TWI492743B - 復健裝置 - Google Patents

Description

復健裝置

本發明有關於一種復健裝置，特別是有關於一種輔助行走之復健裝置。

傳統的輔助行走裝置包括有柺杖以及助行器，行動不便者可利用其作為支撐，將手部或是臂部依靠於其上，作為行走時的輔助，然而，此類輔助行走裝置需要使用者自行利用雙手才得以移動，使用起來相當吃力。此外，此類之輔助行走裝置屬於被動式的操作，無法進一步設計術後的復健療程以及行走姿勢，因此使得復健的效果無法達到預期的目標。

本發明提供一種復健裝置，復健裝置包括一移動主體、一馬達、一控制系統以及一感測模組。移動主體具有一殼體以及一移動機構，馬達設置於殼體中，與移動機構連接並驅動移動機構，控制系統設置於移動主體中，並與馬達電連，感測模組設置於移動主體中並與控制系統電連，控制系統根據感測模組所偵測之資料以控制馬達的運轉進而使移動主體移動。

其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特 舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧復健裝置

110‧‧‧移動主體

111‧‧‧殼體

112‧‧‧移動機構

1121‧‧‧支撐架

1122‧‧‧滾輪

113‧‧‧握持構件

120‧‧‧馬達

130‧‧‧控制系統

140‧‧‧感測模組

141‧‧‧壓力感測單元

142‧‧‧距離感測單元

1421‧‧‧第一距離感測器

1422‧‧‧第二距離感測器

1423‧‧‧第三距離感測器

150‧‧‧開關元件

160‧‧‧電源供應單元

170‧‧‧操作介面

180‧‧‧照明設備

第1圖為本發明復健裝置之前側示意圖；第2圖為第1圖中復健裝置示意圖，其中省略殼體的繪示；第3圖為本發明復健裝置之後側示意圖；第4圖為第3圖中復健裝置示意圖，其中省略殼體的繪示；以及第5A以及5B圖係顯示本發明一實施例之腳步偵測方法。

參見第1至4圖，本發明之復健裝置100特別係用以輔助腳部損傷的患者進行復健療程，復健裝置100包括一移動主體110、兩個馬達120、一控制系統130、一感測模組140、一開關元件150、一電源供應單元160、一操作介面170以及一照明設備180。

如第1圖與第3圖所示，移動主體110包括一殼體111以及一移動機構112，其中移動機構由一支撐架1121以及複數個滾輪1122所組成，支撐架1121被包覆於殼體111中，並且支撐架1121由殼體111內部延伸至殼體111外部以形成一握持構件113，滾輪1122設置於支撐架1121的下方，以滾動的方式帶動支撐架1121移動，使用者可扶持握持構件113 並隨著復健裝置100的移動而移動。

應注意的是，於此實施例中，殼體111係由上殼體以及下殼體所組成，以方便設置於其內部之電源供應單元160的拆裝，但不限於此，殼體111亦可為單件的形式。

如第2圖與第4圖所示，馬達120以及控制系統130設置於殼體111中，控制系統130與馬達120電連，而馬達120與移動機構112的後滾輪1122連接，藉由控制系統130的指示可控制馬達120的運轉並經由與其連接的傳動機構以驅動滾輪1122，此外，控制系統130更提供傳動機構前進、後退、轉彎以及煞車的訊號，使移動主體110可根據控制系統130的訊號而朝不同方向行進或是停止。

如第3圖所示，感測模組140設置於移動主體110上，並與控制系統130電連，控制系統130可根據感測模組140所偵測之資料以控制馬達120的運轉，進而使移動主體110移動，感測模組140包括一壓力感測單元141以及一距離感測單元142。

如第1至4圖所示，壓力感測單元141包括兩個壓力感測器，分別設置於握持構件113之左半部以及右半部，可偵測其所接收的壓力。距離感測單元142包括一第一距離感測器1421(如第1、2圖所示)、一第二距離感測器1422(如第3、4圖所示)以及多個第三距離感測器1423(如第1、3圖所示)，請同時參見第1至4圖，第一距離感測器1421以及第二距離感測器1422例如為一雷射感測器，設置於殼體111中，並分別朝向移動主體110之前方與後方，可分別感應位於移動主體 110前方與後方的物體，並且，第一距離感測器1421將其本身與前方障礙物的距離回傳至控制系統130，可協助建構或修正環境地圖，第三距離感測器1423例如為超音波感測器，排列設置於殼體111之前側以及左、右兩側，可更細微的感應移動主體110近距離周圍的障礙物。

此外，感測模組140可更包括其他感測單元，例如為一影像感測單元以及一聲音感測單元，影像感測單元可設置於移動主體110前側，並藉由操作介面顯示影像，提供使用者前方視線死角的影像，聲音感測單元則可接收聲音訊號，藉此，控制單元130根據聲音訊號的定位以及系統內建之地圖而驅動馬達120，使復健裝置110移動至聲音所發出的位置。或者是，使用者可利用遠端遙控的方式對復健裝置100發出訊號，控制單元130接收到訊號後以可根據系統內建之地圖而驅動馬達120，使復健裝置110移動至聲音所發出的位置。

如第1置4圖所示，開關元件150設置於移動主體110上，於此實施例中，開關元件150係設置於握持構件113上，並與殼體111內之電源供應單元160電連，但不限於此，開關元件150可設置於移動主體110上之任一位置，開關元件150係用作為一種保護機制，在緊急狀況發生時，使用者按下開關元件150便可停止復健裝置100的運作，避免意外的發生。

參見第2、4圖，電源供應單元160設置於殼體111中，除了可直接與開關元件150電連之外，還與控制系統130電連，提供電力至控制系統130。

參見第3、4圖，操作介面170例如可為一觸控式 螢幕，架置於支撐架1121上，並外露於殼體111，且操作介面170與控制系統130電連，更精確的來說，控制系統130與操作介面170整合為一電子裝置。更進一步的說明，控制系統130內建有不同的使用模式，例如自主模式以及復健模式，使用者可藉由操作介面170來回切換自主模式以及復健模式，並控制感測模組140的開關。

再次參見第1圖所示，照明設備180設置於殼體111的前側，提供使用者使用復健裝置100時的照明，照明設備180可電連至電源供應單元160以及控制系統130，也就是說，使用者可直接利用一開關操作照明設備180，或是經由操作介面170以控制照明設備180的開關。

在控制系統130切換至復健模式時，壓力感測單元141以及距離感測單元142開啟，使用者站在復健裝置100的後側，並將雙手握住握持構件113上之壓力感測單元141，左右兩側的壓力感測單元141分別將所偵測到的壓力值回傳至控制系統130，以便於控制系統130根據左右不同或是約略相同的壓力值而判斷復健裝置100的行進方向，也就是可使復健裝置100根據壓力值而左轉、右轉或是直行，並且藉由壓力值的大小而決定轉彎角度的大小。

第一距離感測器1421以及第三距離感測器1423係用以偵測前方的環境障礙物，控制系統130可根據第一距離感測器1421以及第三距離感測器1423所傳送的資料以判斷復健裝置100與前方障礙物的距離。詳細的說明，第一距離感測器1421主要是感測距離復健裝置100較遠的物體，而設置於 移動主體110前側以及左、右兩側的第三距離感測器1423可感測距離復健裝置100較近的物體，特別的是，若一物體突然出現於第三距離感測器1423的偵測範圍內時，控制系統130便發出訊號，將復健裝置100停在原位或是使復健裝置100繞道，避免衝撞該物體。第二距離感測單元1422係用以偵測使用者雙腳的位置以及前進的動作，當使用者向前步行，第二距離感測單元1422將偵測到的資料回傳，使控制系統130可根據此資料使復健裝置100相對於使用者的步伐而移動或停止，換句話說，在一正常引導模態，當使用者向前行進一步，復健裝置100便向前約使用者一步的距離，當使用者停止行進，復健裝置100亦隨之停止移動，並且控制系統130更可根據第二距離感測單元1422所偵測到使用者的雙腳交互頻率而決定復健裝置100移動的速度，進而達成亦步亦趨的功能。

該第二距離感測單元1422可以為一雷射感測器，其藉由監控使用者每一腿每一步的步伐距離、步行速度以及移動加速度，而偵測使用者腿部的動作。參照第5A以及5B圖，L_t,i 係表示左腿第i步的步行時間，R_t,i 係表示右腿第i步的步行時間。在此定義步行時間，係從一隻腳開始移動的瞬間，直到另一隻腳開始移動的瞬間之間所經過的時間。接著，該第二距離感測單元1422被安裝於該復健裝置，其靠近使用者的大腿，距地面大約45公分。參考機器人里程計，申請人將第二距離感測單元1422的感測點轉換為世界座標系統(world coordinate system)(參照第5A、5B圖)。其中，黑點為雷射點，而腿L_c 的中心為雷射點群組的中央點，其被投射於地面。將雷射點標示為L_i ,L_n ，其中， n代表群組中的雷射點的總數。如果n是雙數，中心點為L_n/2 以及L_(n/2)+1 的平均數。讓L_c,i 作為L_c 搭配左腳的第i步，而L_c,i,y 為其Y座標。藉由以上的偵測，步伐距離、步行速度以及移動的加速度可以被計算取得。

在本發明的一實施例中，復健裝置的每一動的移動速度以及移動距離是固定的，例如300mm/s(移動速度)。復健裝置的移動速度可以由使用者加以調整。

本發明實施例之復健裝置可以根據壓力感測單元141以及距離感測單元142所蒐集到的資訊，於不同的模態下進行切換。

例如，帕金森氏病(Parkinson’s Disease)的病人，常以小碎步動作，但並不會停。在本發明的一實施例中，一臨界步距可以被預先設定，例如0.3公尺至0.45公尺。當該第二距離感測單元1422發現使用者以小碎步步行，且步距小於該臨界步距時，該復健裝置被切換至一促行引導模態，並結束與使用者亦步亦趨的狀態。藉此，帕金森氏病的病患可以被保護而免於摔倒。

在一實施例中，於使用者以及復健裝置之間的一臨界距離D_min 被預先決定。當使用者以小步距迫近復健裝置，使得使用者以及復健裝置之間的距離小於該臨界距離時，該復健裝置自動移動以維持與使用者之間的距離。

此外，當帕金森氏病的病患的步伐凍結時，他們會緊緊握住握把，且他們的腿部肌肉會僵硬。即使在病患正處於正常步行狀態時，病患仍然可能會突然發生此情況。因此， 當壓力感測單元141發現使用者緊緊握住握把時，該復健裝置可以被切換至一步行凍結模態，以保護帕金森氏病的病患免於摔倒。

在控制系統130切換至自主模式時，壓力感測單元141以及第二距離感測器1422關閉，第一距離感測器1421以及第三距離感測器1423開啟，使復健裝置100保持在一待機狀態，當使用者進行遠距離呼叫或遙控時，可自行根據所接收的訊號作使用者位置的判斷，並自動移動至訊號源，在復健裝置100自行移動時，控制系統130根據第一距離感測器1421以及第三距離感測器1423分別與障礙物的距離而決定復健裝置100的移動方向並適時改變行進路線，以避開前方障礙物。

另外，控制系統130可內建復健資訊，將醫師所建議的步行姿勢以及復健的時間顯示於操作介面170，提供給使用者作參考，並且控制系統130還可內建多媒體資訊，利用操作介面170播放短片或是進行互動遊戲。

本發明之復健裝置100可藉由感測模組140所提供的感測資料，使移動主體110亦步亦趨的隨著使用者之生理資訊(使用者握持的壓力以及腳步的移動)而移動，主動的牽引使用者使其持續的進行復健動作，並且，在進行復健的同時，還可避開前方障礙物以及緊急的煞車，更增加了使用上的安全性，本發明之復健裝置100以積極的方式安全的協助使用者獨立完成復健，可加速復健的成效。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

雖然本發明已以具體之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，仍可作些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧復健裝置

112‧‧‧移動機構

1121‧‧‧支撐架

1122‧‧‧滾輪

113‧‧‧握持構件

120‧‧‧馬達

130‧‧‧控制系統

141‧‧‧壓力感測單元

1421‧‧‧第一距離感測器

150‧‧‧開關元件

160‧‧‧電源供應單元

170‧‧‧操作介面

Claims (20)

1. 一種復健裝置，包括：一移動主體，具有一殼體以及一移動機構；一馬達，設置於該殼體中，與該移動機構連接並驅動該移動機構；一控制系統，設置於該殼體中，並與該馬達電連；以及一感測模組，設置於該移動主體上，與該控制系統電連，其中，該控制系統根據該感測模組所偵測之資料以控制該馬達的運轉進而使該移動主體移動，其中，該感測模組包括一距離感測單元，設置於該移動主體上，其中該距離感測單元包括：一第一距離感測器，設置於該殼體中，並朝向該移動主體之前方；以及一第二距離感測器，設置於該殼體中，並朝向該移動主體之後方，其中，該第二距離感測器偵測使用者的一步距以及該使用者與該復健裝置之間的距離，其中，當該使用者向前移動時，該第二距離感測器將資料傳送至該控制系統，以讓控制系統據此驅動或停止該復健裝置，其中，當該步距超過一臨界步距時，該復健裝置處於 一正常引導模態，該復健裝置以亦步亦趨的方式隨使用者移動，其中，當該步距小於該臨界步距時，該復健裝置被切換至一促行引導模態，並停止以亦步亦趨的方式隨使用者移動，在該促行引導模態下，僅當該使用者與該復健裝置之間的距離小於一臨界距離時，該復健裝置自動移動以維持與使用者之間的距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中該移動主體更包括一握持構件，設置於該殼體之後側。
3. 如申請專利範圍第2項所述之復健裝置，其中該感測模組包括一壓力感測單元，設置於該握持構件上，並與該控制系統電連。
4. 如申請專利範圍第3項所述之復健裝置，其中該壓力感測單元包括兩個壓力感測器，分別設置於該握持構件之左半部以及右半部。
5. 如申請專利範圍第4項所述之復健裝置，其中當該壓力感測單元偵測到該使用者將該握把緊握時，該復健裝置被切換至一步行凍結模態，以保護帕金森氏病的病患免於摔倒。
6. 如申請專利範圍第2項所述之復健裝置，更包括一電源供應單元以及一開關元件，該電源供應單元設置於該殼體內，而開關元件設置於該握持構件上，並與該電源供應 單元電連。
7. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中該第一距離感測器以及該第二距離感測器為雷射感測器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中該距離感測單元包括複數個第三距離感測器，排列設置於該殼體之前側以及左、右兩側。
9. 如申請專利範圍第8項所述之復健裝置，其中該第三距離感測器為超音波感測器。
10. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中感測模組包括一影像感測單元，設置於該殼體前側。
11. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中感測模組包括一聲音感測單元，設置於該殼體上。
12. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，更包括一操作介面，設置於該殼體上，並與該控制系統電連。
13. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，更包括一照明設備，設置於該殼體之前側，並與該控制系統電連。
14. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，更包括一電源供應單元，設置於該殼體中，並與該控制系統電連。
15. 如申請專利範圍第14項所述之復健裝置，更包括一開關元件，設置於該殼體上，並與該電源供應單元電連。
16. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中該移動機構包括： 一支撐架，設置於該殼體中；以及複數個滾輪，與該支撐架連接並帶動該支撐架移動。
17. 如申請專利範圍第16項所述之復健裝置，其中該支撐架由該殼體內部延伸至該殼體外部形成一握持構件。
18. 如申請專利範圍第17項所述之復健裝置，感測模組包括一壓力感測單元，設置於該握持構件上，並與該控制系統電連。
19. 如申請專利範圍第18項所述之復健裝置，其中該壓力感測單元包括兩個壓力感測器，分別設置於該握持構件之左半部以及右半部。
20. 如申請專利範圍第1項所述之復健裝置，其中，該臨界步距介於0.3公尺至0.45公尺之間。