鞋型跌倒偵測系統

一、研究目標

跌倒會給老年人帶來心理創傷和身體傷害,且若在跌倒發生後無法及時救援跌倒的老年人,可能會造成嚴重的傷勢,然而目前多數跌倒偵測系統,無法正確偵測出在不平坦的地板表面(例如樓梯或有障礙物的地板)發生的幾種具有高死亡風險之跌倒風險,因此必須開發出能夠在不同地形上偵測跌倒和近似跌倒情況的跌倒檢測系統,而本研究提出了一種將距離感測器嵌入鞋底的跌倒感測系統,可以識別在樓梯和不平坦地板上的跌倒和近似跌倒的動作。

二、研究內容
鞋型跌倒偵測裝置
裝置設計:

為了同時檢測老年人的步態變化和地形的幾何形狀,鞋上安裝了七個飛行時間(ToF) 距離傳感器,並在感應方向上測量傳感器與地面之間的距離,因此可以辨識在樓梯和不平坦地板上的跌倒及類跌倒事件,此系統鞋底跌倒偵測系統,包括7個ToF距離傳感器、一個Arduino Nano開發板和一個Zigbee模塊,傳感器通過柔性印刷電路電纜連接到開發板,以確保系統的耐用性。

鞋型跌倒偵測系統之系統架構與感測器擺放處

數據分析與演算開發:

由於ToF距離信號的測量誤差,本研究提出了一種處理信號並確保估計距離準確性的跌倒偵測方案,此系統將使用ToF 信號中提取的特徵導入 Error-correcting Output Codes-based (ECOC)的分類模型來識別日常生活動作、類跌倒事件與跌倒事件類共17項活動,為了驗證所提出的跌倒檢測方案,從九名參與者的動作中生成了一個包含450個日常生活動作、216個類跌倒事件動作和432個模擬跌倒的實驗數據集,在這三個類別的實驗中,F1 score分別為 100%、98.17% 和 99.07%,此實驗證明本系統可以精確地辨別類跌倒事件與不同地型上的跌倒偵測。

距離感測器在絆倒實驗時所量測之距離波型變化與基於ECOC演算法下的跌倒偵測混淆矩陣