TWI543031B - Wearable control system - Google Patents

Description

穿戴式控制系統

本發明是有關於一種電子設備之控制系統，特別是指一種利用肌電訊號、肢體動作來控制電子設備之控制系統。

科技發展帶來日常生活更加便利，一般常見的電視、空調等電子設備通常會附設一個可控制該電子設備的遙控器，該遙控器上設有數個供使用者選擇按壓的按鍵，該等按鍵為了達到多樣的控制功能，通常具有相當多的數量，但實際使用時，由於按鍵數量多而繁雜，使用者往往還必須尋找按鍵位置才得以按壓，徒增使用者的困擾，另外由於遙控器經常被隨意放置，使用時常會有找不到遙控器的困擾，因此習知的遙控器設計相當的不人性化。

因此，本發明之目的，即在提供一種可方便使用者透過活動肢體的方式遙控電子設備之穿戴式控制系統。

於是，本發明穿戴式控制系統，適用於控制多 個電子設備，並包含一個肌電感測單元、一個加速感測單元、一個遙控裝置，及數個接收裝置。

該肌電感測單元貼抵於體表以量測肌電訊號，並可根據測得之肌電訊號輸出一個對應的控制碼。該加速感測單元包括分別設置於不同肢體部位的一個第一加速規、一個第二加速規、一個基準加速規，及一個分析模組，該分析模組可以該基準加速規為基準去判斷該第一加速規產生的加速度變化以及該第二加速規產生的加速度變化，並輸出一個加速度判斷碼。該遙控裝置訊號連接該肌電感測單元、該加速感測單元，並包括一個模式切換單元，及一個第一操作單元。該模式切換單元內建有數個遙控模式，並可根據該加速度判斷碼，而切換啟動該等遙控模式之其中一個。該第一操作單元內建有數個分別對應特定控制碼的遙控指令，並可在該模式切換單元啟動該等遙控模式之其中一個時被觸發，而根據該控制碼比對出對應的遙控指令。該等接收裝置分別訊號連接該遙控裝置，且分別電連接安裝於該等電子設備，每一個接收裝置並包括一個可被該遙控指令驅動而控制各別之電子設備的控制單元。

1‧‧‧穿戴件

11‧‧‧第一穿戴部

12‧‧‧第二穿戴部

13‧‧‧安裝部

2‧‧‧肌電感測單元

21‧‧‧第一量測模組

22‧‧‧第二量測模組

23‧‧‧參考電極

24‧‧‧訊號處理模組

25‧‧‧閥值提供模組

26‧‧‧動作判斷模組

261‧‧‧比較器

262‧‧‧彙整器

3‧‧‧加速感測單元

31‧‧‧第一加速規

32‧‧‧第二加速規

33‧‧‧基準加速規

34‧‧‧分析模組

5‧‧‧遙控裝置

51‧‧‧模式切換單元

511‧‧‧模式指示燈

52‧‧‧第一操作單元

521‧‧‧選項切換模組

522‧‧‧選項控制模組

54‧‧‧第一通訊單元

6‧‧‧接收裝置

61‧‧‧第二通訊單元

62‧‧‧控制單元

70~80‧‧‧步驟

90‧‧‧電子設備

91‧‧‧使用者

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一個示意圖，說明本發明穿戴式控制系統的實施例用以控制多個電子設備；圖2是一個功能方塊圖，說明該實施例的系統架構；及 圖3是一個操作流程圖，說明一位使用者透過該實施例控制電子設備使用流程。

參閱圖1與圖2，本發明穿戴式控制系統之實施例，適用於安裝在一位使用者91與多個要受控制之電子設備90間，而可供該使用者91透過控制手部運動來控制該等電子設備90之運作。所述電子設備90可以是電腦、電視、音響、電燈、空調設備等，且不以上述種類為限。

該穿戴式控制系統包含一個用以安裝固定在使用者91手部的穿戴件1、分別安裝於該穿戴件1的一個肌電感測單元2、一個加速感測單元3與一個遙控裝置5，以及多個分別電連接安裝於該等電子設備90且分別與該遙控裝置5無線訊號連接之接收裝置6。

該穿戴件1具有一個第一穿戴部11、一個第二穿戴部12，及一個安裝部13。該第一穿戴部11概呈手套狀並可穿套固定於使用者91手掌，該第二穿戴部12概呈管狀，可供套束固定於使用者91前臂。但實施時，該穿戴件1外形不此為限，只要可安裝固定於使用者91手部即可。該安裝部13設置於該第一穿戴部11上，以供該遙控裝置5安裝於其內，但實施上該安裝部13亦可設置於該第二穿戴部12上，不以本實施例為限。

該肌電感測單元2包括分別嵌裝外露於該第二穿戴部12的一個第一量測模組21和一個第二量測模組22、一個嵌裝外露於該第一穿戴部11的參考電極23，與安裝 於該安裝部13內的一個訊號處理模組24、一個可輸出一個第一閥值和一個第二閥值的閥值提供模組25，及一個動作判斷模組26。

該第一量測模組21與該第二量測模組22可在該第二穿戴部12安裝於使用者91前臂時，分別貼抵於使用者91前臂之相背側。此時該第一量測模組21貼附於前臂上側體表，以量測使用者91手部運動時，前臂上側肌肉群產生的肌電訊號，且該第二量測模組22貼附於前臂下側體表，以量測使用者91手部運動時，前臂下側肌肉群產生的肌電訊號。該參考電極23可在該第一穿戴部11安裝於使用者91手掌時貼附於例如手腕、手背等肌肉組織較少的部位。

該訊號處理模組24以導線訊號連接該第一量測模組21、該第二量測模組22與該參考電極23，並可以該參考電極23測得之肌電訊號作為參考接地點，對該第一量測模組21與該第二量測模組22測得之肌電訊號進行訊號前處理以分別輸出一個第一辨識訊號與一個第二辨識訊號，上述訊號前處理包括濾除雜訊之濾波處理、訊號放大處理，以及類比轉數位處理等，但實施上，不以上述訊號處理為限。

該動作判斷模組26具有一個比較器261及一個彙整器262。該比較器261會比較該第一辨識訊號與該第一閥值的相對關係輸出一個第一辨識碼，並比較該第二辨識訊號與該第二閥值的相對關係輸出一個第二辨識碼。該 彙整器262可將該第一辨識碼與該第二辨識碼彙整成一個控制碼並輸出。

另外，實施上該肌電感測單元2可不包括該第二量測模組22，且該閥值提供模組25僅輸出該第一閥值，該訊號處理模組24可對該第一量測模組21與該參考電極23擷取之肌電訊號進行訊號處理以輸出該第一辨識訊號，該動作判斷模組26比較該第一辨識訊號與該第一閥值的相對關係輸出該控制碼。或者該動作判斷模組26利用肌電訊號的頻率、振幅…等作為動作判斷的依據，以輸出該控制碼，不以本實施例為限。

加速感測單元3包括分別安裝於該第一穿戴部11的一個第一加速規31、一個第二加速規32、一個基準加速規33，及一個安裝於該安裝部13內的分析模組34。該第一加速規31與該第二加速規32可在該第一穿戴部11安裝於使用者91手掌時，分別對應位於使用者91的食指與中指的末端處，可分別用以量測使用者91的食指與中指運動時產生的加速度變化，但實施上亦可設計成對應位於使用者91的拇指等其他指頭，不以本實施例為限。該基準加速規33可在該第一穿戴部11安裝於使用者91手掌時，位於使用者91手背，可做為使用者91的手指運動時的參考基準點，實施上亦可設置於手心等其他部位，只要在使用者91手指運動時，不會產生明顯位移或位移量小於手指的部位。

該分析模組34以導線訊號連接該第一加速規 31、該第二加速規32與該基準加速規33，並可以該基準加速規33為基準去判斷該第一加速規31因為使用者91手指運動所產生的加速度變化，以及該第二加速規32因為使用者91手指運動所產生的加速度變化，並輸出一個加速度判斷碼。

該遙控裝置5安裝於該安裝部13內，並訊號連接該肌電感測單元2與該加速感測單元3，並包括一個模式切換單元51、一個第一操作單元52，及一個第一通訊單元54。

該模式切換單元51內建有數個遙控模式，並具有多個外露於該穿戴件1表面，並可在該等遙控模式被切換啟動時分別發光的模式指示燈511。該模式切換單元51可被該加速感測單元3所輸出的加速度判斷碼驅動，而切換啟動該等遙控模式之其中一個，同時驅使該模式指示燈511發光。在該模式切換單元51啟動該等遙控模式之其中一個時，可控制該第一通訊單元54對該等電子設備90之其中一個建立連線以進行訊號傳輸。

該第一操作單元52可在該模式切換單元51切換啟動該等遙控模式之其中一個時被觸發致能，並具有一個選項切換模組521，及一個選項控制模組522。該選項切換模組521內建有數個分別用以控制對應之電子設備90運作的控制選項，該選項切換模組521可根據該加速感測單元3所輸出的加速度判斷碼選擇對應的控制選項。每一個控制選項內建有數個分別對應不同控制碼的遙控指令，該 等遙控指令可分別用以控制對應之電子設備90的運作。該選項控制模組522可接收該肌電感測單元2的該控制碼，並根據該控制碼自該選項控制模組522目前正被選擇之控制選項中比對出對應的遙控指令。

該第一通訊單元54可在該模式切換單元51切換啟動該等遙控模式之其中一個時，與對應之接收裝置6建立連線，以無線發送該遙控指令。

每一個接收裝置6可利用插接、訊號端子對接，或是透過訊號線電連接各別之電子設備90，由於每一個接收裝置6電連接於各別之電子設備90的方式眾多，且為現有技術，因此不再詳述。每一個接收裝置6包括一個第二通訊單元61及一個控制單元62。該第二通訊單元61可與該第一通訊單元54建立連線，並可無線接收該第一通訊單元54發送的該遙控指令。實施時，該第二通訊單元61與該第一通訊單元54間的無線通訊方式可以是藍芽、ZigBee或RDS等無線通訊技術，但不以上述方法為限。

該控制單元62可被該遙控指令驅動，而控制該電子設備90的運作。例如調整電視的音量或進行轉台、調整電腦的音量與亮度，或者是空調的溫度或風速。

使用時，可將該等接收裝置6分別電連接安裝於對應之電子設備90，例如分別電連接安裝在一台空調類型的電子設備90、一台視聽類型的電子設備90，以及一台處理資訊類型的電子設備90，使用者91再將該穿戴件1穿戴於其手部，使第一穿戴部11穿戴於手掌時，該第一加 速規31與該第二加速規32分別對應位於使用者91的食指與中指，並將該第二穿戴部12套設於前臂，使該第一量測模組21與該第二量測模組22分別位於使用者91前臂的上下兩側。

參閱圖1、圖2與圖3，該穿戴件1安裝完成後，使用者91便可透過活動配戴有該穿戴件1的手指，操作流程如圖3，先將該穿戴式控制系統開啟，進入到步驟70，當使用者91食中指同時上下移動時，加速感測單元3會感測到加速度變化而觸發該模式切換單元51。於步驟71，該模式切換單元51會藉由該加速感測單元3所輸出的加速度判斷碼，判斷食中指同時上下移動的次數。若上下移動一次會進入到步驟72、連續上下移動兩次會進入到步驟73，若連續上下移動三次會進入到步驟74。

於步驟72，該模式切換單元51會啟動對應於空調類型之電子設備90的遙控模式，使該第一通訊單元54與安裝於上述電子設備90之接收裝置6建立連線，並觸發該第一操作單元52致能。此時，使用者91可由顯示於該穿戴件1的該等模式指示燈511的發光與否，了解當前啟動的控制模式，相當人性化，接著可上下移動食指或中指，使該第一操作單元52根據加速感測單元3所輸出的加速度判斷碼選擇對應的控制選項，若使用者91上下移動食指，該第一操作單元52會選擇溫度的控制選項而進入到步驟75；若使用者91上下移動中指，該第一操作單元52會選擇風速的控制選項而進入到步驟76。於步驟75，使用者91 可透過順時針或逆時針轉動手臂來調整溫度例如順時針轉動前臂會輸出增加溫度的遙控指令，逆時針轉動前臂會輸出降低溫度的遙控指令。於步驟76，使用者91可透過順時針或逆時針轉動手臂來調整風速，例如順時針轉動前臂會輸出增加風速的遙控指令，逆時針轉動前臂會輸出降低風速的遙控指令。由上述操作流程，使用者91就能透過活動手部的方式輕易地控制所對應的電子設備90。以上僅為舉例說明，實施時不以上述形式為限。

於步驟73，該模式切換單元51會啟動對應於視聽類型之電子設備90的遙控模式，使該第一通訊單元54與安裝於上述電子設備90之接收裝置6建立連線，並觸發該第一操作單元52致能。此時，使用者91可上下移動食指或中指，使該第一操作單元52根據加速感測單元所輸出的加速度判斷碼選擇對應的控制選項，若使用者91上下移動食指，該第一操作單元52會選擇音量的控制選項而進入到步驟77；若使用者91上下移動中指，該第一操作單元52會選擇轉台的控制選項而進入到步驟78。於步驟77，使用者91可透過順時針或逆時針轉動手臂來調整音量，使該第一操作單元52根據該肌電感測單元2所輸出的控制碼自目前正被選擇之控制選項中比對出對應的遙控指令，例如順時針轉動會輸出增加音量的遙控指令，逆時針轉動會輸出降低音量的遙控指令。於步驟78，使用者91可透過順時針或逆時針轉動手臂來進行轉台，該第一操作單元52會根據該肌電感測單元2所輸出的控制碼自目前正被選擇之控 制選項中比對出對應的遙控指令，例如順時針轉動前臂會輸出向後轉台的遙控指令，逆時針轉動前臂會輸出向前轉台的遙控指令。

步驟74中，該模式切換單元51會啟動對應於處理資訊類型之電子設備90的遙控模式，使該第一通訊單元54與安裝於上述電子設備90之接收裝置6建立連線，並觸發該第一操作單元52致能。此時，使用者91可上下移動食指或中指，使該第一操作單元52根據加速感測單元3所輸出的加速度判斷碼選擇對應的控制選項，若使用者91上下移動食指，該第一操作單元52會選擇音量的控制選項而進入到步驟79；若使用者91上下移動中指，該第一操作單元52會選擇亮度的控制選項而進入到步驟80。在步驟79中，使用者91可透過順時針或逆時針轉動手臂來調整音量，例如順時針轉動前臂會輸出增加音量的遙控指令，逆時針轉動前臂會輸出降低音量的遙控指令。在步驟80中，使用者91可透過順時針或逆時針轉動手臂來調整亮度，例如順時針轉動前臂會輸出增加亮度的遙控指令，若逆時針轉動前臂會輸出降低亮度的遙控指令。以上僅為舉例說明，實施時不以上述形式為限。

綜上所述，透過該遙控裝置5可感測使用者91之手部動作而發出指令，進而經由對應之接收裝置6控制電子設備90運作的設計，使得本發明穿戴式控制系統用於控制電子設備90時，使用者91可透過活動手部的方式輕易地控制所對應的電子設備90，除此之外還可控制多樣的 電子設備90，且無須設置複雜的功能鍵，使用上相當人性化，是一種創新的控制系統，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧肌電感測單元

21‧‧‧第一量測模組

22‧‧‧第二量測模組

23‧‧‧參考電極

24‧‧‧訊號處理模組

25‧‧‧閥值提供模組

26‧‧‧動作判斷模組

261‧‧‧比較器

262‧‧‧彙整器

3‧‧‧加速感測單元

31‧‧‧第一加速規

32‧‧‧第二加速規

33‧‧‧基準加速規

34‧‧‧分析模組

5‧‧‧遙控裝置

51‧‧‧模式切換單元

52‧‧‧第一操作單元

521‧‧‧選項切換模組

522‧‧‧選項控制模組

54‧‧‧第一通訊單元

6‧‧‧接收裝置

61‧‧‧第二通訊單元

62‧‧‧控制單元

90‧‧‧電子設備

Claims (7)

1. 一種穿戴式控制系統，適用於控制多個電子設備，該穿戴式控制系統包含：一個肌電感測單元，貼抵於體表以量測肌電訊號，且該肌電感測單元可根據測得之肌電訊號輸出一個對應的控制碼；一個加速感測單元，包括分別設置於不同肢體部位的一個第一加速規、一個第二加速規、一個基準加速規，及一個分析模組，該分析模組可以該基準加速規為基準去判斷該第一加速規產生的加速度變化以及該第二加速規產生的加速度變化，並輸出一個加速度判斷碼；一個遙控裝置，訊號連接該肌電感測單元與該加速感測單元，該遙控裝置包括一個模式切換單元，及一個第一操作單元，該模式切換單元內建有數個遙控模式，且該模式切換單元可根據該加速度判斷碼，而切換啟動該等遙控模式之其中一個，該第一操作單元內建有數個分別對應特定控制碼的遙控指令，且該第一操作單元可在該模式切換單元啟動該等遙控模式之其中一個時被觸發，而根據該控制碼比對出對應的遙控指令；及數個接收裝置，分別訊號連接該遙控裝置，且分別電連接安裝於該等電子設備，每一個接收裝置包括一個可被該遙控指令驅動而控制各別之電子設備的控 制單元。
2. 如請求項1所述的穿戴式控制系統，其中，該遙控裝置還包含一個第一通訊單元，每一個接收裝置還包括一個第二通訊單元，該第一通訊單元可在該模式切換單元切換啟動至該等遙控模式之其中一個時，與對應之第二通訊單元建立連線以無線發送該遙控指令。
3. 如請求項2所述的穿戴式控制系統，其中，該第一操作單元具有一個選項切換模組，及一個選項控制模組，該選項切換模組內建有數個分別用以控制對應之電子設備運作的控制選項，該選項切換模組可根據該加速感測單元所輸出的加速度判斷碼選擇對應的控制選項，每一個控制選項內建有數個分別對應不同控制碼的遙控指令，該等遙控指令可分別用以控制對應之電子設備的運作，該選項控制模組可接收該肌電感測單元的該控制碼，且該選項控制模組根據該控制碼自該選項控制模組目前正被選擇之控制選項中比對出對應的遙控指令。
4. 如請求項3所述的穿戴式控制系統，其中，該肌電感測單元具有一個第一量測模組、一個參考電極、一個訊號處理模組、一個閥值提供模組，及一個動作判斷模組，該第一量測模組與該參考電極分別貼抵於體表並可量測肌電訊號，該訊號處理模組可對該第一量測模組與該參考電極擷取之肌電訊號進行訊號處理以輸出一個第一辨識訊號，該閥值提供模組可輸出一個第一閥值， 該動作判斷模組可根據該第一辨識訊號與該第一閥值的相對關係輸出該控制碼。
5. 如請求項4所述的穿戴式控制系統，其中，該閥值提供模組還可輸出一個第二閥值，該肌電感測單元還包括一個貼抵於體表並可量測肌電訊號的第二量測模組，該訊號處理模組可對該第二量測模組與該參考電極擷取之肌電訊號進行訊號處理以輸出一個第二辨識訊號，該動作判斷模組具有一個比較器及一個彙整器，該比較器會比較該第一辨識訊號與該第一閥值的相對關係輸出一個第一辨識碼，且該比較器會比較該第二辨識訊號與該第二閥值的相對關係輸出一個第二辨識碼，該彙整器可將該第一辨識碼與該第二辨識碼彙整成該控制碼。
6. 如請求項5所述的穿戴式控制系統，還包含一個用以套設安裝於使用者肢體的穿戴件，該肌電感測單元是可被該穿戴件連動貼抵於使用者體表地安裝固定於該穿戴件，該加速感測單元及該遙控裝置是安裝於該穿戴件。
7. 如請求項6所述的穿戴式控制系統，其中，該模式切換單元具有多個外露於該穿戴件表面的模式指示燈，該等模式指示燈可被該模式切換單元驅動，在該等遙控模式被切換啟動時分別發光。