CN105249589A - 预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统，该健康鞋包括鞋底面、鞋底板、鞋底边和跌倒预防装置，该跌倒预防装置包括信号接收器、压力传感器、微控制器、驱动器和平衡轮子。微控制器根据信号接收器接收的人体加速度信号和人体倾角信号判断老年人是否预跌倒、根据压力传感器感测的鞋底压力信号确定需要迈步的单脚，根据人体倾角信号识别人体预跌倒方向。当老年人预跌倒时，微控制器根据鞋底压力信号开驱动器使平衡轮子从鞋底边两侧的凹槽内弹出。驱动器根据方向控制信号控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。本发明能够准确预测老年人跌倒并能够及时有效地防止老年人跌倒发生。

Description

预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统

技术领域

本发明涉及保健防护领域，尤其涉及一种预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统。

背景技术

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，有时造成的后果严重危及老年人的生命安全，而造成无法挽救的结果。

现有预防跌倒装置，例如预防跌倒鞋子，通常利用足底的压力来控制安装于鞋底中具有弹性垫片组的位置，进而调整鞋底的高低位置来预防人体跌倒。然而，对于体重不同的老年人，弹性垫片组受力要求不一致，例如体重较轻的老年人需要垫片组的弹性受力较小，而体重较重的老年人需要垫片组的弹性受力较大。当体重较轻者预跌倒时，弹性垫片组可能将鞋底位置调节的较高位置，可能会加重人体重心倾斜而加速跌倒；当体重较重者预跌倒时，弹性垫片组可能将鞋底调节的较低位置，可能平衡不了人体重心而起不到有效预防跌倒的效果。因此，这种带有弹性垫片组的预防跌倒鞋子在使用人群上受到限制，不能得到普遍的应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统，旨在解决现有的跌预防跌倒鞋子调整鞋底的高低位置不够准确而无法有效预防老年人跌倒的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种预防老年人跌倒的健康鞋，包括鞋底面、鞋底板、鞋底边以及一个设置在鞋底面与鞋底板之间的跌倒预防装置，该跌倒预防装置包括信号接收器、压力传感器、微控制器、驱动器以及平衡轮子，所述平衡轮子通过驱动器安装在鞋底边两侧的凹槽内，其中：

所述信号接收器接收设置在老年人腰部位置上的跌倒侦测装置所侦测的老年人的人体加速度信号和人体倾角信号；

所述压力传感器实时感测老年人每一只脚的鞋底压力信号，并将所述的鞋底压力信号发送至微控制器；

所述微控制器根据老年人的人体加速度信号和人体倾角信号判断老年人是否预跌倒、根据鞋底压力信号确定需要迈步的单脚，以及根据所述人体倾角信号识别出老年人的人体预跌倒方向；

当老年人预跌倒时，所述微控制器根据所述人体预跌倒方向产生一个方向控制信号，并根据鞋底压力信号开启所确定迈步的单脚所穿戴健康鞋内的驱动器使平衡轮子从鞋底边两侧的凹槽内弹出；

所述驱动器根据所述方向控制信号控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

优选地，所述鞋底面与鞋底板之间形成一个凹形空间，所述跌倒预防装置内置在该鞋底面与鞋底板之间形成的凹形空间内。

优选地，所述凹槽的位置设置在鞋底边两侧的中间位置处，当所述平衡轮子未被驱动器驱动时，所述平衡轮子内置于所述鞋底边两侧的凹槽内。

优选地，所述压力传感器、信号接收器和驱动器分别电气连接至微控制器上，所述平衡轮子与驱动器之间形成机构连接。

优选地，当所述驱动器控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步后，所述驱动器控制平衡轮子弹回至鞋底边两侧的凹槽内使所述鞋底板与地面保持水平接触。

优选地，所述跌倒预防装置还包括电气连接至所述微控制器上的可充电微型电池，该微型电池对所述跌倒预防装置提供工作电源。

本发明还提供了一种预防老年人跌倒的控制系统，应用于健康鞋上，该健康鞋包括鞋底面、鞋底板和鞋底边，所述控制系统包括一个设置在老年人腰部位置上的跌倒侦测装置以及一个设置在鞋底面与鞋底板之间的跌倒预防装置，所述跌倒预防装置包括信号接收器、压力传感器、微控制器、驱动器以及平衡轮子，所述平衡轮子通过驱动器安装在鞋底边两侧的凹槽内，其中：

所述信号接收器，用于接收所述跌倒侦测装置所采集的老年人的人体加速度信号以及人体倾角信号；

所述压力传感器，用于实时感测老年人每一只脚的鞋底压力信号，并将所述的鞋底压力信号发送至微控制器；

所述微控制器，用于根据老年人的人体加速度信号和人体倾角信号判断老年人是否预跌倒、根据鞋底压力信号确定需要迈步的单脚，以及根据所述人体倾角信号识别出老年人的人体预跌倒方向；

所述微控制器，还用于当老年人预跌倒时根据所述人体预跌倒方向产生一个方向控制信号，并根据鞋底压力信号开启所确定迈步的单脚所穿戴健康鞋内的驱动器使平衡轮子从鞋底边两侧的凹槽内弹出；

所述驱动器，用于根据所述方向控制信号控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

优选地，所述跌倒侦测装置包括加速度传感器、倾角传感器以及信号发送器，其中：

所述加速度传感器用于实时侦测老年人的人体加速度信号，并将人体加速度信号发送至信号发送器；

所述倾角传感器用于实时侦测老年人的人体倾角信号，并将人体倾角信号发送至信号发送器；

所述信号发送器用于将所述人体加速度信号和人体倾角信号无线传输至所述跌倒预防装置的信号接收器上。

优选地，所述人体预跌倒方向包括向前跌倒、向后跌倒、向左跌倒或向右跌倒，其中：

当老年人向前跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向前迈步信号，驱动器根据该单脚向前迈步信号控制平衡轮子向前滑动使老年人单脚向前迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向后跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向后迈步的信号，驱动器根据该单脚向后迈步信号控制平衡轮子向后滑动使老年人单脚向后迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向左跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向左迈步的信号，驱动器根据该单脚向左迈步信号控制平衡轮子向左滑动使老年人单脚向左迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向右跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向右迈步信号，驱动器根据该单脚向右迈步信号控制平衡轮子向右滑动使老年人单脚向右迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

优选地，当所述驱动器还用于控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步后，所述驱动器控制平衡轮子弹回至鞋底边两侧的凹槽内使所述鞋底板与地面保持水平接触。

相较于现有技术，本发明所述预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统采用了上述技术方案，达到了如下技术效果：本发明能够准确预测老年人是否跌倒，在当老年人预跌倒时，能够迅速控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心，从而及时有效的防止老年人跌倒发生。

附图说明

图1是本发明预防老年人跌倒的健康鞋较佳实施例的结构示意图；

图2是本发明预防老年人跌倒的健康鞋较佳实施例的立体状态示意图；

图3是本发明应用于预防老年人跌倒的健康鞋中的控制系统较佳实施例的信号流向图；

图4是本发明应用于预防老年人跌倒的健康鞋中的控制系统识别人体预跌倒状态所需的三维坐标系的示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行细说明。应当理解，本发明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。

需要说明的是，本发明提及的术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明提供的实施例中，由于老年人跌倒非常普遍且老年人跌倒对身体带来的损害最大，因此以老年人为例来描述本发明。可以理解，本发明提供的预防老年人跌倒的健康鞋及控制系统也可以适用于儿童、智障人士、病人或者任何其它需要防护跌倒的人群。

如图1所示，图1是本发明预防老年人跌倒的健康鞋较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，所述的健康鞋1包括，但不仅限于，鞋底面10、鞋底板11、鞋底边12、以及设置在鞋底面10与鞋底板11之间的跌倒预防装置2。在本实施例中，鞋底面10与鞋底板11之间形成一个凹形空间，所述跌倒预防装置2可以完全内置在该鞋底面10与鞋底板11之间形成的凹形空间内。在图1中，所述健康鞋1仅示出了由鞋底面10、鞋底板11和鞋底边12组成的鞋底部分，而鞋帮部分并未在图1中示出。其中，鞋底面10是指鞋底与脚掌接触的鞋底上表面，鞋底板11是指鞋底与地面接触的鞋底下表面，鞋底边12是指鞋底面10与鞋底板11形成鞋底的包围边部分。可以理解的是，本发明所述鞋底面10、鞋底板11和鞋底边12可以采用与普通鞋子相似的材料和结构，本发明不作具体限定。此外，老年人的左右脚分别需要穿戴本发明所提供的两只健康鞋1，本发明实施例仅以一只健康鞋1为例进行说明。

所述跌倒预防装置2包括，但不仅限于，压力传感器20、信号接收器21、微控制器22、驱动器23、平衡轮子24以及微型电池25。所述压力传感器20、信号接收器21、驱动器23和微型电池25分别电气连接至微控制器22，所述平衡轮子24与驱动器23之间形成机构连接。在本实施例中，所述平衡轮子24通过驱动器23安装在鞋底边12两侧的凹槽13内，每一健康鞋1包括两个平衡轮子24，分别位于鞋底边12的两侧的凹槽13内。优选地，所述凹槽13的位置设置在鞋底边12两侧的中间位置处。当老年人正常穿戴健康鞋1而未处于预跌倒状态时(即平衡轮子24未被驱动时)，所述平衡轮子24正好内置于所述鞋底边12两侧的凹槽13内，不会影响老年人穿戴健康鞋1正常的走路行动。

参考图2所示，图2是本发明预防老年人跌倒的健康鞋较佳实施例的立体状态示意图。当老年人预跌倒时，所述驱动器23驱动平衡轮子24从鞋底边12两侧的凹槽13内弹出使健康鞋1向老年人的人体预跌倒方向滑动来平衡老年人的身体重心，以防止老年人跌倒。

参考图3所示，图3是本发明应用于预防老年人跌倒的健康鞋中的控制系统较佳实施例的信号流向图。在本实施例中，所述的所述控制系统100包括一个设置老年人腰部位置上的跌倒侦测装置3以及一个设置在鞋底面与鞋底板之间的跌倒预防装置2。对于本领域普通技术人员而言，人体腰部位置的加速度和倾斜角度可以准确地判断出人体是否预跌倒，因此所述跌倒侦测装置3可以安装或集成于老年人的腰部位置(例如老年人佩戴的腰带)上。

所述跌倒侦测装置3包括加速度传感器31、倾角传感器32以及信号发送器33。所述加速度传感器31和倾角传感器32分别电气连接至信号发送器33。所述加速度传感器31用于实时侦测老年人的人体加速度信号，并将人体加速度信号发送至信号发送器33。所述倾角传感器32用于实时侦测老年人的人体倾角信号，并将人体倾角信号发送至信号发送器33。该信号发送器33将所述人体加速度信号和人体倾角信号无线传输(例如蓝牙)至所述跌倒预防装置2的信号接收器21上。

当信号接收器21接收到跌倒侦测装置3的信号发送器33发送的人体加速度信号和人体倾角信号时，将所述人体加速度信号和人体倾角信号发送至微控制器22。所述微控制器22是一种具有基本数据处理及数据控制功能的微处理器、MCU、或者电控制芯片，该微控制器22能够对所述人体加速度信号和人体倾角信号进行处理并判断出老年人是否处于预跌倒状态。

在本实施例中，由于正常情况下，老年人的加速度阈值为5-7m/s之间，倾角阈值为65°至75°之间。其中，人体倾角定义为人体与水平面的夹角，人体站立时约为90°，平躺时约0°。当微控制器22检测到人体加速度大于加速度阈值且人体倾角小于倾角阈值时，微控制器22则判断老年人处于预跌倒状态，即老年人跌倒不可避免。可以理解的是，本发明通过加速度传感器31和倾角传感器32采集到的人体加速度信号和人体倾角信号，再由微控制器22进行处理并识别出老年人的人体位姿状态，从而能够准确预测老年人是否跌倒，提高了预测老年人跌倒的可靠性。

参考如图4所示，图4是本发明应用于预防老年人跌倒的健康鞋中的控制系统识别人体预跌倒状态所需的三维坐标系的示意图。在本实施例中，首先以人体佩戴有跌倒侦测装置3的腰部位置为原点建立三维坐标系XYZ，并在该三维坐标系XYZ中定义人体与水平面的夹角方向，定义出人体预跌倒方向的规则并存储在微控制器22中。例如，定义人体与X轴形成的夹角范围处于0°至65°之间时，微控制器22确定人体向右跌倒；定义人体与X轴形成的夹角范围处于105°至180°之间时，微控制器22确定人体向左跌倒；定义人体与Z轴形成的夹角范围处于0°至65°之间时，微控制器22确定人体向前跌倒，定义人体与Z轴形成的夹角范围处于105°至180°之间时，微控制器22确定人体向后跌倒。根据上述人体预跌倒方向的规则，微控制器22可以根据人体倾角信号识别出人体预跌倒方向，包括向前跌倒、向后跌倒、向左跌倒或向右跌倒。

再结合图3所示，所述压力传感器20实时感测老年人每一只脚的鞋底压力信号，并将每一只脚的鞋底压力信号发送至微控制器22。该微控制器22可以根据鞋底压力信号确定老年人的单脚(即哪一只脚需迈步，包括左脚迈步或者右脚迈步)需要迈步来平衡身体重心以防止跌倒。本发明实施例利用人体单脚迈步平衡人体重心的原理来预防人体跌倒，当左脚压力远大于右脚压力时，则老年人需要左脚朝着人体预跌倒方向迈步；当右脚压力远大于左脚压力时，则老年人需要右脚朝着人体预跌倒方向迈步。

当老年人预跌倒时，微控制器22根据所述人体预跌倒方向产生一个方向控制信号，并根据鞋底压力信号开启所确定迈步的单脚所穿戴健康鞋1内的驱动器23使平衡轮子24从鞋底边12两侧的凹槽13内弹出，所述驱动器23根据微控制器22产生的方向控制信号控制平衡轮子24向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步平衡身体重心来防止老年人跌倒。

在本实施例中，当老年人向前跌倒时，微控制器22产生一个引导单脚(例如压力较大的一只脚)向前迈步信号，驱动器23根据该单脚向前迈步信号控制平衡轮子24向前滑动使老年人单脚向前迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；当老年人向后跌倒时，微控制器22产生一个引导单脚向后迈步的信号，驱动器23根据该单脚向后迈步信号控制平衡轮子24向后滑动使老年人单脚向后迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；当老年人向左跌倒时，微控制器22产生一个引导单脚向左迈步信号，驱动器23根据该单脚向左迈步信号控制平衡轮子24向左滑动使老年人单脚向左迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；当老年人向右跌倒时，微控制器22产生一个引导单脚向右迈步信号，驱动器23根据该单脚向右迈步信号控制平衡轮子24向右滑动使老年人单脚向右迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

在本实施例中，为了防止老年人单脚迈步以后，由于平衡轮子24的惯性滑动而影响人体重心平衡。当所述驱动器23控制平衡轮子24向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步后，驱动器23控制平衡轮子24平衡轮子24弹回至鞋底边12两侧的凹槽13内，从而使鞋底板11与地面保持水平接触，确保不会因为平衡轮子24的惯性滑动而导致人体重心失去平衡，确保了预防老年人跌倒的有效性。

所述微型电池25电气连接至所述微控制器22上，该微型电池25用于对所述跌倒预防装置2提供工作电源，该微型电池25可以为一种可充电电池，其可以通过充电端口直接插入外部电源(例如电脑USB接口或者低压稳压器等)进行充电。该微型电池25具有低辐射、低功耗的特点，其不会对老年人的身体健康带来影响。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种预防老年人跌倒的健康鞋，包括鞋底面、鞋底板和鞋底边，其特征在于，所述健康鞋还包括一个设置在鞋底面与鞋底板之间的跌倒预防装置，该跌倒预防装置包括信号接收器、压力传感器、微控制器、驱动器以及平衡轮子，所述平衡轮子通过驱动器安装在鞋底边两侧的凹槽内，其中：

所述信号接收器接收设置在老年人腰部位置上的跌倒侦测装置所侦测的老年人的人体加速度信号和人体倾角信号；

所述压力传感器实时感测老年人每一只脚的鞋底压力信号，并将所述的鞋底压力信号发送至微控制器；

所述微控制器根据老年人的人体加速度信号和人体倾角信号判断老年人是否预跌倒、根据鞋底压力信号确定需要迈步的单脚，以及根据所述人体倾角信号识别出老年人的人体预跌倒方向；

当老年人预跌倒时，所述微控制器根据所述人体预跌倒方向产生一个方向控制信号，并根据鞋底压力信号开启所确定迈步的单脚所穿戴健康鞋内的驱动器使平衡轮子从鞋底边两侧的凹槽内弹出；

所述驱动器根据所述方向控制信号控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

2.如权利要求1所述的预防老年人跌倒的健康鞋，其特征在于，所述鞋底面与鞋底板之间形成一个凹形空间，所述跌倒预防装置内置在该鞋底面与鞋底板之间形成的凹形空间内。

3.如权利要求1所述的预防老年人跌倒的健康鞋，其特征在于，所述凹槽的位置设置在鞋底边两侧的中间位置处，当所述平衡轮子未被驱动器驱动时，所述平衡轮子内置于所述鞋底边两侧的凹槽内。

4.如权利要求1所述的预防老年人跌倒的健康鞋，其特征在于，所述压力传感器、信号接收器和驱动器分别电气连接至微控制器上，所述平衡轮子与驱动器之间形成机构连接。

5.如权利要求1至4任一项所述的预防老年人跌倒的健康鞋，其特征在于，当所述驱动器控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步后，所述驱动器控制平衡轮子弹回至鞋底边两侧的凹槽内使所述鞋底板与地面保持水平接触。

6.如权利要求1至4任一项所述的预防老年人跌倒的健康鞋，其特征在于，所述跌倒预防装置还包括电气连接至所述微控制器上的可充电微型电池，该微型电池对所述跌倒预防装置提供工作电源。

7.一种预防老年人跌倒的控制系统，应用于健康鞋上，该健康鞋包括鞋底面、鞋底板和鞋底边，其特征在于，所述控制系统包括一个设置老年人腰部位置上的跌倒侦测装置以及一个设置在鞋底面与鞋底板之间的跌倒预防装置，所述跌倒预防装置包括信号接收器、压力传感器、微控制器、驱动器以及平衡轮子，所述平衡轮子通过驱动器安装在鞋底边两侧的凹槽内，其中：

所述信号接收器，用于接收所述跌倒侦测装置所侦测的老年人的人体加速度信号以及人体倾角信号；

所述压力传感器，用于实时感测老年人每一只脚的鞋底压力信号，并将所述的鞋底压力信号发送至微控制器；

所述微控制器，用于根据老年人的人体加速度信号和人体倾角信号判断老年人是否预跌倒、根据鞋底压力信号确定需要迈步的单脚，以及根据所述人体倾角信号识别出老年人的人体预跌倒方向；

所述微控制器，还用于当老年人预跌倒时根据所述人体预跌倒方向产生一个方向控制信号，并根据鞋底压力信号开启所确定迈步的单脚所穿戴健康鞋内的驱动器使平衡轮子从鞋底边两侧的凹槽内弹出；

所述驱动器，用于根据所述方向控制信号控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

8.如权利要求7所述的预防老年人跌倒的控制系统，其特征在于，所述跌倒侦测装置包括加速度传感器、倾角传感器以及信号发送器，其中：

所述加速度传感器用于实时侦测老年人的人体加速度信号，并将人体加速度信号发送至信号发送器；

所述倾角传感器用于实时侦测老年人的人体倾角信号，并将人体倾角信号发送至信号发送器；

所述信号发送器用于将所述人体加速度信号和人体倾角信号无线传输至所述跌倒预防装置的信号接收器上。

9.如权利要求7或8所述的预防老年人跌倒的控制系统，其特征在于，所述人体预跌倒方向包括向前跌倒、向后跌倒、向左跌倒或向右跌倒，其中：

当老年人向前跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向前迈步信号，驱动器根据该单脚向前迈步信号控制平衡轮子向前滑动使老年人单脚向前迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向后跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向后迈步的信号，驱动器根据该单脚向后迈步信号控制平衡轮子向后滑动使老年人单脚向后迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向左跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向左迈步的信号，驱动器根据该单脚向左迈步信号控制平衡轮子向左滑动使老年人单脚向左迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒；

当老年人向右跌倒时，微控制器产生一个引导单脚向右迈步信号，驱动器根据该单脚向右迈步信号控制平衡轮子向右滑动使老年人单脚向右迈步来平衡身体重心以防止老年人跌倒。

10.如权利要求7所述的预防老年人跌倒的控制系统，其特征在于，当所述驱动器控制平衡轮子向人体预跌倒方向滑动使老年人单脚迈步后，所述驱动器还用于控制平衡轮子弹回至鞋底边两侧的凹槽内使所述鞋底板与地面保持水平接触。