201121530 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有一聲帶震動控制器之電動輪 椅，尤指一種讓使用者無需將其手部放置於搖桿控制單 元，即可藉由其所產生之聲帶震動模式控制電動輪椅之移 動的具有一聲帶震動控制器之電動輪椅。 【先前技術】 _請參閲圖！，其係習知之電動輪椅的示意圖。如圖所 不，習知之電動輪椅係包括：一輪椅模組u、一動力模組 12、一搖桿控制模組13以及一電源模組14。其中，輪椅模 組11包含-座椅單元lu及複數個輪胎單元112、⑴，動力 模組則與至少—輪胎單元112連接，以提供習知之電動輪 椅移動所需之動力。此外，搖桿控制模組13係與動力模組 12電性連接，以控制習知之電動輪椅之移動，電源模組μ 則與動力難12電性連接，以提供m方面，如圈i :::動力模組⑽包含兩個分別連接至兩位於後方之輪 ^^112電動馬達（圖中未示），搖桿控制模㈣則包含一 制單心！，以供使用者之手部握持。也就是說習 口之電動輪椅的使用者需藉由握持搖桿控制單元⑶的 動」輸人方式’才能控制電動輪椅的移動。 電動=之it需藉由手部握持搖桿控制單元131才能控制 .Π : 控方式’對於患有肌肉萎縮症、肌萎 W生^側索硬化症、㈣損傷㈣殊 201121530 八輿可行（因某些這類使用者的手部功能已經完 二#，’、：能會造成危險(因這類使用者之手部靈活度往 1、二、使件他們無法因應外界的情況及時做出適當的反 二力2為了讓這類使用者能持續保有控制電動輪椅之 業界開發出各種替代的電動輪椅控制方案，如藉由 眼球移，方式或語音辨識方式等來控制電動輪椅之移動。 妒驴!"疋’目刖藉由語音辨識方式控制的電動輪椅，由於 = 的限制’往往僅能辨識出某些特定的音頻訊 波&成使用者需經過特殊訓練程序，卩 生對應於某-輪椅控制指令的音頻訊號，如此 出❹者所欲傳達的輪椅控制指令，== 而吕不僅相當麻煩，且非常不合理。 搖桿=單業界需要-種可讓使用者無需將其手部放置於 產生1無需經過特相練程序，即可藉由其所 之聲帶震動模式控制電動輪椅之移動的電動輪椅。 【發明内容】 本發明之主要目的係在楛供_ 5|之雷勤. ，、種八有一耷帶震動控制 制：動輪椅，俾能讓使用者無需將其手部放置於搖桿控 之移動。 卑贡晨動杈式控制電動輪椅 本發明之另一目的係在提供一種且 器之電動輪椅，俾能讓使用者無需 ：：控制 可藉由其所產生彳辣一練程序，便 厅產生之^展動杈式控制電動輪椅 201121530 為達成上述目的，本發明之具有一聲帶震動控制器之 電動輪椅’係藉由辨識一使用者所產生之聲帶震動模式的 方式而被控制，包括：一輪椅模組，包含一座椅單元及複 數個，月。早兀，一動力模组，係與至少一此等輪胎單元連 接並提供此電動輪椅移動所需之動力；一搖桿控制模組， 係與此動力模組電性連接以控制此電動輪椅之移動·一聲 =動控制：’係包含一聲帶震動模式輸入單元、一記憶 = 多變數分析單元以及一系統控制單元，此聲帶 單元係接收此使用者所產生之聲帶震動模 則儲? 一聲帶震動模式辨識程式及複數 浐椅控制卜、且母一此等語音模型係分別對應於- ==以及一電源模組，係分別與此動力模組及 此聲帶震動控制器電性連接。並 多變數分析單元传分別旬^帶震動控制器之 元電二動模式輸入單元及此記 析單元及70則分別與此多變數分 析：兀及此搖桿控制模組電性連接，以 =輪::制指令並將此輪椅控制指令轉換為： 搖桿控制模組，以控制此電動輪==*至此 一單，—此=:指:多= 接式’從此聲帶震動模式輸入單摘 複數個磬帶Ϊ #|取出此聲帶震動模式所且有的 執行此聲帶*動二 依據此專聲帶震動模式特徵建立一待辨識語 201121530 音模型’·以及將此待辨識語音模型與此等語音模型互相比 對，以辨識出此等語音模型中與此待辨識語音模型符合之 語音模型並輸出對應於此符合之語音模型的輪椅控制指 令。 因此，由於本發明之具有一聲帶震動控制器之電動輪 椅具有-可辨識出使用者所產生之聲帶震動模式所對應之 輪椅控制指令，且可將此輪椅控制指令轉換為一輪椅控制 _ 冑號並搖桿控制模組的聲帶震動控制器，所以本發明之具 有一聲帶震動控制器之電動輪椅可讓使用者無需將其手部 放置於搖桿控制單元’便可藉由其所產生之聲帶震動模式 控制電動輪椅之移動。況且，由於本發明之具有一聲帶震 動，制器之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分 析單7G係執行-系列步驟以從使用者所產生的聲帶震動模 式中，建立一對應於某一輪椅控制指令的語音模型，所以 使用者無需經過特殊訓練程序（如學習如何發出對應於某 —輪椅控制指令之特定聲帶震動模式），即可藉由使用者所 產^之聲帶震動模式主動訓練本發明之具有一聲帶震動控 制益之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單 2，使得本發明之具有一聲帶震動控制器之電動輪椅之聲 ▼震動控制器所具有的多變數分析單元可在往後的輪 作=辨識出使用者所產生之聲帶震動模式所對應的輪椅控 制拓令，進而控制本發明之電動輪椅的移動。 【實施方式】 201121530 * ·請參閱圖2及圖3,其令圖2係本發明—實施例之具有一 聲π震動控制益之電動輪椅的示意圖，圖3則為本發明一實 施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪椅的模組示意圖。 ^圖2及圖3所示’本發明—實施例之具有一聲帶震動控制 盗之電動輪椅係包括：一輪椅模組21、一動力模組Μ、一 搖才干控制模組23、一聲帶震動控制器24以及一電源模組 2一5。其中，輪椅模組21包含_座椅單元2ιι及複數個輪胎單 兀212、213,動力模組22則與至少—輪胎單元212連接，以 提供本發明—實施例之電動輪椅移動所需之動力。此外， 搖桿控制模組23係與動力模組22電性連接，以控制本發明 一實施例之電動輪椅之移動。 * ,另方面則述之聲帶震動控制器24包含一聲帶震動 模式輸入單元241、- 5己憶體單元242、-多變數分析單元 2—43以及-系統控制單元244。其中，聲帶震動模式輸入單 疋241係接收具有一聲帶震動控制器之電動輪椅之使用者 所產生的聲帶震動模式，記憶體單元242則儲存一聲帶震動 模式辨識程式（圖中未示）及複數個語音模型（圖中未示）於 其中，且每一此等語音模型係分別對應於一輪椅控制指令 (圖中未示）。除此之外，多變數分析單元243係分別與聲^ 震動模式輸入單元241及記憶體單元242電性連接，且多變 數分析單元243依序執行一系列步驟，以辨識出使用者所產 生的聲帶震動模式所對應的輪椅控制指令並輸出此輪椅控 制指令。 ，二 201121530
此外，本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電 動輪椅之系統控制單元244係分別與多變數分析單元如及 搖桿控制模組23電性連接，以從多變數分析單元如接收此 輪椅控制指令並將此輪椅控制指令轉換為一輪椅控制訊號 (圖中未示）’再將此輪椅控制訊號輸出至搖桿控制模組23, 讀制本發明-實施例之電動輪椅之移動。最後，本發明 -實施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪椅之電源模紐 2J係分別與動力模組22及聲帶震動控制器24電性連接以 提供各模組運作時所需之電源。 隹枣貫施例中 别刀棋組U係包含兩個分別連接至兩 位於後方之輪胎單元212的電動馬達（圖中未示），搖桿控制 杈組23則包含-搖桿控制單元231，以供使用者之手部握 持。此外’使用者亦可藉由搖桿控制單元如以「手動 的方式輸入輪椅控制訊號。而當本發明一實施例之二 ，帶震動控制器之電動輪椅運作時，搖桿控制模組η接收 來自多變數分析單元243所輸出的輪㈣制《，再分別控 制動力模組22之電動馬達，以藉由控制電動馬達之運_ :的方式’控制輪胎單元212的轉動方向及轉動速度進而 達到控制本發明-實施例之電動輪椅之移動的目的。 此外，在本實施例中，«震動模式輸入單元241係一 固定於使用者之喉頸部的喉震式麥 243則包含一中麥虚理彳變數分析單元 t ^ )及相關的隨機存取記㈣ 早MRAM)’以執行辨識出使用者所產生的 所對應的輪椅控制指令並輸出此輪椅控制指令所需進= 201121530 運算程序。最後，在本實施例中，電源模組25係為一鉛蓄 電池組。 圆4係本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電 動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元用於辨 識使用者所產生之聲帶震動模式並輸出對應之輪椅控制指 令之程序的流程示意圖，此程序係包含下列步驟： 步驟A :藉由執行一辨識前處理程序的方式，從聲帶 震動模式輸入單元241所接收之聲帶震動模式中，擷取出此 聲帶震動模式所具有的複數個聲帶震動模式特徵； 步驟B.藉由執行此聲帶震動模式辨識程式的方式，依 據此等聲帶震動模式特徵建立一待辨識語音模型；以及 步驟C :將此待辨識語音模型與此等語音模型互相比 對，以辨識出此等語音模型中與此待辨識語音模型符合之 語音模型並輸出對應於此符合之語音模型的輪椅控制指 至於本發明一實施例之具有一冑帶震動控制器之電動
輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元於步驟A 中所執行#辨識前處理程序」及於步驟B中所執行的「聲 帶震動模式辨識程式」，則將分別配合圖5及圖6詳細啟述 於下： 如圖5所示’本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器 之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有❹變數分析單元於 步驟A中所執行的「辨識前處理程序」係包含下列步驟： 201121530 步驟A1 :將此聲帶震動模式所具有的類比訊號轉換為 對應之數位訊號； 步驟A2 :將此數位訊號切割為複數個音框（frame); 步驟A3 :對各音框内之數位訊號依序進行預強調處理 (pre-emphasis)及漢明窗處理（Harnming Window); 步驟A4 :從進行過預強調處理與漢明窗處理之數位訊 號中，得出一線性預估模型所具有的複數個線性預估係數 (liner prediction coefficient);以及 步驟A5 :針對此等線性預估係數進行倒頻譜處理 (cepstmm)及轉移倒頻譜處理（delta cepstrum)。 其中，當本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之 電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元執行 完前述之步驟A後，其所擷取出之複數個聲帶震動模式特徵 即為步驟A5之針對此等線性預估係數進行倒頻譜處理 (cepstmm)及轉移倒頻譜處理（deUa cepstrum)所分別得出的 「倒頻譜」與「轉移倒頻譜」。 此外，由於前述步驟八丨之「類比數位轉換」、步驟A2 之「音框」'步驟A3之「預強調處理」與「漢明窗處理」、 步驟A4之線性預估模型所具有的複數個「線性預估係數」 以及步驟A5之「倒頻譜處理」與「轉移倒頻譜處理」均為 語音識別領域中已經被廣泛使用之名詞或訊號處理程序， 在此便不再詳細敘述它們所代表的意義或它們所包含的詳 細步驟。 201121530 之電::Γ之口 Γ月一實施例之具有-聲帶震動控制器 步驟β中執行聲m制11所具有的多變數分析單元於 序係包含下列^ ___式而建立語音模型之程 錾器γγβι ••讀取對應於一聲帶震動模式所具有的複數個 聲帶震動模式特徵； π』吸数個 規化^:將這些聲帶震動模式特徵分別輸人「部分正 規化最小平方法」（PRLS)中：以及 果m:依據「部分正規化最小平方法」運算出的結 果，建立-對應於此聲帶震動模式的語音模型。 化是ΓΓ主意的^在步驟B2中’除了前述之「部分正規 1法」㉝算法，本發明一實施例之具有一聲帶震 =制器之電動輪椅的多變數分析單元所執行之聲帶震動 模式辨識程式亦可包含其他類型的演算法，如最小平方法 (LS)、主向量分析法（pCA)、部分最小平方法㈣）、正交 /最J平方法（OLS)、半控基底函數（RBF)或逆傳式網路 (咖）等，以演算出對應於前述之聲帶震動模式的語音模 型。 此外儲存於本發明—實施例之具有_聲帶震動控制 器之電動輪椅之記憶體單元242中的語音模型的數目係為4 個’且這4個語音模型係分別對應於_「輪椅前進控制指 令」、-「輪椅後退控制指令」、一「輪椅左彎控制指令」 及-「輪椅右弯控制指令」。另一方面，這些語音模型係 本發明—實施狀具有m動控之電動輪椅之聲 201121530
帶震動控制器所具有的多變數分析單元分別執行一語音模 型訓練程序的方式而被建立Q 而在本實施例中，此語音模型訓練程序係於使用者每 次欲=用本發明一實施例之具有—聲帶震動控制器之電動 輪椅前被執行。也就是說，當使用者欲藉由本發明一實施 例之電動輪椅移動前，便需執行一次此語音模型訓練程 序且等到對應於各輪椅控制指令的語音模型均成功建立 之後，才能開始控制本發明一實_之電動輪椅之移動。 但需注意的是，此語音模型訓練程序亦可經過預先設定， 而僅於具有一聲帶震動控制器之電動輪椅被使用達一特定 週期後（如被使用H)小時後）或被使用達—特定次數後（如被 使用10次後）才被執行，以「更新」儲存於本發明—實施例 之具有-聲帶震動控制器之電動輪椅之記憶體中對應於各 種輪椅控制指令的各語音模型。 如圖7所示，本發明—實施例之具有—聲帶震動控制器 之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元之 用於建立語音模型之語音模型訓練程序係包含下列步驟： 步驟Di :從此使用者所產生之對應於一輪椅控制指令 的-第-聲帶震動模式中，操取出此第一聲帶震動模式所 具有的複數個第一聲帶震動模式特徵，再藉由執行此聲帶 震動模式賴程式时式，㈣此等第―聲帶震動模 徵建立-第-待確定語音模型’其中此第一待確定語音模 型包含一特徵值平均數與一特徵值變異數； 201121530 乂驟D2 .從此使用者對一 -第二聲帶軸式中,梅取二==生的 動模式辨識程式：:Γ=特徵’再藉由執行此聲帶震 建立一第二待確定扭1模第二聲帶震動模式特徵 τ雒疋·a模型並依據此 更新此特徵值平均數與此特徵值變異數；以及曰拉型 -第:塾德3赞從此使用者對應於同一輪椅控制指令產生的 右：：聲帶震動模式中’掏取出此第三聲帶震動模式所具 動模式辨識再藉由執行此聲帶震 二，式’依據此等第三聲帶震動模式特徵 第二料定語音模型並依據此第三待確定語音模型 再-人更新此特徵值平均數與此特徵值變異數。 ，、中’若依據此第三待確定語音模型更職之此特徵 值平均數與此㈣值變異數純於先前㈣㈣二待確定 語音模型所更新之此特徵值平均數與此特徵值變異數而 言，係分別收斂至-特徵值平均數的收敛值與一特徵值變 異數的收斂值，則對應於此輪椅控制指令的語音模型便依 據此特徵值平均數的收敛值與此特徵值變異數的收敛值而 被建立。 但是，若依據此第三待確定語音模型更新後之此特徵 值平均數與此特徵值變異數相較於先前依據此第二待確定 語音模型更新此特徵值平均數與此特徵值變異數而言並 未分別收斂至一特徵值平均數的收斂值與一特徵值變異數 的收斂值時（即特徵值平均數與特徵值變異數仍持續發散 201121530 時）’本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪椅 之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元便發出一警告 訊號，以提醒使用者對應於此輪椅控制指令的語音模型無 法被建立。 另方面，在本實施例中，第一待確定語音模型、第 二待確定語音模型、第三待確定語音模型以及對應於此輪
椅控制^々的5吾音模型均應用隱藏式馬可夫模型（Hmm)之 演算法而被建立。 至於在圖4之步驟C中’本發明一實施例之具有一聲帶 震動控制器之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數 分析單搞執行之識別出與待測語音模型符合之語音模型 並輸出對應於此符合之語音模型的輪椅控制指令之程序， 則如圖8所示並包含下列步驟： 自前-步驟所建立之待辨識語音模型中，棟取出其所 的待辨識特徵值平均數與一待辨識特徵值變異數； 夺此待辨識特徵值平均數與此待辨識特徵值變異數， ㈣一預先確定之分類法則及儲存於記憶體中之各語音模 :::別具有的特徵值平均數與特徵值變異數將此待辨 S °。曰模型分類至某—語音模型所屬之類別；以及 令。依據分類的結果，輸出—對應於此類別的輪椅控制指 對庳：二則述之各語音模型係分屬-獨立類別，且分別 別：序：二if指令。此外’分類法則係為語音模型識 厅月匕應用到之任何類型的演算法。 201121530 品主思的疋，為了保護本發明一實施例之具有一聲帶 震動控制器之電動輪椅之使用者的安全，若本發明一實施 例之具有一聲帶震動控制器之電動輪椅之聲帶震動控制器 所八有的少瓷數分析單元243無法從前面4個語音模型中辨 識出符合「待辨識言吾音模型」之語音模型0夺，多變數分析 單兀243便輸出一 r輪椅停止控制指令」1系統控制單元 244 "以彳τ止本發明一實施例之電動輪椅之移動。也就是 說，當使用者產生一聲帶震動模式（如尖叫聲），而依據此聲
帶震動模式所建立出之「待韻語音模型」無法被多變數 分析早凡243辨識出來時，本發明一實施例之電動輪椅便會 自動地停止移動。 知上所述，由於本發明之具有一聲帶震動控制器之渾 =輪椅具有-可辨識出使用者所產生之聲帶震動模式所剩 1 之輪椅㈣指令’且可將此輪椅控制指令轉換為-輪梢 控制:號並搖桿控制模組的聲帶震動控制器，所以本發明 手邛放置動控制益之電動輪椅可讓使用者無需將其
:==控制單元，便可藉由其所產生之聲帶震動 之移動。況且，由於本發明之具有-聲 f震動控制器之電動鯰捭+談俄> 數m… 帶震動控制器所具有的多變 動：式中疋：订一系列步驟以從使用者所產生的聲帶震 所i —制、於某―輪椅控制指令的語音模型， 所以使用者益需缚過牲址 於某一輪馳制指令之特如學f如何發出對應 者所帶震動模式），即可藉由使用 之耳可震動模式主動訓練本發明之具有一聲帶震 16 201121530 動控制is之電動輪椅之聲帶震動控制器所具有的多變數八 析早π，使得本發明之具有_聲帶震動控制器之電動輪二 之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元可在往後= 椅操作㈣識出使用者所產生之聲帶震動模式所對應的^ 椅控制指令，進而控制本發明之電動輪椅的移動。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發 主張之權利範圍自應以巾料職圍所料準， 於上述實施例❶ 【圖式簡單說明】 圖1係習知之電動輪椅的示意圖。 圖2係本發明-實施例之具有—聲帶震動控制器之電動輪 椅的不意圖。 圖3係本發明-實施例之具有—聲帶震動控制器之電動輪 椅的模組示意圖。 圖4係本發明-實施例之具有—聲帶震動控制器之電動輪 椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元用於辨識使 用者所產生之聲听震動模式並輸出對應之輪椅控制指令之 程序的流程示意圖。 圖5係本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪 椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元所執行之辨 識前處理裎序的流程示意圖。 201121530 圆6係本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電 椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元之執— 震動模式辨識程式而建立語音㈣之程序的流程示意圖y 圖7係本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪 椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單元之用於建: 語音模型之語音模型訓練程序的流程示意圖。 、立 圖8係本發明一實施例之具有一聲帶震動控制器之電動輪 椅之聲帶震動控制器所具有的多變數分析單it之識別出與 待測語音模型符合之語音模型並輸出對應於此符合之語音 模型的輪椅控制指令之程序的流程示意圖。 【主要元件符號說明】 11、21輪椅模组 13、23搖桿控制模組 24聲帶震動控制器 131、231搖桿控制單元 242記憶體單元 244系統控制單元 12、22動力模組 14、2 5電源模組 111 ' 211座椅單元 241聲帶震動模式輸入單元 243多變數分析單元 112、113、212、213 輪胎單元