脚加速度传感器，检测人体行走时右脚的纵向加速度和横向加速度；以及主控制单元，在身体重心的垂直加速度小于重心垂直加速度阈值、或者重心垂直位移小于重心垂直位移阈值时，利用检测到的左右脚的纵向加速度、横向加速度与身体重心的纵向加速度、横向加速度的偏差、或者利用左右脚的横向位移、纵向位移与重心横向位移、重心纵向位移的偏差，来判断身体是否发生失衡，若判断为身体发生失衡，则输出警报信号。

【技术实现步骤摘要】
人体失衡检测装置及方法、防摔倒装置及方法
本专利技术涉及行走时人体失衡检测及警报技术，尤其涉及人体失衡检测装置及方法、防摔倒装置及方法。
技术介绍
全球老龄化是当今日益严峻的问题，据报道，到2020年，世界上13个国家将成为“超老龄”国，即20％以上的人口超过65岁。而到2030年，“超老龄”国家的数量将升至34个，届时，中国也将成为全球人口老龄化程度最高的国家。老年人的身体机能衰退，平衡感知能力下降，在日常生活中会出现容易摔倒的情况。老人摔倒的致病率高，住院率高，死亡率高，不仅给本人身体和心理造成痛苦，而且也给家庭和社会带来沉重负担。老人摔倒不仅在中国比较严重，也是世界性的难题。与此同时，防老人摔倒的专利技术也层出不穷。例如，有老人摔倒后自动报警、申请施救的装置，也有气囊、充气衣服、充气帽子等穿戴物，能够在老人摔倒后减缓冲击，保护头颅及骨骼。由此可知，穿戴式设备保护老人摔倒似乎已成共识，但这些专利技术致力于解决的实际上都是老年人已经发生摔倒后如何尽快施救、尽可能减小伤害的问题，而不是在预防方面做文章。还有一些是类似假肢一样的康复器械，用外部动力通过伺服电机、人工肌肉产生有规则的机械运动，代替或部分代替老年人的自身行走。这样的装置也许确有预防摔倒作用，但由于笨重复杂，对大多数生活能够自理的老年人显得多余，且能耗高、造价昂贵。针对以上情况，本专利技术人认为，现有专利技术创意虽多，但并不能满足广大老人的现实需求。老人一旦摔倒，多半已酿成惨重的损伤，如何防范于未然，尽量预防更是需求所在。因此，提出一种结构和操作简单、反应迅速准确的可预防人体失衡摔倒的穿戴式设备很有必要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的一个方面提供一种人体失衡检测装置，包括：重心加速度传感器，检测人体行走时身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度；左脚加速度传感器，检测人体行走时左脚的纵向加速度和横向加速度；右脚加速度传感器，检测人体行走时右脚的纵向加速度和横向加速度；以及主控制单元，获取所述身体重心的纵向加速度、横向加速度及垂直加速度，左脚的纵向加速度和横向加速度、右脚的纵向加速度和横向加速度，进行人体失衡的判断，其中，所述主控制单元在所述身体重心的垂直加速度小于重心垂直加速度阈值、或者重心垂直位移小于重心垂直位移阈值时，利用检测到的左右脚的纵向加速度、横向加速度与所述身体重心的纵向加速度、横向加速度的偏差、或者利用左右脚的横向位移、纵向位移与重心横向位移、重心纵向位移的偏差，来判断身体是否发生失衡，如果判断为身体发生了失衡，则输出警报信号，其中，所述重心垂直位移基于所述重心垂直加速度求得，左右脚的纵向位移、横向位移分别基于所述左右脚的纵向加速度、横向加速度求得，所述重心纵向位移、重心横向位移分别基于所述身体重心的纵向加速度、横向加速度求得。根据本专利技术的一个方面，其中，重心加速度传感器，以预定的采样周期采样检测所述身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度；左脚加速度传感器，以预定的采样周期采样检测所述左脚的纵向加速度和横向加速度；右脚加速度传感器，以预定的采样周期采样检测所述右脚的纵向加速度和横向加速度；所述主控制单元关于所述身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度、所述左脚的纵向加速度和横向加速度、所述右脚的纵向加速度和横向加速度中的各加速度，求取预定采样个数的平均值，并基于所述身体重心的纵向加速度的平均值、左脚的纵向加速度的平均值、右脚的纵向加速度的平均值计算纵向平均相对加速度，以及基于所述身体重心的横向加速度的平均值、左脚的横向加速度的平均值、右脚的横向加速度的平均值计算横向平均相对加速度，所述主控制单元在所述身体失衡的判断中，当将人所面朝的方向、即前向记为+X方向，将其背对的方向即后向记为-X方向，将左向、右向分别记为+Y方向、-Y方向，将向上方向、向下方向分别记为+Z方向、-Z方向，并且将纵向平均相对加速度记为横向平均相对加速度记为同时将给定的纵向前倾相对加速度阈值记为Axf，给定的后倾相对加速度阈值记为Axb，给定的横向相对加速度阈值记为Ay时，若则输出引导右脚向前迈步的警报信号，若则输出引导右脚向左前方迈步的警报信号，若则输出引导左脚向前迈步的警报信号，若则输出引导左脚向右前方迈步的警报信号，若则输出引导左脚或右脚向前迈步的警报信号，若则输出引导右脚向后退步的警报信号，若则输出引导右脚向左后方退步的警报信号，若则输出引导左脚向后退步的警报信号，若则输出引导左脚向右后方退步的警报信号，若则输出引导左脚或右脚向后退步的警报信号，若或者则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若或者则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号。根据本专利技术的一个方面，其中，所述纵向平均相对加速度、横向平均相对加速度通过下述公式(1)计算：其中，j＝x、y，为X或Y方向上的重心加速度平均值，为X或Y方向上的左脚加速度平均值，为X或Y方向上的右脚加速度平均值。根据本专利技术的一个方面，其中，所述主控制单元基于所述身体重心的纵向加速度、左脚的纵向加速度、右脚的纵向加速度计算纵向相对位移量，基于所述身体重心的横向加速度、左脚的横向加速度、右脚的横向加速度计算横向相对位移量，所述主控制单元在所述身体失衡的判断中，当将人所面朝的方向、即前向记为+X方向，将其背对的方向即后向记为-X方向，将左向、右向分别记为+Y方向、-Y方向，将向上方向、向下方向分别记为+Z方向、-Z方向，并且将纵向相对位移量记为Δsx，横向相对位移量记为Δsy，同时将给定的前倾相对位移阈值记为Sxf，给定的后倾相对位移阈值记为Sxb，给定的横向相对位移阈值记为Sy，若(Δsx≥Sxf)&(0<Δsy<Sy)，则输出引导右脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy≥Sy)，则输出引导右脚向左前方迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(-Sy<Δsy<0)，则输出引导左脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy≤-Sy)，则输出引导左脚向右前方迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy＝0)，则输出引导左脚或右脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(0<Δsy<Sy)，则输出引导右脚向后的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy≥Sy)，则输出引导右脚向左后方退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(-Sy<Δsy<0)，则输出引导左脚向后退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy≤-Sy)，则输出引导左脚向右后方退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy＝0)，则输出引导左脚或右脚向后退步的警报信号，若(Δsy≥Sy)&(0<Δsx<Sxf)，则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若(Δsy≥Sy)&(-Sxb<Δsx<0)，则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若(Δsy≤-Sy)&(0<Δsx<Sxf)，则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号，若(Δsy≤-Sy)&(-Sxb<Δsx<0)，则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号。根据本专利技术的一个方面，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体失衡检测装置，包括：重心加速度传感器，检测人体行走时身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度；左脚加速度传感器，检测人体行走时左脚的纵向加速度和横向加速度；右脚加速度传感器，检测人体行走时右脚的纵向加速度和横向加速度；以及主控制单元，获取所述身体重心的纵向加速度、横向加速度及垂直加速度，左脚的纵向加速度和横向加速度、右脚的纵向加速度和横向加速度，进行人体失衡的判断，其中，所述主控制单元在所述身体重心的垂直加速度小于重心垂直加速度阈值、或者重心垂直位移小于重心垂直位移阈值时，利用检测到的左右脚的纵向加速度、横向加速度与所述身体重心的纵向加速度、横向加速度的偏差、或者利用左右脚的横向位移、纵向位移与重心横向位移、重心纵向位移的偏差，来判断身体是否发生失衡，如果判断为身体发生了失衡，则输出警报信号，其中，所述重心垂直位移基于所述重心垂直加速度求得，左右脚的纵向位移、横向位移分别基于所述左右脚的纵向加速度、横向加速度求得，所述重心纵向位移、重心横向位移分别基于所述身体重心的纵向加速度、横向加速度求得。

【技术特征摘要】
1.一种人体失衡检测装置，包括：重心加速度传感器，检测人体行走时身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度；左脚加速度传感器，检测人体行走时左脚的纵向加速度和横向加速度；右脚加速度传感器，检测人体行走时右脚的纵向加速度和横向加速度；以及主控制单元，获取所述身体重心的纵向加速度、横向加速度及垂直加速度，左脚的纵向加速度和横向加速度、右脚的纵向加速度和横向加速度，进行人体失衡的判断，其中，所述主控制单元在所述身体重心的垂直加速度小于重心垂直加速度阈值、或者重心垂直位移小于重心垂直位移阈值时，利用检测到的左右脚的纵向加速度、横向加速度与所述身体重心的纵向加速度、横向加速度的偏差、或者利用左右脚的横向位移、纵向位移与重心横向位移、重心纵向位移的偏差，来判断身体是否发生失衡，如果判断为身体发生了失衡，则输出警报信号，其中，所述重心垂直位移基于所述重心垂直加速度求得，左右脚的纵向位移、横向位移分别基于所述左右脚的纵向加速度、横向加速度求得，所述重心纵向位移、重心横向位移分别基于所述身体重心的纵向加速度、横向加速度求得，其中，所述重心加速度传感器以预定的采样周期采样检测所述身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度，所述左脚加速度传感器以预定的采样周期采样检测所述左脚的纵向加速度和横向加速度，所述右脚加速度传感器以预定的采样周期采样检测所述右脚的纵向加速度和横向加速度，所述主控制单元关于所述身体重心的纵向加速度、横向加速度以及垂直加速度、所述左脚的纵向加速度和横向加速度、所述右脚的纵向加速度和横向加速度中的各加速度，求取预定采样个数的平均值，并基于所述身体重心的纵向加速度的平均值、左脚的纵向加速度的平均值、右脚的纵向加速度的平均值计算纵向平均相对加速度，以及基于所述身体重心的横向加速度的平均值、左脚的横向加速度的平均值、右脚的横向加速度的平均值计算横向平均相对加速度，所述主控制单元在所述身体失衡的判断中，当将人所面朝的方向、即前向记为+X方向，将其背对的方向即后向记为-X方向，将左向、右向分别记为+Y方向、-Y方向，将向上方向、向下方向分别记为+Z方向、-Z方向，并且将纵向平均相对加速度记为横向平均相对加速度记为同时将给定的纵向前倾相对加速度阈值记为Axf，给定的后倾相对加速度阈值记为Axb，给定的横向相对加速度阈值记为Ay时，若则输出引导右脚向前迈步的警报信号，若则输出引导右脚向左前方迈步的警报信号，若则输出引导左脚向前迈步的警报信号，若则输出引导左脚向右前方迈步的警报信号，若则输出引导左脚或右脚向前迈步的警报信号，若则输出引导右脚向后退步的警报信号，若则输出引导右脚向左后方退步的警报信号，若则输出引导左脚向后退步的警报信号，若则输出引导左脚向右后方退步的警报信号，若则输出引导左脚或右脚向后退步的警报信号，若或者则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若或者则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号。2.如权利要求1所述的人体失衡检测装置，其中，所述纵向平均相对加速度、横向平均相对加速度通过下述公式(1)计算：其中，j＝x、y，为X或Y方向上的重心加速度平均值，为X或Y方向上的左脚加速度平均值，为X或Y方向上的右脚加速度平均值。3.如权利要求1所述的人体失衡检测装置，其中，所述主控制单元基于所述身体重心的纵向加速度、左脚的纵向加速度、右脚的纵向加速度计算纵向相对位移量，基于所述身体重心的横向加速度、左脚的横向加速度、右脚的横向加速度计算横向相对位移量，所述主控制单元在所述身体失衡的判断中，当将人所面朝的方向、即前向记为+X方向，将其背对的方向即后向记为-X方向，将左向、右向分别记为+Y方向、-Y方向，将向上方向、向下方向分别记为+Z方向、-Z方向，并且将纵向相对位移量记为Δsx，横向相对位移量记为Δsy，同时将给定的前倾相对位移阈值记为Sxf，给定的后倾相对位移阈值记为Sxb，给定的横向相对位移阈值记为Sy，若(Δsx≥Sxf)&(0<Δsy<Sy)，则输出引导右脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy≥Sy)，则输出引导右脚向左前方迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(-Sy<Δsy<0)，则输出引导左脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy≤-Sy)，则输出引导左脚向右前方迈步的警报信号，若(Δsx≥Sxf)&(Δsy＝0)，则输出引导左脚或右脚向前迈步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(0<Δsy<Sy)，则输出引导右脚向后的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy≥Sy)，则输出引导右脚向左后方退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(-Sy<Δsy<0)，则输出引导左脚向后退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy≤-Sy)，则输出引导左脚向右后方退步的警报信号，若(Δsx≤-Sxb)&(Δsy＝0)，则输出引导左脚或右脚向后退步的警报信号，若(Δsy≥Sy)&(0<Δsx<Sxf)，则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若(Δsy≥Sy)&(-Sxb<Δsx<0)，则输出引导右脚向左侧迈步的警报信号，若(Δsy≤-Sy)&(0<Δsx<Sxf)，则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号，若(Δsy≤-Sy)&(-Sxb<Δsx<0)，则输出引导左脚向右侧迈步的警报信号。4.如权利要求3所述的人体失衡检测装置，其中，所述纵向相对位移量Δsx、横向相对位移量Δsy通过下式计算：其中，t0为积分的起始点时刻，te为最近一次采样获取加速度的采样时刻，agx(t)为重心纵向加速度，alx(t)为左脚纵向加速度，arx(t)为右脚纵向加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：施则威，
申请(专利权)人：施则威，
类型：发明
国别省市：北京;11