[發(fā)明專利]穿戴式摔倒動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410182651.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN103976739B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 時(shí)廣軼;王春波;李文榮;金玉豐
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波麥思電子科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11;G06K9/66
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

本發(fā)明公開了一種穿戴式摔倒動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和裝置，穿戴式檢測(cè)裝置包括足部、腰部、腕部、背部組成的特定硬件結(jié)構(gòu)；摔倒動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法可以完成人體任意狀態(tài)下摔倒的實(shí)時(shí)判別，其核心算法包括三（1）步態(tài)加速度突變引起的閾值開啟邏輯結(jié)構(gòu)；（2）基于零力矩點(diǎn)（ZMP）的人體姿態(tài)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性判別算法；（3）基于人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的摔倒模式識(shí)別算法。構(gòu)成完整的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，達(dá)到了應(yīng)用領(lǐng)域廣、對(duì)應(yīng)用環(huán)境的依賴性小且實(shí)時(shí)檢測(cè)的目的，且該檢測(cè)方法和裝置精確度高，具有系統(tǒng)成本小，系統(tǒng)體積小于便于穿戴的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種穿戴式摔倒動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和裝置。

背景技術(shù)

MEMS慣性傳感器是以集成電路工藝和微機(jī)械加工工藝為基礎(chǔ)，在單晶硅片上制造出來的微機(jī)電系統(tǒng)，包括微加速度計(jì)和微陀螺儀，是微機(jī)電系統(tǒng)研究和發(fā)展的最重要的方向之一。由三維加速度計(jì)和三維微陀螺儀組成的微慣導(dǎo)測(cè)量組合的工作原理是經(jīng)典力學(xué)中的牛頓定律，其功能是測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體（如車輛、飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇、人造衛(wèi)星、生物體等)的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而可以對(duì)運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)控制和導(dǎo)航；與此同時(shí)，微型慣性測(cè)量系統(tǒng)具有體積小、重量輕、可靠性高、易集成、能大批量生產(chǎn)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，使其在眾多的民用和軍用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

基于微慣導(dǎo)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制和導(dǎo)航的原理雖然簡(jiǎn)單，但是其測(cè)量精度卻難以提高，分析其主要原因可歸結(jié)為三個(gè)方面：一是微機(jī)電慣性敏感器件的制造精度難以提高，特別是高深寬比刻蝕容易發(fā)生側(cè)向侵蝕，從而降低了加工精度；二是器件的測(cè)量信號(hào)容易受到其它信號(hào)源的干擾；第三個(gè)原因是由于目前對(duì)微機(jī)電器件的各種物理特性在微觀狀態(tài)下的表現(xiàn)尚缺乏足夠研究，因而影響了器件的數(shù)學(xué)建模，從而影響器件精度補(bǔ)償?shù)挠行浴?/p>

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)微慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差消除和信號(hào)處理主要采用以下技術(shù)路線：

(1)器件級(jí)的誤差補(bǔ)償技術(shù)。元器件誤差特性分析通過對(duì)微機(jī)電陀螺和加速度計(jì)的誤差分析（主要包括靜態(tài)偏置與漂移、與g有關(guān)的偏置和漂移、裝調(diào)誤差、隨機(jī)噪聲、溫度系數(shù)等），掌握元器件的特性，建立誤差模型，為系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償（包括溫度控制與補(bǔ)償）提供前提條件。

(2)結(jié)構(gòu)級(jí)電路設(shè)計(jì)和誤差補(bǔ)償技術(shù)。微慣性測(cè)量組合系統(tǒng)中的集成與標(biāo)定是將陀螺和加速度計(jì)通過機(jī)械裝置、數(shù)據(jù)采集電路以及輔助電路集成在一起，由此形成uIMU。uIMU的標(biāo)定主要包括系統(tǒng)的偏置、標(biāo)度因數(shù)、陀螺輸出與g有關(guān)的系數(shù)、正交度等，在此基礎(chǔ)上，可對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行軟件補(bǔ)償。此外，在傳感器信號(hào)輸出質(zhì)量一定的情況下，研究傳感器的調(diào)理電路，降低噪聲、減少漂移、提高共模抑制比也是提高微慣導(dǎo)系統(tǒng)精度的一種方法。

(3)系統(tǒng)級(jí)信號(hào)處理技術(shù)－算法的研究。基于微慣導(dǎo)信號(hào)的姿態(tài)矩陣的解算方法，研究四元數(shù)法及基于四元數(shù)的姿態(tài)矩陣更新算法，包括四階龍格－庫(kù)塔法，四元數(shù)三階泰勒展開遞推算法等；卡爾曼濾波算法以及其擴(kuò)展算法研究，包括經(jīng)典卡爾曼濾波器、擴(kuò)展卡爾曼濾波器、魯棒自適應(yīng)卡爾曼濾波器等，以獲得長(zhǎng)期的、更為魯棒和準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。

(4)運(yùn)用模式識(shí)別算法對(duì)運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)進(jìn)行分類及跟蹤。在現(xiàn)有硬件水平和載體的運(yùn)動(dòng)特性基礎(chǔ)上，研究微慣導(dǎo)信息的特征提取算法，針對(duì)不同應(yīng)用，研究運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)的分類識(shí)別算法。在研究中以分類識(shí)別算法開發(fā)為主，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種不同的信號(hào)處理、不同的數(shù)碼速率和不同輸入/輸出方案的需要，而不受硬件的影響，從而大大的彌補(bǔ)了微慣導(dǎo)硬件精度有限的問題，擴(kuò)展了微慣導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種穿戴式摔倒動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用領(lǐng)域廣、對(duì)應(yīng)用環(huán)境的依賴性小、實(shí)時(shí)檢測(cè)且便于穿戴的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：