TW201542187A - 非察覺式之身體活動感測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種非察覺式之身體活動感測裝置，包括一絕緣彈性體及一感測主體，該絕緣彈性體上縫設有至少一導電織材，並形成至少一相對於該導電織材的一凹陷區域，其中該導電織材的一外露部分係位於該凹陷區域內，該感測主體與該絕緣彈性體相接，該感測主體具有一導電基材及一位於該導電基材上的緩衝襯墊，其中該緩衝襯墊具有複數個通孔，用以在該絕緣彈性體受到外力作用時，使該導電織材的外露部分突伸出該凹陷區域，並通過其抵接該導電基材。

Description

非察覺式之身體活動感測裝置

本發明係關於一種感測身體活動(action)的技術，尤指一種用於感測並判斷使用者之身體活動資訊的非察覺式之身體活動感測裝置。

隨著高齡人口的快速成長，高齡者照護儼然成為當今刻不容緩的重要議題，以台灣為例，由於受到少子化的影響，台灣高齡者目前正面臨照護資源變遷和照顧人力嚴重短缺等問題。基於此，各式醫療照護服務的需求將不斷增加，居家環境下的身體活動監測技術亦隨之發展，以便醫療照護服務的提供者(如醫院、養護機構等)能更即時且更全面地掌握高齡者的身體活動狀況，例如呼吸、身體重心位置及姿態等訊號，並主動地為高齡者提供其所需之照護服務。

就居家環境下的身體活動監測技術而言，以非侵入式與非約束性的方式在床上感測身體活動的裝置已被廣泛研究與應用，其中又以力感測為最常見的技術。舉例來說，一種習知力感測裝置可透過將荷重元設置於床腳上以量測床上之高齡者的身體活動程度；或者，另一種習知的力感測裝置可透過將壓力感測器設置於床墊內以監測高齡者的呼吸、身體活動及姿態等訊號，其中力感測器還可以與其他感測器(如溫度感測器)配合使用以進一步觀 察高齡者的身體重心位置並評估其覺醒程度。然而，這類型的感測裝置需由大量的感測器所組成，故需花費較高的成本，且由於該些感測器的佈排位置有一定的限制，故便利性亦將受影響。

除前述之身體活動監測之力感測裝置外，習知身體活動監測技術還包括靜電荷感應床(Static Charge Sensitive Bed，SCSB)及氣壓感測墊。大體上而言，所述靜電荷感應床由兩片平行設置的金屬片與一木質夾層所構成，且可透過量測電容變化量來判斷受測者的身體活動狀況。另外，氣壓感測墊主要係放置於受測者臥/離床之活動處，且可透過量測壓力變化量來判斷受測者的身體活動狀況。然而，這類型的感測裝置因其材質與構造而容易對受測者的日常生活造成妨害。

近年來，光纖和導電織材等材料技術也開始應用於臥床身體活動的監測上。舉例來說，一種習知應用光纖技術之感測裝置主要係將三條光纖佈置於受測表面上，並透過量測該些光纖於受壓時的壓力變化來反映出受測者的身體活動狀況。另外，一種習知應用導電織材技術之三明治夾層式感測裝置主要係將導電織材與軟質基材作結合，並於使用時佈置於床面上，藉此監測受測者的身體姿態、呼吸、心跳等身體活動訊號。然而，光纖及導電織材之結構設計過於複雜，以致於過度耗費製造成本。

本發明人有感於習知感測裝置實在有其改良之必要性，遂以其多年從事相關領域的設計及製造經驗，積極地研究如何在成本考量下製作出兼具高便利性、高使用舒適度及高靈敏度的感測裝置，終於在各方條件的審慎考量下開發出本發明。

有鑒於習知感測裝置存在之缺失，本發明之其一目的在於提供一種非察覺式之身體活動感測裝置，其利用軟質導電基材配合網狀之緩衝襯墊作為感測主體，在對訊號的偵測上具有極佳的準 確度與靈敏度。

本發明之另一目的在於，透過在特殊結構之絕緣彈性體上縫紉導電織材的設計，可避免在無壓力負載狀態下產生錯誤的接觸信號。

為達上述目的，本發明採用以下技術方案：一種非察覺式活動感測裝置，包括一絕緣彈性體及一感測主體，該絕緣彈性體上縫設有至少一導電織材，並形成至少一相對於該導電織材的一凹陷區域，其中該導電織材的一外露部分係位於該凹陷區域內，該感測主體與該絕緣彈性體相接，該感測主體具有一導電基材及一位於該導電基材上的緩衝襯墊，其中該緩衝襯墊具有複數個通孔，用以在該絕緣彈性體受到外力作用時，使該導電織材的外露部分突伸出該凹陷區域，並通過其抵接該導電基材。

本發明另採用以下技術方案：一種非察覺式之身體活動感測裝置，包括一絕緣彈性體及一導電基材，該絕緣彈性體，其上縫設有至少一導電織材，並形成至少一相對於該導電織材的一凹陷區域，其中該導電織材的一外露部分係位於該凹陷區域內，該導電基材與該絕緣彈性體相接，其中該絕緣彈性體可透過外力作用使該導電織材的外露部分突伸出該凹陷區域，並抵接該導電基材。

綜上所述，本發明之非察覺式之身體活動感測裝置可實際應用於臨床活動之感測，並透過柔軟且富彈性的整體結構設計配合感測主體之特殊設計再加上導電織材的使用，當進行監測時，可透過使用者擠壓感測裝置之不同位置而改變各別導電織材的導通狀況，以準確且靈敏地感測使用者的身體活動狀況。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1‧‧‧身體活動感測裝置

10‧‧‧絕緣彈性體

11‧‧‧導電織材

111‧‧‧外露部分

12‧‧‧凹陷區域

13‧‧‧泡棉基材

14‧‧‧針織布

20‧‧‧感測主體

21‧‧‧導電基材

22‧‧‧緩衝襯墊

221、221a、221b、221c‧‧‧通孔

30‧‧‧導電彈性體

B‧‧‧床墊

S1‧‧‧第一感測區域

S2‧‧‧第二感測區域

S3‧‧‧第三感測區域

圖1A為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之一實施態樣之立體分解示意圖。

圖1B為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之另一實施態樣之立體分解示意圖。

圖1C為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之又一實施態樣之立體分解示意圖。

圖2為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之非使用狀態示意圖。

圖3為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之使用狀態示意圖。

圖4為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之斷路狀態之電路示意圖。

圖5為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之通路狀態之電路示意圖。

圖6A為應用本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之床墊之一實施態樣之示意圖。

圖6B為應用本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之床墊之另一實施態樣之示意圖。

圖7為本發明之緩衝襯墊之示意圖。

本發明所揭示之內容涉及一種新穎的身體活動感測裝置，其整體結構係由柔軟且富彈性的材質製成，配合感測主體之特殊設計再加上導電織材的使用，當進行監測時，可透過使用者擠壓感測裝置之不同位置而改變各別導電織材的導通狀況，以準確且靈敏地感測使用者的身體活動狀況。原則上，本發明可應用於居家環境中常見的各種產品，且不需要輔以積極、侵入性來監測使用者的身體活動狀況，因此不會對使用者的日常生活造成妨害，更 重要的是，能有效降低使用者的心理壓力。

以下將透過特定具體實施例並配合所附圖式說明本發明的結構特徵及組裝方式，本領域的技術人員可經由本發明的揭露內容輕易暸解本發明的特點及功效，並在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更，以基於不同的觀點施行或應用本發明。

請參考圖1A，為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之立體分解示意圖。如圖所示，身體活動感測裝置1主要包括一絕緣彈性體10及一與絕緣彈性體10相接的感測主體20。但是，在一較佳的實施例中，身體活動感測裝置1可進一步包括一導電彈性體30，其設置於絕緣彈性體10與感測主體20之間，藉此在歐姆接觸之電性表現上有很大的幫助，進而可提升接觸品質的解析度；須說明的是，解析度越大則感測範圍越大。

請配合參考圖2，為本發明之非察覺式之身體活動感測裝置之使用狀態示意圖。具體而言，絕緣彈性體10上縫設有複數條呈間隔排列的導電織材11，其可為金屬纖維、奈米碳管纖維、碳纖維或由前述之材料所組成的導電纖維，且導電織材11在實際製作上可利用縫紉機進行編織，但本發明並不限制於此。在本實施例中，導電織材11係選用北京金富邦纖維科技有限公司所生產的導電纖維，規格：12μm,275F×2、斷裂強力75cN、重量0.540g/m、平均電阻值14Ω/m、延伸率1.10%。。值得注意的是，當該些導電織材11被縫合至絕緣彈性體10上時，會使得絕緣彈性體10之局部被束緊，從而形成相對於導電織材11之凹陷區域12，且絕緣彈性體10在無壓力負載狀況下(未受到外力擠壓)，導電織材11之外露部分111係容置於凹陷區域12內，藉此可減少誤判偵測發生。

更詳細地說，絕緣彈性體10之主體結構可選用泡棉基材13，原因在於其具有足夠的支撐性、高回彈性及耐用性等優異特性，且無論軸向或四面伸縮性均相當良好。進一步地，為實現導電織材11和絕緣彈性體10的良好結合，泡棉基材13之頂面及底面均 結合有針織布14，在實際製作上，針織布14可利用縫合、黏著或其他合適的定位方式與泡棉基材13作結合，本發明並不對此加以限制。

請復參考圖1A，並請配合參考圖1B及1C，感測主體20包括一導電基材21及一位於導電基材21上的緩衝襯墊22，於實際實施時，導電基材21及緩衝襯墊22各可為導電材質布料、氣墊或其他合適的彈性材料，其材質及厚度並不受限。在本實施例中，導電基材21係選用一導電布，而緩衝襯墊22係選用一泡棉襯墊。進一步言之，導電基材21具有等電位的特性，此特性可減少不同位置的感測誤差，緩衝襯墊22具有一特定厚度，較佳係介於1公分至4公分之間，可提供一暫時的效果以防止在無壓力負載狀態下產生錯誤的接觸信號。再者，緩衝襯墊22具有複數個規則排列之通孔221，其形狀可為但不限於圓形或矩形。請參考圖1C，在一變化實施例中，感測主體20也可以不包括緩衝襯墊22，只是在與導電織材11接觸之電性表現上略為犧牲。

請復參考圖2，並請配合參考圖4，導電彈性體30可選用一導電泡棉或係一由彈性體導電複合材料所形成者，其電阻值可大於導電織材11之電阻值，藉此產生訊號放大的效果。在正常情況下，導電織材11、導電彈性體30與導電基材21之間並未產生電性連結，(即斷路狀態，如圖2所示)，此時量測導電織材11、導電彈性體30與導電基材21的總感測電阻值應趨近於無限大。

請參考圖3，並請配合參考圖5，當絕緣彈性體10在壓力負載狀況下(受到外力擠壓)而產生形變時，導電織材11外露部分111可突伸出凹陷區域12並抵接導電彈性體30，進而連導電彈性體30一同通過緩衝襯墊22之通孔221與導電基材21相接觸(即閉路狀態，如圖3所示)。據此，絕緣彈性體10上之導電織材11形成的感測電阻R₁及導電彈性體30形成的感測電阻R₂即與導電基材21串聯/並聯以形成一總感測電阻值。

附帶一提，身體活動感測裝置1之整體電阻值受各接點與絕緣彈性體10接觸的緊密程度與產生接觸之接點個數影響，也就是說，身體活動感測裝置1之總感測電阻值將隨著所受到之壓力負載及負載面積大小而改變，從而能夠監測使用者的身體活動狀況。進一步值得注意的是，本發明因著絕緣彈性體10之特殊設計，除可大幅減少導電織材11的用料外，還可有效減少導電織材11的縫紉時間及整體結構的貼黏組裝時間。並且，本發明因著緩衝襯墊22及其通孔221之設計，可確實提升身體活動訊號的偵測準確度及靈敏度。

請參考圖6A及6B，本發明的結構特徵以詳細說明如上，接下來將以結合床墊為例進一步說明本發明之施行或應用方式，但本領域的技術人員可以在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更，以基於不同的觀點施行或應用於居家環境中常見的各種產品上。

本發明之身體活動感測裝置1(感測單元)於使用時，可先設置於一軟質墊體上，之後再連軟質墊體一同利用如棉線縫製固定的方式與床墊B作結合。進一步地，根據使用者的個別生理狀況，可選擇將多個感測單元以組合、延伸的方式佈排於床墊B之內部(如圖6A所示)，或是將單個感測單元幾乎全面性地配置於床墊B之內部(如圖6B所示)。據此，當使用者坐或躺於床墊B上時，身體活動感測裝置1即可藉由量測總感測電阻值的變化來判斷使用者處於坐下、平躺、側躺或離開於床墊B的狀態。

請配合參考圖7，為方便分析及處理訊號，感測主體20中之緩衝襯墊22可設計有多個感測區域(sensing area)，例如第一感測區域S1、第二感測區域S2及第三感測區域S3，且第一、第二及第三感測區域S1、S2、S3在對訊號的感測上分別具有不同的靈敏度。

為達成上述之測試效果，第一感測區域S1內設有複數個規則 排列且具有最大孔徑的通孔221a，而第二感測區域S2內設有複數個規則排列且具有次大孔徑的通孔221b，且第三感測區域S3內設有複數個規則排列且具有最小孔徑的通孔221c。也就是說，透過緩衝襯墊22之孔徑大小變化，第一感測區域S1在對訊號的感測上具有最大的靈敏度，第二感測區域S2在對訊號的感測上具有適中的靈敏度，第三感測區域S3在對訊號的感測上具有最小的靈敏度。須說明的是，通孔221a、221b及221c的孔徑、數量及佈排方式可根據使用者所需的醫療照護服務需求而有所調整，本發明並不對此多加限制。

綜上所述，相較於傳統用於感測身體活動的裝置，本發明之非察覺式之身體活動感測裝置至少具有下列優點：

1.本發明之非察覺式之身體活動感測裝置利用柔軟且富彈性的整體結構設計，並配合特殊構造之感測主體及導電織材的使用，當進行監測時，可透過使用者擠壓感測裝置之不同位置而改變各別導電織材的導通狀況，以準確且靈敏地感測使用者的身體活動狀況。

2.承上，所述非察覺式之身體活動感測裝置可應用於居家環境中常見的各種產品，且不需要輔以積極、侵入性來監測使用者的身體活動狀況，因此不會對使用者的日常生活造成妨害，更重要的是，能有效降低使用者的心理壓力。

3.再者，本發明因著絕緣彈性體之特殊設計，除可大幅減少導電織材的用料外，還可有效減少導電織材的縫紉時間及整體結構的貼黏組裝時間。進一步地，本發明因著緩衝襯墊及其通孔之設計，可確實提升身體活動訊號的偵測準確度及靈敏度。

以上所述僅為本發明的實施例，其並非用以限定本發明的專利保護範圍。任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神與範圍內，所作的更動及潤飾的等效替換，仍落入本發明的專利保護範圍內。

1‧‧‧身體活動感測裝置

10‧‧‧絕緣彈性體

11‧‧‧導電織材

20‧‧‧感測主體

21‧‧‧導電基材

22‧‧‧緩衝襯墊

221‧‧‧通孔

30‧‧‧導電彈性體

Claims (10)

1. 一種非察覺式之身體活動感測裝置，包括：一絕緣彈性體，其上縫設有至少一導電織材，並形成至少一相對於該導電織材的一凹陷區域，其中該導電織材的一外露部分係位於該凹陷區域內；以及一感測主體，與該絕緣彈性體相接，該感測主體具有一導電基材及一位於該導電基材上的緩衝襯墊，其中該緩衝襯墊具有複數個通孔，用以在該絕緣彈性體受到外力作用時，使該導電織材的外露部分突伸出該凹陷區域，並通過其抵接該導電基材。
2. 如請求項1所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該絕緣彈性體包括一泡棉基材及兩針織布，該泡棉基材具有相對的一頂面及一底面，該兩針織布分別設置於該泡棉基材之該頂面及該底面上。
3. 如請求項1所述的非察覺式之身體活動感測裝置，更包括一導電彈性體，該導電彈性體設置於該絕緣彈性體與該感測主體之間。
4. 如請求項3所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該導電織材形成有一第一感測電阻，該導電彈性體形成有一第二感測電阻，該第二感測電阻之阻值大於該第一感測電阻之阻值。
5. 如請求項3所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該導電彈性體與該緩衝襯墊相接。
6. 如請求項5所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該導電彈性體為一導電泡棉。
7. 如請求項1所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該緩衝襯墊之該些通孔為圓形或矩形。
8. 如請求項1所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該導電基材為一導電布。
9. 如請求項1所述的非察覺式之身體活動感測裝置，其中該緩衝 襯墊為一網狀泡棉。
10. 一種非察覺式之身體活動感測裝置，包括：一絕緣彈性體，其上縫設有至少一導電織材，並形成至少一相對於該導電織材的一凹陷區域，其中該導電織材的一外露部分係位於該凹陷區域內；以及一導電基材，與該絕緣彈性體相接，其中該絕緣彈性體可透過外力作用使該導電織材的外露部分突伸出該凹陷區域，並抵接該導電基材。