TWI581829B

TWI581829B - 具步態分析功能之智慧型懸吊系統

Info

Publication number: TWI581829B
Application number: TW104112275A
Authority: TW
Inventors: Fong-Chin Su; Hai-Pin Kuo
Original assignee: Sportsart Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2017-05-11
Also published as: TW201637687A

Description

具步態分析功能之智慧型懸吊系統

本發明係為一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統，尤其是指一種具有支撐使用者體重以及即時量化評估使用者步態(gait)之功能，透過此懸吊系統可支撐病患部分或是全部的體重，在臨床的使用上，一方面可以確保病患的行走安全，另一方面藉由懸吊體重來減少下肢的承重，以使病患及早承重進行下肢的行走訓練，使懸吊系統可調整所懸吊的力量，因此可隨著使用者能力的進步而減少支撐力量，而鋼索上連結的氣壓缸氣壓或感測元件除了可即時偵測並即時回饋所支撐之重量外，亦可監測使用者行走過程中身體重心(center of mass)轉移的特性，例如重心移動的軌跡及速度等，再進一步分析使用者步態週期中的時間-空間參數以及雙側下肢動作的對稱性，例如步頻(cadence)、單腳支撐體重的百分比，藉以評估病患之步態表現，本發明之懸吊系統並非懸吊在被安設於天花板上之軌道處，因此不是一種沿著軌道移動之懸吊系統，具有方便移動性而可被設在定點狀態中之任一運動裝置上作為訓練使用。

室內運動器材之使用性質雖不同於戶外運動，然於現階段，各種不同領域的室內運動器材均能展現進行身體各部肌肉的訓練，使消費者雖處於居家或室內亦能進行體能訓練，達到健身訓練之目的，但大多室內運動器材僅能提供一般使用者作為健身訓練，而無法讓下肢無法承受較大重量之使用者進行運動或復健訓練，即使現今市面上之運動器材有發展出一種透過另外增設的懸吊裝置來支撐使用者，也僅能單純地懸吊及支撐使用者，而無法再針對使用者當下的運動狀態進行步態分析及視覺回饋。是以，本發明係提供一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統，該智慧型懸吊系統係可即時偵測及分析使用者之步態，並即時做出視覺回饋，讓使用者藉由視覺回饋得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整，也可以回饋訊號作爲復健裝置的運轉控制之用。

本發明之主要目的，其係提供一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統，該智慧型懸吊系統係可即時偵測及分析使用者之步態，並即時做出視覺回饋，讓使用者藉由視覺回饋得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整，也可以回饋訊號作爲復健裝置的運轉控制之用。

本發明之另一主要目的，其係提供一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統，其適用於可移動性之定點狀態中的運動裝置，於運動裝置上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區設有一重量感測器及一位移感測器，經由數位轉換、數據輸出、電腦收集數據、軟體分析步態數據，以得知身體重心位移、身體兩側承重和對稱性、身體兩側承載時間和對稱性等數據，進而經由視覺回饋，俾讓使用者進行適當的步態調整，也可以回饋訊號作爲復健裝置的運轉控制之用。

為使更詳細了解本發明之結構，請參閱第一圖所示，本發明係提供一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統10，本發明之整個系統係可連結在運動裝置或是運動機之骨架，於第一圖中係顯示一骨架1，該骨架1上係設有一傳動機構2，而傳動機構2連結有一可供束縛使用者7之載具3，而一感測元件4係設置在運動裝置5或是運動機之骨架1上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區，以可即時偵測及分析使用者7之步態，並即時做出視覺回饋/機器回饋控制6。

一骨架1，其係包含有二相隔開之底桿11、12，該底桿11、12後端係往上延伸設有二外豎桿13、14，二下肋體15、16係各設於底桿11、12與外豎桿13、14之間，而外豎桿13、14頂端呈彎曲式並連接至二中豎桿17、18，二中豎桿17、18之間設置有一控制台9(可同時參考第二圖)及一乘坐架體8，使用者7可經由該控制台9來操控智慧型懸吊系統10，而乘坐架體8底端係設置有一支撐架81，其係可藉由連接板82、83可上下滑動地安裝在中豎桿17、18上，二中豎桿17、18頂端係連接至一上橫桿19，一上肋體191係設於上橫桿19與中豎桿17、18之間以增加支撐強度，該中豎桿17、18頂端設有一上平台190；

一傳動機構2，其包含一設置於骨架1之二中豎桿17、18之間的氣壓缸21、骨架1之上平台190、上橫桿19上方之數滑輪24、25、26、27及二鋼索22、23，其中一鋼索22一端係連結於氣壓缸21，而另端再行經上平台190、上橫桿19上設置之滑輪24、25，而另一鋼索23一端亦相同地連結於氣壓缸21，而鋼索23另端同樣地行經上平台190、上橫桿19上所設置之另外的二滑輪26、27，最後二鋼索22、23末端再連結至一可將使用者7束縛於運動裝置5上之軟質載具3上方，如第一及二圖所示。

一感測元件4，其係設置於骨架1之上平台190上並可定點式監測及分析使用者7之步態，以得知運動或復健的步態狀況，該感測元件4係包含有一重量感測器41及一位移感測器42。

請參閱第二至四圖，一運動裝置5，其係可位於前述智慧型懸吊系統10前側，該運動裝置5係可猶如常見的滑步機、跑步機、踏步機等運動器材，當使用者7欲利用該智慧型懸吊系統10來懸吊並支撐身體部分或全部重量時，可先驅動氣壓缸21讓載具3垂降下來，讓使用者7將載具3穿套上以在運動裝置5進行運動或復健訓練，在臨床實驗上，在透過該智慧型懸吊系統10來懸吊並支撐身體部分或全部重量時，除了可確保使用者7的行走安全，更可藉由智慧型懸吊系統10來減少下肢的承重，讓下肢無法承受較大重量之使用者7可以自行在運動裝置5上進行運動或復健訓練，且智慧型懸吊系統10之傳動機構2的氣壓缸21可進行調整氣壓大小，以做為拉動鋼索22、23的力量值，亦即隨著使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量。

請參閱第一至五圖所示，當使用者7將前述智慧型懸吊系統10的載具3穿套上並在運動裝置5或一般地面上進行運動、行走或復健訓練時，該感測元件4之重量感測器41會偵測使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，而感測元件4之位移感測器42則會即時偵測及分析使用者7之步態，該重量感測器41及位移感測器42會透過MCU數位轉換43，並將數據輸出44，讓智慧型懸吊系統10之控制台9的電腦收集數據45，且利用軟體分析步態數據46，以偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性47，即為監測使用者7在運動或復健訓練的過程中，其藉由感測傳動機構2之二鋼索22、23所接受的力量及身體重心轉移的特性，譬如是重心移動的軌跡及速度等，再進一步分析步態週期中的時間、空間參數及兩側下肢動作的對稱性，藉以評估使用者7的步態表現，並立即作出視覺回饋/機器回饋控制6，讓使用者7藉由視覺回饋/機器回饋控制6得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。

前述視覺回饋/機器回饋控制6即是顯示出步態狀況於顯示螢幕上，該顯示螢幕係可為運動裝置5之控制螢幕51或是其他顯示器上，在本實施例之第六圖所示，視覺回饋/機器回饋控制6係可顯示出減重、身體重心上下、移動速度/距離、步頻、左右腳動作對稱性、單腳支撐重量百分比於控制螢幕51上，讓使用者7得知運動或復健的步態狀況。

綜上所述，本發明能達到讓使用者7透過智慧型懸吊系統10支撐於運動裝置5上或一般地面上行走，並可隨著使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，可藉由重量感測器41偵測使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，且藉由位移感測器42即時偵測及分析使用者7之步態，並即時做出視覺回饋/機器回饋控制6，讓使用者7藉由視覺回饋/機器回饋控制6得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。

(10)‧‧‧智慧型懸吊系統
(1)‧‧‧骨架
(11)(12)‧‧‧底桿
(13)(14)‧‧‧外豎桿
(15)(16)‧‧‧下肋體
(17)(18)‧‧‧中豎桿
(19)‧‧‧上橫桿
(190)‧‧‧上平台
(191)‧‧‧上肋體
(2)‧‧‧傳動機構
(21)‧‧‧氣壓缸
(22)(23)‧‧‧鋼索
(24)(25)(26)(27)‧‧‧滑輪
(3)‧‧‧載具
(4)‧‧‧感測元件
(41)‧‧‧重量感測器
(42)‧‧‧位移感測器
(43)‧‧‧MCU數位轉換
(44)‧‧‧數據輸出
(45)‧‧‧電腦收集數據
(46)‧‧‧軟體分析步態數據
(47)‧‧‧偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性
(5)‧‧‧運動裝置
(51)‧‧‧控制螢幕
(6)‧‧‧視覺回饋/機器回饋控制
(7)‧‧‧使用者
(8)‧‧‧乘坐架體
(81)‧‧‧支撐架
(82)(83)‧‧‧連接板
(9)‧‧‧控制台

第一圖：係本發明之具步態分析功能之智慧型懸吊系統立體圖。第二圖：係本發明之智慧型懸吊系統與一運動裝置相配合之立體圖。第三圖：係本發明之智慧型懸吊系統與另一運動裝置相配合之立體圖。第四圖：係本發明之智慧型懸吊系統與另一運動裝置相配合之立體圖。第五圖：係本發明之步態分析方塊圖。第六圖：係本發明之視覺回饋顯示出步態狀況於顯示螢幕上之示意圖。

(10)‧‧‧智慧型懸吊系統

(1)‧‧‧骨架

(11)(12)‧‧‧底桿

(13)(14)‧‧‧外豎桿

(15)(16)‧‧‧下肋體

(17)(18)‧‧‧中豎桿

(19)‧‧‧上橫桿

(190)‧‧‧上平台

(191)‧‧‧上肋體

(2)‧‧‧傳動機構

(21)‧‧‧氣壓缸

(22)(23)‧‧‧鋼索

(24)(25)(26)(27)‧‧‧滑輪

(3)‧‧‧載具

(4)‧‧‧感測元件

(8)‧‧‧乘坐架體

(81)‧‧‧支撐架

(83)‧‧‧連接板

Claims

一種具步態分析功能之智慧型懸吊系統，整個系統係可連結在運動裝置或是運動機之骨架，該骨架係包含有二相隔開之底桿，該底桿後端係往上延伸設有二外豎桿，二下肋體係各設於底桿與外豎桿之間，而外豎桿頂端呈彎曲式並連接至二中豎桿，二中豎桿之間設置有一控制台及一乘坐架體，使用者可經由該控制台來操控智慧型懸吊系統，而乘坐架體底端係設置有一支撐架，其係可藉由連接板可上下滑動地安裝在中豎桿上，二中豎桿頂端係連接至一上橫桿，一上肋體係設於上橫桿與中豎桿之間以增加支撐強度，該中豎桿頂端設有一上平台；該骨架上係設有一傳動機構，而傳動機構連結有一可供束縛使用者之載具，而一感測元件係設置在運動裝置或是運動機之骨架上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區，以可定點式即時偵測及分析使用者之步態，並即時做出視覺回饋，該感測元件係包含有一重量感測器及一位移感測器，而視覺回饋即是顯示出步態狀況於一顯示螢幕上，該顯示螢幕係可為前述運動裝置之控制螢幕或是其他顯示器上，視覺回饋係可顯示出減重、身體重心上下、移動速度/距離、步頻、左右腳動作對稱性、單腳支撐重量百分比，讓使用者藉由視覺回饋得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。
如申請專利範圍第1項所述之具步態分析功能之智慧型懸吊系統，其中，該傳動機構包含一設置於骨架之二中豎桿之間的氣壓缸、骨架之上平台、上橫桿上方之數滑輪及二鋼索，其中一鋼索一端係連結於氣壓缸，而另端再行經上平台、上橫桿上設置之滑輪，而另一鋼索一端亦相同地連結於氣壓缸，而鋼索另端同樣地行經上平台、上橫桿上所設置之另外的二滑輪，最後二鋼索末端再連結至一可將使用者束縛於運動裝置上之軟質載具上方。
如申請專利範圍第1項所述之具步態分析功能之智慧型懸吊系統，其中，該感測元件之重量感測器及位移感測器係可即時監測使用者之步態，該重量感測器及位移感測器會透過MCU數位轉換，並將數據輸出，讓智慧型懸吊系統之控制台的電腦收集數據，且利用軟體分析步態數據，以偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性，並立即作出前述視覺回饋。