TWI549033B - Touch Sensing Gait Analysis System - Google Patents

Description

觸碰感應式步態分析系統

本發明是有關於一種肢體動態分析系統，特別是指一種關於腳部步態的分析系統。

在許多人體工學研究機構中，通常需要對人類或動物之行走步態進行分析，以便進行產品開發，例如運動鞋或腿部行動輔具的開發等。有些醫學研究機構則需瞭解腦部或中樞神經受損對於行走功能的影響，會在造成動物體腦部或中樞神經受損後，評估所引發的行走功能障礙程度。

目前的步態分析是使受測對象在一片透明玻璃板上行走，然後再於該透明玻璃板下方架設影像擷取裝置，擷取記錄該受測對象之腳掌踩踏於該透明玻璃板上的影像，再根據所擷取之影像進一步分析出腳掌踩踏接觸該透明玻璃板的部位以定義出行進中的掌印形狀，然後再分析出其行走步態。但是此種步態分析方式相當麻煩，且很難從拍攝到的腳底影像準確分析出實際踩踏接觸透明玻璃板的部位，仍有改進的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種可獲得更準確之步態資料的觸碰感應式步態分析系統。

於是，本發明觸碰感應式步態分析系統，可用以分析受測對象之行走步態，包含一個觸碰感測基台，及一個訊號連接於該觸碰感測基台之步態分析裝置。該觸碰感測基台包括一個可供該受測對象以其腳掌踩踏行走的觸碰感測板，及一個訊號連接於該觸碰感測板之訊號處理模組，該觸碰感測板佈設有多個分別可被該受測對象之腳掌踩踏接觸以產生一個觸碰訊號的觸碰點，該訊號處理模組可分析輸出該觸碰感測板輸出之每一個觸碰訊號所對應之該觸碰點的位置訊號。該步態分析裝置可接收分析該觸碰感測基台被踩踏產生之該等位置訊號，以建立輸出該受測對象之每一個腳掌行走踩踏於該觸碰感測基台的踩踏模式。

本發明之功效：透過以觸碰感測板來感測受測對象之行走步態的設計，可有效利用該觸碰感測板可即時觸碰反應並可精確反應觸碰點的特性，大幅提高所建立之行走步態資料的準確性，是一種創新且具有較佳準確度的觸碰感應式步態分析系統設計。

3‧‧‧觸碰感測基台

31‧‧‧觸碰感測板

311‧‧‧觸碰點

32‧‧‧訊號處理模組

4‧‧‧步態分析裝置

41‧‧‧掌印變化分析模組

410‧‧‧掌印

42‧‧‧踩踏時間分析模組

43‧‧‧踩踏模式建立模組

44‧‧‧步態建立模組

5‧‧‧資料庫裝置

900‧‧‧受測對象

901‧‧‧腳掌

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是本發明觸碰感應式步態分析系統之一個實施例的立體示意圖；圖2是該實施例的側視示意圖； 圖3是該實施例之局部俯視示意圖，示意說明一個觸碰感測板佈設有多個觸碰點；圖4是該實施例的功能方塊圖；及圖5是一個示意圖，示意說明一個腳掌在一個踩踏過程中，該觸控感測基台被觸碰之多個觸碰點的分佈變化。

如圖1、2、3所示，本發明發觸碰感應式步態分析系統之實施例，適用於量測分析人類或動物等受測對象900之行走步態，在本實施例中，圖式示例之受測對象900為老鼠，但實施時不以此為限。

該觸碰感應式步態分析系統包含一個可供所述受測對象900的腳掌901踩踏步行的觸碰感測基台3、一個訊號連接於該觸碰感測基台3之步態分析裝置4，及一個訊號連接於該步態分析裝置4的資料庫裝置5。

該觸碰感測基台3包括一個可供該受測對象900於其頂面踩踏行走之板片狀的觸碰感測板(Touch panel)31，及一個訊號連接於該觸碰感測板31之訊號處理模組32。該觸碰感測板31即為一般所謂的觸控面板，佈設有多個分別可感測該受測對象900之腳掌901的觸碰而對應產生一個觸碰訊號的觸碰點311。該訊號處理模組32可接收分析該觸碰感測板31之該等觸碰點311產生的觸碰訊號，並針對每一個觸碰訊號輸出一個代表對應之觸碰點311的位置訊號。

實施時，該觸碰感測板31類型眾多，可為電訊 號式觸碰感測板、光訊號式觸碰感測板，或聲訊號式觸碰感測板。其中，所述電訊號式觸碰感測板可以是電阻式觸碰感測板或電容式觸碰感測板。所述光訊號式觸碰感測板可以是紅外線式觸碰感測板。所述聲訊號式觸碰感測板可以是表面聲波式觸碰感測板、色散信號式觸碰感測板或聲脈衝式觸碰感測板等，由於觸碰感測板31類型眾多，且非本發明改良對象，因此不再詳述。在本實施例中，是採用電容式觸碰感測板作為觸碰感測板31。

如圖3、4、5所示該步態分析裝置4包括一個掌印變化分析模組41、一個踩踏時間分析模組42、一個踩踏模式建立模組43，及一個步態建立模組44。

該掌印變化分析模組41可接收分析該觸碰感測基台3在各個時間點輸出之所有位置訊號所對應之觸碰點311的分佈變化，也就是由該等位置訊號得知哪些觸碰點311被觸碰，以及被觸碰之該等觸碰點311的分佈位置與相配合構成之形狀，然後進一步辨識出該受測者之每一腳掌901所踩踏形成之每一個掌印410的輪廓，而獲得各個腳掌901在每一次踩踏過程於該觸碰感測基台3上所形成之該掌印410的掌印形狀變化，並對應輸出一個掌印變化資料。所述「一次踩踏過程」是定義為一個腳掌901自開始接觸該觸碰感測基台3到完全離開該觸碰感測基台3的期間，如圖5所示。

該踩踏時間分析模組42可分析歸屬於同一次踩踏過程所形成之掌印410的該等位置訊號的產生時間與消 失時間，而得到歸屬於同一個掌印410的各個觸碰點311被持續觸碰的時間歷程，並對應輸出一個隸屬於同一掌印410之該等觸碰點311被踩踏觸碰歷程的踩踏歷程資料，以及輸出一個關於該等觸碰點311被接觸與脫離之先後順序的時序資料。

該踩踏模式建立模組43可接收該掌印變化分析模組41針對每一次踩踏過程分析所得的該掌印變化資料，以及該踩踏時間分析模組42對每一個掌印410分析所得的該踩踏歷程資料與該時序資料，並將每一個掌印410之該踩踏歷程資料與該時序資料，分別與該掌印變化資料所對應之掌印變化整合在一起，而得到每一個掌印410所對應之腳掌901在一次踩踏過程中的踩踏模式資料，例如在一次踩踏過程中，每一個掌印410對應之腳掌901的各部位接觸該觸碰感測基台3的先後順序與停留時間。

該步態建立模組44會彙整該受測對象900在該觸碰感測基台3行走過程中的每一隻腳的所有踩踏模式資料，也就是收集老鼠四隻腳的每一次踩踏的踩踏模式資料，並分析同一隻腳先後產生之兩個掌印410的距離與時間差，以建立該受測對象900的行走步態，例如左前腳與右前腳的腳掌901踩踏接觸部位變化、接觸面積與接觸施力變化、步距、踩踏時間等，但不以上述內容為限。

在上述步態分析過程中，該步態分析裝置4會將該掌印變化分析模組41、該踩踏時間分析模組42、該踩踏模式建立模組43與該步態建立模組44分析所得之資料 都儲存於該資料庫裝置5中，以供後續存取使用。

本發明觸碰感應式步態分析系統使用時，由於該觸碰感測板31可於被觸碰的瞬間立即產生輸出該觸碰訊號，所以該步態分析裝置4可即時地進行踩踏模式分析，並可在該受測對象900踩踏行進過程中進行即時步態分析，且因該觸碰感測基台3可非常準確地反應出其被踩踏觸碰的觸碰點311，所以可獲得非常精確地掌印形狀變化資料以供分析。

綜上所述，透過以觸碰感測板31來感測受測對象900之行走步態的設計，可有效利用該觸碰感測板31能夠即時輸出被觸碰之觸碰點311的訊號以供分析的特性，而具有即時步態分析的效果，並可利用該觸碰感測板31可非常精確地反應出其被觸碰之觸碰點311資訊，而大幅提高所建立之行走步態資料的準確性，是一種創新且具有較佳準確度的觸碰感應式步態分析系統設計。因此，確實可達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，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。

3‧‧‧觸碰感測基台

31‧‧‧觸碰感測板

32‧‧‧訊號處理模組

4‧‧‧步態分析裝置

41‧‧‧掌印變化分析模組

42‧‧‧踩踏時間分析模組

43‧‧‧踩踏模式建立模組

44‧‧‧步態建立模組

5‧‧‧資料庫裝置

Claims (7)

1. 一種觸碰感應式步態分析系統，可用以分析受測對象之行走步態，並包含：一個觸碰感測基台，包括一個可供該受測對象以其腳掌踩踏行走的觸碰感測板，及一個訊號連接於該觸碰感測板之訊號處理模組，該觸碰感測板佈設有多個分別可被該受測對象之腳掌踩踏接觸以產生一個觸碰訊號的觸碰點，該訊號處理模組可分析輸出該觸碰感測板產生之每一個觸碰訊號所對應之該觸碰點的位置訊號；及一個步態分析裝置，訊號連接於該觸碰感測基台，包括一個掌印變化分析模組、一個踩踏時間分析模組，及一個踩踏模式建立模組，該掌印變化分析模組可分析該等位置訊號的分佈變化，以辨識出每一個腳掌於該觸碰感測基台上踩踏形成的掌印的變化，並對應輸出一個掌印變化資料，該踩踏時間分析模組可分析歸屬於同一個掌印之該等位置訊號的產生時間與消失時間，並對應輸出隸屬於同一掌印之該等觸碰點的一個踩踏歷程資料與一個時序資料，該踩踏模式建立模組可彙整分析每一個腳掌在一次踩踏過程中的該掌印變化資料、該踩踏歷程資料與該時序資料，，以建立輸出該受測對象之每一個腳掌行走踩踏於該觸碰感測基台的踩踏模式。
2. 如請求項1所述的觸碰感應式步態分析系統，其中，該步態分析裝置還包括一個可彙整分析該踩踏模式建立模組針對該受測對象之每一個腳掌所建立的所有踩踏 模式，而建立輸出一個關於該受測對象之該等腳掌的行走步態的步態建立模組。
3. 如請求項2所述的觸碰感應式步態分析系統，還包含一個可儲存該步態分析裝置輸出之資料的資料庫裝置。
4. 如請求項1或2所述的觸碰感應式步態分析系統，其中，該觸碰感測板為電訊號式觸碰感測板、光訊號式觸碰感測板或聲訊號式觸碰感測板。
5. 如請求項4所述的觸碰感應式步態分析系統，其中，所述電訊號式觸碰感測板為電阻式觸碰感測板或電容式觸碰感測板。
6. 如請求項4所述的觸碰感應式步態分析系統，其中，所述光訊號式觸碰感測板為紅外線式觸碰感測板。
7. 如請求項4所述的觸碰感應式步態分析系統，其中，所述聲訊號式觸碰感測板為表面聲波式觸碰感測板、色散信號式觸碰感測板或聲脈衝式觸碰感測板。