TW201706577A - 特指用於人之負載重量分佈偵測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其包含一實質面向上方之凸起乘坐面；至少三相互間隔之腿部，以於一表面上支撐該乘坐面；其中各腿部係具有一第一感應器，以偵測施於該腿部上之一力量；以及一控制單元，其可連接於該等感應器，以根據該等感應器所測得之力量測定該等腿部上一人員之重量分佈。本發明亦關於一種負載重量分佈偵測方法，特指利用本發明任一請求項所述之裝置，其包含下列步驟：偵測該座椅上一負載於該座椅腿部之重量分佈，該負載特指一人員；以及將測得之重量分佈轉換為一訊號。

Description

特指用於人之負載重量分佈偵測裝置

本發明係關於一種負載重量分佈之偵測裝置，特指用於人者，亦關於一種負載重量分佈之偵測方法，特指一人員及一座椅，該座椅係用於該裝置或方法之中。

理想的張拉整體（tensegrity）結構係為難以達成，原因在於日漸增加的久坐生活型態，以及普遍缺乏能夠延展脊椎與拉伸背肌並進一步拉伸肌腱與神經的補償運動。在完全健康的身體中，正常的筆直站立或筆挺坐姿僅利用最少量的肌肉運動，因此僅會消耗最低的能量。

背部問題，例如疼痛、變形、椎間盤突出、脊柱後凸（kyphosis）與脊柱側凸（scoliosis），通常係為久站姿勢與肌肉失衡造成的結果，其主要開始於生長期。現今許多人的工作，都需要在辦公桌與電腦前坐著長達一整天之中大部分的時間，在書桌前座椅上不正常的坐姿可能造成背部問題以及背部整體彈性降低。正確的坐姿，應該包含挺直的背部、頸部與頭部姿勢。

如CN201452303所示，係敘述一種提供辦公室員工之座椅，其具有一測量電路設置於座椅板底部，以及一感應器透過一訊號線連接於該測量電路，以測定該座椅上一人員之重量。

本發明目的在於偵測一負載之重量分佈。

本發明提供一種偵測一負載重量分佈之裝置，特指用於人者，其包含： 一座椅，其具有實質上朝上凸起之一乘坐面； 至少三相互間隔之腿部，以於一表面上支撐該乘坐面，該乘坐面係例如一地板，其中各腿部係具有一第一感應器，以偵測施於該腿部上之一力量；以及 一控制單元，其可連接於該等感應器，以根據該等感應器所測得之力量測定該等腿部上一人員之重量分佈。所施以之力量一般係為一壓力或向下力。本發明之座椅係可為一椅子或凳子或任何由腿部所支撐之乘坐元件。該等腿部之分佈係可為對稱分佈，亦可為非對稱分佈。於一非對稱分佈中，該等腿部分佈之幾何係可經決定以使受測量之力量轉換為一重量分佈。

利用一座椅之優點在於，一人員僅透過坐上座椅即可測定重量分佈，為正確測定一人員之重量分佈，係可忽略支撐該人員體重之該人員腿部的壓力與力量之影響。為此，該座椅具有一凸起之乘坐面，使坐於該面上之該人員係可以其坐骨（tuber ischiadicum ）而平衡地坐於該座椅上，更詳而言之，該人員係實質上坐於該凸起乘坐面之上表面或彎曲上。於傳統座椅上，該乘坐面係為凹狀或平坦狀且大多具有靠墊，供一人員之背部乘靠。而此形狀雖可供背部乘靠並提供人員舒適，但並無法使座椅上之人員形成正確或活躍之坐姿。該座椅與該控制單元間之連結係可以無線連接、有線連接或透過一記憶體或透過一發射單元達成。

該裝置係可於一負載置於該座椅前先行經過校準，於此初期階段中，所有感應器係可經設定使其等指示為無負載。當一負載經置於該座椅上，力如當一人員坐於該座椅上時，該負載係經置於該凸起乘坐面上，並經分佈於該座椅之腿部。各腿部之感應器指示經施於各腿部之力量，且該控制單元根據各腿部中經測量之力量，決定分佈於座椅該等腿部之重量或負載。

當某人以坐骨（tuber ischiadicum ）於座椅上平衡地坐著時，該人員之重量分佈係為該人員坐姿之測量基準。當一人員平衡且正確地坐於座椅中央時，係實質上均等地對該等腿部施加力量，此係由該等感應器所測量。藉由測量此分佈，例如定期以及每秒或每半秒進行測量，可連續性或半連續性對於座椅上該人員之姿勢提供指示。

該凸起乘坐面係可當一人員坐於此表面時，使一般透過坐骨（tuber ischiadicum ）所施加之負載定位於該乘坐面之中央，該凸起彎曲乘坐面之最高點。該表面之此最高點係可藉此作為空間中之數學測定（mathematically determined）點。當一人員挺直並平衡地坐於其坐骨上時，其負載係均衡地施加於該等坐骨上，且該負載係均等分佈於該凸起乘坐面上。

該凸起乘坐面之另一優點在於，乘坐於座椅上之一人員脊椎與大腿間的角度，大於乘坐於一凹狀或平坦狀乘坐面時之腳渡。脊椎與大腿間之角度約為135度時，對於背部造成之負擔係為最小，此係根據Keegan JJ（Alterations of the lumbar curve related to posture and sitting from 1953）之研究結果。使用凸起乘坐面時，脊椎係位於該凸起乘坐面之頂端，相較於非凸起乘坐面而言，係可使角度更大並更趨近於135度。

依照腿部構成之幾何結構，施加於凸起乘坐面之負載係經分散於該等腿部，而位於該等腿部中之感應器係可測量該等負載。根據各腿部之負載以及該等腿部之相對位置，可至少於支撐座椅腿部之面所構成之平面中，測定該負載於乘坐面上之重心或質量中心。當此中心改變時，即指出該負載產生移動或重新分佈。

座椅上該人員或一負載之移動一般係導致該人員坐骨之負載分佈改變，因此導致該凸起乘坐面上之負載分佈改變，進一步使該等腿部上之負載分佈改變，此係可受該等腿部中之感應器所測得。

該裝置亦可用於偵測位於乘坐位置之一人員的姿勢偏移與功能性脊椎移動損傷（functional spinal movement impairment）。姿勢偏差以及功能性脊椎移動損傷於該座椅腿部上之負載分佈係不同於一般負載分佈，因此係可由該等腿部之感應器上的力量加以測得。

該乘坐面係可實質上為長形，使一人員容易乘坐於騎上。該乘坐面係可朝一第一方向呈現凸起，例如寬度方向凸起，並可實質上朝垂直於該地一方向之一第二方向呈現平坦，例如縱向平坦，所形成之鞍馬形狀係有力於活躍乘坐於該座椅上。

乘坐面朝向第一方向之曲度係可不同於乘坐面朝第二方向垂直於第一方向之曲度，至少於該乘坐面之中央點視之係為如此。此行乘一雙凸起形狀，朝兩方向凸起，此一形狀係有利於該乘坐面上正確且活躍之乘坐。依人員之肌肉於此形狀係經驅使以於座椅上保持身體平衡，該人員之軀幹於座椅上係受支撐於接近平衡點之處，而該平衡點一般係為一人員兩接觸點連線之中心。由於此凸起或雙凸起乘坐面結構，坐骨於乘坐面上之平衡係集中於一單一點上，此點係可經用於以數學計算該人員坐於乘坐面上之姿勢。舉例而言，該等第一感應器係可設置於一腿部之底部。

於雙凸起形狀中，第一方向及第二方向之曲度可能有所不同，使第一方向之曲度著重於使該人員之坐骨平衡，而第二方向，例如垂直於第一方向者，係著重於使該人員之脊椎與大腿間具有一適當角度。此兩者區度係有利於達成一人員於座椅上之正確坐姿。

雙凸起形狀可使當一人員坐於此面上時，一般透過坐骨（tuber ischiadicum ）所施加之負載係位於該乘坐面之中央，該凸起彎曲乘作面之最高點上，因此該面之最高點係可作為空間中之數學測定點。當一人員挺直且平衡地坐於其坐骨上時，其負載係均衡地分佈於該等坐骨上，且該負載係均衡地分佈於該雙凸起乘坐面上。施加於此凸起乘坐面之負載並依照該等腿部構成之幾何而經分佈於該等腿部上，該等腿部中之感應器係可測量該等負載。

於本發明較佳實施例中，該裝置係為具有四腿部之坐椅，個腿部分別設置於長形乘坐面之一角落，此係可使力量對稱地分佈於該等腿部，例如當該凸起乘坐面之最高點係位於該四腿部之中央時。

納入雙凸起乘坐面及四腿部特徵時，該裝置係呈現一四腿拱形結構，其中該乘坐面上之力向量係經轉移至最小之可能接觸區域，座椅上一人員之負載所處之區域係近似於一建築拱門之楔形石（keystone），使該負載均等分佈於該拱形或凸起乘坐面上。

該乘坐面之形成，係可指自該乘坐面最高點往一第一方向朝該乘坐面一端延伸之一直線，係與水平面具有介於2至10度間之夾角，特指約3至5度之角度，且/或其中自該乘坐面最高點往一第二方向朝該乘坐面一端延伸之一直線，係與水平面具有30至60度之夾角，特指約40至45度之角度。此特定形狀係有利於該乘坐面上之正確且活躍之乘坐。藉由利用此形狀，一人員之肌肉係經驅使以於座椅上使身體平衡，座椅上該人員之軀幹係經支撐於接近平衡點之處。該第一方向係可指該乘坐面之寬度，而該第二方向係可指該乘坐面之深度。

該水平面係可為一平面，其平行與該座椅面所設置於其上之平面。該乘坐面之特定凸起形狀係可驅使該座椅上之乘坐行為係處於一正確姿勢，以有利於脊椎校正。在凸形表面上平衡地乘坐於坐骨上，係可使脊椎處於具保護作用之S形彎曲。該面進一步有利於活躍坐姿，其中使上半身於該面上保持平衡。為此，背肌係於乘坐過程中保持活躍並受到訓練。當一人員乘坐於該彎曲面上時，平衡位置係為不穩定之平衡，因此促使利用肌肉組織持續進行微調。

該乘坐面係可為對稱，一對稱面係可以不同方式利用，無問該座椅是否經180旋轉皆可使用，使人員利用肌肉組織持續進行微調。

該裝置係可具有一第二感應器，可設置於該人員頭部上，用以測定該第二感應器相對於該座椅一垂直中軸之位置。一人員之頭部位置係為一特徵，可用於測定一人員是否呈現挺直坐姿。當人員之頭部係直立於該人員之坐骨上，則該人員係可能呈現挺直坐姿，人員頭部與坐骨中央點即位於相同垂直中軸上。為測定第二感應器相對於垂直中軸之位置，係可測量相對於該軸之距離。第二感應器係可用於測定一人員頭部相對於該水平面之傾斜度，以確定坐椅上一人員之重量分佈不受該人員頭部偏斜之影響，或以測定頭部偏斜對於該座椅腿部上所分佈重量之影響。

該垂直中軸係可為一垂直軸或一垂直線，其通過該乘坐面之中心，該乘坐面之中心係可由該座椅之重心或由該座椅腿部所構成多邊形之重心所測定。關於第二感應器之測量亦係可相對於垂直中軸進行，故此軸之精確位置相較於相對此中軸之第二位置的移動而言重要性較低。

第二感應器係可由一頭部反射器所構成，以置於顳骨（temporal bone）上或靠近顳骨處，特指其岩狀部（os petrosum ）。為測定自第二感應器至空間中一定點之距離，一第一雷射係設置於該地點距離以發射一第一雷射射線，使其受頭部反射器所反射，並測定第一雷射與頭部反射器間之相互距離，該第一雷射係可為一三角雷射（triangular laser）。

第二感應器係可具有一迴轉儀（gyroscope），以測定一人員頭部相對於水平面之傾斜度。為使第二感應器偏離垂直中軸，一人員係可將整體背部向前移動，或使其頭部傾斜，頭部之傾斜係可用以提供相對於垂直中軸偏移之資訊。

垂直中軸係可搭配該裝置，用以追蹤座椅上一人員之移動，特指利用第二感應器之該人員頭部相對於垂直中軸之移動。一人員平衡坐於其坐骨上時所能相對於垂直中軸移動之範圍，係為人員脊椎靈活度之測量依據。

垂直中軸亦可用於測定依人員是否筆直乘坐，或一人員之脊椎是否異常。當中央垂直軸與第二感應器顯示一人員係處於挺直且正確之坐姿，則分佈於座椅腿部之重量應具有一特定之預定義分佈狀態。假如當該人員坐姿挺直但重量分佈係為例如過於傾向前方，則該人員可能具有脊椎畸形或正常狀態下不應存在之其他內部重量偏移狀況，此係可為須尋求醫療評估之指示。

垂直中軸之位置係可由該等腿部末端所形成多邊形之重心或此多邊行之幾何中心加以界定。該多邊行之重心係定義該等腿部之中心，亦即該座椅之中心。由於該座椅乘坐面之形狀係近似於由胎等腿部所定義之多邊行（或至少為該多邊形上表面之投射），該重心亦重疊於該乘坐面之中心。由該等腿部末端所定義之多邊形係可為對稱形狀；由該等腿部所定義之多邊形係可為由四腿部末端所界定之一矩形；該重心係可由該矩形二對角線之交叉點所定義。該乘坐面雖為凸起形狀，但亦可為一矩形，至少由頂面視之如此，其尺寸係可稍大於該多邊形，若於此情況，則該乘坐面相對於該多邊形之重疊比例於各方面係為均等，且該多邊形之重心係與該乘坐面之中心（或重心）位於相同垂直軸線上。

該裝置亦可包含一定位器，設置於該乘坐面中央下方，用以測定座椅之垂直中軸。該定位器係因此設置於乘坐面下方對應於一人員乘坐於座椅上時其坐骨中央之位置，該定位器較理想者係定位於乘坐面最高點之正下方，該定位器係可設置於由該等腿部末端所定義之多邊形重心上，且該等腿部係為平均設置於乘坐面周圍。該定位器係可用以測定垂直軸相對於空間中一定點之位置。

該定位器係可為一反射器，例如一鏡子。為測定自空間中一定點之距離，一第二雷射係可發送一第二雷射射線以使該定位反射器進行反射，並測定第二雷射與定位反射器間之相互距離。另外，該定位器係可由一第二雷射所構成。為測定自空間中一定點之距離，一第二雷射射線係可自該第二雷射發送至一固定定位反射器鏡子，並測定該雷射與反射器間之相互距離。該第二雷射係可為一三角雷射。

該定位器係可具有已知長度之一間隔物，其中該間隔物之一端形成該垂直中軸，而另一端形成空間中之一定點。

該定位器亦可包含一發射器以及/或接收器，其中根據一訊號之發射與接收間之傳輸時間，可計算兩者間之相互距離。

該裝置亦可包含一第二感應器，其係可設置於該人員之頭部，用以測定第二感應器相對於該座椅垂直中軸之位置以及/或方向，但該裝置亦可經配置以測定第二感應器相對於該等第一感應器之位置。該第二感應器係可具有一發射器，而該等第一感應器係可具有接收器，其中根據一傳輸訊號傳送至該等第一感應器之傳輸時間，可測定第一感應器與第二感應器間之相互距離。該第二感應器亦可具有適用於測定其於空間中位置之其他元件，例如亦適用於虛擬環境中之工作空間系統、用於電腦輔助手術之校準工具，或極為精確之衛星定位系統與類似裝置。

第二感應器係可具有一迴轉儀，以測定相對於水平面以及/或垂直面之傾斜度，該人員頭部相對於水平面或垂直面之傾斜度係可受到測定。

第二感應器亦可具有至少一加速度計，以測量第二桿應器之加速度，亦即一人員頭部之加速度。於利用多重加速度計之一實施例中，其等係可根據加速度計中重量改變之方向，以感應第二感應器之方向。此等加速度計係可用於可攜式遊戲裝置，以偵測一遊戲控制器之方向以提供輸入。

為測定第二感應器相對於該等第一感應器之方向，可測定相對於該等第一感應器之距離與角度。藉由測定第二感應器相對於該等第一感應器之角度及距離，由於已知該座椅之尺寸，於此係可測定一人員自坐骨至鼻骨之高度。

第二感應器係可經配置以設置於該人員鼻子上或耳朵後方，該第二感應器係可經整合於一頭戴式裝置中，因此第二感應器係可設置於由該人員所配戴之一種眼鏡中，該第二感應器依此係設置於該人員鼻骨上，以及/或該人員顳骨上，特指其岩狀部（os petrosum ）。此兩解剖學特徵於不同人員身上常可交互使用，因為其等一般係位於一人員之相同部位。該第二感應器亦可為耳塞之一部分，以經穿戴於人員之耳朵中以及/或耳朵上，或該第二感應器係可經整合於一虛擬實境（VR）眼罩中。

該第二感應器亦可為一反射器，用以反射一雷射射線。該第二感應器亦可包含適用於測定其空間中位置之其他元件，例如亦適用於虛擬環境中之工作空間系統、用於電腦輔助手術之校準工具，或極為精確之衛星定位系統與類似裝置。

該裝置係可經配置以測定座椅上一人員移動時施於該等第一感應器上之力量，此移動較佳者係為一預定義動作，其可由多人以一標準方式進行。該移動係可為該座椅上人員向前、向後以及/或側向移動之動作，且其係可不失去平衡。於此動作中，施加於該座椅腿部上之力量係有所差異地分佈於腿部。當該人員向前傾時，前腿部上之力量將會增加，若向左傾，則左腿部上之力量會增加，依此類推。於此動作中所測得之力量強度係針對該人員之總重量受到調整，其係可為一人員脊椎靈活度之測量依據。為此，該裝置較佳者係經配置以測定座椅上一負載之重量，例如乘坐於該座椅上一人員之總體重。此測定係可藉由使該人員乘坐於座椅上且雙腳不著地之方式進行，其總體重依此係僅受該座椅所支撐。

該等預定義動作係可包含下列至少一者，其亦可能以選定順序進行： a.     盡可能坐直（抬頭、雙肩展開、下背部彎曲），並轉為降低或下沉或吊掛位置（肩膀放下、臀部後縮）； b.     頭部與頸部向前彎曲至一讀書架之位置； c.      將一足向後置於測量裝置下，並重覆將頭部與頸部向前彎曲至讀書架之位置； d.     頭部朝膝蓋前彎（雙足併置於地上）； e.      向後彎，足部置於地上，脊椎、頸部與頭部朝向雙眼往天花板垂直目視之位置延伸； f.       向後彎，脊椎、頸部與頭部保持一直線並盡可能向後拉伸； g.     足部穩定置於地板，脊椎、頸部與頭部盡可能向左旋轉；以及 h.     足部穩定置於地板，脊椎、頸部與頭部盡可能向右旋轉。

該裝置亦可具有一錄像機，例如一錄影機，用以記錄該人員之移動。該移動係可經儲存於一記憶體。當該人員於一測量脊椎靈活度之過程中進行該第一動作後，再進行一套運動以改善靈活度，並於稍後回歸，再次進行相同動作，並比較結果，確認該等運動是否有助於改善靈活度。為確保進行相同之整套動作，係可提供稍早儲存之動作回播錄影，該錄像器較佳者係將該等感應器之測量結果與該動作連結紀錄。

該裝置係可具有一載體結構，可設置於該負載上，其中該載體結構包含一系列指示器，例如光源或迴轉儀。該載體結構係可置於一人員背部，使該系列指示器與脊椎一同排列，特指與該人員脊椎之不同脊椎骨共同排列，使各脊椎骨接連結至少一獨立指示器。

該等指示器係可以固定距離相互間隔設置，以此方式，一人員之背部或脊椎係可分為數個測量點，各測量點分配有一指示器。藉由測定該等指示器之相對移動，係可藉由測量該等指示器之相互位移以測定該人員背部或脊椎之動作。

該等指示器係可發光，且該裝置係可進一步具有一接收器，用以接收由該等指示器所發出之光線。利用發光指示器之優點在於除了光線之位置之外，所發出光線之強度亦可受到偵測，所收到光線之強度係可作為光源與接收器間距離之測量依據，藉此測量不同光源相對於接收器之距離。

該等指示器係可具有迴轉儀，其等精配置以測定該等迴轉儀於載體結構上之相互角度。迴轉儀一般係用以測定物體之角度，依此，當載體係校準於脊椎時，特指對準脊椎之特定脊椎骨時，可測定該等迴轉儀之相互方向。該等迴轉儀係可具有藍芽或其他無限發射器，以將其等之方向發射至一中央接收器。

該載體結構係可為一布料，例如一T-shirt，其可使一人員輕易穿戴，不需特殊方法或協助。

該控制單元係可具有一螢幕，以顯示受測量之力量。該螢幕依此係可於測量所施力量之過程中提供直接回饋，該螢幕亦可經用於播放先前測量之回播影像，或用以顯示座椅上該人員所需進行之一系列動作。該螢幕亦可顯示乘坐於該座椅上之人員是否處於正確坐姿。

該控制單元係可經配置以將重量分佈以及/或第二感應器之位置轉換為一控制訊號，例如可用以控制一遊戲。於一大數量遊戲中，一遊戲人物係透過一虛擬世界引導，以控制該人物向左、向右、向前及向後。相同動作戲可於該座椅上進行，其中該座椅腿部上之力量分佈係可用於測定座椅上一人員係為向前、向後、向左或向右移動。藉由將重量分佈以至於力量分佈轉換為一訊號，係可於該座椅上移動以透過虛擬世界引導該遊戲人物。

該裝置係可包含一記憶體，以儲存第一及第二感應器之位置以及/或儲存經偵測之力量。儲存取自測量結果之資料，可於一後續階段中處理該等測量結果，並可將測量結果作為進一步測量之參考資料。

該記憶體較佳者係具有稍早測量結果之一資料庫，於此記憶體中可儲存下列輸入資料：一辨識器，以辨識該人員、其年齡、性別、體長與體重、曾採取之動作內容以及/或醫療狀況。

該資料庫系可經存入參考資料，該參考資料系可具有高靈活度人員之資料，例如包含不同年齡族群、進行之動作、具有不同靈活度之人員資料，以及具有不同背部問題之人員所進行動作之資料。該資料庫系可包含健康人員、脊柱側凸且側彎角度（Cobb angle）至少20度之人員、胸腰脊柱後凸以及/或脊椎僵硬平坦人員之測量資料。此等背部問題係利用外部裝置如MRI掃描儀等進行測定。

藉由比較一人員於座椅上經測量資料以及資料庫中之測量資料，可取得代表座椅上人員之脊椎靈活度相對於參考資料之指示。該指示係可如一20歲人員之靈活度不良。當測量資料之比對符合具有已知背部問題人員之測量資料實，亦可提供具有背部問題之指示，並可件亦座椅上人員尋求專家諮詢。該座椅因此係可提供背部相關問題之早期診斷。

於座椅上各測量資料係可經加入參考資料中，以擴展資料庫。為此，年齡及體重係經輸入至該控制單元並儲存於記憶體中。

該控制單元係可包含一計時器，以測量一負載置於座椅上之時間。一計時器係有利於座椅上進行動作之過程。藉由指定時間資料至隨時間改變的重量分佈，可提供進行動作時之速度感應。測量該等動作之速率與加速度，係為另一有用之工具，可表現各脊椎個體靈活度（或僵硬度）之特徵。該計時器亦可用於計算座椅上一人員以正確以及/或錯誤重量分佈或坐姿乘坐之時間。

本發明亦係關於一種負載重量分佈之偵測方法，特指一人員之重量，特指利用本發明之一裝置，其步驟包含偵測一座椅上一人員於該座椅腿部之重量分佈；以及將測得之重量分佈轉換為一訊號。該訊號系可依此作為該座椅上一人員之重量分佈以及/或姿勢之測量依據。

該方法亦可包含下列步驟：將測量結果輸入一資料庫；以及將測得重量分佈以及/或該訊號與取自資料庫之測量結果進行比較。

該方法亦可包含下列步驟：移動該座椅上之負載；以及偵測該移動中座椅上之重量分佈。此步驟係可使一人員於該座椅上進行一特定動作。

該移動係可為一預定義動作，且其中該預定義動作之稍早測量結果係儲存於該資料庫中。

該方係亦可包含下列步驟：使該人員於該座椅上坐直。當挺直乘坐時，座椅腿部上之重量分佈應為均等，或至少根據一預定義分佈對應於一正常挺直位置。若一人員係挺直乘坐，且重量並非平均分佈，或非根據該預定義分佈情況分佈，則該人員可能有脊椎畸形或其他背部相關問題。使某人於座椅上坐直之步驟，係可透過要求該座椅上人員挺直乘坐之方式達成。

當具有一第二感應器設置於頭部之一人員坐於該座椅上時，該第二感應器及第一感應器提供該人員於該座椅腿部上之重量分佈資訊，以及其頭部之傾斜度。與第二感應器相對於該座椅中央之一垂直軸之經測定距離結合後，該裝置係可測定該座椅上人員之重量分佈以及（至少部分）姿勢。

本發明將以下述非限定性實施例之圖式加以說明。

如圖1所示，係為本發明提供之一座椅1，其具有一面向上方之凸起乘坐面2；相互間隔之四腿部3，用以支撐該乘坐面2於一平面上，其中各腿部3係具有一第一感應器4，用以偵測施於該腿部3上之一力量。

所示之乘坐面2係實質上為長形、對稱且具有凸起形狀，乘坐面2之彎曲係為縱向L，不同於乘坐面2垂直於縱向L之寬度方向彎曲，且縱向L之曲度較小。

如圖2所示，係為該座椅一乘坐面20之側視示意圖，並顯示其縱向L彎曲。自乘坐面20最高點HP具有一延伸線往縱向朝乘坐面2之一縱端EL延伸，其與水平面H具有約為5度之一夾角α。

如圖3所示，係為該座椅一乘坐面20之前視示意圖，並顯示其垂直於縱向L之寬度方向W彎曲。自乘坐面20最高點HP具有一延伸線往寬度方向朝乘坐面20之一橫端EW延伸，其與水平面H具有約為45度之一夾角β。

如圖4所示，係為一人員30乘坐於本創作之一座椅31上之側視示意圖。該人員30係作於座椅31之乘坐面32上。於座椅31腿部33中央可定義一垂直中軸CV。該人員30係穿戴一玻璃狀框架34，其具有一第二感應器35，用以測定第二感應器35相對於垂直中軸CV之位置，於此係指第二感應器35與垂直中軸CV間之距離D，由於已知框架34之尺寸，因此可計算第二感應器35與垂直中軸CV之相對位置。

如圖5所示，係為一人員40乘坐於近似圖4之一座椅41之側視示意圖。圖5中之垂直中軸CV係由一發射器46所定義，該發射器46係設置於乘坐面42之最高點下方。

如圖6 所示係如圖1之一座椅1，其具有一面向上方之凸起乘坐面52；相互間隔之四腿部53，用以支撐該乘坐面52於一平面上，其中各腿部53係具有一第一感應器54，用以偵測施於該腿部53上之一力量。

該等第一感應器54係設置於各腿部53之底部，並可定義為一多邊形55之角落，於此係為一矩形55。此矩形55之重心CG係可由矩形55之二對角線交叉之方式定義，其係定義出垂直中軸CV之位置。

如圖7所示，係為一人員60乘坐於本發明一座椅61 上之側視示意圖。該人員60係乘坐於座椅61之乘坐面62上，座椅61之腿部63中央可定義一垂直中軸CV。該人員60係穿戴一玻璃狀框架64，其具有一第二感應器65，用以測定第二感應器65相對於垂直中軸CV之位置。

垂直中軸CV係由一定位器66所測定，其包含一反射器66。一雷射67自一固定水平位置FP發射一雷射射線68，使其於反射器66上反射。根據一般雷射技術，雷射67接收經反射之射線並測定固定位置FP與反射器66間之距離，因此可測定固定位置FP與垂直中軸CV間之距離。

相似地，第二感應器65具有一反射器65。另一雷射69自相同固定位置FP發射一射線70，使其於反射器65上反射，以測定固定位置FP與反射器65間之距離。固定位置FP相對於下反方反射器66以及相對於上方反射器65間之位置差異，可測定垂直中軸CV與第二感應器65間之距離。

如圖8a及圖8b所示，係為一人員之骨盆80與其二坐骨81以及凸起乘坐面82之示意圖。於圖8b中亦指示出力量G，以顯示該負載如何受該人員透過坐骨81分佈於凸起乘坐面82上。

如圖9所示，係為該等坐骨81以及周圍結構之解剖圖，以及一凸起乘坐面82。

如圖10所示，係為本發明一裝置之一腿部印跡90，其中包含四 92、92、93及94。該腿部印跡之寬度W一般係約為508mm，而深度D一般係為約308mm。多邊形95為一矩形95時，由該等 92、92、93、94所定義之中心係視為一座標系統之原點。於此作標系統中，第一 92係定位於座標(-0.5W, 0.5D)、第二腿部92係定位於座標(0.5W, 0.5D)、第三腿部93係定位於座標(-0.5W, -0.5D)而第四腿部94係定位於座標(0.5W, -0.5D)。

92、92、93、94中之感應器各測量師於該等 92、92、93、94上之 92m、92m、93m及94m或重量。乘坐於該裝置上一人員之足部F係預設位於座標系統中央之位置(0, F)。

當一人員乘坐於該裝置，並使足部位於空中，則該人員所有重量係由座椅之腿部所支撐，而該裝置上之該個體質量Sm係可藉由將腿部感應器所測量之負載結合後測得。當該人員將足部置於地面時，其足部亦支撐至少部分之該人員重量，此係可透過將足部騰空時所測得之負載減去足部置於地面時所測得之負載加以測定，故足部所支撐之負載係為該個體質量Sm減去(91m+92m+93m+94m)。

根據此資訊，座椅上負載之質量中心係可受到測定，質量中心係為由感應器91m、92m、93m、94m以及足部Fm所測得之負載總合，乘以其等之位置r，再除以個體質量Sm總和。於上述座標系統中，質量R中心係可經除分並以寬度W及深度D方向寫作：

如圖11所示，係為一人員101乘坐於具有一凸起乘坐面103之一座椅102上之一模組表現100示意圖。該人員101係以一臀部轉折點104、一膝蓋轉折點105以及一腳踝轉折點106所表示，其並具有一背部107、上腿部或股骨108以及下腿部或脛骨109。

由於乘坐面之凸起形狀，人員101係乘坐於座椅102乘坐面103之頂部以及中央。乘坐面103與臀部轉折點104間之距離係為HO；臀部轉折點104與膝蓋轉折點105間之距離係為UH；膝蓋轉折點105至地板之高度係為LH；腳踝轉折點106至地板之高度係為AH；座椅102之高度，特指乘坐面之高度，係為ZH。角度α係為上腿部108與水平面間之角度，而角度β係為下腿部與垂直面間之角度。角度α較理想之角度係為約45度，使上脊椎或背部107與大腿或上腿部108之角度係為約135度。

由於已知人員101於座椅102凸起乘坐面103頂端之位置，並可估計身體不同部未知長度，例如以該個體之總身高為根據，係可一人員乘坐於座椅上之幾何模組。此模組並可用於測定該人員理想坐姿高度，以及座椅102之理想尺寸。

本發明係以特定實施例說明，但精於此技藝者能在不脫離本創作精神與範疇下進行各種不同形式的改變。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明申請專利範圍。

1‧‧‧座椅
2‧‧‧乘坐面
3‧‧‧腿部
4‧‧‧第一感應器
20‧‧‧乘坐面
30‧‧‧人員
31‧‧‧座椅
32‧‧‧乘坐面
33‧‧‧腿部
34‧‧‧框架
35‧‧‧第二感應器
40‧‧‧人員
41‧‧‧座椅
42‧‧‧乘坐面
46‧‧‧發射器
52‧‧‧乘坐面
53‧‧‧腿部
54‧‧‧第一感應器
55‧‧‧矩形
55‧‧‧多邊形
60‧‧‧人員
61‧‧‧座椅
62‧‧‧乘坐面
63‧‧‧腿部
64‧‧‧框架
65‧‧‧第二感應器、反射器
66‧‧‧定位器
66‧‧‧反射器
67‧‧‧雷射
68‧‧‧雷射射線
69‧‧‧雷社
70‧‧‧射線
80‧‧‧骨盆
81‧‧‧坐骨
82‧‧‧乘坐面
90‧‧‧腿部印跡
91‧‧‧腿部
92‧‧‧腿部
93‧‧‧腿部
94‧‧‧腿部
91m‧‧‧負載
92m‧‧‧負載
93m‧‧‧負載
94m‧‧‧負載
95‧‧‧多邊形
95‧‧‧矩形
100‧‧‧模組表現
101‧‧‧人員
102‧‧‧座椅
103‧‧‧乘坐面
104‧‧‧臀部轉折點
105‧‧‧膝蓋轉折點
106‧‧‧腳踝轉折點
107‧‧‧背部
108‧‧‧股骨
108‧‧‧上腿部
109‧‧‧脛骨
109‧‧‧下腿部
α‧‧‧角度
β‧‧‧角度
L‧‧‧縱向
HP‧‧‧最高點
EL‧‧‧縱端
H‧‧‧水平面
CV‧‧‧垂直中軸
D‧‧‧距離
D‧‧‧深度
CG‧‧‧重心
FP‧‧‧固定水平位置
O‧‧‧原點
F‧‧‧足部
G‧‧‧力量
Sm‧‧‧個體質量
Fm‧‧‧足部
r‧‧‧位置
R‧‧‧質量中心
W‧‧‧寬度
HO‧‧‧距離
UH‧‧‧距離
LH‧‧‧高度
AH‧‧‧高度
ZH‧‧‧高度

圖1係為本發明一座椅之立體外觀示意圖。 圖2係為本發明座椅一乘坐面之前視圖。 圖3係為本發明座椅一乘坐面之側視圖。 圖4係為一人員乘坐於本發明座椅上之側視示意圖。 圖5係為本發明一發射器定義一中央垂直軸之示意圖。 圖6係為本發明中以一多邊形之重心定義一中央垂直軸之示意圖。 圖7係為一人原乘坐於本發明座椅上並輔以雷射測定距離之側視示意圖。 圖8a及8b係為一人員乘坐於本發明中一凸起乘坐面之示意圖。 圖9係為本發明中一凸起乘坐面上一人員之剖面示意圖。 圖10係為本發明一裝置之腿部印跡示意圖。 圖11係為本發明一數學模組之線框示意圖。

1‧‧‧座椅

2‧‧‧乘坐面

3‧‧‧腿部

4‧‧‧第一感應器

L‧‧‧縱向

Claims (16)

1. 一種特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其包含： 一座椅，其具有： 一乘坐面；以及 至少三相互間隔之腿部，以於一表面上支撐該乘坐面； 其中各腿部係具有一第一感應器，以偵測施於該腿部上之一力量； 其特徵在於該座椅包含： 一控制單元，其可連接於該等感應器，以根據該等感應器所測得之力量測定該等腿部上一人員之重量分佈。
2. 如請求項1所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其中該控制單元係經設置以根據所測得重量分佈及該等感應器之位置，測定該負載之重心。
3. 如前述任一項所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其中該乘坐面朝一第一方向之曲度係不同於該乘坐面朝垂直於該第一方向之一第二方向之曲度。
4. 如請求項3所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其中自該乘坐面最高點往一第一方向朝該乘坐面一端延伸之一直線，係與水平面具有介於2至10度間之夾角，其係特指3至5度之角度，且/或其中自該乘坐面最高點往一第二方向朝該乘坐面一端延伸之一直線，係與水平面具有30至60度之夾角，其係特指40至45度之角度。
5. 如前述任一項所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其包含一第二感應器，其可設置於一人員之頭部，例如設置於鼻子上或耳朵後方，以測定該第二感應器相對於該座椅一垂直中軸之位置以及/或方向，其中該垂直中軸較佳者係為穿過該凸起乘坐面中心之垂直軸線。
6. 如請求項5所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其中該垂直中軸係根據該等腿部末端所形成之一多邊形之重心所界定。
7. 如請求項5或6所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其係經設置以測定該第二感應器相對於該等第一感應器之位置。
8. 如前述任一項所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其係經設置以測定於該負載移動過程中施於該等第一感應器上之力量，該負載特指該座椅上之一人員。
9. 如請求項8所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，進一步具有一錄像器，其係例如一錄影機，以記錄該負載之移動。
10. 如前述任一項所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，其中該控制單元係經設置以將該重量分佈、重心以及/或該第二感應器之位置轉換為一控制訊號，用以例如控制一遊戲。
11. 如前述任一項所述之特指用於人之負載重量分佈偵測裝置，進一步具有一記憶體，以儲存該等第一及第二感應器之相互位置以及/或儲存該等腿部中之感應器所測得之力量，其中該記憶體較佳者係包含一資料庫，其中具有較早之測量資料。
12. 一種特指用於人之負載重量分佈偵測方法，其係利用一座椅，特指利用如前述請求項任一項所述之一裝置，其包含下列步驟： 偵測該座椅上一負載於該座椅腿部之重量分佈，該負載特指一人員；以及 將測得之重量分佈轉換為一訊號。
13. 如請求項12所述之特指用於人之負載重量分佈偵測方法，其並包含下列步驟： 將測量結果輸入一資料庫；以及 將測得之重量分佈以及/或該訊號與取自資料庫之測量資料進行比較。
14. 如請求項12或13所述之特指用於人之負載重量分佈偵測方法，其並包含下列步驟： 移動該座椅上之負載；以及 偵測該移動中該座椅上之重量分佈。
15. 如請求項14所述之特指用於人之負載重量分佈偵測方法，其中該移動係為一預定義動作，且其中該預定義動作之稍早測量資料係經儲存於該資料庫中。
16. 一種座椅，以適使用於如前述任一請求項所述之裝置或方法中，其包含： 一實質面向上方之凸起乘坐面；以及 至少三相互間隔之腿部，以於一表面上支撐該乘坐面； 其中各腿部係具有一第一感應器，以偵測施於該腿部上之一力量。