一种智能鞋垫的制作方法

本实用新型涉及物理领域，尤其涉及测量装置，具体是一种智能鞋垫。

背景技术：

当前，我国已经进入老龄化社会且呈现加速发展态势，跌倒是危害老年人及其他特殊人群的重要因素之一，急需研发携带方便、检测准确、判断实时的跌倒检测装置和方法，以满足广泛的社会需求。

目前已有的跌倒检测方法可以大致分为三类：一类是基于视频的检测方法；另一类是基于环境变量的方法；还有一类是基于穿戴式装置所采集的运动传感器(例如加速度计、陀螺仪等)数据的检测方法，此方法不受监测范围限制，可以实现连续实时检测，但由于要求在身体特定位置穿戴较为不便的感知设备，对用户日常生活带来很大的干扰性。

近年来，涌现出越来越多的新型可穿戴设备，例如智能眼镜、智能腕带、智能手表、智能鞋子等，这些新型可穿戴设备降低了对设备穿戴位置的限制，因此，可以考虑将跌倒检测装置融入到新型可穿戴设备以减小检测装置对用户生活的干扰。然而，这些新型可穿戴设备对应的穿戴位置的运动灵活性较高，这导致运动传感器所采集的人体运动数据具有更高的复杂性和多样性，使用传统的检测方法难以同时获得高检测率和低误警率。

技术实现要素：

在临床观察中，申请人发现由于各种原因引起的患者失平衡状态，都会对下肢行走状态产生影响，在摔倒前期都会出现不同程度的步态异常，包括步长、步频、下肢抬腿高度、足底压力等方面的异常，进而导致摔倒。而对于自我异常步态的捕抓、分析、警示、处理，是一种较为新颖预测预防的跌倒方法。

因此，当前迫切需要一种适合于能够基于具有老年人日常（24小时记录），高度复杂性和多样性的运动数据(例如步态记录，变化记录)实现高检测率和低误警率的跌倒检测解决方案和穿戴。

为解决上述问题，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种智能鞋垫，包括:鞋垫本体；多个压力传感模块，分别设置在鞋垫本体的前端及后端，用于感测用户的足部的压力数据；重力传感模块，设置在鞋垫本体的中部，用于感测所用用户的足部的步态数据；定位模块，设置在鞋垫本体的中部，用于采集用户的位置数据；数据处理模块，分别与多个压力传感模块、重力传感模块以及定位模块通信连接，用于对压力数据、步态数据以及位置数据进行处理，并且与预定数据进行对比，从而对用户的摔倒进行预警；以及电源模块，分别与多个压力传感模块、重力传感模块以及定位模块电连接并进行供电。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，通信模块，用于接收和发送压力数据、步态数据以及位置数据，其中，电源模块的输出端分别与多个压力传感模块的输入端、重力传感模块的输入端、定位模块的输入端、数据处理模块的输入端以及通信模块的输入端相连接，从而对多个压力传感模块、重力传感模块、定位模块、数据处理模块以及通信模块进行供电，多个压力传感模块的输出端通过通信模块与数据处理模块的输入端相连接，从而将压力数据发送至数据处理模块，重力传感模块的输出端通过通信模块与数据处理模块的输入端相连接，从而将步态数据发送至数据处理模块，定位模块的输出端通过通信模块与数据处理模块的输入端相连接，从而将位置数据发送至数据处理模块。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，压力传感模块为压力传感器，数量为三个，分别安装在鞋垫本体的第一跖骨头、第五跖骨头以及足跟处，压力数据包括第一跖骨头、第五跖骨头以及足跟处的压力变化分布以及压力变化分布与时间的关系。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，重力传感模块为陀螺仪，安装在鞋垫本体的足弓处，步态数据包括用户步行的时间相数据和空间相数据。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，时间相数据包括用户的足部的支撑时间数据和摆动时间数据，支撑时间数据包括用户的足跟接地的时间、足掌接地的时间、足部支撑的时间、足跟离地的时间以及足趾离地的时间，摆动时间数据包括用户的足部离开地面时的加速时间、摆动时间以及减速时间。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，空间相数据包括用户的步行宽度以及足部抬高的高度。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，定位模块包括接收天线和lbs定位模块，接收天线用于接收外界的定位数据，lbs定位模块用于采集用户的当前地理位置，从而识别出用户的当前位置，即位置数据。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，数据处理模块包括mcu芯片以及存储器，mcu芯片用于按照预定算法对压力数据、步态数据以及位置数据进行处理，从而获取对应的用户数据集，存储器用于对用户数据集进行存储。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，通信模块为支持低功耗的nb-iot或5g技术的无线通信模块。

本实用新型提供了一种智能鞋垫，还可以具有这样的特征，其中，电源模块包括锂电池和充放电管理子模块，锂电池用于对多个压力传感模块、重力传感模块以及定位模块进行供电，充放电管理子模块用于对锂电池进行充放电。

本实用新型还提供了一种智能防摔倒系统，用于对用户的摔倒进行预警，其特征在于，包括：至少一个<结构一>中任意一项的智能鞋垫；云平台，与智能鞋垫通讯连接，用于根据数据处理模块的处理结果对用户的状态进行判断，从而对用户的摔倒进行预警并生成预警信息；以及用户终端，用于接收预警信息。

根据本实用新型的智能鞋垫，由于具有压力传感模块、重力传感模块、定位模块以及数据处理模块，能够实时感测用户足部的压力分布以及步态数据，从而进行分析对比并作出预警，因此，本实用新型提供的智能鞋垫仅需放在用户鞋中即可对用户的行走状况进行监测，其结构简单、穿戴方便且灵活性高，并且不受监测范围限制，有效地提高了监测效率和准确性，实现了对用户摔倒进行预警。

根据本实用新型的智能防摔倒系统，由于智能鞋垫与云平台及用户终端通信连接，通过云平台对用户步行时的数据进行分析对比，并对产生异常的数据进行预警，再发送至用户终端，因此，实现了准确及时地将用户状态报告至用户终端，尤其是针对老年人用户的摔倒，能够及时将预警信息反馈给用户家人或相关医疗机构，有效地减少了救助时间，具有很强的实用性和推广性。

附图说明

图1是本实用新型的实施例一的智能鞋垫的结构框图；

图2是本实用新型的实施例二的智能防摔倒系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合附图对本实用新型的智能鞋垫和智能防摔倒系统作具体阐述。

<实施例一>

图1是本实用新型实施例一的智能鞋垫的结构框图。

如图1所示，本实施例一中的智能鞋垫100用于对用户的摔倒进行预警，包括鞋垫本体10、压力传感模块20、重力传感模块30、定位模块40、数据处理模块50、通信模块60以及电源模块70。

通信模块60为支持低功耗的nb-iot或5g技术的无线通信模块，也可以为无线蓝牙模块，用于智能鞋垫100中的其余各个部件进行通信。具体地，通信模块60通过数据总线与智能鞋垫100中的其余各个部件通信连接，通信模块60的输出端与数据处理模块50的输入端相连接，通信模块60的输入端分别于压力传感模块20的输出端、重力传感模块30的输出端以及定位模块40的输出端相连接。

电源模块70分别与智能鞋垫100中的其余各个部件（包括多个压力传感模块10、重力传感模块20以及定位模块30）电连接并进行供电。

本实施例一中，电源模块70包括锂电池701和充放电管理子模块702，锂电池701用于对多个压力传感模块10、重力传感模块20以及定位模块30进行供电，充放电管理子模块702用于对锂电池701进行充放电。具体地，锂电池701的输出端分别与压力传感模块10的输入端、重力传感模块20的输入端、定位模块30的输入端、数据处理模块50的输入端以及通信模块60相连接，从而对多个压力传感模块10、重力传感模块20、定位模块30、数据处理模块50以及通信模块60进行供电。

鞋垫本体10为现有技术中的鞋垫，放置在鞋子中，形状尺寸与鞋子内部以及用户的足部相匹配。

压力传感模块20分别设置在鞋垫本体的前端及后端，用于感测用户的足部的压力数据。

在本实施例一中，压力传感模块20为压力传感器，数量为三个，分别安装在鞋垫本体10的第一跖骨头、第五跖骨头以及足跟处，压力数据包括第一跖骨头、第五跖骨头以及足跟处的压力变化分布以及压力变化分布与时间的关系。

重力传感模块30设置在鞋垫本体的中部，用于感测所用用户的足部的步态数据；

在本实施例一中，重力传感模块30为陀螺仪，安装在鞋垫本体10的足弓处，步态数据包括用户步行的时间相数据和空间相数据。

具体地，时间相数据包括用户的足部的支撑时间数据和摆动时间数据，支撑时间数据包括用户的足跟接地的时间、足掌接地的时间、足部支撑的时间、足跟离地的时间以及足趾离地的时间，摆动时间数据包括用户的足部离开地面时的加速时间、摆动时间以及减速时间。

空间相数据包括用户的步行宽度以及足部抬高的高度。

定位模块40设置在鞋垫本体10的中部，用于采集用户的位置数据。本实施例一中，定位模块40包括接收天线和lbs定位模块。

接收天线通过引线部署在内测楔骨骨位置处，用于接收外界的定位数据。具体地，外界的定位数据包括但不限于北斗或者gps的定位数据。

lbs定位模块用于采集用户的当前地理位置，从而识别出用户的当前位置，即位置数据。具体地，lbs定位模块采集到当前地理位置后，通过与接收天线所接收到的外界的定位数据做对比分析，从而完成对用户位置的定位，获取用户的定位数据。

数据处理模块50通过通信模块60分别与智能鞋垫100中的其余各个部件（包括多个压力传感模块10、重力传感模块20以及定位模块30）通信连接，用于对压力数据、步态数据以及位置数据进行处理，并且与预定数据进行对比，从而对用户的摔倒进行预警。具体地，多个压力传感模块10的输出端通过通信模块与数据处理模块50的输入端相连接，从而将压力数据发送至数据处理模块50，重力传感模块20的输出端通过通信模块与数据处理模块50的输入端相连接，从而将步态数据发送至数据处理模块50，定位模块30的输出端通过通信模块与数据处理模块50的输入端相连接，从而将位置数据发送至数据处理模块50。

在本实施例一中，通过数据处理模块50能够直接进行数据对比并发出预警信号，预警信号包括但不限于声音提示或智能鞋垫的穿戴振动。在其他实施例中，也可以通过通信模块将数据发送至云平台，云平台进行数据对比后再将预警信号发送至用户终端，预警信号显示包括但不限于语音提示，手机app振铃、手机屏幕闪烁等。

进一步地，预定数据包括但不限于现有技术中医学模型所约定的阈值范围，当数据处理模块50处理完成后的数据（即各项数据中的任意一项数据）超出该阈值范围时，即表示用户有摔倒的危险，数据处理模块50则会生成对应的预警信息。在其他实施例中，预定数据也可以通过大数据算法对感测到的压力数据、步态数据以及位置数据进行存储分析来获取。

本实施例一中，数据处理模块50包括mcu芯片501以及存储器502，mcu芯片501用于按照预定算法对压力数据、步态数据以及位置数据进行处理，从而获取对应的用户数据集，存储器502用于对用户数据集进行存储。

实施例一的作用与效果

根据本实施例一的智能鞋垫，由于具有压力传感模块、重力传感模块、定位模块以及数据处理模块，能够实时感测用户足部的压力分布以及步态数据，从而进行分析对比并作出预警，因此，本实施例一提供的智能鞋垫仅需放在用户鞋中即可对用户的行走状况进行监测，其结构简单、穿戴方便且灵活性高，并且不受监测范围限制，有效地提高了监测效率和准确性，实现了对用户摔倒进行预警。

由于压力传感模块的数量为三个，分别安装在鞋垫本体的第一跖骨头、第五跖骨头以及足跟处，因此，能够对用户足部最关键的三个位置的压力数据进行实时监测，进一步地提高了压力数据感测的准确性，进而提高了数据分析及预警分析的准确性。

由于重力传感模块为陀螺仪，安装在鞋垫本体的足弓处，步态数据包括用户步行的时间相数据和空间相数据，通过对时间相和空间相互相结合的数据感测方法，因此，能够对用户足部的关键位置进行实施检测，进一步地提高步态数据感测的准确性，进而提高了数据分析及预警分析的准确性。

具体地，由于时间相数据包括用户的足部的支撑时间数据和摆动时间数据，支撑时间数据包括用户的足跟接地的时间、足掌接地的时间、足部支撑的时间、足跟离地的时间以及足趾离地的时间，摆动时间数据包括用户的足部离开地面时的加速时间、摆动时间以及减速时间，空间相数据包括用户的步行宽度以及足部抬高的高度，通过将步态数据拆分为各个关键点进行感测并进行相应地处理计算，因此，数据处理结果更加准确，报警准确率更高。

<实施例二>

图2是本实用新型实施例二的智能防摔倒系统的结构框图。

如图2所示，本实施例二中的智能防摔倒系统200用于对用户的摔倒进行预警，包括智能鞋底100、云平台80以及用户终端90。

智能鞋垫100为<实施例一>中的智能鞋垫100。

云平台80通过通信模块60与智能鞋垫100通讯连接，用于根据数据处理模块的处理结果对用户的状态进行判断，从而对用户的摔倒进行预警并生成预警信息。在本实施例二中，云平台80为业务管理系统云平台，支持用户的注册、身份管理、业务大数据收集与分析、算法设置与运行、跌倒预警通知的推送等功能。

用户终端90分别于云平台80和智能鞋垫100通信连接，用于接收预警信号以及用户的定位数据，预警信号显示包括但不限于语言提示，手机app振铃、屏幕闪烁或智能穿戴振动。在本实施例二中，用户终端90包括但不限于用户的智能手机、智能平板及电脑等，是基于android、ios以及其它智能终端操作系统的客户端软件，支持用户的注册、登录、信息查询与统计、设备管理、预警管理等功能。

以智能手机为用户终端90为例，在使用前，用户需下载本实施例中智能防摔倒系统200的app客户端软件，通过app软件，在本实施例中的云平台上注册用户并登录，完善个人基本信息（包括姓名，性别，年龄，身高，体重，是否有高血压，糖尿病，关节疾病，肌肉性疾病等）的提交。

本实施例一中的智能鞋垫100以及实施例二中的智能防摔倒系统200的工作原理进行说明，具体如下：

首先，用户通过电源模块70对本实施例中的智能鞋垫100进行充电，充电完毕后将智能鞋垫100放入鞋中，智能鞋垫100会自动与云平台80进行通信连接；

在用户的日常走动过程中，压力传感模块20和重力传感模块30会动态捕捉用户的压力数据和步态数据，并通过数据处理模块50进行数据分析，再通过通信模块传送至云平台80进行数据对比；

当用户的某一项数据明显高于预定数据时，则触发预警信号，并且推送预警消息给用户终端90及其相关人或相关医疗急救单位。

实施例二作用与效果

根据本实施例二的智能防摔倒系统，由于智能鞋垫与云平台及用户终端通信连接，通过云平台对用户步行时的数据进行分析对比，并对产生异常的数据进行预警，再发送至用户终端，因此，实现了准确及时地将用户状态报告至用户终端，尤其是针对老年人用户的摔倒，能够及时将预警信息反馈给用户家人或相关医疗机构，有效地减少了救助时间，具有很强的实用性和推广性。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

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