CN210747381U - 一种可定位自主报警摔伤防护背心 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种可定位自主报警摔伤防护背心，包括背心本体、跌倒检测模块、微控制器、跌倒报警模块、气囊、驱动执行机构、定位模块、跌倒信息发送模块、电源模块和远程监护平台，所述驱动执行机构包括压缩气瓶、基座、舵机、传动轴、凸轮、刺针、复位弹簧、滑槽、滑块，所述跌倒检测模块的输出端连接微控制器的输入端，所述微控制器的输出端分别连接跌倒报警模块、舵机、跌倒信息发送模块的输入端，本实用新型可以精准检测跌倒：运用九轴惯性传感模块准确检测运动信息，并嵌入独有的高精准跌倒预警算法，经微控制器快速处理，在穿戴者跌倒前300～500ms检测出跌倒事件发生，同时触发气囊进行保护，采用背心式设计，轻便可穿戴，适用范围广。
Description
技术领域
本实用新型涉及跌倒报警防护技术领域，具体为一种可定位自主报警摔伤防护背心。
背景技术
在国内，许多高校相继展开了跌倒识别的研究，2000年清华大学最早提出了一种利用胸部穿戴三轴加速度计来测量跌倒的方法。2008年孙新香等人介绍一种基于加速度传感器的跌倒检测***，检测***中加入了远程无线通信模块和GPS定位模块，当检测到跌倒后，可以发送无线信号给医护人员，使救护人员能及时找到和救治跌倒者。2010年武汉理工大学的薛源提出了基于多传感器信息融合的跌倒检测***。2012年杨帆等提出了基于头部运动轨迹和3D视觉的跌倒监测***，利用支持向量机的方法对跌倒进行了判断。
现在的技术大都趋向于对跌倒的检测***的完善和功能提升，但在可穿戴式跌倒检测及跌倒防护装置的研究并不是很多，设备功能单一，不能为易跌倒人群提供实质性的安全保障，其功能重在预防跌倒事件的发生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可定位自主报警摔伤防护背心，具有功能一体化、便携可穿戴、获益人群广泛的特点，能较大程度的保障易跌倒人群在室内室外活动时的安全。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可定位自主报警摔伤防护背心，包括背心本体、跌倒检测模块、微控制器、跌倒报警模块、气囊、驱动执行机构、定位模块、跌倒信息发送模块、电源模块和远程监护平台，所述驱动执行机构包括压缩气瓶、基座、舵机、传动轴、凸轮、刺针、复位弹簧、滑槽、滑块。
所述跌倒检测模块的输出端连接微控制器的输入端，所述微控制器的输出端分别连接跌倒报警模块、舵机、跌倒信息发送模块的输入端，所述定位模块的输出端连接跌倒检测模块的输入端。
所述压缩气瓶的一侧设有基座，所述压缩气瓶的端部嵌入设置在基座中，所述基座的一侧设有舵机，所述舵机与基座通过螺钉固定连接，所述舵机的一侧设有传动轴，所述传动轴的端部固定设有凸轮，所述凸轮与舵机通过传动轴传动连接，所述基座的一侧设有滑槽，所述滑槽的内部固定设有复位弹簧，所述复位弹簧的端部固定设有滑块，所述复位弹簧的端部对滑块施加压力，所述滑块嵌入设置在滑槽中，并与滑槽间隙配合，所述滑块的中心位置固定设有刺针，所述刺针的一端贯穿基座，并嵌入设置在压缩气瓶的端部，另一端的位置与凸轮的位置相对应。
优选地，所述跌倒检测模块采用整合三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的九轴惯性传感器作为检测单元，实时检测穿戴者的状态信息，并发送给微控制器。
优选地，所述跌倒报警模块采用蜂鸣器发声报警。
优选地，所述定位模块采用GPS模块，与跌倒检测模块连接，实时监控穿戴者活动的地理位置信息，并将信息通过跌倒检测模块传输至微控制器。
优选地，所述跌倒信息发送模块采用WIFI模块，用于将微控制器发出的穿戴者实时位置信息和跌倒信息发送至远程监护平台。
优选地，所述电源模块用于提供电能。
优选地，所述远程监护平台用于接收穿戴者实时位置信息和跌倒信息。
优选地，所述气囊的设置个数为三个，分别设置在背心本体的前胸、后背和髋部位置，所述前胸位置的气囊展开后对穿戴者胸部形成包裹，所述后背位置的气囊展开后对穿戴者头颈部形成包裹，所述髋部位置的气囊不充气时缩在背心本体下缘，展开后对穿戴者髋部形成包裹，所述驱动执行机构的设置个数与气囊相等，负责气囊的充气。
优选地，所述气囊采用TPU复合布制作的单囊状结构，布料外层以尼龙纺为骨架材料，里层复合TPU薄膜制成的单面胶布。
优选地，所述气囊上设置有一定数量的焊接点，且在所述焊接点位置气囊的前后两面贴合在一起，所述焊接点在气囊的不同位置分布不均匀，所述焊接点为圆环状，内圈以内为集气区，所述集气区设有一个或多个泄气孔，内圈与外圈之间设置有多个环形焊接区和泄气通道。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型可以精准检测跌倒：运用九轴惯性传感模块准确检测运动信息，并嵌入独有的高精准跌倒预警算法(该算法的跌倒预警准确率≥90％)，经微控制器快速处理，在穿戴者跌倒前300～500ms检测出跌倒事件发生，同时触发气囊进行保护。
(2)本实用新型可以实时准确定位和发送救援信息：通过无线通讯实现GPS精准实时定位、迅速发送救援信息(远程监护平台)，保证跌倒人群能够快速得到救援。
(3)本实用新型气囊可以快速安全弹出，保护重要易损部位；气囊背心内含的气囊在充气时弹出，可包裹髋部、胸部及头颈部。在气囊充气模块采用机械刺破压缩气瓶的方式给气囊充气，使防护气囊在穿戴者倒地之前充分展开，给穿戴者最易损伤的髋部和头颈部提供安全、有效的防护。
(4)本实用新型采用背心式设计，轻便可穿戴，适用范围广。
附图说明
图1为本实用新型流程图；
图2为本实用新型模块连接图；
图3为本实用新型背心正面图；
图4为本实用新型背心背面髋部气囊收复图；
图5为本实用新型背心背面髋部气囊展开图；
图6为本实用新型髋部气囊结构示意图；
图7为本实用新型焊接点局部结构示意图；
图8为本实用新型驱动执行机构结构示意图；
图9为本实用新型电路原理图。
图示说明：1-背心本体；2-气囊；3-焊接点；4-驱动执行机构；5-泄气孔；6-集气区；7-环形焊接区；8-泄气通道；9-压缩气瓶；10-基座；11-舵机；12-传动轴；13-凸轮；14-滑槽；15-滑块；16-复位弹簧；17-刺针。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作进一步地说明。
请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种可定位自主报警摔伤防护背心，包括背心本体1、跌倒检测模块、微控制器、跌倒报警模块、气囊2、驱动执行机构4、定位模块、跌倒信息发送模块、电源模块和远程监护平台，驱动执行机构4包括压缩气瓶9、基座10、舵机11、传动轴12、凸轮13、刺针17、复位弹簧16、滑槽14、滑块15。
微控制器选用STM32F103RCT6芯片，跌倒检测模块的输出端连接微控制器的输入端，微控制器的输出端分别连接跌倒报警模块、舵机11、跌倒信息发送模块的输入端，定位模块的输出端连接跌倒检测模块的输入端。
压缩气瓶9的一侧设有基座10，压缩气瓶9的端部嵌入设置在基座10中，基座10的一侧设有舵机11，舵机11与基座10通过螺钉固定连接，舵机11的一侧设有传动轴12，传动轴12的端部固定设有凸轮13，凸轮13与舵机11通过传动轴12传动连接，基座10的一侧设有滑槽14，滑槽14的内部固定设有复位弹簧16，复位弹簧16的端部固定设有滑块15，复位弹簧16的端部对滑块15施加压力，滑块15嵌入设置在滑槽14中，并与滑槽14间隙配合，滑块15的中心位置固定设有刺针17，刺针17的一端贯穿基座10，并嵌入设置在压缩气瓶9的端部，另一端的位置与凸轮13的位置相对应。
优选地，跌倒检测模块采用整合三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的九轴惯性传感器作为检测单元，实时检测穿戴者的状态信息，并发送给微控制器。该九轴惯性传感器选用JY9019轴加速度计陀螺仪，不仅能够检测x、y、z三轴穿戴者运动加速度信息，而且可以得到穿戴者运动姿态角，在支持向量机算法的处理下***精确度可达到90％。
优选地，定位模块采用GPS模块，与跌倒检测模块连接，实时监控穿戴者活动的地理位置信息，并将信息通过跌倒检测模块传输至微控制器。
优选地，跌倒信息发送模块采用WIFI模块，用于将微控制器发出的穿戴者实时位置信息和跌倒信息发送至远程监护平台。
优选地，电源模块用于提供电能。
优选地，远程监护平台用于接收穿戴者实时位置信息和跌倒信息。
优选地，气囊2的设置个数为三个，分别设置在背心本体1的前胸、后背和髋部位置，前胸位置的气囊2展开后对穿戴者胸部形成包裹，后背位置的气囊2展开后对穿戴者头颈部形成包裹，髋部位置的气囊2不充气时缩在背心本体1下缘，展开后对穿戴者髋部形成包裹，驱动执行机构4的设置个数与气囊2相等，负责气囊2的充气。
优选地，气囊2采用TPU复合布制作的单囊状结构，布料外层以尼龙纺为骨架材料，里层复合TPU薄膜制成的单面胶布，该材料具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。
优选地，通过高周波焊接等焊接方式，在气囊2上设置一定数量的焊接点3，且在焊接点3位置气囊2的前后两面贴合在一起，这些焊接点3在气囊2的不同位置分布不均匀，通过焊接点3对气囊2展开时力场的影响，使得气囊2展开后形状能够对穿戴者的胸部、髋部和头颈部形成包裹。气囊2表面呈现许多“凸起”结构，焊接点3为圆环状，内圈以内为集气区6，集气区6设有一个或多个泄气孔5，内圈与外圈之间设置有多个环形焊接区7和泄气通道8。泄气时，气体从气囊2内沿着泄气通道8进入集气区6，最终通过泄气孔5将气体释放，“凸起”的存在能够保证泄气孔5不至于被堵住。同时，通过泄气通道8可以对泄气气压进行控制。
工作原理：首先，易跌倒人员穿上背心本体1进行活动，电源模块提供电能，定位模块实时监控穿戴者活动的地理位置信息，并将地理位置信息通过跌到检测模块传输至微控制器，跌到检测模块实时检测穿戴者的状态信息(x、y、z三轴运动加速度信息和运动姿态角度信息)，并将状态信息发送给微控制器，微控制器将检测的加速度信息与设定的加速度阈值进行比较，当检测的加速度信息小于加速度阈值时，返回继续进行检测；当检测的加速度信息大于加速度阈值时，进入角度判断，将检测的角度与设定的角度阈值进行比较，当检测的角度在角度阈值范围内时，返回继续进行检测；当检测的角度超出角度阈值时，则判定穿戴者将要跌倒，微控制器控制跌倒报警模块采用蜂鸣器进行发声报警，同时控制舵机11工作，舵机11通过传动轴12带动凸轮13转动，刺针17在凸轮13的作用下刺穿压缩气瓶9，复位弹簧16通过自身弹性带动滑块15在滑槽14中运动，使刺针17迅速回复到原来的位置，使得气体迅速释放将气囊2充满，实现跌倒防护的作用，然后微控制器通过跌倒信息发送模块将穿戴者实时位置信息和跌倒信息发送至远程监护平台，保证穿戴者跌倒后能够快速得到救援。
以上所述仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：包括背心本体、跌倒检测模块、微控制器、跌倒报警模块、气囊、驱动执行机构、定位模块、跌倒信息发送模块、电源模块和远程监护平台，所述驱动执行机构包括压缩气瓶、基座、舵机、传动轴、凸轮、刺针、复位弹簧、滑槽、滑块；
所述跌倒检测模块的输出端连接微控制器的输入端，所述微控制器的输出端分别连接跌倒报警模块、舵机、跌倒信息发送模块的输入端，所述定位模块的输出端连接跌倒检测模块的输入端；
所述压缩气瓶(9)的一侧设有基座(10)，所述压缩气瓶(9)的端部嵌入设置在基座(10)中，所述基座(10)的一侧设有舵机(11)，所述舵机(11)与基座(10)通过螺钉固定连接，所述舵机(11)的一侧设有传动轴(12)，所述传动轴(12)的端部固定设有凸轮(13)，所述凸轮(13)与舵机(11)通过传动轴(12)传动连接，所述基座(10)的一侧设有滑槽(14)，所述滑槽(14)的内部固定设有复位弹簧(16)，所述复位弹簧(16)的端部固定设有滑块(15)，所述复位弹簧(16)的端部对滑块(15)施加压力，所述滑块(15)嵌入设置在滑槽(14)中，并与滑槽(14)间隙配合，所述滑块(15)的中心位置固定设有刺针(17)，所述刺针(17)的一端贯穿基座(10)，并嵌入设置在压缩气瓶(9)的端部，另一端的位置与凸轮(13)的位置相对应。
2.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述跌倒检测模块采用整合三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计的九轴惯性传感器作为检测单元，实时检测穿戴者的状态信息，并发送给微控制器。
3.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述跌倒报警模块采用蜂鸣器发声报警。
4.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述定位模块采用GPS模块，与跌倒检测模块连接，实时监控穿戴者活动的地理位置信息，并将信息通过跌倒检测模块传输至微控制器。
5.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述跌倒信息发送模块采用WIFI模块，用于将微控制器发出的穿戴者实时位置信息和跌倒信息发送至远程监护平台。
6.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述电源模块用于提供电能。
7.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述远程监护平台用于接收穿戴者实时位置信息和跌倒信息。
8.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述气囊的设置个数为三个，分别设置在背心本体的前胸、后背和髋部位置，所述前胸位置的气囊展开后对穿戴者胸部形成包裹，所述后背位置的气囊展开后对穿戴者头颈部形成包裹，所述髋部位置的气囊不充气时缩在背心本体下缘，展开后对穿戴者髋部形成包裹，所述驱动执行机构的设置个数与气囊相等，负责气囊的充气。
9.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述气囊采用TPU复合布制作的单囊状结构，布料外层以尼龙纺为骨架材料，里层复合TPU薄膜制成的单面胶布。
10.根据权利要求1所述的一种可定位自主报警摔伤防护背心，其特征在于：所述气囊上设置有一定数量的焊接点，且在所述焊接点位置气囊的前后两面贴合在一起，所述焊接点在气囊的不同位置分布不均匀，所述焊接点为圆环状，内圈以内为集气区，所述集气区设有一个或多个泄气孔，内圈与外圈之间设置有多个环形焊接区和泄气通道。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
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| CN112235008A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-15 | 河南工业大学 | 一种粮仓作业人员穿戴防护装置及人员安全报警*** |
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