CN102866640A

CN102866640A - 跌倒控制系统及使用该系统的康复鞋

Info

Publication number: CN102866640A
Application number: CN2012103027810A
Authority: CN
Inventors: 王永奉; 赵国如; 梅占勇; 徐佳立
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: CN102866640B

Abstract

本发明提供一种跌倒控制系统及使用该系统的康复鞋，此跌倒控制系统包括压力采集装置、定位装置以及多轴运动控制卡，此康复鞋包含：跌倒控制系统、鞋面、鞋底板、鞋底板平台重心调整机构，所述鞋底板平台重心调整机构包括设有调整垫片的垫片组、鞋地板导轨以及数据采集盒，所述定位装置位于鞋底板平台重心调整机构，其还包括设于电机上的电机传输带，所述电机安置于所述鞋底板上，所述电机与所述垫片组通过电机传输带连接，当电机转动，所述电机传输带带动垫片组沿着鞋地板导轨移动，通过调整垫片组上的压力传感器对采集来的足底压力信号进行在线处理和分类，从而对出对鞋底位姿正确的判断，避免人体跌倒。

Description

跌倒控制系统及使用该系统的康复鞋

技术领域

本发明涉及康复鞋领域，尤其涉及一种使用跌倒控制系统的康复鞋。

背景技术

随着医疗技术的发达，人类的平均寿命逐年增加，世界上有许多国家正逐步买入老龄化的社会。小家庭为主的家庭结构使得越来越多老年人没有和他们的子女同住，无人照料其生活起居。另一方面，即使医疗技术的发展一日千里，医师及科学家们对一些罕见疾病的治疗仍旧是束手无策，例如脊椎小脑萎缩症等，部分具有步行能力的重症患者会选择居家照护，但他们往往具有不确定的发病时间或是不稳定的行动能力，也会使得家属无法放心让他们独自行动。

不管是上述的老年人或是患者，偶尔会因为行动不便而发生跌倒的意外，轻微的话还有机会自行求救，但若严重进入昏迷的状况时，将会丧失求救的能力，如果是发生在四下无人之处而没有被人发现，就无法在第一时间进行抢救，此将严重危及其生命安全，而造成无法挽救的结果。

现有的防跌倒康复鞋，主要依靠压力或者重心来进行调整鞋底位姿，进而预防人体跌倒，调整动平台的方式过于单一，不能够适用于大部分足底压力异常的人群。另外，其控制模式过于简便，很少采用人工智能的方式来控制鞋底各种位姿模式。与现有的技术相比，本发明根据足底的压力信号，通过处理和智能模式分类，来控制调整垫片组的位置，进而控制鞋底的位姿，其调整鞋底位姿灵活，适用范围广泛，并且控制模式智能化，更有利于人体跌倒的预防。

日本研制出一种跌倒的鞋子，其根据判断患者有失去重心风险时，采用气压传动装置使得鞋底做出快速的调整，确保使用者不会失去平衡。但实际上，其控制策略信号源是重心信号，并不是反应足底运动情况的压力信号，不够直接和充分反应人体有跌倒的趋势。以色列古里安大学的康复运动鞋，其控制信号时采用足底的压力信号，但调整鞋底的方式过于单一，不能适应各种不同人群的需求，以色列海法理工学院研制出一种针对膝关节炎治疗的康复鞋，其调节方式较古里安大学的防跌倒鞋灵活，但其没有控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种防止跌倒的跌倒控制系统及使用该系统的康复鞋，所述跌倒控制系统，包含：一压力采集装置，包括压力传感器，用以实时采集跌倒控制系统的压力信号数据信息；还包括六轴加速传感器，用以实时采集跌倒控制系统的加速度信号数据信息；

一定位装置，包括设置在电机上的位置传感器，用以在线纪录跌倒控制系统在各个运动时刻的位置信息；一多轴运动控制卡，分别耦接该压力采集装置及定位装置，用以实时控制电机保持跌倒控制系统的方位；一数据分类装置，负责将所有的数据信息以及位置信息进行处理、优化及分类。

优选地，所述电机为直流伺服电机。

本发明还提供一种包含上述跌倒控制系统的康复鞋，包含：鞋面、鞋底板、鞋底板平台重心调整机构，所述鞋底板平台重心调整机构包括设有调整垫片的垫片组、鞋地板导轨以及数据采集盒。

优选地，所述定位装置位于鞋底板平台重心调整机构，其还包括设于电机上的电机传输带，所述电机安置于所述鞋底板上，所述电机与所述垫片组通过电机传输带连接，当电机转动，所述电机传输带带动垫片组沿着鞋地板导轨移动。

优选地，所述六轴加速传感器设置于人体的腰部。

优选地，所述电机的数量至少为4个。

优选地，所述电机为直流伺服电机。

本发明的跌倒控制系统及使用该系统的康复鞋，通过调整调整垫片组的垫片数量，使得该防跌倒康复鞋适合各种人群；通过调整调整垫片组在鞋底板重心调整机构中的位置，进而快速调整鞋底的位姿，防止人体跌倒；通过调整垫片组上的压力传感器对采集来的足底压力信号和人体腰间的加速度传感器采集来的加速度信号，进行在线处理和分类，从而作出对鞋底位姿正确的判断，避免人体跌倒。

附图说明

图1为图1为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋的示意图；

图2为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋鞋底的调节机构的示意图；

图3为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋第一垫片组的示意图；

图4为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋一种实施例的跌倒控制系统的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来对本发明作进一步详细说明。

实施例：

如图1所示，为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋的示意图，图2所为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋鞋底的调节机构的示意图，本发明的康复鞋包含：鞋面1、鞋底板2、鞋底板平台重心调整机构5，所述鞋底板平台重心调整机构5包括第一垫片组3和第二垫片组6、鞋地板导轨7、绕线轮柱13、数据采集盒15以及电缆线16，所述鞋地板导轨7收容于鞋底板2内，驱动电机安置于鞋底板2上，并位于鞋地板导轨7的两侧，所述鞋底调节机构包括设于电机9上的电机传输带12，所述电机安置于所述鞋底板2上，所述电机9与所述第一垫片组3通过电机传输带12连接，当电机转动，所述电机传输带12带动第一垫片组3沿着鞋地板导轨7移动，从而使得鞋底的表面发生倾斜，进而改变人体踝关节的运动情况来预防跌倒。所述电机的数量至少为4个，数量越多则控制垫片组越多，防跌倒就会越稳定，所述电机为直流伺服电机，当然其他能实现传送功能的电机皆可。

如图3所示，为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋第一垫片组的示意图，本图中的第一垫片组3包括传感器4以及调整垫片14，当所述电机传输带12带动第一垫片组3沿着鞋地板导轨7移动时，鞋底的表面发生倾斜，进而快速调整鞋底的位姿，防止人体跌倒。在其它实施例中，通过改变调整垫片14的数量，使得该防跌倒康复鞋适合各种人群。

如图4所示，为本发明使用跌倒控制系统的康复鞋一种实施例的跌倒控制系统的示意图，本发明跌倒控制系统，包含：一压力采集装置，包括压力传感器4，用以实时采集跌倒控制系统的压力信号数据信息，在本实施例中，所述压力传感器4均布于调整垫片组上，输出患者脚底压力分布；还包括六轴加速传感器，用以实时采集跌倒控制系统的加速度信号数据信息，在本实施例中，所述六轴加速传感器设置于人体的腰部；一定位装置，包括设置在电机上的位置传感器，用以在线纪录跌倒控制系统在各个运动时刻的位置信息，在本实施例中，所述位置传感器有两个，分别集成在两个直流伺服电机内，所述定位装置位于鞋底板平台重心调整机构5，所述位置传感器优选为光电传感器；一多轴运动控制卡，分别耦接该压力采集装置及定位装置，用以实时控制电机保持跌倒控制系统的方位；一数据分类装置，负责将所有的数据信息以及位置信息进行处理、优化及分类，所述数据分类装置位于数据采集盒15中。

防跌倒康复鞋的工作原理和过程如下：

在使用此防跌倒康复鞋之前，现需要对使用者足底的压力进行标定，这主要是为了确定垫片组中调整垫片的数量，具体步骤为，(1)使用者双脚穿戴此康复鞋，测得足底的压力分布数据；(2)根据足底压力分布数据与正常人标准的足底压力数据进行比对；(3)通过改变调整垫片组中垫片的数量，使得足底压力数据和正常人标准的足底压力数据差异相对较小。

使用者穿上康复鞋后，当人体有跌倒的倾向时，足底的压力分布数据发生异常，通过压力采集装置实时采集足底的压力数据信息以及腰部的六轴加速传感器采集的人体异常动作信号，经过数据分类装置将这些信号进行处理、优化、分类。本实施例中，双鞋底一共有16个通道的压力信号，对16个通道的压力信号进行滤波，放大、线性化处理、特征值提取，特征值的提取完成后，用这16通道的特征值信号，先经过神经网络分类器进行多次前倒，后倒，左、右倒模式训练，确定神经网络合适的层数和隐含单元数，来完善神经网络分类的准确性。故当人体前摔时，16通道压力信号经过神经网络分类器能判断人体向前摔倒，另外，腰间的六轴加速度传感器分别测得前倒、后倒、左倒、右倒的加速度的信号，经过滤波、放大、线性化处理、特征值提取，通过多次的摔倒实验，设定一个阈值，例如当加速度传感器向前的成分超过预先设定的加速度信号向前的阈值，并且足底压力传感器测得的压力信号，经过分类处理，也表现为前摔，则判定为向前摔倒。再将控制信号结合定位装置中的位置传感器测得的位置信息发送给多轴运动控制卡，所述多轴运动控制卡实时控制电机牵引电机传输带带动调整垫片组沿着鞋地板导轨移动，调整垫片组位置的改变，将使得鞋底板的位姿发生相应的变化以调整人体踝关节的位姿，进而防止人体跌倒。人体在进行日常的运动过程中，双脚各自置于鞋内，可根据实时采集来的压力信号以及腰间的加速度信号，进行实时分析处理，及时调整鞋底的位姿来防止人体跌倒。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种跌倒控制系统，其特征在于，包含：

一压力采集装置，包括压力传感器，用以实时采集跌倒控制系统的压力信号数据信息；还包括六轴加速传感器，用以实时采集跌倒控制系统的加速度信号数据信息；

一定位装置，包括设置在电机上的位置传感器，用以在线纪录跌倒控制系统在各个运动时刻的位置信息；

一多轴运动控制卡，分别耦接该压力采集装置及定位装置，用以实时控制电机保持跌倒控制系统的方位；

一数据分类装置，负责将所有的数据信息以及位置信息进行处理、优化及分类。

2.根据权利要求1所述的跌倒控制系统，其特征在于：所述电机为直流伺服电机。

3.一种包含如权利要求1所述的跌倒控制系统的康复鞋，其特征在于，包含：鞋面、鞋底板、鞋底板平台重心调整机构，所述鞋底板平台重心调整机构包括设有调整垫片的垫片组、鞋地板导轨以及数据采集盒。

4.根据权利要求3所述的康复鞋，其特征在于：所述定位装置位于鞋底板平台重心调整机构，其还包括设于电机上的电机传输带，所述电机安置于所述鞋底板上，所述电机与所述垫片组通过电机传输带连接，当电机转动，所述电机传输带带动垫片组沿着鞋地板导轨移动。

5.根据权利要求3所述的康复鞋，其特征在于：所述六轴加速传感器设置于人体的腰部。

6.根据权利要求3所述的康复鞋，其特征在于：所述电机的数量至少为4个。

7.根据权利要求3或6所述的康复鞋，其特征在于：所述电机为直流伺服电机。