TWI651116B - 可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置及方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供具有評估功能且趣味性的可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置及方法，主要目的為加入可程式調節預定位置、類似打地鼠隨機模式增添趣味性，並可即時測量運動時間、速度及軌跡，將受測者逐次訓練狀況與結果即時顯示與儲存並上傳雲端，兼具上肢活動訓練與功能評估的功用。目標以改善傳統人力評估的模式，並作為上肢活動訓練與評估量化的設備。最後透過雲端儲存，可建立大量數據庫做探索及分析。

Description

可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置及方法

本發明係關於一種可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置及方法，尤指一種藉由類似打地鼠模式以將受測者逐次訓練狀況與結果即時顯示並上傳，以及可調整測試元件高度之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置。

近年來，隨著文明病痛與老年化的社會現象加劇，復健產品在醫療儀器的市場上已佔有一大部分。在科學普及的時代中，已有相關之復健或娛樂產品將大腦科學與生理訊號相互結合(例如虛擬實境的技術)，但經調查後仍然發現大多數的復健產品尚未導入自動化的概念，進而導致復健效果不彰及醫療人力不足的問題極為顯著。

此外，現代社會造成多數人處於緊繃、繁忙的環境中，突發事故或職業傷害也容易導致嚴重的生理損傷，其中更以中風與脊隨損傷佔居多數。然而，當損傷恢復後，則會因長時間缺乏運動之故，而造成肌肉萎縮或肌肉功能退化，因此，使用者進行有效的肌肉活動訓練是相當重要的。

大多數的人類行為皆涉及使用上肢功能，根據美國國家安全局資料所示，約三分之一的職業傷害為上肢功能障礙。市面上針對上肢功能的訓練產品多樣，若要兼具手臂、手腕與手掌抓握能力的訓練，取得方式容易且購買價格低，其中就屬「錐形杯」最為廣泛使用。但使用多數的訓練產品後，其訓練成果卻無法做為上肢功能活動評估的參考，也缺乏客觀的科學數據量化。訓 練期間皆採用重複的動作模式加以練習活動功能，在長期的活動中卻失去了趣味性，部分的使用者仍然會感到倦怠。如同減重過程，若能在重複的運動下可看見變化或有新的運動項目，則更能堅持反覆的訓練模式。

而且，若使用者在訓練的過程中，僅需藉由自動化設備進行訓練時，其使用者即可自行進行相關訓練程序以有效減少陪同照顧者的人力資源的需求；另外在其過程中亦可透過數據分析及傳輸之作用，將相關數據備存供予管理人員，還可由預定時間之設定以警示陪同照顧人員前來協助使用者，以避免使用者有操作困難或其他因素而無法進行相關操作之情形發生。

習用之訓練器具，如：上肢用之復健器具，容易使得使用者倦怠且無法依其復健之過程以作為功能評估的參考；因此，為改善上揭之目的者，本發明係提供一種可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其主要包括有本體，本體內部設有容置部及資料處理單元，其容置部一端穿透本體之一面，另外，本體之一面設有握取部，本體內部設有握取感測元件；一測試元件，其測試元件係容納於容置部內，測試元件一端設有放置部，其放置部周邊設有放置感測元件；一驅動元件，其驅動元件一側或一端與測試元件相連接，驅動元件與驅動體相連接，其驅動體可驅動其驅動元件以驅使測試元件進行位移。

較佳地，其握取部上設有杯體，而本體內部進一步設有遞補裝置以遞補握取部上的杯體。

較佳地，透過握取感測元件感測握取部上的杯體是否被取出，若杯體已完全被取出後，握取感測元件則會感測到其握取部上已無杯體，進而指示遞補裝置動作以補上另一杯體。

較佳地，測試元件另端與壓力傳感元件相連接。

較佳地，其放置部一端設有感測體，其感測體可感測預定距離內是否有物體或使用者之手部，以及感測使用者在放置部外的移動軌跡。

較佳地，其握取部一端、另端或周邊位置進一步設有感測體、壓力傳感元件及放置感測元件。

較佳地，本體一側連接有顯示元件，其資料處理單元與顯示元件相電性連接，其顯示元件可將資料處理單元所得之數據顯示出來。

較佳地，其資料處理單元可將所得之數據無線傳送至另一顯示元件、網路或雲端上。

較佳地，本體內部設有模式判斷模組，以透過模式判斷模組選擇評估模式、訓練模式或是其他不同的模式。

較佳地，本體一面設有容置空間以供使用者之腳部放置。

本發明亦可提供一種可程式型錐形杯上肢活動訓練方法，其步驟係包括有：透過驅動體以驅動驅動元件，進而驅使測試元件位移至預定位置；使用者握住杯體且將杯體取出，再將其杯體套至測試元件上的放置部；以及當杯體套至於放置部上後，放置感測元件則會感測判斷杯體是否已完全放置，若杯體已完全放置，放置感測元件則會指示驅動體進行驅動，以驅使測試元件位移至原先位置。

較佳地，當使用者將杯體從握取部取出後，握取感測元件則會感測到握取部上已無杯體，進而指示遞補裝置進行遞補另一杯體的動作。

較佳地，在測試元件移至預定位置之前，使用者可透過模式判斷 模組選擇評估模式、訓練模式或是其他不同的模式。

較佳地，使用者將杯體套至放置部上後，壓力傳感元件則會計算出使用者放置其杯體時所施的力，而當壓力傳感元件計算出其力的數值後，則會將其數值傳輸至資料處理單元。

較佳地，當測試元件進行位移時，若使用者將手部或物體置於該放置部外之預定距離時，感測體則會立即指示驅動體停止驅動以避免意外發生。

較佳地，當使用者握住且取出杯體時，握取部設有之壓力傳感元件則會受到壓力變化而開始計算握取動作時間，最後再由握取部所設有之感測體感測預定距離內已無杯體以結束計算握取動作時間，且將其握取時間數據傳輸至資料處理單元；而當使用者將杯體套至放置部上，且使用者手部離開杯體後，放置感測元件進一步會將放置的時間數據傳輸至資料處理單元。

較佳地，資料處理單元可將所得的數據傳輸至顯示元件上，或是無線傳輸或電性連接至另一顯示元件、網路或雲端上。

較佳地，感測體可進一步感測到使用者手部的移動軌跡，可將使用者從握取杯體到放置杯體的移動軌跡的數據傳輸至資料處理單元。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文茲配合各圖式所列舉之具體實施例詳加說明。

1‧‧‧本體

11‧‧‧容置部

12‧‧‧握取部

13‧‧‧握取感測元件

14‧‧‧容置空間

2‧‧‧杯體

3‧‧‧顯示元件

4‧‧‧測試元件

41‧‧‧放置部

411‧‧‧放置部的外緣

42‧‧‧壓力傳感元件

43‧‧‧放置感測元件

44‧‧‧感測體

5‧‧‧驅動元件

51‧‧‧驅動體

S01‧‧‧測試元件位移至預定位置

S02‧‧‧使用者握住杯體

S03‧‧‧遞補裝置進行遞補另一杯體

S04‧‧‧將其杯體套至測試元件上的放置部

S05‧‧‧將壓力傳感元件計算出之力的數值傳輸至資料處理單元

S06‧‧‧測試元件位移至原先位置

S07‧‧‧感測體感測到手部或物體而立即指示驅動體停止驅動

T1‧‧‧握取動作時間

T2‧‧‧移動動作時間

T3‧‧‧放置動作時間

M01‧‧‧建立使用者資料

M02‧‧‧透過模式判斷模組以選擇所需進行的模式

M03‧‧‧評估模式

M04‧‧‧訓練模式

M05‧‧‧判斷使用者的上肢功能狀態

M06‧‧‧依常態分佈的標準給予適當的分數

M07‧‧‧傳輸數據予陪同照顧人員

I01‧‧‧使用者做完相關訓練動作

I02‧‧‧獲取相關數據

I03‧‧‧透過資料處理單元進行處理分析

I04‧‧‧手掌抓握功能

I05‧‧‧手臂活動功能

I06‧‧‧布朗士狀分級表第三至第六階級的區間設定

I07‧‧‧各區間常態分佈的區間分數設定

I08‧‧‧布朗士狀分級表第四至第六階級的區間設定

I09‧‧‧各區間常態分佈的區間分數設定

第1圖係為本發明之立體圖。

第2圖係為本發明之測試元件使用狀態圖。

第3圖係為本發明之杯體套至放置部的示意圖。

第4圖係為本發明之測試元件示意圖。

第5圖係為本發明之測試元件位移示意圖。

第6a圖係為本發明之放置感測元件及感測體示意圖。

第6b圖係為本發明之放置感測元件及感測體示意圖。

第7a圖係為本發明之未完全放置的狀態示意圖。

第7b圖係為本發明之完全放置的狀態示意圖。

第8圖係為本發明之使用流程圖。

第9圖係為本發明之動作時間的分析圖。

第10圖係為本發明之模式判斷方塊圖。

第11圖係為本發明之資料分析方塊圖。

為使 貴審查委員方便了解本發明之內容，以及所能達成之功效，茲配合圖式列舉之各項具體實施例以詳細說明如下：請參閱第1圖至第6b圖，係為本發明之立體圖、測試元件使用狀態圖、杯體套至放置部的示意圖、測試元件示意圖、測試元件位移示意圖及放置感測元件及感測體示意圖，如圖所示，本發明主要係包括本體1，本體1內部設有容置部11及資料處理單元(圖未示)，其容置部11一端穿透本體1之一面，另外，本體1之一面設有握取部12，其握取部12上設有杯體2，握取部12之一端、另端或周邊位置進一步設有感測體44、壓力傳感元件42及放置感測元件43，本體1內部設有握取感測元件13及遞補裝置(圖未示)以遞補握取部12上的杯體2，本體1一側連接有顯示元件3；一測試元件4，其測試元件4係容納於容置部11內，測試元件4一端設有放置部41，測試元件4另端與壓力傳感元件42相連接，其放 置部41周邊設有放置感測元件43，而放置部41一端設有感測體44；一驅動元件5，其驅動元件5一側或一端與測試元件4相連接，驅動元件5與驅動體51相連接，其驅動體51可驅動其驅動元件5以驅使測試元件4進行位移。

較佳地，本體1內部設有模式判斷模組(圖未示)，以透過模式判斷模組選擇評估模式、訓練模式或是其他不同的模式。

較佳地，本體1一面設有容置空間14以供使用者之腳部放置。

如此，當使用者欲使用本發明進行訓練或評估時，其測試元件4則會透過程式調整驅動體51的驅動而被驅動元件5驅使向上，而若測試元件4在位移的過程中，使用者不經意的將手部或物體置於該放置部41外之預定距離時，感測體44則會立即指示其驅動體51停止驅動，以使得測試元件4停止至其高度，而使用者則可藉由其高度之測試元件4以進行後續之訓練程序；當測試元件4停止後，資料處理單元則會紀錄其停止之高度，之後再藉由數據分析進行高度的更改； 當使用者將手部放置於握取部12上的杯體2以握住杯體2時，其握取部12設有之壓力傳感元件42則會因受到壓力之變化而感測到使用者已開始進行握住杯體2之動作，而當使用者取出杯體2時，其設置於握取部12之放置感測元件43則會感測到其放置於握取部12之杯體2已被取出，另外當杯體2取出後，其設置於握取部12之感測體44則會進行感測，以感測握取部12之預定距離內是否有其杯體2，若無，握取感測元件13則會進行最後之判定，以確保握取部12上已無杯體2後，進而指示遞補裝置進行遞補的動作，以將另一杯體2遞補至握取部12上；同時，當使用者將其杯體2套至於放置部41時，其放置部41之放置感測元件43則會感測到杯體2且判斷其杯體2是否完全放置，然杯體2已完全放置後， 其放置感測元件43則會指示驅動體51驅動以驅使測試元件4向下位移至原先位置(向上位移前的位置)。

另外，測試元件4上升之高度係為可調整之高度，而其高度設定之數據係可由資料處理單元隨機設定，亦可由陪同照顧人員、使用者或其他人員進行人為設定。

請參閱第7a圖及第7b圖，係為本發明之未完全放置的狀態示意圖及完全放置的狀態示意圖，如圖所示，當使用者握住杯體2後，則需將其杯體2取出以套至測試元件4的放置部41上，而當杯體2被取出且放置於放置部41時，其放置感測元件43則會感測到杯體2且判斷其杯體2是否完全放置，而其完全放置之意思即為，當杯體2放置於放置部41上時，其杯體2之杯緣的任一側若未完全貼合放置部41的外緣411時，其放置感測元件43則會判斷其杯體2並未完全放置(如7a圖所示)，但若杯體2之杯緣完全貼合放置部41的外緣411，則為完全放置(如7b圖所示)。

請參閱第8圖，係為本發明之使用流程圖，如圖所示，係先透過驅動體51以驅動驅動元件5，進而驅使測試元件4向上位移至預定位置(S01)後，由使用者握住杯體2(S02)，而當使用者握住杯體2後，握取感測元件13則會感測使用者的手部是否握住其杯體2；然而，測試元件4向上位移的同時，使用者亦可同時進行握住杯體2的動作，故其流程步驟並非為必須先由測試元件4上升至預定位置後，使用者才可進行握住杯體2的動作。

而當使用者握住杯體2後，使用者即可將杯體2從握取部12取出，而當杯體2被取出後，握取感測元件13則會感測到握取部12上已無杯體2，進而指示遞補裝置進行遞補另一杯體2的動作(S03)，而使用者則可將其杯體2套至測 試元件4上的放置部41(S04)；而當使用者將杯體2套至放置部41上後，壓力傳感元件42則會計算出使用者放置其杯體2時所施的力，而當壓力傳感元件42計算出其力的數值後，則會將其數值傳輸至資料處理單元(S05)；以及當杯體2套至於放置部41上後，放置感測元件43則會感測判斷杯體2是否已完全放置，係經由上述完全放置之判斷過程(如[0035]段所述)，判斷杯體2已為完全放置之狀態且使用者已將手部移開後(藉由壓力傳感元件42判斷使用者之手部是否移開)，放置感測元件43則會指示驅動體51進行驅動，以驅使測試元件4向下位移至原先位置(S06)。

再者，當測試元件4進行位移時，若使用者將手部或物體置於該放置部41外之預定距離時，感測體44則會立即指示驅動體51停止驅動(S07)以避免意外發生；又，其感測體44可進一步感測到使用者手部的移動軌跡，且將使用者從握取杯體2到放置杯體2的移動軌跡的數據傳輸至資料處理單元。

最後，其資料處理單元可將所得的數據傳輸至顯示元件3上，或是無線傳輸或電性連接至另一顯示元件、網路或雲端上以供予人員進行評估。

另外，資料處理單元可設有一預定時間，若使用者之操作時間已超過其預定時間時，其資料處理單元則會發送一訊號予陪同照顧人員，進以通知人員前來協助。

請參閱第9圖，係為本發明之動作時間的分析圖，如圖所示，更進一步地說，當使用者進行握住杯體2之動作時，即便僅因碰撞之動作而使得握取部12設有之壓力傳感元件42受到壓力的變化後，則會立即觸發壓力傳感元件42以開始計算握取動作時間T1，當使用者握住杯體2且將杯體2取出後，握取部 12之放置感測元件43則會感測到其杯體2已被使用者取出，而後其握取部12之感測體44則會進行感測，以感測握取部12之預定距離內是否有其杯體2之存在，若無，其握取感測元件13則會進行最後之判定，進以判別握取部12是否還有杯體2，而確定握取部12上已無杯體2後，則會指示遞補裝置進行遞補另一杯體2之動作；而握取動作時間T1，則從壓力傳感元件42受到壓力變化開始，到其感測體44感測到預定距離已無杯體2結束。

當感測體44判定預定距離已無杯體2的存在後，則會開始計算移動動作時間T2，在使用者移動手部的過程中，其放置部41上所設有之感測體44則會感測使用者手部的移動軌跡，進一步地說，無論使用者移動至XYZ之任一軸上，感測體44皆會將其移動軌跡紀錄下來，且將其所得之數據傳至資料處理單元，最後到使用者將杯體2放置到放置部41上以觸發放置部41設有之壓力傳感元件42受到壓力之變化後，即為移動動作時間T2的時間計算結束點。

當杯體2放置於放置部41上以使得壓力傳感元件42受到壓力之變化時，放置動作時間T3則會開始時間之計算，而當杯體2被放置於放置部41上後，放置感測元件43則會開始判斷其杯體2是否被完全放置，若無，使用者則需再進行相關之調整，以將杯體2被調整到被完全放置之狀態；而若杯體2已完全放置後，使用者則會將手部從杯體2上移開，同時壓力傳感元件42因僅受有杯體2重量之壓力而判斷使用者手部已移開杯體2，進而結束放置動作時間T3的計算。

請參閱第10圖，係為本發明之模式判斷方塊圖，如圖所示，當使用者開始進行測試前，係可透過資料處理單元建立使用者的相關資料(M01)，而後再透過模式判斷模組以選擇所需進行的模式(M02)，其模式判斷模組係具有之評估模式(M03)及訓練模式(M04)，而其模式之選擇係可透過電腦隨機或是人為 控制；當使用者選擇評估模式(M03)進行訓練時，係透過上述握取及放置杯體2之動作後，即可依照其所得之數據以判斷使用者的上肢功能狀態(M05)； 而當選擇模式為訓練模式(M04)時，使用者亦透過握取及放置的動作後進行訓練評估，之後再依其數據與常態分佈的標準，給予適當的分數(M06)；然而，上述之評估模式(M03)與訓練模式(M04)所做的握取或放置等動作並無變化，但在其所得數據的評估標準及結果並不相同；而其相關數據及結果且亦可透過資料分析單元將其數據及結果傳送至另一顯示元件、網路或雲端以供予醫護人員進行評估(M07)。

然而，其評估數據較佳地是需由使用者做九組的握取及放置之動作後，再藉由其九個所得數據平均，如此，更可準確地掌握使用者的狀態。

請參閱第11圖，係為本發明之資料分析方塊圖，如圖所示，當使用者做完相關訓練動作(I01)後，其所得之數據資料(I02)(力的數值、速度及方位等)可透過資料處理單元進行處理分析(I03)，而分析資訊的部分係可分為手掌抓握功能(I04)及手臂活動功能(I05)，而手掌抓握功能的分析數據可藉由布朗士狀分級表第三至第六階級的區間設定(I06)，或是各區間常態分佈的區間分數設定(I07)作以分析，進而得出評估模式或是訓練模式的結果；而手臂活動功能(I05)的分析數據則是透過布朗士狀分級表第四至第六階級的區間設定(I08)，或是各區間常態分佈的區間分數設定(I09)以得出評估模式或是訓練模式的結果，藉此即可評估使用者目前的狀態。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「橫向」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水準」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係， 僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

惟，以上所述者，僅為本發明之最佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所做之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (17)

1. 一種可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其包括：一本體，該本體內部設有至少一容置部及一資料處理單元，該容置部一端穿透該本體之一面，該本體之一面設有至少一握取部，該本體內部設有至少一握取感測元件，該握取部上設有一杯體；至少一測試元件，該測試元件係容納於該容置部內，該測試元件一端設有一放置部，該放置部周邊設有至少一放置感測元件；以及一驅動元件，該驅動元件一側或一端與該測試元件相連接，該驅動元件與一驅動體相連接，該驅動體可驅動該驅動元件以驅使該測試元件進行位移。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該本體內部進一步設有一遞補裝置以遞補該握取部上的該杯體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，透過該握取感測元件感測該握取部上的該杯體是否被取出，若該杯體已完全被取出後，該握取感測元件則會感測到該握取部上已無該杯體，進而指示該遞補裝置動作以補上另一杯體。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該測試元件另端與一壓力傳感元件相連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該放置部一端設有一感測體，該感測體可感測預定距離內是否有物體或使用者之手部，以及感測使用者在該放置部外的移動軌 跡。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該握取部一端、另端或周邊位置進一步設有該感測體、該壓力傳感元件及該放置感測元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該本體一側連接有一顯示元件，該資料處理單元與該顯示元件相電性連接，該顯示元件可將該資料處理單元所得之數據顯示出來。
8. 如申請專利範圍第7項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該資料處理單元可將所得之數據無線傳送至另一顯示元件、網路或雲端上。
9. 如申請專利範圍第7項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估裝置，其中，該本體內部設有一模式判斷模組，以透過該模式判斷模組選擇評估模式、訓練模式或是其他不同的模式。
10. 一種可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其包括：透過一驅動體以驅動一驅動元件，進而驅使一測試元件位移至預定位置；使用者握住一杯體且將該杯體取出，再將該杯體套至該測試元件上的一放置部；以及當該杯體套至於該放置部上後，至少一放置感測元件則會感測判斷該杯體是否已完全放置，若該杯體已完全放置，該放置感測元件則會指示該驅動體進行驅動，以驅使該測試元件位移至原先位置。
11. 如申請專利範圍第10項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，當使用者將該杯體從該握取部取出後，一握取感測元件則會感測到該握取部上已無該杯體，進而指示一遞補裝置進行遞補另一杯體的動作。
12. 如申請專利範圍第10項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，使用者將該杯體套至該放置部上後，一壓力傳感元件則會計算出使用者放置該杯體時所施的力，而當該壓力傳感元件計算出其力的數值後，則會將其數值傳輸至該資料處理單元。
13. 如申請專利範圍第10項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，當該測試元件進行位移時，若使用者將手部或物體置於該放置部外之預定距離時，一感測體則會立即指示該驅動體停止驅動以避免意外發生。
14. 如申請專利範圍第13項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，當使用者握住且從該握取部取出該杯體時，該握取部設有之該壓力傳感元件則會受到壓力變化而開始計算一握取動作時間，最後再由該握取部所設有之該感測體感測預定距離內已無該杯體以結束計算該握取動作時間，且將其該握取動作時間數據傳輸至一資料處理單元；而當使用者將該杯體套至該放置部上，且使用者手部離開該杯體後，該放置感測元件進一步會將放置的時間數據傳輸至該資料處理單元。
15. 如申請專利範圍第14項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，該資料處理單元可將所得的數據傳輸至一顯示元件上， 或是無線傳輸至另一顯示元件、網路或雲端上。
16. 如申請專利範圍第13項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，該感測體可進一步感測到使用者手部的移動軌跡。
17. 如申請專利範圍第16項所述之可程式型錐形杯上肢活動訓練及評估方法，其中，在該測試元件位移至預定位置之前，使用者可透過一模式判斷模組選擇評估模式、訓練模式或是其他不同的模式。