CN111586560B - 实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置 - Google Patents

实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置以及一种智能可移动装置。在初始状态下，可穿戴装置通过双模蓝牙通信组件与远端的移动终端连接通信，并将可穿戴装置与移动终端之间的蓝牙通信信号强度反馈给双模蓝牙通信组件；当强度低于预定阈值时，发送反馈指令给移动终端以及模式切换组件；所述移动终端根据所述反馈指令，通过无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活定位装置以及速度检测装置；如果所述定位装置与所述速度检测装置无法激活，则开启语音播报装置。本发明的技术方案能够实时监测瘫痪病人的运行状态和位置距离，并且实时的进行模式识别，从而采取对应的措施。

Description

实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置
技术领域
本发明属于智能康复检测技术领域，尤其涉及一种基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置以及一种智能可移动装置。
背景技术
在不断建设国家的过程中，大量的工伤事件不断地发生，尤其是脊髓损伤的病例在快速的增加，给患者家庭带来了极大的伤害。特别是建筑类的、工程类的还有运输类的职业是脊髓损伤病例高发的职业。脊髓损伤的后果很严重，大部分的脊髓损伤患者都是下肢瘫痪的，即毫无知觉，更不用说行走了，如果损伤的部位较高的话，会导致腰部甚至胸部都没有知觉，这是极其痛苦的。另外，它的治疗费用也是很昂贵的，而且就目前的医疗技术，绝大部分的患者都是难以康复的，瘫痪将会伴随他们一生。而一旦瘫痪，就只能卧床或者坐在轮椅上，这样的生活非常的枯燥，更严重的是，瘫痪部位的肌肉如果长时间得不到锻炼，就会萎缩，一旦肌肉萎缩，就再也难以恢复了，所以，瘫痪病人每天都需要进行各种肌肉伸缩训练和康复训练，期待能有恢复的奇迹出现。
虽然瘫痪病人无法行走，但是借助各种轮椅工具，瘫痪病人可以外出活动。一般来说，瘫痪病人外出需要监护人或者护工随时陪同。不过，随着瘫痪病人状况的改善还有对周围环境的熟悉，也可以尝试让其在一定程度上自由活动，即监护人或者护工不必随时监控，而让病人自己决定活动路径。另外，病人也可能存在独立活动的需求，不愿意身边时刻有监护人或者护工照看。这是因为，长期瘫痪病人除了要给予生理上的护理，更要给予精神上的疏导，长期处于被护理状态，病人的内心会产生一种无奈与愧疾感，从而影响生理健康。因此应当在条件允许的前提下，尽量让病人到室外活动，从而达到愉悦身心的目的，对病人的健康有很大帮助。
申请号为CN201911243924.3的中国发明专利申请提出一种轮椅床一体化护理机器人系统及运行方法，包括：定位导航模块：导航传感器采集周围环境信息，通过通讯模块将信息传输给控制器，控制器处理周围环境信息得到设备位置，并根据给定的目标点位置规划一条从设备到目标点的路径；电机驱动模块：控制器根据控制信号调整驱动电机的工作状态，进而控制麦克纳姆轮全向移动使设备移动至目标点；粗略位置获取模块：护理床部件向智能轮椅部件发送护理床部件的粗略位置信息；导槽位置识别模块：使用对接传感器采集图像信息，使用模板匹配的方法识别图像中导槽的位置，获取导槽的位置信息；高精度对接模块：根据处理得到的导槽位置信息，将采集到的图像中导槽的位置与目标图像中导槽的位置输入视觉伺服控制器中，输出智能轮椅部件的线速度和角速度，并将其通过控制器下发给电机驱动模块，控制智能轮椅部件实现高精度对接。
申请号为CN201510424403.3的中国发明专利申请提出一种带有语音识别装置的带有定位功能的截瘫病人用轮椅，可以使高位截瘫病人进行一定的户外活动；包括底座、车轮、座位、扶手、靠背、储电器、控制器、电机、线束、罩顶、语音识别装置、太阳能发电装置、定位装置、液晶显示装置，车轮、座位、靠背均布置在底座上，扶手布置在座位上，储电器、控制器、电机均布置在底座内，罩顶与靠背的顶端固结在一起，语音识别装置、液晶显示装置均与罩顶的下壁面固结在一起，太阳能发电装置与罩顶的上壁面固结在一起，定位装置与罩顶的侧壁面固结在一起，储电器、控制器、电机、语音识别装置、太阳能发电装置、定位装置、液晶显示装置之间均通过线束相连接。
然而，发明人发现，上述现有技术虽然能够一定程度上使得瘫痪病人借助轮椅可以独立活动，但是却忽略了瘫痪病人本身并不能完全自由活动的事实。虽然瘫痪病人有自由活动的需求，但是并不意味着监护者或者护工能够放任不管。因此，有必要在瘫痪病人的自由活动和监护者或者护工的监护力度之间取得一个平衡，从而既保证瘫痪病人能够自由活动，又能够使得监护者或者护工能够及时甚至提前预测到可能发生的异常情况，从而采取对应的应对措施，保证病人的安全。
发明内容
为解决上述技术问题，为解决上述技术问题，本发明提出一种基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置以及一种智能可移动装置。所述可穿戴装置包括定位装置、速度检测装置、无线通信装置以及语音播报装置；所述无线通信装置包括双模蓝牙通信组件、无线网络通信组件以及模式切换组件。在初始状态下，所述可穿戴装置通过所述双模蓝牙通信组件与所述远端的移动终端连接通信，并将所述可穿戴装置与所述移动终端之间的蓝牙通信信号强度反馈给所述双模蓝牙通信组件；当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时，通过所述双模蓝牙通信组件发送反馈指令给所述移动终端以及模式切换组件，根据所述反馈指令，所述模式切换组件开启所述无线网络通信组件；所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置；如果所述定位装置与所述速度检测装置无法激活，则开启所述语音播报装置。本发明的技术方案能够实时监测瘫痪病人的运行状态和位置距离，并且实时的进行模式识别，从而采取对应的措施。
具体来说，本发明的技术方案实现如下：
一种基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，所述可穿戴装置包括定位装置、速度检测装置、无线通信装置以及语音播报装置。
作为本发明的第一个创新点，在本发明的技术方案中，所述无线通信装置包括双模蓝牙通信组件、无线网络通信组件以及模式切换组件；所述可穿戴装置通过所述无线通信装置与远端的移动终端通信；所述定位装置、速度检测装置以及所述模式切换组件均与所述双模蓝牙通信组件连接；
不同于现有技术，本发明中，在初始状态下，所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件均处于关闭状态。
这里所述的初始状态，可以是瘫痪病人刚开始出发的状态，例如，瘫痪病人佩戴好可穿戴设备，坐上智能轮椅；
此时，所述可穿戴装置通过所述双模蓝牙通信组件与所述远端的移动终端连接通信，并将所述可穿戴装置与所述移动终端之间的蓝牙通信信号强度反馈给所述双模蓝牙通信组件；
这里的远端移动终端，可以是护工或者监护者手持的移动终端，包括手机、平板电脑等各式便携终端；
值得指出的是，本发明中，可穿戴设备和移动终端本身均配置的双模蓝牙通信组件而非普通蓝牙。普通蓝牙仅能用于数据传输，而不能进行指令交互。本发明中，由于可穿戴设备需要接收移动终端的控制移动装置(例如智能轮椅)的状态，因此，采用了具备指令交互功能的双模蓝牙组件，这是本发明的改进点之一；
接下来，本发明的第二个创新点体现在：实时监测所述可穿戴设备与所述移动终端之间的蓝牙通信信号强度；
当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时，通过所述双模蓝牙通信组件发送反馈指令给所述移动终端以及模式切换组件；
根据所述反馈指令，所述模式切换组件开启所述无线网络通信组件；
所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置；
如果所述定位装置与所述速度检测装置无法激活，则开启所述语音播报装置。
值得指出的是，本发明限定的是″当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时”，而不是″未检测到蓝牙通信信号”，这是因为，在本发明中，需要提前预判可能的异常情况，而不能得到蓝牙信号完全消失后才开始干预，这是实现本发明的关键技术手段之一。
当然，与此相对应的，当所述蓝牙通信信号强度大于预定阈值时，关闭所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件。
具体来说，为了体现上述创新性，采取的关键技术手段包括：
所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置，包括：
所述速度检测装置监测当前可穿戴装置在预定时间段内的速度矢量集V＝{V1，V2，…，Vn}，其中Vi为所述预定时间段内的第i个采样时间点对应速度矢量元素，i＝1,…，n，n为所述预定时间段内的采样的时间点个数；
对所述速度矢量集V中的速度矢量元素Vi进行模式识别；
将所述模式识别的结果发送给所述远端的移动终端。
上述过程体现在本发明中，可以通过人工智能技术结合矢量模式识别如下实现：
S1：初始化分组元素个数K；
S2：判断K是否大于1，如果是，利用所述速度检测装置监测当前可穿戴装置，获得K个速度矢量；否则，跳到步骤S6；
S3：计算所述K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量与前一个速度矢量的差异度D；
S4：若所有D小于第一预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K+1，返回步骤S2；
否则，计算所述K个速度矢量中最后一个速度矢量与第一个速度矢量的的方向差异度DK1；
S5：如果所述DK1大于第二预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K-1，返回步骤S2；
否则，返回步骤S1；
S6：将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的限制所有的位置点。
在所述步骤S2中，包括如下步骤：
利用所述定位装置检测所述可穿戴装置当前的位置，如果所述位置距离所述移动终端超过预定距离阈值，则将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的显示所有的位置点。
所述第一预定差值小于所述第二预定差值。
所述步骤S3计算的差异度不同于所述步骤S4计算的所述方向差异度。
具体来说，在本发明中，步骤S3计算的差异度是综合考虑方向和大小的因素：
所述步骤S3计算所述K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量与前一个速度矢量的差异度D，具体包括：
设所述后一个速度矢量与前一个速度矢量分别为Vb和Vf；
则
Figure GDA0002526462240000071
而步骤S4计算的方向差异度仅需考虑方向：
Figure GDA0002526462240000072
这种计算方式从整体上保证了准确度的同时，加快了处理速度。
与上述可穿戴装置配合，本发明还提出一种智能可移动装置，所述智能可移动装置用于承载瘫痪病人，并与所述的可穿戴装置配合使用；所述智能可移动装置包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器上存储有计算机可执行代码，通过处理器执行所述计算机可执行代码，用于实现步骤S1-S6所述的模式识别步骤。
本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置的整体架构图。
图2是图1所述装置的具体运行流程示意图的示意图。
图3是图2所述流程的计算机流程代码实现示意图。
图4是图1-3所述实施例中模式识别的两种示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
参照图1，是本发明一个实施例的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置的整体架构图。
图1中，所述可穿戴装置包括定位装置、速度检测装置、无线通信装置以及语音播报装置。
所述无线通信装置包括双模蓝牙通信组件、无线网络通信组件以及模式切换组件；
所述可穿戴装置通过所述无线通信装置与远端的移动终端通信；
所述定位装置、速度检测装置以及所述模式切换组件均与所述双模蓝牙通信组件连接。
在初始状态下，所述可穿戴装置通过所述双模蓝牙通信组件与所述远端的移动终端连接通信，并将所述可穿戴装置与所述移动终端之间的蓝牙通信信号强度反馈给所述双模蓝牙通信组件；
当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时，通过所述双模蓝牙通信组件发送反馈指令给所述移动终端以及模式切换组件；
根据所述反馈指令，所述模式切换组件开启所述无线网络通信组件；
所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置；
如果所述定位装置与所述速度检测装置无法激活，则开启所述语音播报装置。
在图1基础上，进一步图2。
在所述初始状态下，所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件均处于关闭状态。
当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时，通过所述双模蓝牙通信组件发送反馈指令给所述移动终端以及模式切换组件；
当所述蓝牙通信信号强度大于预定阈值时，关闭所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件。
所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置，具体包括：
所述速度检测装置监测当前可穿戴装置在预定时间段内的速度矢量集V＝{V1，V2，…，Vn}，其中Vi为所述预定时间段内的第i个采样时间点对应速度矢量元素，i＝1,…，n，n为所述预定时间段内的采样的时间点个数；
对所述速度矢量集V中的速度矢量元素Vi进行模式识别；
将所述模式识别的结果发送给所述远端的移动终端。
在图2基础上，进一步参见图3。
所述速度检测装置监测当前可穿戴装置在预定时间段内的速度矢量集V＝{V1，V2，…，Vn}，对所述速度矢量集V中的速度矢量元素Vi进行模式识别，具体包括如下步骤：
S1：初始化分组元素个数K；
S2：判断K是否大于1，如果是，利用所述速度检测装置监测当前可穿戴装置，获得K个速度矢量；否则，跳到步骤S6；
S3：计算所述K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量与前一个速度矢量的差异度D；
S4：若所有D小于第一预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K+1，返回步骤S2；
否则，计算所述K个速度矢量中最后一个速度矢量与第一个速度矢量的的方向差异度DK1；
S5：如果所述DK1大于第二预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K-1，返回步骤S2；
否则，返回步骤S1；
S6：将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的限制所有的位置点。
图3中，在所述步骤S2中，包括如下步骤：
利用所述定位装置检测所述可穿戴装置当前的位置，如果所述位置距离所述移动终端超过预定距离阈值，则将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的显示所有的位置点。
并且，所述第一预定差值小于所述第二预定差值。
所述步骤S3计算的差异度不同于所述步骤S4计算的所述方向差异度。
具体来说，步骤S3计算的差异度是综合考虑方向和大小的因素：
所述步骤S3计算所述K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量与前一个速度矢量的差异度D，具体包括：
设所述后一个速度矢量与前一个速度矢量分别为Vb和Vf；
则
Figure GDA0002526462240000121
而步骤S4计算的方向差异度仅需考虑方向：
Figure GDA0002526462240000122
这种计算方式从整体上保证了准确度的同时，加快了处理速度。
图4是图1-3所述实施例中模式识别的两种示意图。
上图中，V1-V5的所有速度矢量每一次的变化角度都很小，并且使得整体上V1-V5大致沿着同一个方向行进；下图中，V1-V5虽然每一次的变化角度都很小，但是整体上，V5和V1的偏离较大。
因此，结合图4可知，本发明具体实现时，应该限定所述第一预定差值小于所述第二预定差值，并且第一预定差值最好远小于(例如是后者的10分之一)第二预定差值；同时，步骤S3计算的差异度是综合考虑方向和大小的因素，这都是构成本发明技术方案的关键技术手段之一。
总而言之，本发明的优点至少体现在：
首先，基于蓝牙通信连接，通过蓝牙强度信号检测判断是否需要进行定位和速度监测，避免了定位模式和速度监测模式一直运行，减少数据通信成本；
其次，基于蓝牙强度检测而不是蓝牙通断信号检测，能够提前预测通信距离的改变，提前做出模式识别准备。
最后，通过在不同模式识别阶段计算不同的差异度指标，能够准备识别出不同的运行模式。

Claims (6)

1.一种基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，所述可穿戴装置包括定位装置、速度检测装置、无线通信装置以及语音播报装置；
其特征在于：
所述无线通信装置包括双模蓝牙通信组件、无线网络通信组件以及模式切换组件；
所述可穿戴装置通过所述无线通信装置与远端的移动终端通信；所述定位装置、速度检测装置以及所述模式切换组件均与所述双模蓝牙通信组件连接；
在初始状态下，所述可穿戴装置通过所述双模蓝牙通信组件与所述远端的移动终端连接通信，并将所述可穿戴装置与所述移动终端之间的蓝牙通信信号强度反馈给所述双模蓝牙通信组件；
当所述蓝牙通信信号强度低于预定阈值时，通过所述双模蓝牙通信组件发送反馈指令给所述移动终端以及模式切换组件；
根据所述反馈指令，所述模式切换组件开启所述无线网络通信组件；
所述移动终端根据所述反馈指令，通过所述无线网络通信组件与所述可穿戴装置进行数据通信，并激活所述定位装置以及所述速度检测装置，具体包括：
所述速度检测装置监测当前可穿戴装置在预定时间段内的速度矢量集V＝{V1，V2，…，Vn}；
其中Vi为所述预定时间段内的第i个采样时间点对应速度矢量元素，i＝1,…，n，n为所述预定时间段内的采样的时间点个数；
对所述速度矢量集V中的速度矢量元素Vi进行模式识别；
将所述模式识别的结果发送给所述远端的移动终端；
如果所述定位装置与所述速度检测装置无法激活，则开启所述语音播报装置；
所述模式识别包括计算K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量Vb与前一个速度矢量Vf的差异度D：
Figure FDA0003471678870000011
所述K为初始化分组元素个数，若K大于1，则利用所述速度检测装置监测当前可穿戴装置，获得所述K个速度矢量；
所述速度检测装置监测当前可穿戴装置在预定时间段内的速度矢量集V＝{V1，V2，…，Vn}，对所述速度矢量集V中的速度矢量元素Vi进行模式识别，具体包括如下步骤：
S1：初始化分组元素个数K；
S2：判断K是否大于1，如果是，利用所述速度检测装置监测当前可穿戴装置，获得K个速度矢量；否则，跳到步骤S6；
S3：计算所述K个速度矢量中两两相邻的两个速度矢量中后一个速度矢量与前一个速度矢量的差异度D；
S4：若所有D小于第一预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K+1，返回步骤S2；否则，计算所述K个速度矢量中最后一个速度矢量与第一个速度矢量的方向差异度DK1；
S5：如果所述DK1大于第二预定差值，则更新所述分组元素个数K：K＝K-1，返回步骤S2；否则，返回步骤S1；
S6：将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的限制所有的位置点。
2.如权利要求1所述的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，其特征在于：
在所述初始状态下，所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件均处于关闭状态。
3.如权利要求1所述的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，其特征在于：
当所述蓝牙通信信号强度大于预定阈值时，关闭所述定位装置、速度检测装置以及所述无线网络通信组件。
4.如权利要求1所述的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，其特征在于：
在所述步骤S2中，包括如下步骤：
利用所述定位装置检测所述可穿戴装置当前的位置，如果所述位置距离所述移动终端超过预定距离阈值，则将所述定位装置检测到的对应于所述速度矢量元素的采集时间点的位置信息，发送给所述远端的移动终端，并在所述移动终端的显示界面上可视化的显示所有的位置点。
5.如权利要求1所述的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，其特征在于：
所述第一预定差值小于所述第二预定差值。
6.如权利要求1所述的基于实时位置反馈的瘫痪病人交互性可穿戴装置，其特征在于：
所述步骤S3计算的差异度不同于所述步骤S4计算的所述方向差异度。
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