CN113229805A - 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法 - Google Patents

一种地下矿用人体姿态感应系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113229805A
CN113229805A CN202110525529.5A CN202110525529A CN113229805A CN 113229805 A CN113229805 A CN 113229805A CN 202110525529 A CN202110525529 A CN 202110525529A CN 113229805 A CN113229805 A CN 113229805A
Authority
CN
China
Prior art keywords
range
communication unit
posture
speed
leg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110525529.5A
Other languages
English (en)
Inventor
龙海滨
吴兰勇
田兵
邓乾勇
何小玲
王征
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Feimo Technology Co ltd
Original Assignee
Chongqing Feimo Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Feimo Technology Co ltd filed Critical Chongqing Feimo Technology Co ltd
Priority to CN202110525529.5A priority Critical patent/CN113229805A/zh
Publication of CN113229805A publication Critical patent/CN113229805A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116—Determining posture transitions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02444—Details of sensor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/1036—Measuring load distribution, e.g. podologic studies
    • A61B5/1038—Measuring plantar pressure during gait
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1118—Determining activity level
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1123—Discriminating type of movement, e.g. walking or running
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6824—Arm or wrist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6828—Leg
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6829—Foot or ankle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/746—Alarms related to a physiological condition, e.g. details of setting alarm thresholds or avoiding false alarms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/7465—Arrangements for interactive communication between patient and care services, e.g. by using a telephone network
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/7465—Arrangements for interactive communication between patient and care services, e.g. by using a telephone network
    • A61B5/747—Arrangements for interactive communication between patient and care services, e.g. by using a telephone network in case of emergency, i.e. alerting emergency services

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Critical Care (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

本发明涉及一种地下矿用人体姿态感应系统及方法，包括感应手环、压力采集标签、上半身姿态感应标签和腿部姿态感应标签；通过在身体的上半身、小腿部和手臂处分别设置感应姿态的上半身姿态感应标签、腿部姿态感应标签和感应手环，采集上半身、小腿部和手臂处单独各自运动和配合运动时的最大范围和加速度，从而建立多种姿态模型，根据姿态模型对姿态进行判断，从而判断工人是否存在姿态异常，结合心率采集判断工人是否存在危险。

Description

一种地下矿用人体姿态感应系统及方法
技术领域
本发明涉及矿井监控领域，具体是一种地下矿用人体姿态感应系统及方法。
背景技术
我国当前的能源需求依然是以煤炭为主、以石油和天然气为辅的模式结构，煤炭产能占我国全国年人均能源消费的60％以上。由于煤炭能源开发生产具有着高成本、高风险的特点，又由于上个世纪煤炭开采的技术能力较弱、管理不规范、急于求成等原因，导致煤炭行业生产伤亡数据居高不下。煤矿安全，特别是煤矿井下工作人员的生命安全，是煤矿生产中一直以来面临的极其重要的问题之一。近几年来，国家主要煤炭能源企业带头开展了关于煤炭安全生产整治工作，经实践验证，建设数字化矿山，依靠高可靠性的煤矿生产设备和人员装备是实现煤矿安全生产的重要保障。
大多数对于煤矿井下工人的智能化改造都集中于研究煤矿井下人员精确快速以及高可靠性的定位算法和软硬件设备，然而，对于人员本身状态信息的监测与预测却很少被重视。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种地下矿用人体姿态感应系统及方法，能够采集井下工人的本身的状态信息，从而确保井下工人的安全。
本发明的一种地下矿用人体姿态感应系统，包括感应手环、压力采集标签、上半身姿态感应标签和腿部姿态感应标签；
感应手环包括主运算单元、第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元，第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元均与主运算单元连接；
压力采集便签设置在鞋垫上，压力采集便签包括封装在贴片式壳体内的贴片式压力传感器、第一辅助运算单元和第二通信单元，贴片式压力传感器和第二通信单元均与第一辅助运算单元连接；
上半身姿态感应标签设置在工作服或者贴合在工作人员的上半身，上半身姿态感应标签包括封装在贴片式壳体内的第二六轴传感器、第二辅助运算单元和第三通信单元；
腿部姿态感应标签设置在工作裤或者贴合设置在工作人员的小腿部，腿部姿态感应标签包括封装在贴片式壳体内的第三六轴传感器、第三辅助运算单元和第四通信单元；
第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元发送的无线信号。
进一步地，所述主运算单元为STM32芯片，所述第一辅助运算单元、第二辅助运算单元和第三辅助运算单元均为STC15芯片，所述第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元均包括nRF401射频收发器和天线，射频收发器通过串口通信与所述主运算单元、第一辅助运算单元、第二辅助运算单元或者第三辅助运算单元连接，射频收发器的输出端口与天线连接。
进一步地，所述感应手环、压力采集标签、上半身姿态感应标签和腿部姿态感应标签内均设有电池。
进一步地，所述感应手环还设有ZIGBEE模块，ZIGBEE模块与所述STM32芯片串口连接，ZIGBEE模块与设置在框内的ZIGBEE网关连接，从而接入至远程主机。
进一步地，所述心率采集单元包括设置在所述感应手环背面的绿色LED和光电传感器，光电传感器与所述STM32芯片连接。
本发明还提供一种地下矿用人体姿态感应方法，包括步骤：
(1)基础数据采集
在使用者的左右手、左右小腿和上半身分别设置感应手环、腿部姿态感应标签和上半身姿态感应标签，使用者标准姿势站立，然后通过手环和标签中六轴传感器采集左右手、左右小腿和上半身在各自的三轴坐标中的初始位置，作为原点位置，同时记录左右脚下的压力值；
(2)活动范围数据采集
使用者以肩关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以肘关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以髋关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以膝关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者进行弯腰动作，并记录上半身在弯腰时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者保持上半身和手臂不动进行下蹲动作，并记录上半身在下蹲时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
(3)建立运动模型
使用者从慢走-快跑，依次增加运动速度，记录左腿与右手，右腿和左右之间在运动时三轴加速度和运动范围的同步关联，并记录左脚和右脚之间交替出现的压力值；
(4)建立常用姿态模型
使用者以自然姿势进行下蹲、弯腰捡拾和平躺的动作，并记录各个部位的三轴加速度和活动范围；
(5)根据基础数据和建立的运动和姿态模型，判断工人的在动作时是否超过最大运动范围或者超过最大运动加速度，从而判断工人是否存在危险。
本发明的有益效果是：本发明的一种地下矿用人体姿态感应系统及方法，通过在身体的上半身、小腿部和手臂处分别设置感应姿态的上半身姿态感应标签、腿部姿态感应标签和感应手环，采集上半身、小腿部和手臂处单独各自运动和配合运动时的最大范围和加速度，从而建立多种姿态模型，根据姿态模型对姿态进行判断，从而判断工人是否存在姿态异常，结合心率采集判断工人是否存在危险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图：
图1为本发明的系统安装结构示意图；
图2为本发明系统框图。
1-压力采集标签、2-感应手环、3-上半身姿态感应标签、4-腿部姿态感应标签。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
如图1-图2所示：本实施例的一种地下矿用人体姿态感应系统及方法，包括感应手环2、压力采集标签1、上半身姿态感应标签3和腿部姿态感应标签4；
感应手环2包括主运算单元、第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元，第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元均与主运算单元连接；感应手环2用于采集手臂的摆动幅度，手臂绕肘关节和肩关节运动时，可以视作是两个半径不同的圆周运动，通过第一六轴传感器的坐标对其进行运动分解，即可获得手臂的运动情况；
压力采集便签设置在鞋垫上，压力采集便签包括封装在贴片式壳体内的贴片式压力传感器、第一辅助运算单元和第二通信单元，贴片式压力传感器和第二通信单元均与第一辅助运算单元连接；压力采集标签1用于采集工人在步行时，左右脚轮流着地的情况下，左右脚产生的压力，同时步行速度越快，脚部产生的冲量越大，从而造成越大的压力，从而可以根据压力情况对工人的步行速度进行判断；
上半身姿态感应标签3设置在工作服或者贴合在工作人员的上半身，上半身姿态感应标签3包括封装在贴片式壳体内的第二六轴传感器、第二辅助运算单元和第三通信单元，上半身姿态感应标签3用于采集工作的转身、俯身等姿态动作；
腿部姿态感应标签4设置在工作裤或者贴合设置在工作人员的小腿部，腿部姿态感应标签4包括封装在贴片式壳体内的第三六轴传感器、第三辅助运算单元和第四通信单元，腿部围绕髋关节运动和小腿围绕膝关节运动时，运动半径不一样，因此可以通过分解两个圆周运动来判断大腿和小腿的运动幅度；
第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元发送的无线信号，通过无线信号将压力采集标签1、上半身姿态感应标签3和腿部姿态感应标签4采集的数据汇聚至感应手环2中，由主运算单元进行统一计算，从而确定工作的姿态。
本实施例中，主运算单元为STM32芯片，第一辅助运算单元、第二辅助运算单元和第三辅助运算单元均为STC15芯片，第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元均包括nRF401射频收发器和天线，射频收发器通过串口通信与主运算单元、第一辅助运算单元、第二辅助运算单元或者第三辅助运算单元连接，射频收发器的输出端口与天线连接。
本实施例中，感应手环2、压力采集标签1、上半身姿态感应标签3和腿部姿态感应标签4内均设有电池。
本实施例中，感应手环2还设有ZIGBEE模块，ZIGBEE模块与STM32芯片串口连接，ZIGBEE模块与设置在框内的ZIGBEE网关连接，从而接入至远程主机，远程主机用于存储标准模型，并与感应手环2发送的数据进行对比，判断对应的工人是否存在危险。
本实施例中，心率采集单元包括设置在感应手环2背面的绿色LED和光电传感器，光电传感器与STM32芯片连接，无论是透射光法和反射光法中都以朗伯比尔定律(TheLam-bert-BeerLaw)和光散射理论为基础，利用氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收系数的差异来进行，在红光区(600～700nm)HbO2和Hb的吸收差异很大，而在红外光谱区(800～1000nm)其吸收差异较小。当血氧饱和度变化时，也就HbO2相对Hb的浓度发生变化时，血氧饱和度应该和光电传感器上的660nm和940nm两个波长的相对光强之间存在较好的线性关系。通过上述原理，通过血液跳动是反射光线的不同获取脉搏信息。
具体地，实现方法如下包括步骤：
(1)基础数据采集
在使用者的左右手、左右小腿和上半身分别设置感应手环2、腿部姿态感应标签4和上半身姿态感应标签3，使用者标准姿势站立，然后通过手环和标签中六轴传感器采集左右手、左右小腿和上半身在各自的三轴坐标中的初始位置，作为原点位置，同时记录左右脚下的压力值；
(2)活动范围数据采集
使用者以肩关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中，一般情况下，肩关节的活动范围在正常情况下为：相对于原点的前臂上举180°、内收45°、外展90°、外旋60°、前屈90°、后伸45°和内旋90°，同时存在活动速度越快，范围应该越小的情况，从而保护肩关节，因此存在非线性的反比关系，因此将上述数据作为手臂肩关节单独活动时的模型数据；
使用者以肘关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；一般情况下，肘关节的活动范围在正常情况下为：相对于原点的屈曲140°，过伸0～10°，旋前80～90°，旋后80°～90°；同时存在活动速度越快，范围应该越小的情况，从而保护肘关节，因此存在非线性的反比关系，因此将上述数据作为手臂肘关节单独活动时的模型数据；
使用者以髋关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；一般情况下，肘关节的活动范围在正常情况下为：相对于原点的屈曲145°(仰卧位屈膝屈髋)，后伸40°(俯卧位后伸)，外展30～45°，内收20～30°，内旋40～50°(屈膝90°位)，外旋40～50°(屈膝90°位)；同时存在活动速度越快，范围应该越小的情况，从而保护髋关节，因此存在非线性的反比关系，因此将上述数据作为腿部髋关节单独活动时的模型数据；
使用者以膝关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；一般情况下，肘关节的活动范围在正常情况下为：相对于原点的屈曲145°，伸直0°(可超伸10°)，当膝关节屈曲时内旋约10°，外旋20°；同时存在活动速度越快，范围应该越小的情况，从而保护膝关节，因此存在非线性的反比关系，因此将上述数据作为腿部膝关节单独活动时的模型数据；
使用者进行弯腰动作，并记录上半身在弯腰时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；一般情况下，肘关节的活动范围在正常情况下为：相对于原点的前屈90°，后伸30°，左右侧屈各30，左右旋转各30°；同时存在活动速度越快，范围应该越小的情况，从而保护腰部，因此存在非线性的反比关系，因此将上述数据作为腰部单独活动时的模型数据；
使用者保持上半身和手臂不动进行下蹲动作，并记录上半身在下蹲时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中，下蹲时，由髋关节和膝关节联动，运动范围在髋关节的屈曲范围和膝关节的屈曲范围之内。
经过实验，获得最快速运动下，各个关节的最大活动范围会缩小5％-35％左右，且速度越快，骨骼长度越长，减少的范围越大
(3)建立运动模型
使用者从慢走-快跑，依次增加运动速度，记录左腿与右手，右腿和左右之间在运动时三轴加速度和运动范围的同步关联，并记录左脚和右脚之间交替出现的压力值，行走或者跑步时各个关节正常情况下都在其活动范围之类，因此可以通过行走或者跑步时左腿与右手，右腿和左右之间的关联建立模型；
(4)建立常用姿态模型
使用者以自然姿势进行下蹲、弯腰捡拾和平躺等的动作，并记录各个部位的三轴加速度和活动范围，上述动作需要多个关节配合完成，并且通常情况下，各个关节无法通过到达最大范围，因此通过统计关节之间的转动角度的关联性，从而判断工人此时的姿态；
(5)根据基础数据和建立的运动和姿态模型，判断工人的在动作时是否超过最大运动范围或者超过最大运动加速度，从而判断工人是否存在危险。
具体的判断标准如下：
(1)如果身体的其他部分静止，只有1-2个关节活动时，如果对应关节的活动超过其最大活动范围，即可初步判断工作出现危险，再结合其心率情况，即可进行判断；
(2)身体的多个关节同时活动时，先根绝各个关节的活动关联模型，判断器运动类型，并通过对比模型与实际活动范围，结合心率情况，判断是否存在危险，例如，某人通过左腿和右臂规律性地交替运动对比模型判断其正在步行，但是其右腿运动滞后与左臂，同时左脚产生的压力明显大于右脚产生的压力，同时存在心率急剧上升，即可判断其右腿受伤，出现危险，远程主机可及时组织救援。
本发明的一种地下矿用人体姿态感应系统及方法，通过在身体的上半身、小腿部和手臂处分别设置感应姿态的上半身姿态感应标签、腿部姿态感应标签和感应手环，采集上半身、小腿部和手臂处单独各自运动和配合运动时的最大范围和加速度，从而建立多种姿态模型，根据姿态模型对姿态进行判断，从而判断工人是否存在姿态异常，从而判断工人是否存在危险。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种地下矿用人体姿态感应系统，其特征在于：包括感应手环、压力采集标签、上半身姿态感应标签和腿部姿态感应标签；
感应手环包括主运算单元、第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元，第一六轴传感器、心率采集单元和第一通信单元均与主运算单元连接；
压力采集便签设置在鞋垫上，压力采集便签包括封装在贴片式壳体内的贴片式压力传感器、第一辅助运算单元和第二通信单元，贴片式压力传感器和第二通信单元均与第一辅助运算单元连接；
上半身姿态感应标签设置在工作服或者贴合在工作人员的上半身，上半身姿态感应标签包括封装在贴片式壳体内的第二3六轴传感器、第二辅助运算单元和第三通信单元；
腿部姿态感应标签设置在工作裤或者贴合设置在工作人员的小腿部，腿部姿态感应标签包括封装在贴片式壳体内的第三六轴传感器、第三辅助运算单元和第四通信单元；
第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元发送的无线信号。
2.根据权利要求1所述的一种地下矿用人体姿态感应系统，其特征在于：所述主运算单元为STM32芯片，所述第一辅助运算单元、第二辅助运算单元和第三辅助运算单元均为STC15芯片，所述第一通信单元用于接收来自第二通信单元、第三通信单元和第四通信单元均包括nRF401射频收发器和天线，射频收发器通过串口通信与所述主运算单元、第一辅助运算单元、第二辅助运算单元或者第三辅助运算单元连接，射频收发器的输出端口与天线连接。
3.根据权利要求1所述的一种地下矿用人体姿态感应系统，其特征在于：所述感应手环、压力采集标签、上半身姿态感应标签和腿部姿态感应标签内均设有电池。
4.根据权利要求2所述的一种地下矿用人体姿态感应系统，其特征在于：所述感应手环还设有ZIGBEE模块，ZIGBEE模块与所述STM32芯片串口连接，ZIGBEE模块与设置在框内的ZIGBEE网关连接，从而接入至远程主机。
5.根据权利要求2所述的一种地下矿用人体姿态感应系统，其特征在于：所述心率采集单元包括设置在所述感应手环背面的绿色LED和光电传感器，光电传感器与所述STM32芯片连接。
6.一种地下矿用人体姿态感应方法，其特征在于：包括步骤：
(1)基础数据采集
在使用者的左右手、左右小腿和上半身分别设置感应手环、腿部姿态感应标签和上半身姿态感应标签，使用者标准姿势站立，然后通过手环和标签中六轴传感器采集左右手、左右小腿和上半身在各自的三轴坐标中的初始位置，作为原点位置，同时记录左右脚下的压力值；
(2)活动范围数据采集
使用者以肩关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以肘关节为圆心以一定速度活动左右手，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的手臂最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以髋关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者以膝关节为圆形以一定速度活动左右小腿，活动时速度逐渐增加，并记录各个速度对应的腿部最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者进行弯腰动作，并记录上半身在弯腰时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
使用者保持上半身和手臂不动进行下蹲动作，并记录上半身在下蹲时的最大活动范围，将三轴的加速度范围和活动范围记录在对应的三轴坐标中；
(3)建立运动模型
使用者从慢走-快跑，依次增加运动速度，记录左腿与右手，右腿和左右之间在运动时三轴加速度和运动范围的同步关联，并记录左脚和右脚之间交替出现的压力值；
(4)建立常用姿态模型
使用者以自然姿势进行下蹲、弯腰捡拾和平躺的动作，并记录各个部位的三轴加速度和活动范围；
(5)根据基础数据和建立的运动和姿态模型，判断工人的在动作时是否超过最大运动范围或者超过最大运动加速度，从而判断工人是否存在危险。
CN202110525529.5A 2021-05-12 2021-05-12 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法 Pending CN113229805A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525529.5A CN113229805A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110525529.5A CN113229805A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113229805A true CN113229805A (zh) 2021-08-10

Family

ID=77134169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110525529.5A Pending CN113229805A (zh) 2021-05-12 2021-05-12 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113229805A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117035249A (zh) * 2023-01-09 2023-11-10 南京数之信市场研究有限公司 一种体育场地调查任务分配管理系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204703962U (zh) * 2015-05-29 2015-10-14 燕山大学 一种可穿戴式矿工生理及矿井环境监测系统
CN105380652A (zh) * 2015-12-18 2016-03-09 青岛海蓝康复器械有限公司 一种人体运动姿势评估方法及系统
CN106875629A (zh) * 2017-03-07 2017-06-20 吉林真才信息技术有限公司 基于体感网的居家养老系统及其控制方法
CN110123334A (zh) * 2019-05-15 2019-08-16 中国矿业大学(北京) 一种煤矿井下人体姿态监测系统
JP2020008556A (ja) * 2018-07-03 2020-01-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 センサ、推定装置、推定方法、および、プログラム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204703962U (zh) * 2015-05-29 2015-10-14 燕山大学 一种可穿戴式矿工生理及矿井环境监测系统
CN105380652A (zh) * 2015-12-18 2016-03-09 青岛海蓝康复器械有限公司 一种人体运动姿势评估方法及系统
CN106875629A (zh) * 2017-03-07 2017-06-20 吉林真才信息技术有限公司 基于体感网的居家养老系统及其控制方法
JP2020008556A (ja) * 2018-07-03 2020-01-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 センサ、推定装置、推定方法、および、プログラム
CN110123334A (zh) * 2019-05-15 2019-08-16 中国矿业大学(北京) 一种煤矿井下人体姿态监测系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117035249A (zh) * 2023-01-09 2023-11-10 南京数之信市场研究有限公司 一种体育场地调查任务分配管理系统
CN117035249B (zh) * 2023-01-09 2024-01-26 南京数之信市场研究有限公司 一种体育场地调查任务分配管理系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11950901B2 (en) Systems and methods for assessing gait, stability, and/or balance of a user
CN110978064B (zh) 人机协作中人体安全评估方法及系统
CN107693022A (zh) 一种检测人体摔倒的方法及装置
CN206224385U (zh) 一种用于虚拟现实环境的具有定位功能的动作捕捉系统
CN105167761A (zh) 智能穿戴设备佩戴状态检测方法及装置
CN204318725U (zh) 一种监测部分生理参数及运动状态的可穿戴设备
CN105573506A (zh) 一种智能穿戴系统
CN103637782B (zh) 一种基于智能终端的人体健康监控系统及方法
CN105007636A (zh) 一种面向运动康复的可穿戴式无线传感网节点装置
CN206193786U (zh) 运动数据检测装置
CN105212911A (zh) 一种监护手环
CN106236031A (zh) 一种基于北斗的居家养老紧急救援与定位系统
CN113229805A (zh) 一种地下矿用人体姿态感应系统及方法
CN106491105A (zh) 一种敬老院智能监护系统
CN107943271A (zh) 运动数据检测方法、装置及系统
CN209790817U (zh) 心肺运动数据采集和康复训练设备
CN204091985U (zh) 一种面向手机用户的便携式运动参数获取装置
CN110123334A (zh) 一种煤矿井下人体姿态监测系统
CN107714015A (zh) 晕厥示警方法、装置及设备
WO2022233138A1 (zh) 一种步态分析系统
CN111685769A (zh) 外骨骼功能检测系统
CN110787439A (zh) 一种基于电子数据采集的武术训练评估装置
CN106448051A (zh) 一种适用于高空作业防护的穿戴式生理传感设备
CN115105819A (zh) 一种运动监控方法及其系统
CN205126247U (zh) 一种具有步态分析功能的智能鞋垫

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210810

RJ01 Rejection of invention patent application after publication