專利名稱：一種預防跌倒的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及醫療康復領域，尤其涉及一種預防跌倒的裝置。
背景技術：
足底壓力的不穩定性常常引起患者關節的損傷，甚至導致患者跌倒受傷。隨著科技的發展，在醫療康復領域中出現了通過快速調整鞋底位姿以預防患者跌倒的康復鞋?，F有技術中的防跌倒康復鞋主要根據人體足部壓力以及重心的變化來調整鞋底的位姿，從而預防患者跌倒。這種康復鞋的控制模式較為單一，很少采用人工智能的方式來控制鞋底位姿的變化，因此不夠直接和充分地反應人體有跌倒的趨勢，且僅憑患者足部壓力以及重心的變化有時會造成誤判，如將患者下蹲動作判定為將要跌倒，從而影響了裝置的功效?！?br>
發明內容
本發明旨在解決上述現有技術中存在的問題，提出一種預防跌倒的裝置。本發明提出的預防跌倒的裝置包括鞋底板、壓力傳感器、螺栓、信號傳輸線、第一齒輪、電機、第二齒輪、電纜線、數據處理裝置、加速度傳感器以及肌電傳感器。其中，所述螺栓安裝于所述鞋底板上；所述壓力傳感器固定安裝于所述螺栓的一端，通過所述信號傳輸線與所述數據處理裝置相連接，用于獲取壓力信號并將所述壓力信號傳輸至所述數據處理裝置；所述第一齒輪與所述螺栓的另一端相連接，用于調整所述螺栓的高度；所述電機、所述數據處理裝置均安裝于所述鞋底板上，所述電機通過所述電纜線與所述數據處理裝置相連接；所述第二齒輪一方面與所述電機相連接，所述電機用于控制所述第二齒輪的轉動，所述第二齒輪另一方面與所述第一齒輪傳動連接；所述加速度傳感器用于獲取人體腰部加速度信號，并將所述加速度信號傳輸至所述數據處理裝置；所述肌電傳感器用于獲取人體下肢肌電信號，并將所述肌電信號傳輸至所述數據處理裝置；所述數據處理裝置用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行處理，得到人體位姿的實時狀態，并根據所述人體位姿的實時狀態控制所述電機，進而調整所述螺栓的高度。本發明提出的預防跌倒的裝置采用足底壓力信號、人體腰部加速度信號以及人體下肢肌電信號作為電機控制源信號，能夠全面并準確地反映人體是否有將要跌倒的趨勢，同時采用人工智能技術對上述信號進行處理與分類，從而得出當前人體位姿的狀態，并進一步控制電機以對鞋底進行調整，預防患者跌倒。此外，本發明提出的預防跌倒的裝置安裝、拆卸極為方便，可與多數平底鞋配套使用，使得所述預防跌倒的裝置適用于各種人群。


下面結合附圖對本發明進行詳細說明，其中圖I是本發明一實施例的預防跌倒的裝置立體圖；圖2是本發明一實施例的預防跌倒的裝置中螺栓部位放大圖3是本發明一實施例的預防跌倒的裝置側視圖；圖4是本發明一實施例的預防跌倒的裝置中數據處理裝置結構框圖；圖5是本發明一實施例的預防跌倒的裝置應用示例圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明而不是要求本發明必須以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。圖I為本發明一實施例的預防跌倒的裝置立體圖。所述預防跌倒的裝置包括鞋底板4、螺栓3、壓力傳感器5 (如圖2所示，所述壓力傳感器5固定安裝于所述螺栓3的一端)、信號傳輸線9、第一齒輪11、電機8、第二齒輪6、電纜線7、數據處理裝置10、加速度傳感器(圖未示)以及肌電傳感器(圖未示)。其中，所述螺栓3安裝于所述鞋底板4上。所述螺栓3為空心，所述壓力傳感器5通過所述信號傳輸線9與所述數據處理裝置10相連接，所述壓力傳感器5用于獲取壓力信號并將所述壓力信號傳輸至所述數據處理裝置10。應注意的是，為顯示各部件的連接關系，在圖I中的鞋底板螺栓安裝孔14、15兩處省略了所述螺栓3、所述第一齒輪11，以及與所述數據處理裝置10相連接的所述信號傳輸線9。所述第一齒輪11與所述螺栓3的一端采用螺紋連接，所述第一齒輪11用于調整所述螺栓3的高度。優選地，如圖2所示，所述預防跌倒的裝置還包括導線環12，所述導線環12嵌套于所述螺栓3上，所述信號傳輸線9通過所述導線環12上的小孔13與所述數據處理裝置10相連接。設置所述導線環12的目的是當所述螺栓3高度發生變化時，所述信號傳輸線9不會隨著所述螺栓3的轉動而纏繞在所述螺栓3上。所述電機8、所述數據處理裝置10均安裝于所述鞋底板4上，所述電機8通過所述電纜線7與所述數據處理裝置10相連接。所述第二齒輪6 —方面與所述電機8相連接，所述電機8用于控制所述第二齒輪6的轉動，所述第二齒輪6另一方面與所述第一齒輪11傳動連接。優選地，所述預防跌倒的裝置還包括聯軸器(圖未示)，所述第二齒輪6通過所述聯軸器與所述電機8相連接。應注意的是，為顯示各部件的連接關系，在圖I中靠近鞋跟部位的兩個電機8處省略了與所述電機8相連接的所述第二齒輪6。所述加速度傳感器貼放于人體腰部，用于獲取人體腰部加速度信號，并將所述加速度信號傳輸至所述數據處理裝置10。在本實施例中，所述加速度傳感器為六軸加速度傳感器。優選地，所述加速度傳感器是無線裝置，能夠將所述加速度信號以無線方式傳輸至所述數據處理裝置10。所述肌電傳感器貼放于人體股直肌以及脛骨前肌，用于獲取人體下肢肌電信號，并將所述肌電信號傳輸至所述數據處理裝置10。在本實施例中，采用四塊所述肌電傳感器，分別貼放于人體雙腿的股直肌以及脛骨前肌部位。優選地，所述肌電傳感器是無線裝置，能夠將所述肌電信號以無線方式傳輸至所述數據處理裝置10。所述數據處理裝置10用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行處理，得到人體位姿的實時狀態，并根據所述人體位姿的實時狀態控制所述電機8，進而調整所述螺栓3的高度，所述預防跌倒的裝置側視圖如圖3所示。如圖4所示，所述數據處理裝置10包括壓力信號采集模塊101、加速度信號采集模塊102、肌電信號采集模塊103、信號放大模塊104、信號整形模塊105、信號濾波模塊106、特征提取模塊107、分類模塊108以及控制模塊109。其中，所述壓力信號采集模塊101用于采集所述壓力信號；所述加速度信號采集模塊102用于采集所述加速度信號；所述肌電信號采集模塊103用于采集所述肌電信號。所述信號放大模塊104用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行信號放大；所述信號整形模塊105用于對放大后的所述壓力信號、所述加速度信號以·及所述肌電信號進行信號整形；所述信號濾波模塊用于對整形后的所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行信號濾波，以濾除噪聲信號。所述特征提取模塊107用于提取所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號中的特征向量；所述分類模塊108用于對所述特征向量進行分類，從而得到人體位姿的實時狀態；所述控制模塊109用于根據所述人體位姿的實時狀態控制所述電機8，進而調整所述螺栓3的高度。如圖5所示，在本實施例中，所述預防跌倒的裝置可與多數平底鞋I配套使用，具體地，所述預防跌倒的裝置安裝于所述平底鞋I的底部2處。在患者使用所述預防跌倒的裝置之前要先對所述預防跌倒的裝置進行訓練。具體地，例如，訓練人員穿戴所述預防跌倒的裝置并做出向前、向后、向左以及向右跌倒的位姿，所述壓力信號采集模塊101、加速度信號采集模塊102、肌電信號采集模塊103分別采集所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號，所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號依次經過所述信號放大模塊104、信號整形模塊105、信號濾波模塊106以及特征提取模塊107處理，所述分類模塊108存儲分別對應于所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號的特征向量。同時，訓練人員將對應于所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號特征向量的位姿(向前、向后、向左、向右跌倒)輸入所述分類模塊108，對所述分類模塊108進行訓練，生成用于判斷人體位姿的分類器。所述分類器用于根據輸入的所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號判斷當前人體位姿屬于向前、向后、向左、向右跌倒的哪一種。在本實施例中，采用支持向量機(SVM)算法對所述分類模塊108進行訓練。本領域技術人員應能理解，除SVM算法外的人工智能算法，如神經網絡算法等均可用于對所述分類模塊108進行訓練。在對所述預防跌倒的裝置訓練完畢之后，患者便可以穿戴并使用所述預防跌倒的裝置。例如，當患者有向前跌倒的傾向時，雙足前部的壓力增大，股直肌與脛骨前肌的表面肌電信號也增強，同時腰部加速度信號強度增強，所述壓力信號、加速度信號以及肌電信號分別經由所述壓力信號采集模塊101、加速度信號采集模塊102、肌電信號采集模塊103采集，并依次經過信號放大模塊104、信號整形模塊105、信號濾波模塊106以及特征提取模塊107處理后，所述分類模塊108根據訓練時所生成的SVM分類器判別患者當前位姿為向前跌倒，所述控制模塊109根據所判別出的向前跌倒這一位姿控制所述電機8，以減少鞋跟部兩個螺栓的高度，同時增加前腳掌部位兩個螺栓的高度，從而防止患者跌倒。
本發明提出的預防跌倒的裝置采用足底壓力信號、人體腰部加速度信號以及人體下肢肌電信號作為電機控制源信號，能夠全面并準確地反映人體是否有將要跌倒的趨勢，同時采用人工智能技術對上述信號進行處理與分類，從而得出當前人體位姿的狀態，并進一步控制電機以對鞋底螺栓的高度進行調整，預防患者跌倒。此外，本發明提出的預防跌倒的裝置安裝、拆卸極為方便，可與多數平底鞋配套使用，使得所述預防跌倒的裝置適用于各種人群。雖然本發明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發明，并非用來限定本發明的保護范圍，任何在本發明的精神和原則范圍之內，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發明的權利保
護范圍之內。
權利要求
1.一種預防跌倒的裝置，其特征在于，包括鞋底板、壓力傳感器、螺栓、信號傳輸線、第一齒輪、電機、第二齒輪、電纜線、數據處理裝置、加速度傳感器以及肌電傳感器，其中， 所述螺栓安裝于所述鞋底板上； 所述壓力傳感器固定安裝于所述螺栓的一端，通過所述信號傳輸線與所述數據處理裝置相連接，用于獲取壓力信號并將所述壓力信號傳輸至所述數據處理裝置； 所述第一齒輪與所述螺栓的另一端相連接，用于調整所述螺栓的高度； 所述電機、所述數據處理裝置均安裝于所述鞋底板上，所述電機通過所述電纜線與所述數據處理裝置相連接； 所述第二齒輪一方面與所述電機相連接，所述電機用于控制所述第二齒輪的轉動，所述第二齒輪另一方面與所述第一齒輪傳動連接； 所述加速度傳感器用于獲取人體腰部加速度信號，并將所述加速度信號傳輸至所述數據處理裝置； 所述肌電傳感器用于獲取人體下肢肌電信號，并將所述肌電信號傳輸至所述數據處理裝置； 所述數據處理裝置用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行處理，得到人體位姿的實時狀態，并根據所述人體位姿的實時狀態控制所述電機，進而調整所述螺栓的高度。
2.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，所述數據處理裝置包括壓力信號采集模塊、加速度信號采集模塊、肌電信號采集模塊、信號放大模塊、信號整形模塊、信號濾波模塊、特征提取模塊、分類模塊以及控制模塊，其中， 所述壓力信號采集模塊用于采集所述壓力信號； 所述加速度信號采集模塊用于采集所述加速度信號； 所述肌電信號采集模塊用于采集所述肌電信號； 所述信號放大模塊用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行信號放大； 所述信號整形模塊用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行信號整形； 所述信號濾波模塊用于對所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號進行信號濾波，以濾除噪聲信號； 所述特征提取模塊用于提取所述壓力信號、所述加速度信號以及所述肌電信號中的特征向量； 所述分類模塊用于對所述特征向量進行分類，從而得到人體位姿的實時狀態； 所述控制模塊用于根據所述人體位姿的實時狀態控制所述電機，進而調整所述螺栓的高度。
3.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，所述加速度傳感器貼放于人體腰部。
4.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，所述肌電傳感器貼放于人體股直肌以及脛骨前肌。
5.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，所述第一齒輪與所述螺栓采用螺紋連接。
6.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，還包括聯軸器，所述第二齒輪通過所述聯軸器與所述電機相連接。
7.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，還包括導線環，所述導線環嵌套于所述螺栓上，所述信號傳輸線通過所述導線環與所述數據處理裝置相連接。
8.如權利要求I所述的預防跌倒的裝置，其特征在于，所述加速度傳感器為六軸加速度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種預防跌倒的裝置，包括鞋底板、壓力傳感器、螺栓、信號傳輸線、第一齒輪、電機、第二齒輪、電纜線、數據處理裝置、加速度傳感器以及肌電傳感器。其中，壓力傳感器安裝于螺栓一端，通過信號傳輸線與數據處理裝置相連接；第一齒輪與螺栓另一端相連接；電機通過電纜線與數據處理裝置相連接；第二齒輪與電機、第一齒輪傳動連接；數據處理裝置用于對信號進行處理，得到人體位姿的實時狀態，并根據人體位姿控制電機，調整螺栓的高度。本發明提出的預防跌倒的裝置能夠全面并準確地反映人體是否有將要跌倒的趨勢，同時采用人工智能技術對信號進行分類，得出當前人體位姿狀態，并進一步控制電機調整鞋底螺栓高度，預防患者跌倒。
文檔編號A43C19/00GK102783766SQ201210310579
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月28日 優先權日2012年8月28日
發明者徐佳立, 梅占勇, 王永奉, 趙國如 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院