CN113519964B - 一种基于神经网络信号的跌倒预警*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及特殊人群保护技术领域。目的在于提供一种基于神经网络信号的跌倒预警***，包括能够安装在平底鞋底部的拆卸式鞋底和设置在鞋底内的位姿调整装置；所述拆卸式鞋底包括呈凹槽状的鞋底主体，鞋底主体的中部内设置有横板，所述横板将鞋底主体分隔为位于上部的、用于承托平底鞋的连接腔和位于下部的安装腔；所述安装腔内设置有横托板，所述横托板前后两端的左右两侧均对称设置有两个条形的安装口，每一个安装口对应的鞋底主体底部设置有一个动作口。本发明通过调节杆的摆动弹出，能够快速的对鞋底主体形成支撑，改变鞋底主体的位姿，从而起到防止跌倒的功能。

Description

一种基于神经网络信号的跌倒预警***

技术领域

本发明涉及特殊人群保护技术领域，具体涉及一种基于神经网络信号的跌倒预警***。

背景技术

近年来以及接下来的若干年，随着我国人口结构老年化问题越发突出，老年人的安全防护问题将越来越受到关注和重视，老年人跌倒是常见的老年人安全事故之一，严重时其能造成中风瘫痪，甚至死亡的重大影响。

人体在行走的过程中，足部是最为发力的起始点，是人体行走支撑的根基，在行走的过程中，其受力状况大体可以是，足底压力中心从脚跟逐渐转移至第二指对应的前脚掌区域，然后在离地的瞬间再转移至第一指对应的区域，如此循环往复。因此，通过对足底压力大小及压力中心转移的检测和分析，就能够判断出人体行走步态是否正常，再依此对行走过程中的跌倒风险进行预判。

目前，这种通过压力信号采集反馈对人体步态进行分析的方式已经广泛的应用在医疗、保健护理等领域中。在此基础上，为了提高判断的准确性，现有技术中甚至还通过阈值判断、神经网络信号判断、或二者相结合的方式，以提高判断的精准性。基于阈值判断，主要是通过压力、频率等独立数据与预设的一个或多个阈值进行比较进行判断，这种方式实施复杂程度低，但检测的精度相对较差，误检率相对较高；基于神经网络信号判断是一种基于机器学习的模式判别的检测方法，其通过提取数据特征，构建神经网络模型，通过神经网络模型自身的深度学习，对数据进行准确分析，从而能够判断出各种复杂状况下的跌倒风险，极大的降低了误判断的可能，提高了可靠率。

然而，这类跌倒预警***的核心仍然在于对监护人、医护人员或使用者自身进行预警提醒、定位推送等，但本质上不具备对老年人跌倒的保护性，也就是其并不能直接的降低老年人的跌倒风险，而更多的侧重点在于跌倒后的后续措施和补救措施。同时，基于便于日常生活的需求，这类设备***往往还不能光从设备功能上进行考虑，还应当综合考虑使用的便捷性和穿戴的有效性，而鞋子作为出行必须的生活资料，其天然具有充单跌倒预警保护***良载体的优势。

众所周知，跌倒的主要原因在于重心失衡，且由于老年人身体机能下降，无法及时的对足部支撑进行适应性调节，为此，结合现有的神经网络检测模块对步态、身体姿态的检测，通过一种快速反应的方式实现鞋体对足部的快速调节支撑，将能够极大的降低老年人的跌倒风险，从本质上做到预防和保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应迅速的、结构紧凑的基于神经网络信号的跌倒预警***。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于神经网络信号的跌倒预警***，包括能够安装在平底鞋底部的拆卸式鞋底和设置在鞋底内的位姿调整装置；

所述拆卸式鞋底包括呈凹槽状的鞋底主体，鞋底主体的中部内设置有横板，所述横板将鞋底主体分隔为位于上部的、用于承托平底鞋的连接腔和位于下部的安装腔；所述安装腔内设置有横托板，所述横托板前后两端的左右两侧均对称设置有两个条形的安装口，每一个安装口对应的鞋底主体底部设置有一个动作口；

所述位姿调整装置包括对应设置在每一组安装口和动作口处的调整机构，以及设置在鞋底主体中部的横板和横托板之间的控制器；

所述调整机构包括设置在安装口左右两侧的横托板上表面的两个滑块，所述滑块与横托板之间形成沿鞋底主体前后方向的滑动配合，所述滑块远离鞋底主体中心的一端设置有第一腰形孔，所述第一腰形孔按竖向延伸且沿左右方向贯穿滑块；

所述调整机构还包括调节杆和用于驱动滑块沿鞋底主体前后方向运动的驱动组件；所述调节杆中段的上部与安装口的左右两侧壁铰接，调节杆的下端设置支撑横杆，调节杆的上端设置有与第一腰形孔相配合的、沿左右方向延伸的第一转动套，所述第一转动套穿设在第一腰形孔内。

优选的，所述滑块靠近鞋底主体中心的一端设置有按左右方向延伸且沿竖向贯穿滑块的第二腰形孔，所述滑块靠近鞋底主体中心的一端端面上设置有沿左右方向延伸的让位槽，所述让位槽与第二腰形孔相贯；

所述驱动组件包括横跨设置在安装口上方的桥接板，所述桥接板的顶部与横板之间设置有两根竖向的销柱，所述销柱在桥接板的两端对称分布；所述驱动组件还包括驱动摆杆，所述驱动摆杆的中段设置有与销柱相配合的销套，所述销套套设在销柱上与销柱构成铰接；所述驱动摆杆的一端设置有竖向的第二转动套，所述第二转动套穿设在第二腰形孔内；所述驱动组件还包括设置在驱动摆杆的另一端、用于驱动驱动摆杆绕销柱摆动的驱动部件；所述驱动部件与控制器电性连接。

优选的，所述驱动部件为电磁铁。

优选的，所述鞋底主体左右两侧壁与电磁铁相对的位置还设置有永磁铁，所述永磁铁与电磁铁相对一端的磁极属性与电磁铁在带动驱动组件的两根驱动摆杆合拢时的磁极属性相同。

优选的，所述驱动摆杆与电磁铁相对的一端设置有U形的安装架，所述安装架的两个分叉之间设置有旋转调节架，所述旋转调节架上下两端的销轴穿设在安装架的两个分叉上，并与分叉构成转动配合；所述电磁铁固定设置在旋转调节架内。

优选的，所述支撑横杆外套设有橡胶防滑套。

优选的，所述滑块的高度与横托板和横板的间距相配合，滑块顶部和底部的左右两侧均设置有沿鞋底主体前后方向延伸的滑动槽，所述横托板和横板上对应设置有与滑动槽相配合的导轨，所述导轨卡设在滑动槽内。

优选的，所述拆卸式鞋底的前部设置有三根用于与平底鞋鞋面连接的第一捆带，后部设置有一根用于与平底鞋鞋跟连接的第二捆带。

优选的，所述第一捆带和第二捆带为粘扣式捆带。

优选的，所述鞋底主体的底部还设置有防滑层。

本发明的有益效果集中体现在：通过调节杆的摆动弹出，能够快速的对鞋底主体形成支撑，改变鞋底主体的位姿，从而起到防止跌倒的功能。具体而言，本发明在使用过程中，通过基于神经网络信号的检测分析装置对使用者的跌倒风险进行准确的评估，这与现有技术一致；在检测到准确的跌倒风险后，控制器控制驱动组件动作，驱动组件控制滑块运动，进而通过滑块的运动带动调节杆运动，使得调节杆的下端迅速弹出，形成支撑，通过多根调节杆协同，进而改变鞋底主体的位姿，为使用者的脚部提供辅助支撑，防止其跌倒。本发明由于采用调节杆的摆动来进行位姿调节，反应速度极为迅速。同时在调节杆摆动的过程中本质上提供的是一个斜向支撑力，而不是传统方式的垂直支撑力，因此其防跌倒效果更好。另外，通过滑块的在鞋底主体前后方向上的运动来驱动调节杆动作，因此，总体的布局更加的紧凑，降低了拆卸式鞋底的整体厚度，使用更加便利。

附图说明

图1为平底鞋和平底鞋安装本发明后的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为图2中A部放大图；

图4为图2中所示结构的B-B向视图；

图5为图4中C部放大图；

图6为滑块的结构示意图；

图7为旋转调节架的安装示意图。

具体实施方式

如图1-7所示的，一种基于神经网络信号的跌倒预警***，包括能够安装在平底鞋底部的拆卸式鞋底1和设置在鞋底内的位姿调整装置。拆卸式鞋底1和位姿调整装置配合基于神经网络，拥有自主深度学***底鞋上，方便拆卸安装。

所述拆卸式鞋底1包括呈凹槽状的鞋底主体2，由于鞋底主体2带体平底鞋鞋底与地面直接接触，为了提高防滑耐磨性，所述鞋底主体2的底部还设置有防滑层31。鞋底主体2的中部内设置有横板3，所述横板3将鞋底主体2分隔为位于上部的、用于承托平底鞋的连接腔4和位于下部的安装腔5。使用时，穿好鞋子后，将鞋子踏入连接腔4内，然后再进行固定。其拆卸安装的具体方式最简单快捷的既是通过捆紧的方式进行固定，具体而言，其可以是所述拆卸式鞋底1的前部设置有三根用于与平底鞋鞋面连接的第一捆带29，后部设置有一根用于与平底鞋鞋跟连接的第二捆带30。通过第一捆带29和第二捆带30将其捆紧，在此基础上，为了进一步方便操作，所述第一捆带29和第二捆带30为粘扣式捆带。

关于如何进行位姿调整，本发明所述安装腔5内设置有横托板6，所述横托板6前后两端的左右两侧均对称设置有两个条形的安装口7，所述安装口7沿鞋底主体2的前后方向延伸，每一个安装口7对应的鞋底主体2底部设置有一个动作口8。也就是说，横托板6上共设置有4个安装口7，前端的左右两侧两个，后端的左右两侧两个，当然，根据实际情况也可以适当的增减。在此，本发明以4个安装口7和4个动作口8为例。所述位姿调整装置包括对应设置在每一组安装口7和动作口8处的调整机构，以及设置在鞋底主体2中部的横板3和横托板6之间的控制器9。调整机构在控制器9的总控下动作，用于对鞋底主体2各部分进行支撑，以对其位姿进行调节。

结合图2-6中所示，所述调整机构包括设置在安装口7左右两侧的横托板6上表面的两个滑块10，所述滑块10与横托板6之间形成沿鞋底主体2前后方向的滑动配合，其构成滑动配合的方式较多，例如在滑块10内设置导向孔，在横托板6上设置导向杆，导向杆穿设在导向孔内形成导向配合。当然，为了提高布局的紧凑型，以及滑块10移动的稳定性，本发明更好的做法还可以是，所述滑块10的高度与横托板6和横板3的间距相配合，通过横板3和横托板6形成高度方向的限位。滑块10顶部和底部的左右两侧均设置有沿鞋底主体2前后方向延伸的滑动槽27，所述横托板6和横板3上对应设置有与滑动槽27相配合的导轨28，所述导轨28卡设在滑动槽27内。通过滑动槽27和导轨28形成导向和限位，进而能够提升滑块10移动的稳定性。

如图6中所示，所述滑块10远离鞋底主体2中心的一端设置有第一腰形孔11，在图2中远离鞋底主体2中心的一端，也就是左侧的滑块10的左端，右侧的滑块10的右端，设置有第一腰形孔11；所述第一腰形孔11按竖向延伸且沿左右方向贯穿滑块10。所述调整机构还包括调节杆12和用于驱动滑块10沿鞋底主体2前后方向运动的驱动组件。所述调节杆12中段的上部与安装口7的左右两侧壁铰接，调节杆12的下端设置支撑横杆13，调节杆12的上端设置有与第一腰形孔11相配合的、沿左右方向延伸的第一转动套14，所述第一转动套14穿设在第一腰形孔11内。采用这种方式后，如图2和3中所示，通过滑块10在图中左右方向(也就是鞋底主体2的前后方向)上的移动，带动调节杆12绕着铰接中心摆动，从而通过调节杆12下端的支撑横杆13形成高度支撑。由于调节杆12下端的支撑横杆13要与地面接触，为此，所述支撑横杆13外套设有橡胶防滑套26，以提高防滑和耐磨性能。在正常情况下，调节杆12收缩至动作口8内，只有需要进行高度支撑时，才被驱动摆出。

本发明在使用过程中，通过基于神经网络信号的检测分析装置对使用者的跌倒风险进行准确的评估，这与现有技术一致；在检测到准确的跌倒风险后，控制器9控制驱动组件动作，驱动组件控制滑块10运动，进而通过滑块10的运动带动调节杆12运动，使得调节杆12的下端迅速弹出，形成支撑，通过多根调节杆12协同，进而改变鞋底主体2的位姿，为使用者的脚部提供辅助支撑，防止其跌倒。本发明由于采用调节杆12的摆动来进行位姿调节，反应速度极为迅速。同时在调节杆12摆动的过程中本质上提供的是一个斜向支撑力，而不是传统方式的垂直支撑力，因此其防跌倒效果更好。例如：当使用者后倾时，则位于鞋底主体2后端的调节杆12摆出，将鞋底主体2垫高。由于调节杆12的运动行程为由前至后的摆动，其实际上就提供了以后对脚部朝前的斜向推理。另外，通过滑块10的在鞋底主体2前后方向上的运动来驱动调节杆12动作，因此，总体的布局更加的紧凑，降低了拆卸式鞋底的整体厚度，使用更加便利。与采用气缸、电动推杆通过竖直方向伸出，进行高度支撑的方式相比，在相同支撑高度裕度下，整体的厚度更薄，穿戴轻便。

至于如何驱动滑块10沿前后方向运动，可采用的方式为布置一个横向的电动推杆、气缸推杆等等，但一方面这些驱动部件的反应速度较慢，另一方面在满足推力要求、微型化要求的情况下，电动推杆、气缸推杆等成本较高，为了降低总体使用成本，提供对滑块10更加充足的横向推力。如图6所示，本发明所述滑块10靠近鞋底主体2中心的一端设置有按左右方向延伸且沿竖向贯穿滑块10的第二腰形孔15，所述滑块10靠近鞋底主体2中心的一端端面上设置有沿左右方向延伸的让位槽16，所述让位槽16与第二腰形孔15相贯。如图5中所示，所述驱动组件包括横跨设置在安装口7上方的桥接板17，所述桥接板17的顶部与横板3之间设置有两根竖向的销柱18，所述销柱18在桥接板17的两端对称分布。所述驱动组件还包括驱动摆杆19，所述驱动摆杆19的中段设置有与销柱18相配合的销套20，所述销套20套设在销柱18上与销柱18构成铰接。所述驱动摆杆19的一端设置有竖向的第二转动套21，所述第二转动套21穿设在第二腰形孔15内。本发明驱动摆杆19实质上形成了一个杠杆，通过杠杆对力进行一个放大，只要对驱动摆杆19长力矩一端施加一个力，驱动摆杆19就可以将该力放大，并传递至滑块10，以驱动滑块10运动。也就是说，所述驱动组件还包括设置在驱动摆杆19的另一端、用于驱动驱动摆杆19绕销柱18摆动的驱动部件。所述驱动部件与控制器9电性连接。为了保证驱动部件驱动的灵敏度和快速性，所述驱动部件最好选择电磁铁22。如图4中所示，通过电磁铁22通电，其两级磁化为对应的极性，进而带动驱动摆杆19合拢和分开。

当然，为了保证电磁铁22在随驱动摆杆19转动的过程中其位置能够自适应调整，如图7中所示，所述驱动摆杆19与电磁铁22相对的一端设置有U形的安装架24，所述安装架24的两个分叉之间设置有旋转调节架25，所述旋转调节架25上下两端的销轴穿设在安装架24的两个分叉上，并与分叉构成转动配合。所述电磁铁22固定设置在旋转调节架25内。可以预料的是，旋转调节架25相对于安装架24进行的角度调节应当是一个微调节，其仅仅是为了满足驱动摆杆19在转动过程中，电磁铁22位置的偏移，而并非形成完全的自由转动，其转动角度通常在2-5°左右。其具体的角度限位形式可参照现有技术，通过在销轴及安装架24的销孔内设置限位块即可，在本发明中不再对此进行赘述。

另外，为了对电磁铁22的两极磁性进行最大化利用，所述鞋底主体2左右两侧壁与电磁铁22相对的位置还设置有永磁铁23，所述永磁铁23与电磁铁22相对一端的磁极属性与电磁铁22在带动驱动组件的两根驱动摆杆19合拢时的磁极属性相同。如图4中所示，标出了电磁铁22在一种通电形式下两端的极性，在该极性状态下，驱动摆杆19被驱动合拢。在反向通电的情况下，则驱动摆杆19被分开。但由于图中所示的特殊布局形式，每一个电磁铁22两端的磁性均能得到最大化利用。

Claims (10)

1.一种基于神经网络信号的跌倒预警***，包括能够安装在平底鞋底部的拆卸式鞋底(1)和设置在鞋底内的位姿调整装置；

其特征在于：所述拆卸式鞋底(1)包括呈凹槽状的鞋底主体(2)，鞋底主体(2)的中部内设置有横板(3)，所述横板(3)将鞋底主体(2)分隔为位于上部的、用于承托平底鞋的连接腔(4)和位于下部的安装腔(5)；所述安装腔(5)内设置有横托板(6)，所述横托板(6)前后两端的左右两侧均对称设置有两个条形的安装口(7)，每一个安装口(7)对应的鞋底主体(2)底部设置有一个动作口(8)；

所述位姿调整装置包括对应设置在每一组安装口(7)和动作口(8)处的调整机构，以及设置在鞋底主体(2)中部的横板(3)和横托板(6)之间的控制器(9)；

所述调整机构包括设置在安装口(7)左右两侧的横托板(6)上表面的两个滑块(10)，所述滑块(10)与横托板(6)之间形成沿鞋底主体(2)前后方向的滑动配合，所述滑块(10)远离鞋底主体(2)中心的一端设置有第一腰形孔(11)，所述第一腰形孔(11)按竖向延伸且沿左右方向贯穿滑块(10)；

所述调整机构还包括调节杆(12)和用于驱动滑块(10)沿鞋底主体(2)前后方向运动的驱动组件；所述调节杆(12)中段的上部与安装口(7)的左右两侧壁铰接，调节杆(12)的下端设置支撑横杆(13)，调节杆(12)的上端设置有与第一腰形孔(11)相配合的、沿左右方向延伸的第一转动套(14)，所述第一转动套(14)穿设在第一腰形孔(11)内；

在正常情况下，调节杆(12)收缩至动作口(8)内；需要进行高度支撑时，驱动组件控制滑块(10)在鞋底主体(2)前后方向运动，进而通过滑块(10)的运动带动调节杆(12)绕着铰接中心摆动，使得调节杆(12)的下端迅速弹出，调节杆(12)下端的支撑横杆(13)与地面接触，形成支撑。

2.根据权利要求1所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述滑块(10)靠近鞋底主体(2)中心的一端设置有按左右方向延伸且沿竖向贯穿滑块(10)的第二腰形孔(15)，所述滑块(10)靠近鞋底主体(2)中心的一端端面上设置有沿左右方向延伸的让位槽(16)，所述让位槽(16)与第二腰形孔(15)相贯；

所述驱动组件包括横跨设置在安装口(7)上方的桥接板(17)，所述桥接板(17)的顶部与横板(3)之间设置有两根竖向的销柱(18)，所述销柱(18)在桥接板(17)的两端对称分布；所述驱动组件还包括驱动摆杆(19)，所述驱动摆杆(19)的中段设置有与销柱(18)相配合的销套(20)，所述销套(20)套设在销柱(18)上与销柱(18)构成铰接；所述驱动摆杆(19)的一端设置有竖向的第二转动套(21)，所述第二转动套(21)穿设在第二腰形孔(15)内；所述驱动组件还包括设置在驱动摆杆(19)的另一端、用于驱动驱动摆杆(19)绕销柱(18)摆动的驱动部件；所述驱动部件与控制器(9)电性连接。

3.根据权利要求2所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述驱动部件为电磁铁(22)。

4.根据权利要求3所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述鞋底主体(2)左右两侧壁与电磁铁(22)相对的位置还设置有永磁铁(23)，所述永磁铁(23)与电磁铁(22)相对一端的磁极属性与电磁铁(22)在带动驱动组件的两根驱动摆杆(19)合拢时的磁极属性相同。

5.根据权利要求4所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述驱动摆杆(19)与电磁铁(22)相对的一端设置有U形的安装架(24)，所述安装架(24)的两个分叉之间设置有旋转调节架(25)，所述旋转调节架(25)上下两端的销轴穿设在安装架(24)的两个分叉上，并与分叉构成转动配合；所述电磁铁(22)固定设置在旋转调节架(25)内。

6.根据权利要求5所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述支撑横杆(13)外套设有橡胶防滑套(26)。

7.根据权利要求6所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述滑块(10)的高度与横托板(6)和横板(3)的间距相配合，滑块(10)顶部和底部的左右两侧均设置有沿鞋底主体(2)前后方向延伸的滑动槽(27)，所述横托板(6)和横板(3)上对应设置有与滑动槽(27)相配合的导轨(28)，所述导轨(28)卡设在滑动槽(27)内。

8.根据权利要求7所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述拆卸式鞋底(1)的前部设置有三根用于与平底鞋鞋面连接的第一捆带(29)，后部设置有一根用于与平底鞋鞋跟连接的第二捆带(30)。

9.根据权利要求8所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述第一捆带(29)和第二捆带(30)为粘扣式捆带。

10.根据权利要求9所述的基于神经网络信号的跌倒预警***，其特征在于：所述鞋底主体(2)的底部还设置有防滑层(31)。

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