CN103040547B - 便携式跌倒防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式跌倒防护装置，包括腰带、气囊及快速充气启动装置，腰带开设有开口，气囊折叠地内置于开口内，快速充气启动装置通过导气管连接于气囊的进气口，快速充气启动装置包括：气瓶；电磁阀门，一端连接于气瓶，另一端连接于导气管；传感器模块，用于采集人体预跌倒信息；处理模块，电性连接于所述传感器模块，用于接收人体预跌倒信息，且对人体预跌倒信息进行处理，从而判断人体是否跌倒；驱动模块，电性连接于处理模块及电磁阀门，用于根据处理模块的控制命令驱动电磁阀门的开启及电源。上述便携式跌倒防护装置能够准确判断人体是否跌倒，并在人体跌倒时气囊能够迅速展开，在人体髋骨和地面之间形成缓冲，有效的保护了人体髋骨。

Description

便携式跌倒防护装置

技术领域

本发明涉及一种保健防护装置，尤其涉及一种便携式跌倒防护装置。

背景技术

随着年龄的增长和机体的衰老，人们特别是老年人的生活和健康都会受到严重影响，跌倒就是“罪魁祸首”之一。跌倒是指突发、不自主、非故意的体位改变，倒在地面或比初始位置更低的平面上。跌倒在老年人群中非常普遍，严重影响了老年人的身体健康和独立生活能力，并造成了老年人心理上的压力和恐惧。跌倒往往会对老年人的身体带来巨大的损害，有时造成的后果对老年人来说甚至是致命的。据统计，90%的髋部骨折是由跌倒引起。髋骨骨折主要包括股骨骨折和股骨转子间骨折两种，人类的股骨大转子仅位于臀部后外侧皮下,缺乏软组织保护,呈长方形,其后上面无任何结构附着,位于股骨颈的后上部。大转子的位置表浅,因而直接暴力引起骨折的机会较大。老年人在侧后方跌倒时,往往是一侧髋部首先着地,同时存在大腿内收,这时候大转子部位会更加突出。由于该部位缺少软组织缓冲,这样就会使股骨大转子区域直接触地受力,出现股骨转子间骨折。因为股骨颈有向前12-15度的前倾角,跌倒时如果股骨大转子受力部位较广泛且没有发生股骨转子骨折,那么暴力就会沿股骨颈向上传递,将上半身重力和地面的撞击在股骨颈部位形成剪力,从而发生股骨颈骨折,特别是患有骨质疏松的老人极易发生此类骨折。

目前跌倒防护装置一般采用穿戴式设备，这种穿戴式设备必须要穿在身上，在冬天老人穿衣较多，固定内衣里会给老人带来行动不便，夏天又会闷热，舒适性得不到保证，对那些尿失禁患者护理障碍等影响了老人长期穿戴更是不便；对于采用气囊的人体保护装置，都设计成人体跌倒后上半身都可以躺在气囊上，这就要求有较大的气囊，但气囊较大就意味着会有较大的体积和质量，这必然会给行动本来就不便、体质较弱的老人带来不便或负担，且由于在人体在跌倒后，一般髋骨部位最先着地，髋骨最容易受到伤害，髋骨骨折经常发生，但是目前的这种保护气囊大都注重正后方跌倒的保护，对侧后跌倒时最先着地的髋骨保护不佳，不能解决老人面临的最普遍的问题；同时，目前的跌倒判断装置大多主要是依靠加速度来判断跌倒事件的发生，但人体运动非常复杂，依靠较少或单一的人体运动姿态信息来预测跌倒的可靠性不高，当人体跌倒而未能判断出时，就起不到保护效果，当人体没有跌倒而做出误判断时，必然给穿戴者带来不便。

所以亟待开发一种能够准确判断人体是否跌倒，并能在人体跌倒是迅速保护人体髋骨部的便携式跌倒防护装置。

发明内容

基于此，有必要针对上述跌倒防护装置存在的缺陷，提供一种能够准确判断人体是否跌倒，并能在人体跌倒是迅速保护人体髋骨部的便携式跌倒防护装置。

一种便携式跌倒防护装置，包括腰带、气囊及快速充气启动装置，所述腰带开设有开口，所述气囊折叠地内置于所述开口内，所述快速充气启动装置通过导气管连接于所述气囊的进气口，所述快速充气启动装置包括：气瓶，用于保存气体，所述气体为二氧化碳气体；电磁阀门，其一端通过管道连接于所述气瓶，另一端连接于所述导气管；传感器模块，用于采集人体预跌倒信息，所述预跌倒信息为人体X轴、Y轴及Z轴的加速度、角速度及倾角；处理模块，电性连接于所述传感器模块，用于接收所述人体预跌倒信息，并对所述人体预跌倒信息进行处理，从而判断人体是否跌倒；驱动模块，电性连接于所述处理模块及所述电磁阀门，用于根据所述处理模块的控制命令驱动所述电磁阀门的开启；及电源，电性连接所述电磁阀门、传感器模块、处理模块及驱动模块。

在本发明提供的实施例中，所述快速充气启动装置还包括针刺接头，所述针刺接头设于所述气瓶及电磁阀门之间，所述针刺接头中空，其一端设有空心针刺，所述空心针刺连接于所述气瓶。

在本发明提供的实施例中，所述快速充气启动装置还包括压力传感器，所述压力传感器通过管道连接于所述针刺接头，所述压力传感器用于检测气体压力大小。

在本发明提供的实施例中，所述快速充气启动装置还包括压力传感器，所述压力传感器通过管道连接于所述气瓶及电磁阀门之间。

在本发明提供的实施例中，所述快速充气启动装置还包括三通阀，通过所述三通阀将所述电磁阀门与所述气囊的进气口进行连接。

在本发明提供的实施例中，所述快速充气启动装置固定于一轻质盒体内，所述轻质盒体内置于所述腰带中部。

在本发明提供的实施例中，所述气囊为两个。

在本发明提供的实施例中，所述开口处还设有引导板，所述引导板沿所述气囊展开方向延伸至所述开口外。

在本发明提供的实施例中，所述腰带的带扣处还设有磁性开关，所述磁性开关用于控制所述电源的开启。

在本发明提供的实施例中，所述腰带上还设有拉链。

上述便携式跌倒防护装置通过所述传感器模块采集人体的预跌倒信息，所述处理模块接收所述预跌倒信息，并根据所述预跌倒信息准确地判断人体是否跌倒，当所述处理模块判断人体即将跌倒时，所述处理模块将发送相应的控制指令至所述驱动模块，在所述驱动模块驱动下，所述电磁阀门开启，此时，所述气瓶内的二氧化碳气体通过所述导气管进入气囊，并在人体跌倒时气囊能够迅速展开，由于气囊的作用，能够在人体髋骨和地面之间形成缓冲，有效的保护了人体髋骨。

上述便携式跌倒防护装置在所述气瓶及电磁阀门之间设置压力传感器，所述压力传感器能够在所述防护装置出现漏气时，压力传感器检测到的气压将异常小于正常状态，此时，提醒用户对该装置进行检查，提高了系统的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的便携式跌倒防护装置的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的便携式跌倒防护装置的立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1及图2，图1为本发明实施例一提供的便携式跌倒防护装置100的结构示意图，图2为本发明实施例一提供的便携式跌倒防护装置的立体示意图。

便携式跌倒防护装置100包括腰带110、气囊120及快速充气启动装置130。

腰带110在结构上与普通腰带类似。腰带110的腰带扣111上设置有磁性开关112。腰带110的另一半腰带扣113上配合设置有磁铁（图未示）。可以理解，当系上腰带110时，磁性开关112和磁铁接触。腰带110还设有拉链115，拉开拉链115可以打开腰带110。腰带110上还设有开口116。

气囊120可折叠。气囊120折叠地内置于开口116内。在本发明提供的实施例中，气囊120为两个，折叠时设置于腰带110的内部。气囊120是由织物缝制而成，当人体佩戴上腰带时，不充气时按一定规则折叠在腰带外侧内，且位于人体左右髋骨位置，充气展开后呈扁平的大小，能够覆盖住整体髋部。可以理解气囊120要满足一定的强度，能够承受一定的气体压强，这样才能保证能够承载人体的冲击力，同时气囊120还要有一定的气密性，不能漏气。在本发明提供的实施例中，开口116处还设有引导板121，引导板121沿气囊120展开方向延伸至开口116外。优选地，引导板121延伸到开口116外3cm左右，这样，可以防止衣物等挡住气囊120展开的开口，可以引导气囊120迅速地展开。

快速充气启动装置130通过导气管140连接于气囊120的进气口。快速充气启动装置130包括气瓶131、电磁阀门132、传感器模块133、处理模块134、驱动模块135及电源136。在本发明提供的实施例中，快速充气启动装置130固定于一轻质盒体（图未示）内。可以理解，轻质盒体及导气管140均设置于腰带120内部，通过拉开腰带110上的拉链115，可以将轻质盒体取出或放入，方便快速充气启动装置130的检查。在本发明提供的实施例中，轻质盒体的底板151优选为塑料板，快速充气启动装置130上的气瓶131、电磁阀门132、传感器模块133、处理模块134、驱动模块135及电源136均固定设置在底板151上，轻质盒体还包括泡沫材质的盖板（图未示），盖板用于保护快速充气启动装置130上的各个元件。

气瓶131用于保存气体。在本发明提供的实施例中，气体优选为二氧化碳，气瓶131与救生衣上钢瓶相似，价格低廉，使用者可以方便地自己跟换。由于气瓶131在放完气后瓶内压力急剧下降，钢体上的温度也会下降，钢瓶外壁甚至会出现结霜，为了保证穿戴者使用的舒适性，在气瓶131外加了一层保护套（图未示），一方面可以让穿戴者不受气瓶131低温的影响；另一方面，有了保护套可以使跟换气瓶时更加方便。

电磁阀门132一端通过管道连接于气瓶131，另一端连接于导气管140。可以理解，当电磁阀门132开启时，气瓶131内的气体可以通过电磁阀门132进入。

传感器模块133用于采集人体的与跌倒信息。其中，预跌倒信息为人体X轴、Y轴及Z轴的加速度、角速度及倾角。可以理解，要准确地判断人体跌倒，需要实时监测人体的姿态信息，本发明实施例把传感器模块133固定在腰带110上，由于人体跌倒过程人体的加速度、角速度、身体倾角都会发生明显的变化。传感器模块133通过采用三轴加速度计采集人体X轴、Y轴及Z轴的加速度，采用三轴陀螺仪采集人体X轴、Y轴及Z轴的角速度，采用磁传感器采集人体倾角信息，从而将人体在跌倒时的加速度、角速度及倾角准确进行采集，其中，采集到的人体X轴、Y轴及Z轴的加速度分别表示为：X轴上加速度分量为Acc_x，Y轴线上加速度分量为Acc_y，Z轴线上加速度分量为Acc_z；采集到的人体X轴、Y轴及Z轴的角速度分别表示为：X轴上的角速度分量为Gyr_x，Y轴上的角速度分量为Gyr_y，Z轴上的角速度分量为Gyr_z；采集到的人体倾斜角直接由磁传感器读出（人体倾角定义为人体与水平面的夹角，其中，人体站立时约为90°，平躺时约0°）。

处理模块134电性连接于传感器模块133，用于接收人体预跌倒信息，且对所述人体预跌倒信息进行处理，从而判断人体是否跌倒。在本发明提供的实施例中，处理模块134采用性能高、功耗低的微处理器芯片，这样提高了数据处理的速度，且能够运行复杂的算法，使对跌倒的判断更加准确；同时，低功耗可以使得充电一次使用较长时间，给用户带来方便。

在本发明实施例中，处理模块134对接收到的人体预跌倒信息进行处理，具体为：处理模块134根据上述人体X轴上加速度分量为Acc_x，Y轴线上加速度分量为Acc_y，Z轴线上加速度分量为Acc_z计算其合成加速度：

$\mathrm{Acc}=\sqrt{{{\mathrm{Acc}}_x}^2+{{\mathrm{Acc}}_y}^2+{{\mathrm{Acc}}_z}^2}$

其中，Acc为合成加速度，Acc_x为X轴上加速度分量，Acc_y为Y轴线上加速度分量，Acc_z为Z轴线上加速度分量；处理模块134还根据X轴上的角速度分量为Gyr_x，Y轴上的角速度分量为Gyr_y，Z轴上的角速度分量为Gyr_z计算其合成角速度：

$\mathrm{Gyr}=\sqrt{{{\mathrm{Gyr}}_x}^2+{{\mathrm{Gyr}}_y}^2+{{\mathrm{Gyr}}_z}^2}$

其中，Gyr为合成角速度，Gyr_x为X轴上的角速度分量，Gyr_y为Y轴上的角速度分量，Gyr_z为Z轴上的角速度分量；另外，由于人体倾斜角直接由磁传感器读出，因此不需要进行处理。

在本发明实施例中，处理模块134还用于根据经处理后的人体预跌倒信息进行判断人体是否跌倒。可以理解，由于在实际中，正常情况下人体的合成加速度Acc阀值在5-7m/s之间，合成角速度Gyr阀值在3-5deg/s之间，倾角阈值在65°-75°之间，当经过处理模块134计算后的人体预跌倒信息，同时满足合成加速度Acc小于加速度Acc阈值、合成角速度Gyr大于角速度Gyr阈值、倾角小于倾角阈值时，就判断人体跌倒不可避免。

在本发明提供的实施例中，上述传感器模块133及处理模块134可以单独设置，也可以集成一起。可以理解，通过上述传感器模块133采集的人体预跌倒信息，再由处理模块134进行处理，从而准确判断了人体是否跌倒，提高了整个装置的可靠性。

驱动模块135电性连接于处理模块134及电磁阀门133，用于根据处理模块134的控制命令驱动电磁阀门133的开启。可以理解，当处理模块134判断人体跌倒不可避免时，处理模块134发送控制命令至驱动模块135，此时，驱动模块135迅速驱动电磁阀门133的开启，此时，气瓶131内的气体迅速通过电磁阀门133。

电源136电性连接电磁阀门132、传感器模块133、处理模块134及驱动模块135。在本发明提供的实施例中，电源136中采用体积小、质量轻的可充电电池。同时，为了保证充电的可靠性，电源136中使用了电池充电管理芯片及其辅助电路，可以使用手机充电电压或USB电压充电，保证用户充电非常方便；同时，电源136中还加入了稳压电路，可为处理模块134和传感器模块133提供高质量的稳压电源，减少了电源136对整个装置的干扰，提高可靠性。可以理解，当可以理解，当系上腰带110时，磁性开关112和磁铁接触，此时，整个电路接头，电源136提供电源。

快速充气启动装置130还包括针刺接头137。针刺接头137设于气瓶131及电磁阀门132之间。针刺接头137中空，其一端设有空心针刺（图未示），空心针刺连接于气瓶131。可以理解，通过设置空心针刺使得针刺接头137能够方便快速刺破气瓶131，方便用户更换气瓶。可以理解，针刺接头137可以省略，此时，通过导管直接连接气瓶131的瓶口，也可以实现气瓶131内气体的导出。

快速充气启动装置130还包括压力传感器138。压力传感器138通过管道连接于针刺接头137。压力传感器138用于检测气体压力大小。可以理解，且当气瓶131与电磁阀门132之间出现漏气时，压力传感器138检测到的气压将异常小于正常状态，此时，提醒用户对该装置的管道进行检查，提高了系统的安全性。可以理解，当针刺接头137省略时。此时，压力传感器138通过管道连接于气瓶131及电磁阀门132之间。

快速充气启动装置130还包括三通阀139，通过三通阀139将电磁阀门132与气囊120的进气口进行连接。可以理解，三通阀139的一个接口连接于电磁阀门132，另外两个接口分别连接气囊120或两个气囊120。

上述便携式跌倒防护装置100通过传感器模块133采集人体的预跌倒信息，处理模块134接收预跌倒信息，并根据预跌倒信息准确地判断人体是否跌倒，当处理模块134判断人体即将跌倒时，处理模块134将发送相应的控制指令至驱动模块135，在驱动模块135驱动下，电磁阀门136开启，此时，气瓶131内的二氧化碳气体通过导气管140进入气囊120，并在人体跌倒时气囊120能够迅速展开，由于气囊的作用，能够在人体髋骨和地面之间形成缓冲，有效的保护了人体髋骨。

上述便携式跌倒防护装置100还在气瓶131及电磁阀门132之间设置针刺接头137，针刺接头137中空，其一端设有空心针刺，通过设置空心针刺使得针刺接头137能够方便快速刺破气瓶131，方便用户更换气瓶。

上述便携式跌倒防护装置100还在在气瓶131及电磁阀门132之间设置压力传感器138。压力传感器138能够在装置出现漏气时，检测到的气压将异常小于正常状态，此时，提醒用户对该装置进行检查，提高了系统的安全性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种便携式跌倒防护装置，包括腰带、气囊及快速充气启动装置，所述腰带开设有开口，所述气囊折叠地内置于所述开口内，所述快速充气启动装置通过导气管连接于所述气囊的进气口，其特征在于，所述快速充气启动装置包括：

气瓶，用于保存气体，所述气体为二氧化碳气体；

电磁阀门，其一端通过管道连接于所述气瓶，另一端连接于所述导气管；

传感器模块，用于采集人体预跌倒信息，所述预跌倒信息为人体X轴、Y轴及Z轴的加速度、角速度及倾角；

处理模块，电性连接于所述传感器模块，用于接收所述人体预跌倒信息，且对所述人体预跌倒信息进行处理，从而判断人体是否跌倒，其中，所述处理模块根据上述人体X轴上加速度分量为Acc_x，Y轴线上加速度分量为Acc_y，Z轴线上加速度分量为Acc_z计算其合成加速度：

$\mathrm{Acc}=\sqrt{{{\mathrm{Acc}}_x}^2+{{\mathrm{Acc}}_y}^2+{{\mathrm{Acc}}_z}^2}$

其中，Acc为合成加速度，Acc_x为X轴上加速度分量，Acc_y为Y轴线上加速度分量，Acc_z为Z轴线上加速度分量，所述处理模块还根据X轴上的角速度分量为Gyr_x，Y轴上的角速度分量为Gyr_y，Z轴上的角速度分量为Gyr_z计算其合成角速度：

$\mathrm{Gyr}=\sqrt{{{\mathrm{Gyr}}_x}^2+{{\mathrm{Gyr}}_y}^2+{{\mathrm{Gyr}}_z}^2}$

其中，Gyr为合成角速度，Gyr_x为X轴上的角速度分量，Gyr_y为Y轴上的角速度分量，Gyr_z为Z轴上的角速度分量，当经过所述处理模块计算后的人体预跌倒信息，同时满足合成加速度Acc小于加速度Acc阈值、合成角速度Gyr大于角速度Gyr阈值、倾角小于倾角阈值时，就判断人体跌倒不可避免；

驱动模块，电性连接于所述处理模块及所述电磁阀门，用于根据所述处理模块的控制命令驱动所述电磁阀门的开启；及

电源，电性连接所述电磁阀门、传感器模块、处理模块及驱动模块，所述快速充气启动装置还包括压力传感器，所述压力传感器通过管道连接于所述气瓶及电磁阀门之间。

2.根据权利要求1所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述快速充气启动装置还包括三通阀，通过所述三通阀将所述电磁阀门与所述气囊的进气口进行连接。

3.根据权利要求1或2所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述快速充气启动装置固定于一轻质盒体内，所述轻质盒体内置于所述腰带中部。

4.根据权利要求1所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述气囊为两个。

5.根据权利要求1或4所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述开口处还设有引导板，所述引导板沿所述气囊展开方向延伸至所述开口外。

6.根据权利要求1所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述腰带的带扣处还设有磁性开关，所述磁性开关用于控制所述电源的开启。

7.根据权利要求1所述的便携式跌倒防护装置，其特征在于，所述腰带上还设有拉链。