專利名稱：跌倒控制系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的康復(fù)鞋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)鞋領(lǐng)域，尤其涉及ー種使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋。
背景技術(shù)：
隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)達(dá)，人類(lèi)的平均壽命逐年増加，世界上有許多國(guó)家正逐步買(mǎi)入老齡化的社會(huì)。小家庭為主的家庭結(jié)構(gòu)使得越來(lái)越多老年人沒(méi)有和他們的子女同住，無(wú)人照料其生活起居。另ー方面，即使醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展一日千里，醫(yī)師及科學(xué)家們對(duì)ー些罕見(jiàn)疾病的治療仍舊是束手無(wú)策，例如脊椎小腦萎縮癥等，部分具有歩行能力的重癥患者會(huì)選擇居家照護(hù)，但他們往往具有不確定的發(fā)病時(shí)間或是不穩(wěn)定的行動(dòng)能力，也會(huì)使得家屬無(wú)法放心讓他們獨(dú)自行動(dòng)。
不管是上述的老年人或是患者，偶爾會(huì)因?yàn)樾袆?dòng)不便而發(fā)生跌倒的意外，輕微的話還有機(jī)會(huì)自行求救，但若嚴(yán)重進(jìn)入昏迷的狀況時(shí)，將會(huì)喪失求救的能力，如果是發(fā)生在四下無(wú)人之處而沒(méi)有被人發(fā)現(xiàn)，就無(wú)法在第一時(shí)間進(jìn)行搶救，此將嚴(yán)重危及其生命安全，而造成無(wú)法挽救的結(jié)果?，F(xiàn)有的防跌倒康復(fù)鞋，主要依靠壓カ或者重心來(lái)進(jìn)行調(diào)整鞋底位姿，進(jìn)而預(yù)防人體跌倒，調(diào)整動(dòng)平臺(tái)的方式過(guò)于單一，不能夠適用于大部分足底壓カ異常的人群。另外，其控制模式過(guò)于簡(jiǎn)便，很少采用人工智能的方式來(lái)控制鞋底各種位姿模式。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明根據(jù)足底的壓カ信號(hào)，通過(guò)處理和智能模式分類(lèi)，來(lái)控制調(diào)整墊片組的位置，進(jìn)而控制鞋底的位姿，其調(diào)整鞋底位姿靈活，適用范圍廣泛，并且控制模式智能化，更有利干人體跌倒的預(yù)防。日本研制出ー種跌倒的鞋子，其根據(jù)判斷患者有失去重心風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，采用氣壓傳動(dòng)裝置使得鞋底做出快速的調(diào)整，確保使用者不會(huì)失去平衡。但實(shí)際上，其控制策略信號(hào)源是重心信號(hào)，并不是反應(yīng)足底運(yùn)動(dòng)情況的壓力信號(hào)，不夠直接和充分反應(yīng)人體有跌倒的趨勢(shì)。以色列古里安大學(xué)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)鞋，其控制信號(hào)時(shí)采用足底的壓カ信號(hào)，但調(diào)整鞋底的方式過(guò)于單一，不能適應(yīng)各種不同人群的需求，以色列海法理工學(xué)院研制出一種針對(duì)膝關(guān)節(jié)炎治療的康復(fù)鞋，其調(diào)節(jié)方式較古里安大學(xué)的防跌倒鞋靈活，但其沒(méi)有控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供ー種防止跌倒的跌倒控制系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的康復(fù)鞋，所述跌倒控制系統(tǒng)，包含一壓カ采集裝置，包括壓カ傳感器，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的壓カ信號(hào)數(shù)據(jù)信息；還包括六軸加速傳感器，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的加速度信號(hào)數(shù)據(jù)信息；一定位裝置，包括設(shè)置在電機(jī)上的位置傳感器，用以在線紀(jì)錄跌倒控制系統(tǒng)在各個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)刻的位置信息；一多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，分別耦接該壓カ采集裝置及定位裝置，用以實(shí)時(shí)控制電機(jī)保持跌倒控制系統(tǒng)的方位；一數(shù)據(jù)分類(lèi)裝置，負(fù)責(zé)將所有的數(shù)據(jù)信息以及位置信息進(jìn)行處理、優(yōu)化及分類(lèi)。
優(yōu)選地，所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)。本發(fā)明還提供ー種包含上述跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋，包含鞋面、鞋底板、鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)有調(diào)整墊片的墊片組、鞋地板導(dǎo)軌以及數(shù)據(jù)采集盒。優(yōu)選地，所述定位裝置位于鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，其還包括設(shè)于電機(jī)上的電機(jī)傳輸帶，所述電機(jī)安置于所述鞋底板上，所述電機(jī)與所述墊片組通過(guò)電機(jī)傳輸帶連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)傳輸帶帶動(dòng)墊片組沿著鞋地板導(dǎo)軌移動(dòng)。優(yōu)選地，所述六軸加速傳感器設(shè)置于人體的腰部。優(yōu)選地,所述電機(jī)的數(shù)量至少為4個(gè)。優(yōu)選地，所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
本發(fā)明的跌倒控制系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的康復(fù)鞋，通過(guò)調(diào)整調(diào)整墊片組的墊片數(shù)量，使得該防跌倒康復(fù)鞋適合各種人群；通過(guò)調(diào)整調(diào)整墊片組在鞋底板重心調(diào)整機(jī)構(gòu)中的位置，進(jìn)而快速調(diào)整鞋底的位姿，防止人體跌倒；通過(guò)調(diào)整墊片組上的壓カ傳感器對(duì)采集來(lái)的足底壓カ信號(hào)和人體腰間的加速度傳感器采集來(lái)的加速度信號(hào)，進(jìn)行在線處理和分類(lèi)，從而作出對(duì)鞋底位姿正確的判斷，避免人體跌倒。


圖I為圖I為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋的示意圖；圖2為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋鞋底的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖；圖3為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋第一墊片組的示意圖；圖4為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋ー種實(shí)施例的跌倒控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例如圖I所示，為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋的示意圖，圖2所為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋鞋底的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的示意圖，本發(fā)明的康復(fù)鞋包含鞋面I、鞋底板2、鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)5，所述鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)5包括第一墊片組3和第二墊片組6、鞋地板導(dǎo)軌7、繞線輪柱13、數(shù)據(jù)采集盒15以及電纜線16，所述鞋地板導(dǎo)軌7收容于鞋底板2內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)安置于鞋底板2上，并位于鞋地板導(dǎo)軌7的兩側(cè)，所述鞋底調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括設(shè)于電機(jī)9上的電機(jī)傳輸帶12,所述電機(jī)安置于所述鞋底板2上,所述電機(jī)9與所述第一墊片組3通過(guò)電機(jī)傳輸帶12連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)傳輸帶12帶動(dòng)第一墊片組3沿著鞋地板導(dǎo)軌7移動(dòng)，從而使得鞋底的表面發(fā)生傾斜，進(jìn)而改變?nèi)梭w踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)預(yù)防跌倒。所述電機(jī)的數(shù)量至少為4個(gè)，數(shù)量越多則控制墊片組越多，防跌倒就會(huì)越穩(wěn)定，所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)，當(dāng)然其他能實(shí)現(xiàn)傳送功能的電機(jī)皆可。如圖3所示，為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋第一墊片組的示意圖，本圖中的第一墊片組3包括傳感器4以及調(diào)整墊片14，當(dāng)所述電機(jī)傳輸帶12帶動(dòng)第一墊片組3沿著鞋地板導(dǎo)軌7移動(dòng)時(shí)，鞋底的表面發(fā)生傾斜，進(jìn)而快速調(diào)整鞋底的位姿，防止人體跌倒。在其它實(shí)施例中，通過(guò)改變調(diào)整墊片14的數(shù)量，使得該防跌倒康復(fù)鞋適合各種人群。
如圖4所示，為本發(fā)明使用跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋ー種實(shí)施例的跌倒控制系統(tǒng)的示意圖，本發(fā)明跌倒控制系統(tǒng)，包含一壓カ采集裝置，包括壓カ傳感器4，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的壓力信號(hào)數(shù)據(jù)信息，在本實(shí)施例中，所述壓カ傳感器4均布于調(diào)整墊片組上，輸出患者腳底壓カ分布；還包括六軸加速傳感器，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的加速度信號(hào)數(shù)據(jù)信息，在本實(shí)施例中，所述六軸加速傳感器設(shè)置于人體的腰部；一定位裝置，包括設(shè)置在電機(jī)上的位置傳感器，用以在線紀(jì)錄跌倒控制系統(tǒng)在各個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)刻的位置信息，在本實(shí)施例中，所述位置傳感器有兩個(gè)，分別集成在兩個(gè)直流伺服電機(jī)內(nèi)，所述定位裝置位于鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)5，所述位置傳感器優(yōu)選為光電傳感器；一多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，分別耦接該壓カ采集裝置及定位裝置，用以實(shí)時(shí)控制電機(jī)保持跌倒控制系統(tǒng)的方位；一數(shù)據(jù)分類(lèi)裝置，負(fù)責(zé)將所有的數(shù)據(jù)信息以及位置信息進(jìn)行處理、優(yōu)化及分類(lèi)，所述數(shù)據(jù)分類(lèi)裝置位于數(shù)據(jù)采集盒15中。防跌倒康復(fù)鞋的工作原理和過(guò)程如下在使用此防跌倒康復(fù)鞋之前，現(xiàn)需要對(duì)使用者足底的壓カ進(jìn)行標(biāo)定，這主要是為了確定墊片組中調(diào)整墊片的數(shù)量，具體步驟為，(I)使用者雙腳穿戴此康復(fù)鞋，測(cè)得足底的 壓カ分布數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)足底壓カ分布數(shù)據(jù)與正常人標(biāo)準(zhǔn)的足底壓カ數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)；(3)通過(guò)改變調(diào)整墊片組中墊片的數(shù)量，使得足底壓カ數(shù)據(jù)和正常人標(biāo)準(zhǔn)的足底壓カ數(shù)據(jù)差異相對(duì)較小。使用者穿上康復(fù)鞋后，當(dāng)人體有跌倒的傾向時(shí)，足底的壓カ分布數(shù)據(jù)發(fā)生異常，通過(guò)壓カ采集裝置實(shí)時(shí)采集足底的壓カ數(shù)據(jù)信息以及腰部的六軸加速傳感器采集的人體異常動(dòng)作信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分類(lèi)裝置將這些信號(hào)進(jìn)行處理、優(yōu)化、分類(lèi)。本實(shí)施例中，雙鞋底一共有16個(gè)通道的壓カ信號(hào)，對(duì)16個(gè)通道的壓カ信號(hào)進(jìn)行濾波，放大、線性化處理、特征值提取，特征值的提取完成后，用這16通道的特征值信號(hào)，先經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器進(jìn)行多次前倒，后倒，左、右倒模式訓(xùn)練，確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)合適的層數(shù)和隱含單元數(shù)，來(lái)完善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)的準(zhǔn)確性。故當(dāng)人體前摔時(shí)，16通道壓カ信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)器能判斷人體向前摔倒，另夕卜，腰間的六軸加速度傳感器分別測(cè)得前倒、后倒、左倒、右倒的加速度的信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、放大、線性化處理、特征值提取，通過(guò)多次的摔倒實(shí)驗(yàn)，設(shè)定一個(gè)閾值，例如當(dāng)加速度傳感器向前的成分超過(guò)預(yù)先設(shè)定的加速度信號(hào)向前的閾值，并且足底壓カ傳感器測(cè)得的壓カ信號(hào)，經(jīng)過(guò)分類(lèi)處理，也表現(xiàn)為前摔，則判定為向前摔倒。再將控制信號(hào)結(jié)合定位裝置中的位置傳感器測(cè)得的位置信息發(fā)送給多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，所述多軸運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)時(shí)控制電機(jī)牽引電機(jī)傳輸帶帶動(dòng)調(diào)整墊片組沿著鞋地板導(dǎo)軌移動(dòng)，調(diào)整墊片組位置的改變，將使得鞋底板的位姿發(fā)生相應(yīng)的變化以調(diào)整人體踝關(guān)節(jié)的位姿，進(jìn)而防止人體跌倒。人體在進(jìn)行日常的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，雙腳各自置于鞋內(nèi)，可根據(jù)實(shí)時(shí)采集來(lái)的壓カ信號(hào)以及腰間的加速度信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，及時(shí)調(diào)整鞋底的位姿來(lái)防止人體跌倒。可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其他各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種跌倒控制系統(tǒng)，其特征在于，包含 一壓カ采集裝置，包括壓カ傳感器，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的壓力信號(hào)數(shù)據(jù)信息；還包括六軸加速傳感器，用以實(shí)時(shí)采集跌倒控制系統(tǒng)的加速度信號(hào)數(shù)據(jù)信息； 一定位裝置，包括設(shè)置在電機(jī)上的位置傳感器，用以在線紀(jì)錄跌倒控制系統(tǒng)在各個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)刻的位置信息； 一多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，分別耦接該壓カ采集裝置及定位裝置，用以實(shí)時(shí)控制電機(jī)保持跌倒控制系統(tǒng)的方位； 一數(shù)據(jù)分類(lèi)裝置，負(fù)責(zé)將所有的數(shù)據(jù)信息以及位置信息進(jìn)行處理、優(yōu)化及分類(lèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的跌倒控制系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
3.ー種包含如權(quán)利要求I所述的跌倒控制系統(tǒng)的康復(fù)鞋，其特征在于，包含鞋面、鞋底板、鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)有調(diào)整墊片的墊片組、鞋地板導(dǎo)軌以及數(shù)據(jù)采集盒。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的康復(fù)鞋，其特征在于所述定位裝置位于鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，其還包括設(shè)于電機(jī)上的電機(jī)傳輸帶，所述電機(jī)安置于所述鞋底板上，所述電機(jī)與所述墊片組通過(guò)電機(jī)傳輸帶連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)傳輸帶帶動(dòng)墊片組沿著鞋地板導(dǎo)軌移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的康復(fù)鞋，其特征在于所述六軸加速傳感器設(shè)置于人體的腰部。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的康復(fù)鞋，其特征在于所述電機(jī)的數(shù)量至少為4個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的康復(fù)鞋，其特征在于所述電機(jī)為直流伺服電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種跌倒控制系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的康復(fù)鞋，此跌倒控制系統(tǒng)包括壓力采集裝置、定位裝置以及多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，此康復(fù)鞋包含跌倒控制系統(tǒng)、鞋面、鞋底板、鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)包括設(shè)有調(diào)整墊片的墊片組、鞋地板導(dǎo)軌以及數(shù)據(jù)采集盒，所述定位裝置位于鞋底板平臺(tái)重心調(diào)整機(jī)構(gòu)，其還包括設(shè)于電機(jī)上的電機(jī)傳輸帶，所述電機(jī)安置于所述鞋底板上，所述電機(jī)與所述墊片組通過(guò)電機(jī)傳輸帶連接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述電機(jī)傳輸帶帶動(dòng)墊片組沿著鞋地板導(dǎo)軌移動(dòng)，通過(guò)調(diào)整墊片組上的壓力傳感器對(duì)采集來(lái)的足底壓力信號(hào)進(jìn)行在線處理和分類(lèi)，從而對(duì)出對(duì)鞋底位姿正確的判斷，避免人體跌倒。
文檔編號(hào)A43B7/00GK102866640SQ20121030278
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者王永奉, 趙國(guó)如, 梅占勇, 徐佳立 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院