本發(fā)明涉及拐杖，尤其是涉及帶有助行監(jiān)控功能的拐杖助行器。

背景技術(shù)：

拐杖可以讓老人、病人等腿腳不靈活甚至失去行走能力的用戶能夠自理，保持一定的活動能力，并且也可以輔助老人或病人增強(qiáng)活動能力以達(dá)到康復(fù)的目的。

目前，對于需要康復(fù)訓(xùn)練的病人或老人而言，通常是由康復(fù)醫(yī)師或康復(fù)工程人員對患者進(jìn)行病理和生理學(xué)檢查，在康復(fù)醫(yī)師或康復(fù)工程人員指導(dǎo)下確定應(yīng)選用的助行拐杖的種類，并確定輔助訓(xùn)練方案。而病人則在康復(fù)師幫助下進(jìn)行部分助行拐杖的使用前訓(xùn)練。同時，康復(fù)醫(yī)師還需要定期地隨訪，盡量準(zhǔn)確地了解病人的恢復(fù)情況，從而進(jìn)一步地改進(jìn)訓(xùn)練方案，以達(dá)到最佳的效果。

然而現(xiàn)實(shí)中，使用拐杖的用戶不能直觀地了解自己訓(xùn)練的狀態(tài)及可能發(fā)生的危險；同時康復(fù)醫(yī)師也并不能一直與病人在一起，因此不可能實(shí)時地了解病人對拐杖的使用情況并康復(fù)水平，同時也不能及時地向病人提供建議，從而影響了康復(fù)的質(zhì)量和進(jìn)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種拐杖助行器，其不但可以為用戶提供常規(guī)的輔助支撐功能，而且還可以實(shí)時地監(jiān)測用戶的使用情況并適時提出警告。而且進(jìn)一步地，還可以根據(jù)用戶的康復(fù)情況適時地接受訓(xùn)練計(jì)劃的更 新并應(yīng)用于用戶的訓(xùn)練中。

根據(jù)本發(fā)明，提供一種拐杖助行器，包括手柄、杖體及支撐在地面的多個支腳，所述助行器還包括：位于所述手柄或杖體中的第一傳感器，用于檢測拐杖的狀態(tài)以提供第一運(yùn)動參數(shù)；位于所述多個支腳中至少一個支腳中的至少一個第二傳感器，用于檢測拐杖的狀態(tài)以提供第二運(yùn)動參數(shù)；中央控制器，配置成基于所述第一運(yùn)動參數(shù)與第二運(yùn)動參數(shù)中的至少一個，確定用戶的運(yùn)動狀態(tài)。

優(yōu)選地，其中所述中央控制器按照一預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)來確定所述運(yùn)動狀態(tài)；所述中央控制器還配置成通過用戶終端從遠(yuǎn)程服務(wù)器接收訓(xùn)練計(jì)劃，并根據(jù)該訓(xùn)練計(jì)劃調(diào)整所述標(biāo)準(zhǔn)。

優(yōu)選地，所述中央控制器根據(jù)所述第一運(yùn)動參數(shù)與第二運(yùn)動參數(shù)確定用戶行走的道路特征，并基于該道路特征及第一運(yùn)動參數(shù)與第二運(yùn)動參數(shù)，確定用戶的運(yùn)動狀態(tài)是否正常。

優(yōu)選地，所述用戶終端是移動終端，所述中央控制器通過無線或有線方式與該移動終端通信。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)例的拐杖助行器示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)例的拐杖助行器中的助行監(jiān)控系統(tǒng)的示意圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)例的壓力模式圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了按照本發(fā)明一個實(shí)施例的拐杖100，其包括用于手握 持的手柄101，支撐在地面上的四個支腳102-1、102-2、102-3、102-4，連接所述手柄101與支腳102的杖體103。

此外，在拐杖100中還安裝有助行監(jiān)控系統(tǒng)。如圖2所示，按照本發(fā)明的一個實(shí)例，在所述手柄101中裝入一種或多種傳感器，例如壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀等，為方便起見，在本文中以下統(tǒng)一簡稱為第一傳感器201。該第一傳感器201可以檢測拐杖的運(yùn)動并提供第一運(yùn)動力學(xué)測量參數(shù)，例如采用陀螺儀來確定重力方向、或采用電子羅盤確定拐杖移動的東南西北的哪個方向，或采用多軸度加速度傳感器測量多維度加速度信息。在所述四個支腳102-1、102-2、102-3、102-4的每個支腳中分別安裝有一種或多種傳感器，例如壓力傳感器、加速度傳感器等，為方便起見，在本文中以下統(tǒng)一簡稱為第二傳感器202。采用第二傳感器202可檢測拐杖的支腳由于跌落、傾斜、運(yùn)動、沖擊產(chǎn)生的力的變化，并提供第二運(yùn)動力學(xué)測量參數(shù)。需要指出的是，雖然這里采用的四支腳的拐杖，但顯然本發(fā)明并不限于四支腳，且所設(shè)置的傳感器也可以根據(jù)需要按裝在所有支腳中或至少其中的一些中，只要能達(dá)到測量用戶的運(yùn)動力學(xué)參數(shù)即可。

此外，所述拐杖100中還包含有一個中央控制器203，其可以位于所述拐杖的手柄、桿體或支腳的任一部分中，該中央控制器203與第一傳感器201、多個第二傳感器203通信。該中央控制器203可分析第一與第二傳感器提供的實(shí)時測量數(shù)據(jù)，從而確定用戶的運(yùn)動狀態(tài)等，運(yùn)動狀態(tài)可以包括傾斜、摔倒、速度過快、過慢、行走步數(shù)等。此外，所述拐杖100還可以包括一個報警器204，例如一個揚(yáng)聲器，中央控制器203可通過該報警器204向用戶報告運(yùn)動信息，也可以在確定用戶運(yùn)動有異常情況例如有摔倒傾向時，輸出聲音提醒示用戶。

此外，所述中央控制器內(nèi)部具有存儲裝置(圖中未示出)，用于 存儲系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)、用戶信息、來自第一、第二傳感器的記錄數(shù)據(jù)等。所述應(yīng)用數(shù)據(jù)包括例如與外部通信的參數(shù)設(shè)置、地址信息，而用戶信息可以包括用戶帳戶信息、為該用戶定制的訓(xùn)練計(jì)劃等。作為一個優(yōu)選方案，控制器203根據(jù)該訓(xùn)練計(jì)劃制訂用戶運(yùn)動狀態(tài)的確定標(biāo)準(zhǔn)。例如，在腿傷康復(fù)初期，按照訓(xùn)練計(jì)劃建議用戶以慢速行走，因此設(shè)定慢速閾值標(biāo)準(zhǔn)。但在過一段時間后，根據(jù)記載的傳感器歷史數(shù)據(jù)確定達(dá)到預(yù)定效果后，則允許并指示用戶加快行走速度以達(dá)到更好的訓(xùn)練步驟，因此應(yīng)設(shè)定快速閾值標(biāo)準(zhǔn)。因此，在慢速時期，如果用戶的速度過快，大于慢速閾值，則中央控制器就會發(fā)出警告，通過報警器204提示用戶進(jìn)行調(diào)整。同樣如果在應(yīng)當(dāng)在快速行走鍛煉時期，如果用戶步速過低，低于所述快速閾值標(biāo)準(zhǔn)，則同樣要發(fā)出警告，提示用戶應(yīng)加快步速。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，中央控制器203可以與外部的用戶終端205進(jìn)行通信，將其存儲的運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)上傳到該用戶終端，該用戶終端可以是用戶自己的手機(jī)、家人的手機(jī)、家用電腦等外部設(shè)備，該用戶終端進(jìn)而可以與其它外部設(shè)備例如歸屬于醫(yī)療服務(wù)公司的遠(yuǎn)程服務(wù)器206進(jìn)行通信，上傳用戶運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程服務(wù)器。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，中央控制器203可以集成移動運(yùn)營商的SIM卡，從而可以通過移動通信網(wǎng)絡(luò)如3G、4G網(wǎng)絡(luò)與上述外部設(shè)備進(jìn)行通信。由于移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣域特性，中央控制器203可以將用戶運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)實(shí)時地上傳到用戶終端或直接上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器206。中央控制器也可以集成藍(lán)牙模塊或無線模塊，從而通過藍(lán)牙或WiFi網(wǎng)絡(luò)與用戶終端、路由器等外部設(shè)備進(jìn)行通信。因此，中央控制器203可以將用戶運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)臨時地存儲在本地存儲裝置中，當(dāng)用戶通過藍(lán)牙或WiFi網(wǎng)絡(luò)可連接到外部設(shè)備例如家用路由器、用戶手機(jī)或電腦時，再通過這些設(shè)備將運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器206中。在另一個 實(shí)施例中，中央控制器203也可以通過有線方式例如USB標(biāo)準(zhǔn)與外部設(shè)備進(jìn)行通信。利用拐杖上的USB端口，還可以對拐杖中的監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)置電池進(jìn)行充電。

醫(yī)療服務(wù)公司的康復(fù)師們在分析了上傳的用戶的運(yùn)動歷史數(shù)據(jù)后，對原先的康復(fù)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整，將更新的康復(fù)計(jì)劃發(fā)送給用戶的通信終端205，通信終端205再用該康復(fù)計(jì)劃更新拐杖的存儲器中預(yù)存的康復(fù)計(jì)劃。例如，在上述腿傷康復(fù)期間，如果康復(fù)師通過上傳的歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)用戶康復(fù)得比預(yù)想要好，需要提高用戶的步行速度，則修改用戶的康復(fù)計(jì)劃。中央控制器203在接收到該修改后的康復(fù)計(jì)劃后就可更新用于確定用戶運(yùn)動狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)，例如提高前面所述的快速閾值標(biāo)準(zhǔn)以加強(qiáng)訓(xùn)練等。

[實(shí)例1]

在該實(shí)例中，在所述拐杖的手柄中安裝有現(xiàn)有技術(shù)已知的陀螺儀，用于提供重力方向參考G1；而在四個支腳中安裝有四個壓力傳感器，用于檢測到作用到四個支腳上壓力F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4。如圖3所示，按照平衡算法可知，在拐杖正常使用的情況下，在四個支腳上檢測到的壓力是基本均勻分布的，即F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4基本相等，由此中央控制器203可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)建立一個傳感器數(shù)據(jù)模式圖，如圖3A所示，該圖的質(zhì)心Q基本位于中心，且與重力方向G1重合，或可在一預(yù)定的偏離范圍內(nèi)，該傳感器數(shù)據(jù)模式圖作為基準(zhǔn)圖。

當(dāng)用戶有要摔倒跡象時，拐杖的使用必然發(fā)生異常。因此在四個支腳上檢測到的壓力F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4就會出現(xiàn)明顯不同。以圖3B為例，當(dāng)由于拐杖的前伸幅度過大時，用戶拄拐杖的力必然更多地集中于后二個支腳102-2、102-4上，因此導(dǎo)致在前二個支腳102-1、102-2上檢測到的力F1、F2小于后二個支腳的壓力F3、F4。由此，由中央 控制器203合成的模式圖的質(zhì)心Q必然向后二個支腳方向偏移即如Q’所示，根據(jù)偏移量Q-Q’可計(jì)算出該拐杖與原重力方向G的偏移角度。顯然，當(dāng)偏移角度超一定界限后，必然導(dǎo)致摔倒。因此，在本例中，設(shè)置一個角度閾值和壓力差閾值，當(dāng)偏移角度超出該角度閾值且同時前后壓力差(即F3－F1、F4－F2)大于該壓力差閾值時就可知發(fā)生了傾斜，則中央控制器203觸發(fā)報警器204輸出提示音，提示用戶正確使用拐杖，防止摔倒等。設(shè)置壓力差閾值的目的在于避免誤判。例如當(dāng)行走在上坡路段或下坡路段時，偏移角度必然比平路時加大，因此單純地利用偏移角度則可能會誤判；但由于此時四個支腳上的壓力卻是基本均勻的，因此采用壓力差閾值可有效地避免這種誤判。利用實(shí)時監(jiān)測的傳感器壓力數(shù)據(jù)F1、F2、F3、F4，中央控制器還可以確定用戶的摔倒方向。例如，當(dāng)F1、F3大于F2、F4時，質(zhì)心Q向左偏移，此時用戶存在向左摔倒的可能；而當(dāng)F1、F3小于F2、F4時，質(zhì)心Q向右偏移，此時用戶存在向右摔倒的可能。

同時控制器203將用戶行走過程中記錄的傳感器壓力數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)匯總并存儲起來，然后定期地或根據(jù)外部指示提供給遠(yuǎn)程服務(wù)器206，供醫(yī)師或康復(fù)師監(jiān)控用戶的康復(fù)程度。例如，如果醫(yī)師發(fā)現(xiàn)用戶經(jīng)常性發(fā)生往一側(cè)摔倒的可能，則可能用戶的機(jī)能存在問題，因此可向用戶提供進(jìn)一步就醫(yī)的建議。如果醫(yī)師發(fā)現(xiàn)用戶近一段時間使用拐杖情況良好，則認(rèn)為有必要建議用戶增加活動強(qiáng)度或力度等，因此通過遠(yuǎn)程服務(wù)器將更新的康復(fù)計(jì)劃下發(fā)到中央控制器203的存儲器中。中央控制器收到該更新的康復(fù)計(jì)劃后，提示用戶改變活動的強(qiáng)度，例如增加行走距離，同時改變例如確定用戶運(yùn)動狀態(tài)的基準(zhǔn)，例如增大上述角度閾值、壓力差閾值，從而避免誤報警。

[實(shí)例2]

在該實(shí)例中，所述第一傳感器或第二傳感器還可以同時包括壓力傳感器和加速度傳感器或單獨(dú)的加速度傳感器?，F(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展，使得可以利用加速度傳感器實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動檢測，檢測由于跌落、傾斜、運(yùn)動、位置、沖擊和振動產(chǎn)生的力的變化，并且可以實(shí)現(xiàn)計(jì)步功能。用戶在單位或一段時間內(nèi)的步數(shù)對判斷用戶的健康狀況是非常有利的。而且利用加速度傳感器來計(jì)算步數(shù)要比電子設(shè)備中通常使用的GPS成本低、且不受GPS精度的影響。當(dāng)然本發(fā)明不限于加速度傳感器，仍可以采用GPS來實(shí)現(xiàn)定位及路程計(jì)算等功能。例如，可以在拐杖中單獨(dú)設(shè)置像GPS接收器、北斗定位系統(tǒng)接收器這樣的定位裝置，其可以位于拐杖的任一位置。中央控制器203可以將該定位裝置提供的位置信息實(shí)時地上傳到外部設(shè)備，例如家人或護(hù)工的手機(jī)，從而可以方便家人、護(hù)工進(jìn)行跟蹤并及時地了解用戶的位置。當(dāng)然，中央控制器203也可以響應(yīng)外部指令傳送該用戶的位置信息。

作為一個實(shí)施例，可在拐杖中提供一個三軸加速度傳感器，來檢測步行中拐杖三個方向上的加速度變化。該三軸加速度傳感器既可以放置在手柄中、也可以放置在任一個支腳中。根據(jù)拐杖的使用特點(diǎn)可知，拐杖的抬起與落下過程可以相對地準(zhǔn)確地反映用戶的步伐特征。一般地，用戶在水平步行運(yùn)動中，垂直與前進(jìn)二個加速度會呈現(xiàn)周期性變化。例如在拐杖抬起的動作中，重心向上，垂直方向加速度是呈正向增加的趨勢，之后繼續(xù)向前，重心下移拐杖觸地，加速度相反。水平加速度在抬起拐杖至高點(diǎn)時是減小、在下落時是增加。由此可見，在步行運(yùn)動中，垂直與前進(jìn)的加速度相對于時間是波浪前進(jìn)，在某個時間點(diǎn)出現(xiàn)一個峰值。其中垂方向的加速度變化最大。因此通過對峰值的檢測計(jì)算并與設(shè)定的加速度閾值進(jìn)行比較，就可以實(shí)時地計(jì)算出用戶步行的步數(shù)，同時根據(jù)系統(tǒng)計(jì)量的時間，就可估算用戶步行的距離和步速。而這里的加速度閾值會因人而異，可設(shè)為實(shí)驗(yàn)值，設(shè)立該 閾值在于判斷運(yùn)動是否有效，只有有效的運(yùn)動才進(jìn)行計(jì)步。對峰值的檢測可通過判斷測量到的加速度方向并與記錄的上一次加速度方向進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)，例如如果是二次記錄的方向是相反的，則表明剛過峰值狀態(tài)，則計(jì)步，否則繼續(xù)測量下一值，通過累積峰值的步伐就可以得到用戶的步數(shù)。

按照該實(shí)施例，在預(yù)存的訓(xùn)練計(jì)劃中，康復(fù)師可為用戶預(yù)先設(shè)定訓(xùn)練的標(biāo)準(zhǔn)步速或步數(shù)。在中央控制器確定實(shí)際步速過慢小于標(biāo)準(zhǔn)步速時，則向用戶發(fā)出報警信號，提示用戶加快行走速度。同樣當(dāng)用戶的實(shí)際步速過快不利于康復(fù)時，也向用戶發(fā)出減慢速度的報警信號。而當(dāng)用戶的在某一時間段內(nèi)的步數(shù)小于預(yù)設(shè)的步數(shù)時，則向用戶發(fā)出加強(qiáng)運(yùn)動的報警信號。同樣，這些運(yùn)動數(shù)據(jù)可以上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器206，康復(fù)師可以據(jù)此對訓(xùn)練計(jì)劃做出調(diào)整并發(fā)送回用戶的拐杖的中央控制器中。此外，中央控制器203也可以將用戶的行走的步數(shù)通過報警器203播放給用戶，以便用戶能隨時了解自己的運(yùn)動情況。

進(jìn)一步地，通過判斷加速度的波浪曲線的變化也可以判斷用戶的摔倒?fàn)顟B(tài)，可以據(jù)此向用戶提出告警。

進(jìn)一步地，利用設(shè)置在手柄中的加速度傳感器，可以測量與用戶的手密切相關(guān)的加速度變化，例如通過確定所測量的加速度方向的變化程度，中央控制器203可以確定用戶握持拐杖的穩(wěn)定性，例如當(dāng)方向變化過于頻繁超某一閾值時則判定拐杖不穩(wěn)定。另外，如果手柄中的加速度傳感器測量到的加速度變化大，而位于支腳中的加速度傳感器測量到的加速度變化不大則說明拐杖本身發(fā)生較大搖晃。而如果手柄與支腳中的加速度傳感器感知的加速度數(shù)據(jù)相差不大，則說明拐杖本身比較穩(wěn)定。當(dāng)檢測到拐杖不穩(wěn)定時，中央控制器203通過報警器204向用戶發(fā)出提醒。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，利用拐杖中的第一與第二傳感器，可以對路況進(jìn)行判斷，從而為用戶的運(yùn)動狀態(tài)的確定提供更好參考。如前所述，可以利用手柄或支腳中的加速度傳感器判斷拐杖的上下移動方向或額外地判斷用戶或拐杖的移動速度，通過支腳中的壓力傳感器判斷拐杖的落下與抬起的方向與節(jié)奏，通過手柄中的陀螺儀傳感器判斷重力方向。綜合以上傳感數(shù)據(jù)，可以判斷當(dāng)前行走的路面是上坡或下坡。因此，中央控制器203可實(shí)時調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)判定中采用的各閾值標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果通過分析手柄中的加速度傳感器提供的數(shù)據(jù)確定拐杖的上移方向大于下移方向行程或時間和/或用戶的移動速度變慢、如前所述的支腳中的壓力傳感器檢測到拐杖與重力方向形成較大偏移角，而且拐杖在移動方向后側(cè)的兩個支腳受力較大且均勻，則可判斷此時處于上坡。因此，中央控制器203可實(shí)時調(diào)整所述角度閾值，增大閾值以避免誤報警。同樣，在下坡時，可以允許拐杖落下的方向與重力方向發(fā)生較大偏離。另外在下坡情況下如果拐杖移動過快或者步速過快則將觸發(fā)報警；如果移動方向不穩(wěn)定，頻繁發(fā)生變化也會觸發(fā)報警等。

由此可以看到，按照本發(fā)明的方案，可以不需要康復(fù)師上門來指導(dǎo)用戶訓(xùn)練，節(jié)省了費(fèi)用；同時利用內(nèi)嵌有智能系統(tǒng)的拐杖，康復(fù)師可以更及時、更準(zhǔn)確地獲取用戶的康復(fù)水平數(shù)據(jù)、從而可以提供更具針對性、更及時的訓(xùn)練計(jì)劃。

以上結(jié)合具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明。需要指出的是，上面討論的實(shí)施例其目的僅僅是為了更好地闡述本發(fā)明。不難理解，本領(lǐng)域人員可對上述各方案進(jìn)行任意組合、刪除或修改，均不超出由所附的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。