李慧奇 寧運(yùn)琨 楊俊飛 趙國(guó)如

(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院 深圳 518055)

1 引 言

衛(wèi)生部公布的《中國(guó)傷害預(yù)防報(bào)告》指出，跌倒是老年人所受到的意外傷害的首因[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年約有 1/3 的 65 歲以上老人有過跌倒的經(jīng)歷，約 10%～15% 的跌倒會(huì)導(dǎo)致老年人骨折、甚至死亡等嚴(yán)重危害[2]。在沒有救助措施的情況下，近 3% 的跌倒者超過 20 min 仍處于躺倒?fàn)顟B(tài)[3]。大約 75% 的跌倒者會(huì)對(duì)跌倒產(chǎn)生恐懼心理，不敢再活動(dòng)，這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致老年人身體機(jī)能的下降[4]。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，全球每年因跌倒損傷帶來的醫(yī)療成本超過 370 億美元，在我國(guó)，這一醫(yī)療開銷在 50 億人民幣以上[5]。

各國(guó)學(xué)者在跌倒后的檢測(cè)方面做了大量研究，取得了不少研究成果。Kim 和 Yu[6]介紹了一種跌倒檢測(cè)腕表，該腕表內(nèi)置兩個(gè)三軸合加速度傳感器，由于腕部經(jīng)?；顒?dòng)，是檢測(cè)跌倒的最困難的位置，即使采用了相對(duì)復(fù)雜的算法，這種腕表在后倒和側(cè)倒時(shí)僅得到了 58% 和 45% 的準(zhǔn)確率。Huynh 等[7]設(shè)計(jì)了基于三軸合加速度、三軸合角速度和 WIFI 模塊的無線傳感系統(tǒng)：首先判斷合加速度數(shù)據(jù)是否小于較小閾值，當(dāng)小于較小閾值時(shí)，會(huì)在接下來 0.5 s 的時(shí)間內(nèi)，通過判斷合加速度和合角速度是否超出各自的較高閾值來檢測(cè)跌倒。在國(guó)內(nèi)，許多高校也相繼展開了跌倒識(shí)別的研究，如重慶大學(xué)的謝開明[8]開發(fā)了一種跌倒識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單一的三軸合加速度傳感器，通過分析合加速度傳感器的數(shù)據(jù)來判斷跌倒。薛源[9]提出了基于多傳感器信息融合的跌倒檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用合加速度傳感器、磁傳感器和壓力傳感器分別測(cè)得合加速度數(shù)據(jù)、人體傾角信息和足壓數(shù)據(jù)信息：首先分析撞擊時(shí)產(chǎn)生的較大的合加速度值，然后以撞擊后的傾角狀態(tài)作為二次判斷，最后融合足底壓力數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)達(dá)到 95% 以上的識(shí)別率和 1.67% 的誤報(bào)率。

但國(guó)內(nèi)外在跌倒干預(yù)和實(shí)時(shí)防護(hù)方面的研究并不是很多。在國(guó)外，日本千葉大學(xué)等研究人員[10,11]設(shè)計(jì)的穿戴式跌倒防護(hù)氣囊的充氣機(jī)構(gòu)采用點(diǎn)燃火藥熔穿氣瓶從而使得氣體釋放為氣囊充氣。該充氣方式優(yōu)點(diǎn)是速度快，能在120 ms 內(nèi)將氣囊充滿；缺點(diǎn)是不便重復(fù)使用，且火藥具有較大的危險(xiǎn)性。美國(guó)賓夕法尼亞的Active Protective 公司設(shè)計(jì)了一款能夠隨身佩戴的安全氣囊，不僅能夠像皮帶一樣系在衣物上，還能在氣囊內(nèi)的 3D 動(dòng)作傳感器檢測(cè)到要跌倒的異常動(dòng)作時(shí)，通過冷氣增壓泵給氣囊充氣，有效減輕對(duì)髖骨 90% 的沖擊力，目前這款氣囊仍處于測(cè)試階段[12]。以色列的 Hip-Hope 是一款檢測(cè)系統(tǒng)的帶狀裝置，包含一組獨(dú)特的傳感器和檢測(cè)邏輯，一旦檢測(cè)到即將撞擊地面，系統(tǒng)立即激活兩個(gè)快速展開的安全氣囊，從根本上減弱跌倒的影響[13]。荷蘭 WOLK 公司也推出一款符合人體工程學(xué)的腰帶式髖關(guān)節(jié)保護(hù)氣囊，具有友好的人機(jī)交互設(shè)計(jì)[14]。上述產(chǎn)品均處于實(shí)驗(yàn)室探索階段，尚未有產(chǎn)品面世。在國(guó)內(nèi)，香港中文大學(xué)學(xué)者[15,16]設(shè)計(jì)的跌倒髖骨保護(hù)氣囊系統(tǒng)采用舵機(jī)帶動(dòng)閥門將壓縮彈簧的彈性勢(shì)能釋放來刺穿氣瓶，其能在 333 ms 內(nèi)將氣囊充滿，缺點(diǎn)是充氣機(jī)構(gòu)復(fù)雜且不便重復(fù)使用。本文開發(fā)的新一代穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊系統(tǒng)，基于低功耗 MIK 電子硬件方案，嵌入獨(dú)有的防跌倒精準(zhǔn)識(shí)別算法以及多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的囊體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)控制和快速充氣等核心技術(shù)，可在老人跌倒過程中有效保護(hù)髖關(guān)節(jié)，最大限度降低髖關(guān)節(jié)骨折發(fā)生率。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

系統(tǒng)由跌倒預(yù)警/報(bào)警子系統(tǒng)和人體防護(hù)安全氣囊子系統(tǒng)組成。其中，跌倒預(yù)警/報(bào)警子系統(tǒng)包含微控制器、WIFI/GPS 定位模塊、GPRS遠(yuǎn)程通信模塊及相關(guān)外圍接口等，內(nèi)置高靈敏度的九軸慣性傳感模塊準(zhǔn)確檢測(cè)運(yùn)動(dòng)信息，并嵌入獨(dú)有的高精準(zhǔn)跌倒預(yù)警算法(該算法的跌倒預(yù)警準(zhǔn)確率≥90%[17])，經(jīng)微控制器快速處理，在人體跌倒前 300～500 ms 檢測(cè)出跌倒事件發(fā)生，同時(shí)觸發(fā)防護(hù)安全氣囊子系統(tǒng)開啟。人體防護(hù)安全氣囊子系統(tǒng)包含由微型舵機(jī)、微機(jī)電刺破機(jī)構(gòu)和壓縮氣瓶等組成的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及囊體結(jié)構(gòu)等組成。當(dāng)人體防護(hù)安全氣囊子系統(tǒng)收到開啟信號(hào)時(shí)，立即給驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)給囊體充氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用機(jī)械刺破壓縮氣瓶的方式給氣囊充氣，使防護(hù)氣囊在人體倒地之前充分展開，給人體特定部位提供安全、有效的防護(hù)。系統(tǒng)支持 GPS/WIFI 兩種位置定位方式。經(jīng)測(cè)試，室外定位精度≤10 m，室內(nèi)定位精度≤100 m。在人體倒地之后，能夠?qū)崟r(shí)定位并把位置信息傳送給監(jiān)護(hù)人及監(jiān)控平臺(tái)。穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊的設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。

圖1 跌倒防護(hù)氣囊設(shè)計(jì)框圖Fig. 1 Design diagram of fall protective airbag

2.2 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

本方案中的驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)舵機(jī)，微機(jī)電刺破機(jī)構(gòu)(含盤形凸輪、固定架、接頭、連接板、刺針和復(fù)位彈簧等)氣瓶和控制電路構(gòu)成，整體結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

電動(dòng)舵機(jī)是一種電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。盤形凸輪主要作用是把舵機(jī)的扭轉(zhuǎn)力傳遞給刺針，把舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成刺針的直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過理論計(jì)算和多次實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出了盤型凸輪的最優(yōu)壓力角和基圓半徑，使刺針的推力足以刺破壓縮氣瓶。固定架、接頭和連接板分別起固定、導(dǎo)氣和連接作用。復(fù)位彈簧的主要作用是讓刺針刺破氣瓶后迅速?gòu)棾鰜?，從而保證氣瓶能夠快速放氣?？刂齐娐分饕缮龎弘娐泛万?qū)動(dòng)電路構(gòu)成。其中，升壓電路可以把電池的低電壓變換成舵機(jī)需要的較高電壓；驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是把微處理器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的電信號(hào)。加工后的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)物如圖 3 所示。

圖2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the executive agency

圖3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)物圖Fig. 3 Physical map of the executive agency

2.3 囊體結(jié)構(gòu)

如圖 4(a)所示，囊體為采用 TPU 復(fù)合布制作的單囊狀結(jié)構(gòu)，布料外層以尼龍紡等為骨架材料，里層復(fù)合 TPU 薄膜制成的單面膠布，囊體長(zhǎng)約 615 mm，寬約 322 mm，充滿氣后厚約22 mm。通過高周波焊接等焊接方式，在氣囊上設(shè)置一定數(shù)量的焊接點(diǎn)，且在焊接點(diǎn)位置氣囊的前后兩面貼合在一起。焊接點(diǎn)的位置根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或者根據(jù)有限元模擬軟件進(jìn)行模擬后來確定。這些焊接點(diǎn)在氣囊的不同位置分布不均勻，通過焊接點(diǎn)對(duì)氣囊展開時(shí)力場(chǎng)的影響，使得氣囊展開后形狀能夠?qū)θ梭w的髖部和臀部形成包裹。由于焊接點(diǎn)的影響，氣囊展開后整體形狀對(duì)腰部形成半包圍，氣囊表面呈現(xiàn)許多“凸起” 結(jié)構(gòu)。在焊接點(diǎn)附近設(shè)置泄氣口，當(dāng)氣壓達(dá)到一定程度時(shí)對(duì)氣囊進(jìn)行泄氣，“凸起”的存在能夠保證泄氣孔不至于被堵住。如圖 4(b)所示，焊接點(diǎn)實(shí)際上是一個(gè)圓環(huán)狀，外徑 14 mm，內(nèi)徑 8 mm。沿著圓環(huán)一圈進(jìn)行焊接，內(nèi)圈以內(nèi)作為集氣區(qū)，并設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)微孔作為泄氣出口。泄氣時(shí)，氣體從氣囊內(nèi)沿著泄氣通道進(jìn)入集氣區(qū)，最終通過泄氣微孔將氣體釋放。同時(shí)，通過泄氣通道可以對(duì)泄氣氣壓進(jìn)行控制。

3 驗(yàn)證與分析

3.1 系統(tǒng)功能驗(yàn)證

整個(gè)穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊由腰包、腰帶、緩沖囊體組成。腰包內(nèi)裝有充氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電源模塊，主控模塊，跌倒預(yù)警模塊(內(nèi)含傳感、定位和通訊模塊)，藍(lán)牙模塊等；腰帶頭端設(shè)置有卡扣以方便固定在人體腰部，腰帶豎向兩端有魔術(shù)貼，佩戴時(shí)緩沖囊體隱藏于腰帶中；緩沖囊體充氣時(shí)將魔術(shù)貼撐開并迅速對(duì)人體髖部進(jìn)行包裹。圖 5 展示了穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊的整體實(shí)物結(jié)構(gòu)以及跌倒實(shí)驗(yàn)時(shí)氣囊展開后時(shí)的情形。

同時(shí)，本文也做了充氣可靠性實(shí)驗(yàn)，針對(duì)不同大小氣囊適用的 8 g、12 g 和 16 g 三種規(guī)格液態(tài)二氧化碳?xì)馄浚糠N規(guī)格分別隨機(jī)取國(guó)內(nèi)外不同品牌的氣瓶各 50 個(gè)，氣瓶被正常刺破的成功率為 100%。同時(shí)，還利用高速動(dòng)態(tài)記錄儀(TroubleShooter 1000LE)測(cè)得囊體結(jié)構(gòu)充滿氣的平均時(shí)間為 386.9 ms，人體從開始跌倒到髖關(guān)節(jié)著地過程約為 0.8 s。該穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊在人體倒地時(shí)能夠?qū)y關(guān)節(jié)起到保護(hù)作用。

圖5 跌倒防護(hù)安全氣囊功能驗(yàn)證Fig. 5 Functional veri fi cation of the fall protective airbag

表1 定位精度測(cè)試(室外)Table 1 Positioning accuracy test (outdoor)

表2 定位精度測(cè)試(室內(nèi))Table 2 Positioning accuracy test (indoor)

3.2 定位精度測(cè)量實(shí)驗(yàn)

安全氣囊系統(tǒng)支持 GPS/WIFI 兩種位置定位方式，在人體倒地之后，能夠?qū)崟r(shí)定位并把位置信息傳送給監(jiān)護(hù)人及監(jiān)控平臺(tái)。本文選取中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深圳麒麟山莊、北京大學(xué)深圳研究生院、南方科技大學(xué)等 10 個(gè)不同的位置點(diǎn)(室內(nèi)、室外各 5 個(gè))，每個(gè)位置點(diǎn)通過安全氣囊系統(tǒng)采集 3 次經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，取其平均值作為該位置點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量經(jīng)緯度，具體如表1和表2 所示。由表2 可知，實(shí)際位置與測(cè)量位置偏差非常小，室外定位誤差平均僅約 7 m，室內(nèi)定位誤差平均也僅約 60 m，能夠滿足安全氣囊系統(tǒng)把精準(zhǔn)位置信息傳送到監(jiān)護(hù)人及監(jiān)控平臺(tái)。

3.3 囊體結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真實(shí)驗(yàn)

3.3.1 分別建立髖骨及緩沖氣囊的有限元網(wǎng)格模型

本文采用 MIMICS 17.0 及某 65 歲老人髖部位置的二維電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography，CT)圖片建立人體髖骨的三維有限元模型，將采集的病人骨盆位置的 CT 圖片導(dǎo)入到 Mimics 中，并分割圖像，輸出三維模型文件，從骨盆部位三維模型中分離出髖骨，最后導(dǎo)入到 ANSYS 中，結(jié)果如圖 6(a)所示。為了突出緩沖氣囊防護(hù)過程的一般規(guī)律，本文將髖保護(hù)緩沖氣囊的形狀簡(jiǎn)化成矩形，在 ANSYS 中采用apdl 語言進(jìn)行氣囊的建模，以便改變氣囊的形狀尺寸參數(shù)。氣囊充氣展開后如圖 6(b)所示。設(shè)定側(cè)方跌倒時(shí)髖骨撞擊緩沖氣囊的中間位置。

3.3.2 基于 LS-DYNA 的側(cè)方跌倒髖部撞擊地面仿真試驗(yàn)

髖骨能夠承受的峰值壓力是一定的，因此跌倒時(shí)髖骨撞擊地面的過程中，髖骨受到的峰值力是髖骨是否會(huì)發(fā)生骨折的重要因素。同時(shí)，盡管髖骨具有一定的彈性，能夠在不導(dǎo)致?lián)p傷的情況下吸收一定的能量，但非常有限。當(dāng)髖骨吸收的能量達(dá)到了其所能承受的最大值時(shí)也會(huì)導(dǎo)致髖骨骨折，尤其對(duì)于老年人，由于骨質(zhì)酥松癥導(dǎo)致鈣質(zhì)流失、脆性增加，髖骨所能吸收的能量更小。

本節(jié)使用的是 LS-DYNA 軟件，先仿真人體在側(cè)方跌倒時(shí)髖部直接著地時(shí)的情況，其應(yīng)力云圖、峰值力曲線圖和髖骨內(nèi)能變化曲線如圖 7 所示。然后仿真在有緩沖氣囊防護(hù)狀態(tài)下，人體在側(cè)方跌倒時(shí)髖部著地時(shí)的情況，其應(yīng)力云圖、峰值力曲線圖和髖骨內(nèi)能變化曲線如圖 8 所示。

圖6 髖骨和緩沖氣囊有限元模型Fig. 6 The fi nite element model of hip bone and airbag

圖7 應(yīng)力云圖、峰值力曲線圖和髖骨內(nèi)能變化曲線(無氣囊)Fig. 7 The stress cloud map, peak force and internal energy of hip bone (without aigbag)

對(duì)比圖 7 和圖 8 可知，在無防護(hù)狀態(tài)下，髖骨所受到的峰值壓力高達(dá)約 11.0 kN(0.123 s 時(shí)刻)，髖骨吸收能量的峰值高達(dá) 82 J。在有緩沖安全氣囊防護(hù)狀態(tài)時(shí)，髖骨所受到的峰值壓力降低為 3.32 kN(0.121 s 時(shí)刻)，減小了約 70%，髖骨吸收能量的峰值僅為 13.3 J，減小了約 83.8%。將圖 7 與圖 8 進(jìn)行直觀對(duì)比也可以發(fā)現(xiàn)，力的改變以及髖骨內(nèi)能的變化也平緩了許多。

圖8 應(yīng)力云圖、峰值力曲線圖和髖骨內(nèi)能變化曲線(有氣囊)Fig. 8 The stress cloud map, peak force and internal energy of hip bone (with aigbag)

4 國(guó)內(nèi)外相似研究對(duì)比分析

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在跌倒后的檢測(cè)方面研究頗多。Kim 等[6]介紹了一種在后倒和側(cè)倒時(shí)僅得到了58% 和 45% 準(zhǔn)確率的跌倒檢測(cè)腕表，而本課題組在 2017 年優(yōu)化出高精準(zhǔn)跌倒預(yù)警/報(bào)警算法，跌倒預(yù)警/報(bào)警準(zhǔn)確率≥90%[17]。

但國(guó)內(nèi)外在跌倒干預(yù)和實(shí)時(shí)防護(hù)方面的研究并不是很多。日本千葉大學(xué)等研究人員[10,11]設(shè)計(jì)的穿戴式跌倒防護(hù)氣囊的充氣機(jī)構(gòu)不便于重復(fù)使用，且火藥具有較大的危險(xiǎn)性；而香港中文大學(xué)學(xué)者[15,16]設(shè)計(jì)的跌倒髖骨保護(hù)氣囊系統(tǒng)充氣機(jī)構(gòu)復(fù)雜且不便于重復(fù)使用。而本課題組開發(fā)的新一代穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，易于重復(fù)使用，安全性高。

另外，在跌倒仿真實(shí)驗(yàn)方面，2008 年Majumder 等[18]采用 MIMICS 軟件導(dǎo)入 58 歲男性髖部位置的 CT 掃描數(shù)據(jù)建立骨盆-股骨-軟組織復(fù)合體的有限元模型作為簡(jiǎn)化人體模型，并結(jié)合 ANSYS/LS-DYNA 建立人體側(cè)方跌倒的碰撞模型，對(duì)不同軟組織厚度和沖擊速度情況進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，軟組織厚度減小 81% 使得髖骨所受峰值沖擊力減小 38%。2012 年王冬梅等[19]用 Abaqus 軟件驗(yàn)證了聚乙烯泡沫材料髖保護(hù)器在側(cè)方跌倒情況下對(duì)人體股骨-骨盆復(fù)合體具有良好防護(hù)效果，試驗(yàn)基于中國(guó)力學(xué)虛擬人模型庫(kù)建立骨盆、骶骨、股骨及周圍軟組織的模型，側(cè)方跌倒瞬間速度設(shè)定為 2 m/s。結(jié)果顯示，皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨上的應(yīng)力峰值都下降了 65%以上。而本文在無防護(hù)和有髖保護(hù)緩沖氣囊防護(hù)情況下的研究結(jié)果表明，髖骨受到的峰值沖擊力比不采用任何防護(hù)減小了 70%，能量吸收則減小了 83.8%。綜上，Majumder 等[18]和王冬梅等[19]設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)局限在生物力學(xué)方面的理論研究，而本課題組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)則能更好地證明在跌倒過程中安全氣囊對(duì)人體髖關(guān)節(jié)的防護(hù)作用，更貼近工程應(yīng)用，在峰值應(yīng)力和能量吸收等關(guān)鍵指標(biāo)上也表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

5 總 結(jié)

本文對(duì)穿戴式跌倒防護(hù)安全氣囊系統(tǒng)的總體構(gòu)成、定位精度、充氣機(jī)構(gòu)、囊體結(jié)構(gòu)參數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)展開研究，完成了樣機(jī)實(shí)現(xiàn)，并做了系統(tǒng)功能驗(yàn)證、沖刺可靠性、定位精度測(cè)量、囊體結(jié)構(gòu)優(yōu)化等系列實(shí)驗(yàn)。采用 MIMICS 軟件及人體髖部位置的二維 CT 圖片建立了人體髖骨的三維有限元模型，采用 ANSYS 軟件建立髖保護(hù)緩沖氣囊的有限元模型，并分別建立了無防護(hù)情況下側(cè)方跌倒和有髖保護(hù)緩沖氣囊防護(hù)情況下側(cè)方跌倒模型。對(duì)比結(jié)果顯示，髖骨受到的峰值沖擊力比不采用任何防護(hù)減小了 70%，能量吸收則減小了83.8%。另外，在仿真實(shí)驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)，安全氣囊的初始?xì)鈮捍笮『湍殷w的尺寸對(duì)髖骨所受的峰值力以及髖部吸收的最大能量也具有較大影響。實(shí)驗(yàn)分別設(shè)置了 0.1 m×0.1 m、0.2 m×0.2 m、0.3 m×0.3 m 和 0.4 m×0.4 m 等不同規(guī)格的囊體大小，分別比較了在不同初始?xì)鈮呵闆r下對(duì)髖骨所受峰值力以及髖骨吸能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，每種尺寸的緩沖氣囊都存在一個(gè)最適合的初始?xì)鈮?，使得安全氣囊的緩沖性能達(dá)到最優(yōu)。綜合考慮到人體腰圍尺寸以及所選用的 8 g 壓縮氣瓶等因素，在囊體尺寸為 0.2 m×0.2 m 時(shí)，最優(yōu)峰值力氣壓和最優(yōu)吸能氣壓達(dá)到了較好的匹配。上述仿真實(shí)驗(yàn)分析以及實(shí)際測(cè)量實(shí)驗(yàn)，充分說明所設(shè)計(jì)的跌倒防護(hù)安全氣囊起到了較好的保護(hù)效果。

[1]中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部. 我國(guó)傷害預(yù)防報(bào)告 [J].2007(9): 409.

[2]Loue S, Sajatovic M. Encyclopedia of Immigrant Health [M]. Now York: Springer, 2012.

[3]王榮, 章韻, 陳建新. 基于三軸加速度傳感器的人體跌倒檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2012, 32(5): 1450-1452.

[4]Zhao G, Mei Z, Liang D, et al. Exploration and implementation of a pre-impact fall recognition method based on an inertial body sensor network [J].Sensors, 2012, 12(11): 15338-15355.

[5]World Health Organization. Falls [EB/OL]. [2017-12-25]. http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs344/en/.

[6]Kim NH, Yu YS. Fall recognition algorithm using gravity-weighted 3-axis accelerometer data [J].Journal of the Institute of Electronics & Information Engineers, 2013, doi: 10.5573/ieek.2013.50.6.254.

[7]Huynh QT, Nguyen UD, Liem KT, et al.Detection of activities daily living and falls using combination accelerometer and gyroscope [M]//The 5th International Conference on Biomedical Engineering in Vietnam. Springer International Publishing, 2015, 46: 184-189.

[8]謝開明. 基于 GPRS 的跌倒檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D]. 重慶: 重慶大學(xué), 2010.

[9]薛源. 基于多傳感器的老人跌倒檢測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 [D]. 武漢: 武漢理工大學(xué), 2011.

[10]Tamura T, Yoshimura T, Sekine M, et al. A wearable airbag to prevent fall injuries [J]. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine,2009(13): 910-914.

[11]Fukuda Y, Feng MQ, Zheng J, et al. Rapid detection of IED light emission patterns for activating a head protective system [J]. IEEE Sensors Journal, 2016,16(2): 498-505.

[12]Active Protective Company. Keep yourself up to data: our most recent news [EB/OL]. [2017-12-24].https://activeprotective.com/.

[13]Hit-hopt Company. Hip-hope? smart wearable hip protector using cutting-edge technology and design[EB/OL]. [2017-12-25]. http://www.hip-hope.com/.

[14]Wolk Company. What is wolk? [EB/OL]. [2017-12-25]. http://wolkcompany.com/.

[15]Shi GY, Chan CS, Li WJ, et al. Mobile human airbag system for fall protection using MEMS sensors and embedded SVM classifier [J]. IEEE Sensor Journal, 2009, 5(9): 495-503.

[16]Shi GY, Zhang JY, Dong C, et al. Fall detection system based on inertial MEMS sensors: analysis design and realization [C]// The 5th Annual IEEE International Conference on Cyber Technology in Automation, Control and Intelligent Systems, 2015.

[17]Jia HY, Li MH, Ning YK, et al. Implementation of android-based fall-detecting system [C]// IEEE International Conference on Signal Processing,2017: 1323-1328.

[18]Majumder S, Roychowdhury A, Pal S. Effects of trochanteric soft tissue thickness and hip impact velocity on hip fracture in sideways fall through 3D finite element simulations [J]. Journal of Biomechanics, 2008, 41(13): 2834-2842.

[19]王冬梅, 董謝平, 王尚城, 等. 側(cè)向沖擊載荷作用下髖護(hù)具對(duì)股骨-骨盆復(fù)合體生物力學(xué)響應(yīng)的影響 [J]. 醫(yī)用生物力學(xué), 2012 (01): 32-39.