[發明專利]一種人體跌倒檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201810122012.X
• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108447225A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 謝輝雄;霍立福;吳衡
• 申請（專利權）人: 廣東中科慈航信息科技有限公司
• 主分類號: G08B21/04
• 分類號: G08B21/04
• 代理公司: 廣州恒華智信知識產權代理事務所(普通合伙) 44299
• 代理人: 陳明月

1.一種人體跌倒檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：3D加速度傳感器分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的加速度；3D陀螺儀分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的人體角速度；

步驟二：通過四元數計算，得到世界坐標系下的人體加速度，進而計算得到人體速度、人體位移、人體旋轉角度和人體失重時間；

步驟三：設定人體安全時的加速度閥值、速度閥值、位移閥值、角速度閥值、旋轉角度閥值；當檢測到人體加速度大于所述加速度閥值、且人體速度大于所述速度閥值，且人體位移大于所述位移閥值，且人體角速度大于所述角速度閥值，且人體旋轉角度大于所述旋轉角度閥值，判定人體跌倒；

步驟二所述四元數計算方法包括以下步驟：

S1：計算設備初始對應四元數q₀：3D加速度傳感器分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的加速度為ax₀、ay₀、az₀，利用100ms的平均向量來確定原始四元數

S2：計算采樣點旋轉四元數q_n：3D陀螺儀分別采集人體運動在x軸、y軸、z軸方向上的角速度為gx₀、gy₀、gz₀，采樣周期為T，采樣點的旋轉角度分別為a、b、c，則a＝gx₀*T，b＝gy₀*T，c＝gz₀*T，對應四元數

則一個采樣周期內，旋轉角度四元數

進而求得采樣點旋轉四元數q_n＝Δq*q_n-1；

S3：計算修正四元數cq：計算當前3D加速度傳感器的向量方向VA_n＝[ax_n ay_n az_n]和上一次重力方向VG_n-1，VG_n-1取上一次采樣點旋轉四元數q_n-1的后三個值，取VA_n與VG_n-1的法線向量VMN＝VA_n*VG_n-1，讓VG_n-1繞VMN向VA_n旋轉一個角度t，角度t＝陀螺儀最大誤差*單個采樣時間*2，則修正四元數cq＝[cos t sin t*VMN]；

S4：計算修正后的旋轉四元數Q_n：Q_n＝cq*q_n＝cq*Δq*q_n-1，完成3D加速度傳感器的加速度數據與3D陀螺儀的角速度數據的融合；

S5：計算世界坐標系下重力方向人體加速度、人體速度和人體位移：人體在世界坐標系下各方向加速度值為[x wax way waz]＝Q_n*[0 ax_n ay_n az_n]*Q′_n，其中Q′_n為Q_n的共扼復數，則世界坐標系下重力方向加速度即為waz，再減去重力g，可得重力方向人體加速度，對人體加速度進行積分可得人體速度，再對人體速度進行積分可得人體位移；

S6：計算世界坐標系下人體旋轉角度：設備z軸對應世界坐標系的四元數為[z Vz]＝Q_n*[0 0 0 1]*Q′_n，其中Vz為z軸對應世界坐標系，則設備坐標Z軸與z軸的夾角AZ為人體軀干與z軸的瞬時夾角，AZ＝arccos(Vz*[0 0 1])，夾角AZ在采樣周期內的積分即為人體旋轉角度。

2.根據權利要求1所述的一種人體跌倒檢測方法，其特征在于，步驟一所述3D加速度傳感器、3D陀螺儀采集人體運動信號的頻率為500Hz。

3.根據權利要求1所述的一種人體跌倒檢測方法，其特征在于，步驟一所述3D加速度傳感器、3D陀螺儀放置于人體軀干部分，可放置于腰部、胸口或腹部。