防跌倒装置以及跌倒防护装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103424747 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103424747 A *CN103424747A* (21)申请号 201310339282.3 (22)申请日 2013.08.06 G01S 15/93(2006.01) A63B 71/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院深圳先进技术研究院 地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大学 城学苑大道 1068 号 (72)发明人 赵国如 张静 张其 李慧奇 王国杰 (74)专利代理机构 深圳市科进知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 44316 代理人 宋鹰武 沈祖锋 (5。

2、4) 发明名称 防跌倒装置以及跌倒防护装置 (57) 摘要 本发明涉及一种防跌倒装置以及跌倒防护装 置。 所述防跌倒装置包括超声波传感器、 第一微处 理器、 蜂鸣器、 第一电源以及压电传感器， 所述第 一微处理器设有第一信号接口、 第二信号接口、 第 三信号接口以及第一电源输入接口， 所述第一微 处理器获取所述压电传感器采集的压电信号， 并 控制所述超声波传感器发射超声信号， 而后基于 接收到的反射超声波信号控制所述蜂鸣器告警。 所述跌倒防护装置包括所述防跌倒装置以及一种 气囊保护装置。本发明提出的防跌倒装置提高了 探测告警的准确性 ； 当使用者将不可避免地发生 摔倒时， 可通过所述气囊保护装。

3、置的气囊展开获 得缓冲保护， 从而减少摔倒所受到的伤害。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103424747 A CN 103424747 A *CN103424747A* 1/1 页 2 1. 一种防跌倒装置， 包括超声波传感器、 第一微处理器、 蜂鸣器以及第一电源， 其特征 在于， 还包括压电传感器， 所述第一微处理器设有第一信号接口、 第二信号接口、 第三信号 接口以及第一电源输入接口， 其中， 所述压电传感器通过所述第一信。

4、号接口与所述第一微处理器相连接， 所述超声波传感 器通过所述第二信号接口与所述第一微处理器相连接， 所述蜂鸣器通过所述第三信号接口 与所述第一微处理器相连接， 所述第一电源通过所述第一电源输入接口与所述微处理相连 接 ； 所述第一微处理器获取所述压电传感器采集的压电信号， 并控制所述超声波传感器发 射超声信号， 而后基于接收到的反射超声波信号控制所述蜂鸣器告警。 2. 根据权利要求 1 所述的防跌倒装置， 其特征在于， 还包括开关电路， 所述第一电源通 过所述开关电路与所述第一电源输入接口电连接。 3. 根据权利要求 2 所述的防跌倒装置， 其特征在于， 所述第一电源通过所述开关电路 与所述超。

5、声波传感器电连接。 4. 根据权利要求 1 所述的防跌倒装置， 其特征在于， 还包括第一壳体， 所述第一壳体具 有一容纳空间， 所述第一微处理器以及第一电源固定设置于所述容纳空间内， 所述超声波 传感器以及蜂鸣器固定设置于所述第一壳体上。 5. 根据权利要求 4 所述的防跌倒装置， 其特征在于， 还包括绑带， 所述绑带设置于所述 壳体上。 6. 一种跌倒防护装置， 包括权利要求 1 所述的防跌倒装置以及气囊保护装置， 所述气 囊保护装置包括 ： 第二微处理器、 MEMS 传感器、 第二电源、 舵机、 传动部件、 与所述传动部件 固定连接的刺针、 储存压缩气体的气瓶、 气囊以及连接所述气瓶与气囊。

6、的连接装置， 所述第 二微处理器设有第四信号接口、 输出控制接口以及第二电源输入接口， 所述舵机具有控制 信号输入接口、 舵机电源输入接口以及传动输出接口， 其中， 所述 MEMS 传感器通过所述第四信号接口与所述第二微处理器相连接， 所述第二微处 理器的输出控制接口与所述舵机的控制信号输入接口相连接， 所述第二电源通过所述第二 电源接口与所述第二微处理器相连接， 所述第二电源通过所述舵机电源输入接口与所述舵 机相连接， 所述舵机通过所述传动输出接口与所述传动部件传动连接， 所述气瓶具有可刺 破的瓶口 ； 所述 MEMS 传感器获取角速度以及加速度数据， 所述角速度以及加速度数据大于预设 阈值。

7、时， 所述第二微处理器驱动所述舵机运转， 所述传动部件进而带动所述刺针向所述气 瓶瓶口运动。 7. 根据权利要求 6 所述的跌倒防护装置， 其特征在于， 所述气囊保护装置还包括容纳 所述第二微处理器、 MEMS 传感器、 第二电源、 舵机、 传动部件、 刺针以及气瓶的第二壳体。 8. 根据权利要求 7 所述的跌倒防护装置， 其特征在于， 所述气囊保护装置还包括与所 述第二壳体相连接的腰带。 权 利 要 求 书 CN 103424747 A 2 1/5 页 3 防跌倒装置以及跌倒防护装置 【技术领域】 0001 本发明涉及康复医学防护领域， 尤其涉及一种防跌倒装置以及跌倒防护装置。 【背景技术】。

8、 0002 倒走运动这种目前新兴的锻炼方式以其具备其他运动所不具备的健身功能而受 到包括老年人在内的多数人群的广泛关注。然而， 倒走运动具备一定的难度并存在一定的 风险， 由于运动者无法通过视觉了解其身后的路面状况， 当运动者身后的路面不平整或存 在障碍物时， 很容易造成摔倒。 0003 在现有技术的辅助倒走装置中， 申请号为 201010209335.6 的发明专利公开了一 种老年人倒走锻炼用眼镜， 该眼镜包括一半圆形发箍， 该发箍上对称设有一对万向节， 该万 向节的另一端设有后视镜， 运动者可以很方便地通过后视镜观察身后的情况， 从而避免了 摔倒 ； 申请号为 201320041792.8。

9、 的实用新型专利公开了一种适于老年人倒走的帽子， 该帽 子包括帽檐和凸起部， 帽檐位于凸起部下部边沿上， 所述凸起部上设有一个环形罩体， 所述 环形罩体侧面设有一根金属定型软管， 所述金属定型软管前端设有一面反光镜， 且该反光 镜角度可调， 运动者通过调节反光镜的角度即可很方便地观察身后的路面状况。 0004 然而， 上述现有技术存在一定的缺陷， 如运动者长时间盯看后视镜， 精神过度集 中， 易造成疲劳、 影响锻炼 ； 利用后视镜扩展视野， 其视线容易受到阳光等外界因素的干扰。 此外， 在倒走运动中， 有时突发情况会造成运动者不可避免地摔倒， 此时运动者需要受到保 护、 防止受伤。 【发明内容。

10、】 0005 本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题， 提出一种防跌倒装置以及跌倒防护 装置。 0006 本发明一方面提出一种防跌倒装置， 包括超声波传感器、 第一微处理器、 蜂鸣器以 及第一电源， 其特征在于， 还包括压电传感器， 所述第一微处理器设有第一信号接口、 第二 信号接口、 第三信号接口以及第一电源输入接口。 其中， 所述压电传感器通过所述第一信号 接口与所述第一微处理器相连接， 所述超声波传感器通过所述第二信号接口与所述第一微 处理器相连接， 所述蜂鸣器通过所述第三信号接口与所述第一微处理器相连接， 所述第一 电源通过所述第一电源输入接口与所述微处理相连接 ； 所述第一微处理器获。

11、取所述压电传 感器采集的压电信号， 并控制所述超声波传感器发射超声信号， 而后基于接收到的反射超 声波信号控制所述蜂鸣器告警。 0007 本发明另一发面提出一种跌倒防护装置， 包括所述的防跌倒装置以及一气囊保护 装置， 所述气囊保护装置包括第二微处理器、 MEMS 传感器、 第二电源、 舵机、 传动部件、 与所 述传动部件固定连接的刺针、 储存压缩气体的气瓶以及气囊， 所述第二微处理器设有第四 信号接口、 输出控制接口以及第二电源输入接口， 所述舵机具有控制信号输入接口、 舵机电 源输入接口以及传动输出接口。其中， 所述 MEMS 传感器通过所述第四信号接口与所述第二 说 明 书 CN 103。

12、424747 A 3 2/5 页 4 微处理器相连接， 所述第二微处理器的输出控制接口与所述舵机的控制信号输入接口相连 接， 所述第二电源通过所述第二电源接口与所述第二微处理器相连接， 所述第二电源通过 所述舵机电源输入接口与所述舵机相连接， 所述舵机通过所述传动输出接口与所述传动部 件传动连接， 所述气瓶具有可刺破的瓶口， 所述瓶口通过一连接装置与所述气囊相连接 ； 所 述 MEMS 传感器获取角速度以及加速度数据， 所述角速度以及加速度数据大于预设阈值时， 所述第二微处理器驱动所述舵机运转， 所述传动部件进而带动所述刺针向所述气瓶瓶口运 动。 0008 本发明提出的防跌倒装置将超声波探测障。

13、碍物与压电传感器相结合， 使得使用者 在脚步落地时才对其身后靠近脚底位置的直线范围进行障碍物探测， 提高了探测的准确 性 ； 本发明另一方面提出的一种跌倒防护装置结合了所述防跌倒装置以及一种气囊保护装 置， 当使用者将不可避免地发生摔倒时， 可通过所述气囊保护装置的气囊展开获得缓冲保 护， 从而减少摔倒所受到的伤害。 【附图说明】 0009 图 1 为本发明实施例之一的防跌倒装置结构图。 0010 图 2 为本发明实施例之二的防跌倒装置结构图。 0011 图 3 为本发明所述防跌倒装置的使用原理图。 0012 图 4 为本发明实施例之一的气囊保护装置结构图。 0013 图 5 为本发明实施例之。

14、一的气囊保护装置工作原理示意图。 【具体实施方式】 0014 下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。 下面详细描述本发明的 实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类 似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 仅 用于解释本发明的技术方案， 而不应当理解为对本发明的限制。 0015 在本发明的描述中， 术语 “内” 、“外” 、“纵向” 、“横向” 、“上” 、“下” 、“顶” 、“底” 等指 示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明而不是 要求本发明必须以特定的方位构造和。

15、操作， 因此不应当理解为对本发明的限制。 0016 本发明一方面提出了一种防跌倒装置。如图 1 所示， 在本发明一实施例中， 所述防 跌倒装置包括第一微处理器 100、 超声波传感器 200、 压电传感器 300、 蜂鸣器 400 以及第一 电源 500。 0017 下文将对本发明所述防跌倒装置的各个组成部分及其工作原理作进一步详细描 述。 0018 第一微处理器 100 可采用单片机。第一微处理器 100 上设有若干信号接口， 对于 单片机， 所述信号接口包括但不限于各种输入接口、 输出接口以及输入 / 输出接口。在本实 施例中， 所述信号接口包括第一信号接口101、 第二信号接口102、 。

16、第三信号接口103以及第 一电源输入接口 104。 0019 压电传感器 300 通过第一信号接口 101 与第一微处理器 100 相连接， 第一微处理 器 100 通过第一信号接口 101 获取压电信号。 说 明 书 CN 103424747 A 4 3/5 页 5 0020 超声波传感器 200 通过第二信号接口 102 与第一微处理器 100 相连接， 第一微处 理器 100 通过第二信号接口 102 控制超声波传感器 200 发射超声波信号、 以及接收反射后 的超射波信号。 0021 蜂鸣器 400 通过第三信号接口 103 与第一微处理器 100 相连接， 蜂鸣器 400 用于 发出。

17、告警信号。 0022 第一电源 500 通过第一电源输入接口 104 与第一微处理器 100 相连接， 第一电源 500 为第一微处理器 100 供电。 0023 如图2所示， 优选地， 所述防跌倒装置还包括开关电路600。 第一电源输入接口104 通过开关电路 600 与第一电源 500 电连接。其中， 开关电路 600 进一步包括一按键开关， 所 述按键开关用于控制开关电路 600 的通断。进一步优选地， 第一电源 500 还可以通过开关 电路 600 与超声波传感器 200 电连接， 第一电源 500 另一方面用于为超声波传感器 200 供 电。 0024 优选地， 所述防跌倒装置包括第。

18、一壳体， 所述第一壳体具有一容纳空间， 第一微处 理器100以及第一电源500固定设置于所述容纳空间内， 超声波传感器200以及蜂鸣器400 固定设置于所述第一壳体上。 0025 进一步优选地， 所述防跌倒装置还包括一绑带， 所述绑带设置于所述壳体上。其 中， 所述绑带用于将所述防跌倒装置与使用者躯体或四肢固定。 0026 如图3所示， 以绑带为例， 在使用本发明提出的防跌倒装置时， 可通过绑带10将所 述防跌倒装置固定在使用者脚踝部位以上， 使得超声波传感器 200 的超声探头 201 朝向使 用者身后方向， 同时将通过连接线与第一微处理器100相连接的压电传感器300置于脚底。 一般情况下。

19、， 压电传感器 300 较薄， 不会影响使用者行走。此外， 由于压电传感器 300 的压 电材料在压力作用下会产生电荷进行自供电， 因此不需要外部电源对其供电。 0027 当使用者在倒走过程中， 绑缚在其脚踝上的超声波传感器的超声探头 201 朝向会 随着使用者腿部运动而发生改变。在本发明中， 仅当使用者脚底落地时， 压电传感器 300 接 收到压力， 并产生压电信号， 第一微处理器 100 一旦接收到所述压电信号便向超声波传感 器 200 发出控制信号， 控制超声波传感器 200 发出超声波探测信号。当位于使用者身后方 向且靠近其脚底位置的一定直线距离内存在障碍物时， 超声波遇其会发生反射，。

20、 并被超声 波传感器 200 接收， 第一微处理器 100 根据该接收信号启动蜂鸣器 400 进行蜂鸣告警， 提示 使用者停止倒走或改变路线， 从而避免被障碍物绊倒。其中， 超声波传感器 200 的探测范围 与其型号、 具体参数有关， 此外还可对其进行预先设置。在本发明中， 结合使用者倒走时的 实际情况， 超声波传感器 200 的探测范围采用 1m-2m。 0028 由于本发明所述的防跌倒装置采用了压电传感器 300， 因此超声波传感器 200 仅 在使用者脚步落地时对其身后靠近脚底位置的直线范围进行障碍物探测， 避免了其他方向 上的误判， 提高了探测的准确性。 0029 本发明另一方面提出一。

21、种跌倒防护装置， 该跌倒防护装置包括上文所述的防跌倒 装置以及一种气囊保护装置。如图 4 所示， 在一实施例中， 所述气囊保护装置包括第二微处 理器 1000、 MEMS（微机电系统， Micro-electro Mechanical Systems） 传感器 2000、 第二电 源 3000、 舵机 4000、 传动部件 5000、 与传动部件 5000 固定连接的刺针 6000、 储存压缩气体 的气瓶 7000 以及气囊 8000。 说 明 书 CN 103424747 A 5 4/5 页 6 0030 下文将对本发明所述跌倒防护装置中的气囊保护装置各个组成部分及其工作原 理作进一步详细描。

22、述。 0031 第二微处理器 1000 可采用单片机。第二微处理器 1000 上设有若干信号接口， 对 于单片机， 所述信号接口包括但不限于各种输入接口、 输出接口以及输入 / 输出接口。在本 实施例中， 所述信号接口包括第四信号接口 1001、 输出控制接口 1002、 以及第二电源输入 接口 1003。 0032 舵机 4000 具有控制信号输入接口 4001、 舵机电源输入接口 4002 以及传动输出接 口 4003。 0033 MEMS 传感器 2000 通过第四信号接口 1001 与第二微处理器 1000 相连接。MEMS 传 感器 2000 用于实时采集使用者运动时的加速度与角速度。

23、， 并通过第四信号接口 1001 向第 二微处理器 1000 实时反馈。 0034 第二微处理器 1000 的输出控制接口 1002 与舵机 4000 的控制信号输入接口 4001 相连接。控制信号输入接口 4001 用于获取第二微处理器 1000 发出的控制信号。 0035 第二电源 3000 通过第二电源接口 1003 与第二微处理器 1000 相连接 ； 第二电源 3000 还通过舵机电源输入接口 4002 与舵机 4000 相连接。第二电源 3000 为第二微处理器 1000 以及舵机 4000 供电。 0036 舵机 4000 通过传动输出接口 4003 与传动部件 5000 传动连。

24、接。 0037 气瓶 7000 具有可刺破的瓶口， 所述瓶口通过一连接装置与气囊 8000 相连接。其 中， 与传动部件 5000 固定连接的刺针 6000 的针尖部位指向气瓶 7000 的瓶口。 0038 优选地， 所述气囊保护装置还包括第二壳体， 所述第二壳体用于容纳所述第二微 处理器、 MEMS 传感器、 第二电源、 舵机、 传动部件、 刺针以及气瓶。进一步优选地， 所述气囊 保护装置还包括一副与所述第二壳体相连接的腰带。 0039 以腰带为例， 下文将对所述气囊保护装置的工作原理做进一步详细描述。 0040 在使用所述气囊保护装置时， 使用者首先通过所述腰带将所述气囊保护装置固定 在腰。

25、部， MEMS 传感器 2000 实时采集使用者当前的加速度以及角速度。当使用者在倒走过 程中不可避免地发生摔倒时， 使用者的实时加速度大于某一加速度告警阈值、 同时实时角 速度大于某一角速度告警阈值， 第二微处理器 1000 通过输出控制接口 1002 向舵机 4000 发 出控制信号， 驱动舵机 4000 运转。传动部件 5000 在受到舵机 4000 的机械传动下， 与传动 部件5000相连接的刺针6000便朝气瓶7000瓶口方向运动， 刺破气瓶7000瓶口， 气瓶7000 中的压缩气体通过一连接装置流向气囊 8000， 气囊 8000 瞬间膨胀， 并在使用者与摔倒在地 面之前完全展开以。

26、提供缓冲， 从而减少使用者受到的伤害。图 5 示意所述气囊保护装置由 自然状态转变为气囊膨胀状态。 0041 如上文所述， 传动部件5000可选用滚动丝杠， 滚动丝杠可以将舵机4000输入的旋 转运动转化为直线运动， 从而控制刺针 6000 朝气瓶 7000 瓶口方向运动。又如， 传动部件 5000 还可以采用转动臂与弹簧配合工作的方式， 即在自然状态下， 弹簧在转动臂一端的压 制下处于压缩状态 ； 当所述转动臂受到舵机 4000 的传动时会发生转动， 因此弹簧失去压制 而伸张， 从而带动与其相连的刺针 6000 朝气瓶 7000 瓶口方向运动。 0042 本发明一方面提出的防跌倒装置将超声波。

27、探测障碍物与压电传感器相结合， 使得 使用者在脚步落地时才对其身后靠近脚底位置的直线范围进行障碍物探测， 避免了其他方 说 明 书 CN 103424747 A 6 5/5 页 7 向上的误判， 提高了探测的准确性。 0043 本发明另一方面提出的跌倒防护装置由所述防跌倒装置以及所述气囊保护装置 构成。 使用者可将所述防跌倒装置以及所述气囊保护装置结合使用， 在一般情况下， 通过所 述防跌倒装置的探测、 告警即可避免摔倒 ； 而当使用者将不可避免地发生摔倒时， 可通过所 述气囊保护装置的气囊展开获得缓冲保护， 从而减少摔倒所受到的伤害。 0044 虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述， 。

28、但本领域的技术人员应能理 解， 上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案， 而并非用来限定本发明的保 护范围， 任何在本发明的精神和原则范围之内， 所做的任何修饰、 等效替换、 变形、 改进等， 均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。 说 明 书 CN 103424747 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103424747 A 8 2/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103424747 A 9 3/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103424747 A 10 4/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103424747 A 11 。