CN106361479A - 手持装置及震动消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种手持装置及震动消除方法,其中,手持装置包含有一基座,包含有一把手,用来接收一震动运动,一钳形单元,连接于基座,用来可拆卸式地连接该手持装置与一物件,至少一惯性感测器,用来检测震动运动的一加速度,以产生一加速度信号,一处理单元,用来根据加速度信号,决定产生一消除决定,以及至少一驱动器,用来根据消除决定,驱动钳形单元,以消除加速度。本发明改采用抵消颤动症产生的加速度。一旦非自愿肌肉运动产生的加速度被抵消,病人能较方便地从事日常活动,进而恢复其生活品质。
Description
技术领域
本发明指一种手持装置及震动消除方法,尤指一种通过消除震动,减少病人不舒服及不方便的手持装置及震动消除方法。
背景技术
病理上的颤动症(Tremor)指人体中无意识、非自愿的肌肉运动。例如,被诊断出神经失调的病人即有颤动的症状。本质(essential)颤动症即是一种常见的颤动症,许多病人(特别是老年人)深受其苦。本质颤动症会造成显著的生活失能现象,被诊断出本质颤动症的病人无法执行必要的日常机能,例如吃、饮、使用钥匙、打字及化妆,造成病人生活品质下降。
现有针对本质颤动症的治疗方法效果极其有限。举例来说,药物治疗常被用来减轻无意识的肌肉运动。然而,这些治疗方法的效果不稳定,且常流于试误(trial-and-error)法的诊疗。另外,由于用于治疗本质颤动症的贝他阻断剂(Beta blocker)会掩盖低血糖症状,可能造成老人记忆丧失与记忆混乱,副作用严重。对于拒绝药物治疗或严重失能的病人,单独使用药物治疗并不合适。如果是这种情况,一般改采手术治疗,例如丘脑深部脑刺激(thalamic deep brain stimulation)。但手术治疗具有手术中与手术后的高风险,并非所有病人都能接受。
尽管存在这些疗程,许多病人的颤动症仍然无法治愈,或者是病人考虑治疗的风险及副作用后,拒绝接受治疗。对于者种群体的病人,一种解决方法是使用颤动抑制装置,颤动抑制装置通过物理原理来消除颤动运动。常见的颤动抑制装置是由大型不可移动的基座支撑,并在适当时间传递适当的力至病人的患部。举例来说,由重型桌台支撑的接地操纵杆可通过机械原理减轻病人的颤动症,以帮助病人操控电动轮椅。除此之外,穿戴式义肢是通过病人躯干主动控制抑制颤动症。当物理性的接地装置消除病人的颤动症状时,由于相当可观的力直接施加于患部肢体,病人亦会感受到不舒服或疼痛。除了上述缺点外,现有的颤动抑制装置无分辨自愿与非自愿的肌肉运动。在此情况下,病人所有的动作都会遭遇阻力,使得病人外表看起来尴尬又突兀。另外,大多数的接地义肢需要复杂的结构来实现,会增加装置的体积、重量与成本,使得接地义肢在日常生活中不实用。
值得注意的是,形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)常被用在上述颤动抑制装置。然而,形状记忆合金会遭遇金属疲劳的问题,且问题会随着使用时间越来越严重,最终导致颤动抑制装置无法正常运作。
因此,现有的颤动抑制装置实有改进的必要。
发明内容
因此,本发明的主要目的即在于提供能抑制非自愿颤动症的手持装置与震动消除方法。
本发明揭露一种手持装置,包含有一基座,包含有一把手,用来接收一震动运动;一钳形单元,连接于该基座,用来可拆卸式地连接该手持装置与一物件;至少一惯性感测器,用来检测该震动运动的一加速度,以产生一加速度信号;一处理单元,用来根据该加速度信号,决定产生一消除决定;以及至少一驱动器,用来根据该消除决定,驱动该钳形单元,以消除该加速度。
本发明另揭露一种震动消除方法,用来控制一钳形单元。该震动消除方法包含有检测一震动运动的一加速度;滤除该加速度于一频率范围之外的频率成分;移除该加速度的一重力成分;当该加速度小于一第一门槛值时,抬升该钳形单元;以及当该加速度大于一第二门槛值时,降低该钳形单元。
根据上述实施例,本发明通过惯性感测器,检测震动运动的加速度,作为消除非自愿颤动症的依据,而不需要使用形状记忆合金,因此不会遭遇金属疲劳的问题,能改善装置的耐用性。
附图说明
图1为本发明实施例一手持装置的示意图。
图2为本发明实施例一手持装置的示意图。
图3A~图3C为图1、图2的手持装置的一加速度信号的时序图。
图4为本发明实施例一手持装置的示意图。
图5为本发明实施例一手持装置的示意图。
图6为图1、图2、图4、图5的手持装置的操作流程图。
附图标号:
10、20、40、50 手持装置
100 基座
110 把手
120 惯性感测器
130 处理单元
140 驱动器
150 钳形单元
160 物件
200 带通滤波器
400 位置感测器
500 能量转换器
510 电池
520 接口模块
530 云端服务器
540 扬声器
60 流程
600、602、604、606、 步骤
608、610、612、614、616、
618、620、622
AC 加速度信号
VR 震动运动
Dc 消除决定
TH1 第一门槛值
TH2 第二门槛值
PS 位置信号
PC 位置校正信号
具体实施方式
请参考图1,图1为本发明实施例一手持装置10的示意图。手持装置10包含有一基座100、一把手110、一钳形单元150、一惯性感测器120、一处理单元130及一驱动器140。基座100为手持装置10的主体,包含突出的把手110与内建的元件120、130、140。把手110用来让一使用者握住。当使用者的手部肌肉非自愿地摇晃时,把手110接收一震动运动VR。惯性感测器120用来检测震动运动VR的一加速度,以产生一加速度信号AC。处理单元130用来根据加速度信号AC,决定是否产生一消除决定Dc。若作成消除决定Dc,驱动器140根据消除决定Dc,控制钳形单元150的动作,以消除震动运动VR产生的加速度。如此一来,钳形单元150可维持稳定,不受震动运动VR的影响。钳形单元150用来可拆卸式地连接手持装置10与一物件160,例如图1所示的汤匙。由于钳形单元150维持稳定,汤匙中的食物就能被安稳地被乘载,不会溅出或跳出汤匙。
与先前技术比较,手持装置10并未施加沉重的力度于使用者的患部肢体,因此使用者不会再感受到不舒服与疼痛。取而代之的是,手持装置10检测震动运动VR的加速度,作为消除加速度时的依据,使得使用者能轻易地通过手持装置10传递食物,不再受到颤动症的干扰。另外,手持装置10并未使用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)元件,表示使用者不需要担心金属疲劳导致手持装置10无法使用。
除此之外,本发明另可应用一带通滤波器(band pass filter),以区分自愿与非自愿动作。请参考图2,图2为本发明实施例一手持装置20的示意图。由于手持装置20是从手持装置10衍伸的变化实施例,重复的元件将以相同的符号标示。手持装置20另外包含一带通滤波器200。由于加速度信号AC中,高于一频率范围的频率成分可能是噪声,低于频率范围的频率成分并非由颤动症引起。带通滤波器200用来通过加速度信号AC于频率范围之内的频率成分,并滤除加速度信号AC于频率范围之外的频率成分。根据本发明一实施例,频率范围为2赫兹~24赫兹。
需注意的是,滤波后的加速度信号仍包含一由重力引起的重力成分。因此,处理单元130另用来移除加速度信号AC的重力成分,以取得纯粹由颤动症引起的加速度数据。
具体来说,请参考图3A~图3C,图3A~图3C为加速度信号AC的时序图。在图3A中,基座100保持稳定,加速度信号AC为零。在图3B中,基座100受震动运动VR影响而下降,加速度信号AC对应地呈现一个下凹的突波。在图3C中,基座100受震动运动VR影响而上升,加速度信号AC对应地呈现一个上凸的突波。也就是说,处理单元130能根据下凹或上凸波,判断是否产生消除决定Dc。举例来说,当基座100受震动运动VR影响而下降时,处理单元130根据下凹突波,产生消除决定Dc,消除决定Dc指示驱动器140抬升钳形单元150,以消除加速度的影响。如此一来,钳形单元150能维持在一个稳定状态。相反地,当基座100受震动运动VR影响而上升时,处理单元130根据上凸的突波,产生消除决定Dc,消除决定Dc指示驱动器140下降钳形单元150,以消除加速度的影响。
需注意的是,由于不显著的突波可能只是无意义的噪声,处理单元130不需对加速度信号AC中的每个突波都做出反应。较佳地,处理单元130仅回应加速度信号AC中超出门槛值的突波。举例来说,如图3B所示,处理单元130于加速度信号AC小于一第一门槛值TH1时,产生消除决定Dc。根据本发明另一实施例,如图3C所示,处理单元130于加速度信号AC大于一第二门槛值TH2时,产生消除决定Dc。
重要的是,本发明着重在消除颤动症引起的加速度,而非消除整个震动运动VR。根据牛顿第一运动定律,只要物件160的加速度维持在零,食物就不会从物件160中溅出或跳出。举例来说,若一个颤动造成先前技术的手持装置下降,先前技术的手持装置会产生一个与颤动方向相反的动作。这样的反应机制并不能保证汤匙中食物的加速度为零,因此食物会溅出或跳出汤匙。相较之下,在本发明中,由于钳形单元150的加速度已被抵消,物件160的加速度理想上近乎于零,物件160容纳的食物能维持静止或以固定的速度移动。在此情况下,食物能被安全地送抵使用者的口腔。
根据本发明另一实施例,在执行加速度检测前,可先执行一个位置校正机制,以增加手持装置10、20执行加速度检测的精确度。请参考图4,图4为本发明实施例一手持装置40的示意图。由于手持装置20是从手持装置10、20衍伸的变化实施例,重复的元件将以相同的符号标示。手持装置40另包含有一位置感测器400。位置感测器400用来检测钳形单元150的一位置,以产生一位置信号PS。位置信号PS被传送至处理单元130。处理单元130根据位置信号PS,判断钳形单元150的位置是否位于一中间位置,并据以产生一位置校正信号PC。位置校正信号PC被传送至驱动器140。若钳形单元150位于中间位置,则无需校正钳形单元150的位置。相反地,若钳形单元150不在中间位置,位置校正信号PC指示驱动器140下降或上升钳形单元150,以重置钳形单元150至中间位置或中间位置的一周围区间。
需注意的是,上述实施例与图示描述的上下震动仅为简化后的应用情境。实际上,颤动症造成的震动可能是任意方向。由于基座于其他方向的加速度也能以上述方法抵消,本发明亦能应用在这些较复杂的实际情境。在此情况下,手持装置10、20、40则包含多个惯性感测器、多个位置感测器及多个驱动器。多个惯性感测器可用来检测诸多方向的加速度。多个位置感测器400可用来检测钳形单元150于多个方向的位置。多个驱动器可用来控制钳形单元150于多个方向的动作。
请参考图5,图5为本发明实施例一手持装置50的示意图。由于手持装置20是从手持装置10、20、40衍伸的变化实施例,重复的元件将以相同的符号标示。手持装置50另包含有一能量转换器500、一电池510、一接口模块520及一扬声器540。能量转换器500用来转换震动运动VR的一机械能为一电能EE。电池510用来储存电能EE。另外,由于震动运动VR与加速度信号AC的历程有医学研究价值,接口模块520可上传震动运动VR与加速度信号AC的数据至至少一外部装置,例如一个人电脑、一智能手机或一云端服务器530。扬声器540用来通过声音,提示手持装置50的一使用者状态,例如电池510的储电百分比、物件160的位置等。
除此之外,处理单元130还能根据加速度信号AC,判断把手110是否被使用者握住。若没有使用者握住把手110并维持一段预设期间,处理单元130可将手持装置10、20、40、50关机,以减少电力消耗。
手持装置10、20、40、50的操作可归纳为一流程60,如图6所示。流程60包含有下列步骤:
步骤600:开始。
步骤602:位置感测器400检测钳形单元150的位置。
步骤604:处理单元130判断钳形单元150是否位于中间位置。若是,进行至步骤608;反之,进行至步骤606。
步骤606:驱动器140重置钳形单元150至中间位置,并进行至步骤604。
步骤608:惯性感测器120检测震动运动VR的加速度,以产生加速度信号AC。
步骤610:带通滤波器200滤除加速度信号AC于频率范围之外的频率成分。
步骤612:处理单元130移除加速度信号AC中的重力成分。
步骤614:若加速度信号AC位于第一门槛值TH1与第二门槛值TH2之间,进行至步骤602;反之,进行至步骤616。
步骤616:若加速度信号AC小于第一门槛值TH1,进行至步骤618;反之,进行至步骤620。
步骤618:驱动器140抬升钳形单元150,并进行至步骤608。
步骤620:若加速度信号AC大于第二门槛值TH2,进行至步骤622;反之,进行至步骤608。
步骤622:驱动器140降低钳形单元150,并进行至步骤608。
流程60的细节可参考前述的说明,在此不赘述。
综上所述,为了减少病人在治疗非自愿颤动症时的不舒服与疼痛,本发明改采用抵消颤动症产生的加速度。一旦非自愿肌肉运动产生的加速度被抵消,病人能较方便地从事日常活动,进而恢复其生活品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (21)
1.一种手持装置,其特征在于,包含有:
一基座,包含有一把手,用来接收一震动运动;
一钳形单元,连接于该基座,用来可拆卸式地连接该手持装置与一物件;
至少一惯性感测器,用来检测该震动运动的一加速度,以产生一加速度信号;
一处理单元,用来根据该加速度信号,决定产生一消除决定;以及
至少一驱动器,用来根据该消除决定,驱动该钳形单元,以消除该加速度。
2.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,另包含有一带通滤波器,用来滤除该加速度信号于一频率范围之外的频率成分。
3.如权利要求2所述的手持装置,其特征在于,该频率范围为2赫兹~24赫兹。
4.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,该处理单元另用来移除该加速度信号的一重力成分。
5.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,该处理单元另用来于该加速度信号小于一第一门槛值时,产生该消除决定。
6.如权利要求5所述的手持装置,其特征在于,该至少一驱动器另用来于该加速度信号小于该第一门槛值时,抬升该钳形单元。
7.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,该处理单元另用来于该加速度信号大于一第二门槛值时,产生该消除决定。
8.如权利要求7所述的手持装置,其特征在于,该至少一驱动器另用来于该加速度信号大于该第二门槛值时,降低该钳形单元。
9.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,另包含有至少一位置感测器,用来检测该钳形单元的一位置,以产生一位置信号。
10.如权利要求9所述的手持装置,其特征在于,该处理单元另用来根据该位置信号,判断该位置是否位于一中间位置,以产生一位置校正信号。
11.如权利要求10所述的手持装置,其特征在于,该位置校正信号用来指示该驱动器重置该钳形单元至该中间位置。
12.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,另包含有:
一能量转换器,用来转换该震动运动的一机械能为一电能;
一电池,电性耦接于该能量转换器,用来储存该电能;以及
一扬声器,耦接于该处理单元,用来播放该手持装置的一状态的一声音提示。
13.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,另包含有:
一接口模块,电性耦接于该处理单元,用来上传该震动运动与该加速度信号的数据至至少一外部装置。
14.如权利要求1所述的手持装置,其特征在于,该处理单元另用来:
根据该加速度信号,判断该把手是否被握住;以及
若该把手没有被握住并维持一期间,将该手持装置关机。
15.一种震动消除方法,其特征在于,用来控制一钳形单元,该震动消除方法包含有:
检测一震动运动的一加速度;
滤除该加速度于一频率范围之外的频率成分;
移除该加速度的一重力成分;
当该加速度小于一第一门槛值时,抬升该钳形单元;以及
当该加速度大于一第二门槛值时,降低该钳形单元。
16.如权利要求15所述的震动消除方法,其特征在于,该频率范围为2赫兹~24赫兹。
17.如权利要求15所述的震动消除方法,其特征在于,另包含有检测该钳形单元的一位置。
18.如权利要求17所述的震动消除方法,其特征在于,另包含有判断该位置是否位于一中间位置。
19.如权利要求18所述的震动消除方法,其特征在于,另包含有当该位置不处于该中间位置时,重置该钳形单元至该中间位置。
20.如权利要求15所述的震动消除方法,其特征在于,另包含有转换该震动运动的一机械能为一电能。
21.如权利要求15所述的震动消除方法,其特征在于,另包含有上传该震动运动与该加速度的数据至一外部装置。
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