一种穿戴式跌倒预测防护系统及其预测方法

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1.一种穿戴式跌倒预测防护系统，其特征是，包括连帽防护衣本体，所述连帽防护衣本体由内衬(8)和外套(9)组成，所述内衬(8)和外套(9)之间装有折叠气囊，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内装有头部传感器(1)，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有控制模块(6)、气体发生器(5)和电源模块(7)，所述控制模块(6)包括中央处理器和腰部传感器，所述头部传感器(1)、腰部传感器、气体发生器(5)和电源模块(7)通过导线(3)均与中央处理器连接，所述气体发生器(5)与折叠气囊连接，所述折叠气囊有两个，两个折叠气囊分别置于连帽防护衣本体的前侧和后侧，所述折叠气囊的形状呈I形，所述折叠气囊缝合在内衬(8)上，其中置于连帽防护衣本体后侧的折叠气囊上端延伸至连帽防护衣本体的上端衣帽内，所述连帽防护衣本体的上端衣帽内设有头箍尼龙搭扣(2)，所述头箍尼龙搭扣(2)置于内衬(8)和外套(9)之间且缝合在外套(9)上，所述头部传感器(1)固定在头箍尼龙搭扣(2)的中部，所述连帽防护衣本体的胸部处设有胸部传感器，所述胸部传感器通过导线(3)与控制模块(6)连接，所述头部传感器(1)和腰部传感器均为六轴惯性传感器，所述六轴惯性传感器包含了三轴加速度计以及三轴陀螺仪，采集的数据为头部和腰部的俯仰角角速度数据和加速度数据，其中加速度数据用来修正计算的角度值；所述胸部传感器为六轴惯性传感器，所述六轴惯性传感器包含了三轴加速度计以及三轴陀螺仪，所述连帽防护衣本体的下端腰部处设有腰带(4)，所述外套(9)上设有若干腰带扣，所述腰带(4)穿过腰带扣置于外套(9)上，所述气体发生器(5)有两个且均置于腰带(4)上，两个气体发生器(5)分别置于连帽防护衣本体的左右两侧，两个气体发生器(5)分别与两个折叠气囊一一对应连接，所述控制模块(6)和电源模块(7)均固定安装在腰带(4)上，该穿戴式跌倒预测防护系统的预测方法具体包括如下步骤：(1)角度阈值判断：控制模块的中央处理器通过头部传感器和腰部传感器将头部和腰部采集到的原始加速度与角速度数据进行处理，得到修正后的俯仰角角度数据，再与中央处理器内部设定的腰部角度阈值16°进行比较，若超过，则进行步骤(2)；若未超过，则继续进行步骤(1)的操作；若腰部角度值达到设定的角度阈值16°，则求出腰部角度值16°之前100ms内的头部和腰部两者角度的相关系数，计算公式为：
式中：N为100ms内采集的数据个数，θ与θ分别代表两个部位在同一动作时采集到的第i个角度，/>和/>分别为同一动作时头部腰部两组俯仰角数据的平均值，S，S分别为同一动作时头部腰部俯仰角数据组的标准差；1i2iθ1θ2(2)相关系数阈值判断：在跌倒过程中，人体头部与躯干段的角度变化具有相关性，设定相关系数阈值为0.9，若相关系数达到0.9，则进行步骤(3)；若相关系数未达到0.9，则返回到步骤(1)中；(3)角速度阈值判断：人体弯腰时腰部的角速度不超过50°/s，设定腰部的角速度阈值为50°/s，若超过，则判断为跌倒，中央处理器发送信号到气体发生器，气体发生器给折叠气囊供气以达到防护的效果；若为超过，判断为弯腰，则返回到步骤(1)中。