TWI654013B - 電動輔助之阻力式復健裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

提供一種電動輔助之阻力式復健裝置及其方法。此裝置包含：包含作動部之復健器材、肌力感測器、控制處理模組以及馬達模組。肌力感測器設置於復健器材之作動部，用以感測操作者於操作復健器材之作動部時所施加之肌力並相應輸出肌力訊號。控制處理模組電性連接肌力感測器，用以接收肌力訊號並根據肌力訊號來輸出輔助力道訊號。馬達模組電性連接控制處理模組與復健器材，用以接收輔助力道訊號並根據輔助力道訊號來驅動復健器材之作動部以輔助操作者操作復健器材。

Description

電動輔助之阻力式復健裝置及其方法

本揭露實施例是有關於一種電動輔助之阻力式復健裝置，且特別是有關於一種電動輔助之阻力式復健裝置及其方法。

高齡者常因肌少症而增加其摔倒風險，嚴重影響生活品質，往往也伴隨著死亡率的提高，目前臨床上有判斷屬肌肉適能(肌力、肌耐力、爆發力等)的訓練方法，但市面上僅有少許專屬高齡者專用的復健器材，故復健師通常僅能以行為觀察方式來進行。目前臨床復健師針對銀髮族使用者利用訓練器材之需求，主要在於中老年人操作者需要肌力活動，以至少維持相當肌力來降低跌倒風險。但操作者的肌力是否有成長與訓練過程中的適從性與安全性，是目前訓練機台功能無法提供的。

再者，目前市面上對於高齡者的阻力式復健器材大都是透過油壓系統作動，油壓訓練強調能等速做回復動作，對於銀髮族高齡者而言，能提供較安全之使用方式，且 油壓致動成本較為便宜，但油壓問題在於作動穩定性會因行程速度變化大，等速效果不佳，且在長期作動下，油壓缸會有作動異味，多以洩油汙染、漏氣造成器材損傷的現況，且也因油壓致動方式，目前較難以有作動次數、時間與搖控調整阻力功能，無法為高齡者專屬設定個人化阻力訓練模式。

本揭露之目的在於提出一種電動輔助之阻力式復健裝置及其方法，透過感測操作者所施加的肌力，給予一定比例的輔助力道，以輔助肌力不足之高齡者，能以安全且有效率的方式來操作復健裝置。

根據本揭露之上述目的，提出一種電動輔助之阻力式復健裝置，包含：復健器材、肌力感測器、控制處理模組以及馬達模組。復健器材包含作動部。肌力感測器設置於復健器材之作動部，用以感測操作者於操作復健器材之作動部時所施加之肌力並相應輸出肌力訊號。控制處理模組電性連接肌力感測器，用以接收肌力訊號並根據肌力訊號來輸出輔助力道訊號。馬達模組電性連接控制處理模組與復健器材，用以接收輔助力道訊號並根據輔助力道訊號來驅動復健器材之作動部以輔助操作者操作復健器材。

在一些實施例中，上述肌力感測器為力矩感測器(torque sensor)、加速度感測器或速度感測器，其中控制處理模組更用以紀錄肌力。

在一些實施例中，上述電動輔助之阻力式復健 裝置更包含行程感測器，設置於復健器材之作動部且電性連接控制處理模組，其中控制處理模組更用以根據行程感測器來感知操作者是否完成復健器材的單次操作且紀錄操作者完成復健器材的單次操作之時間與次數。

在一些實施例中，上述行程感測器為編碼器或極限開關(limit switch)。

根據本揭露之上述目的，提出一種電動輔助之阻力式復健方法，包含：感測操作者於操作復健器材之作動部時所施加之力矩值；判斷力矩值是否大於或等於輔助啟動閥值；當力矩值大於或等於輔助啟動閥值時，透過電動輔助控制法則以根據力矩值來決定輔助力道；以及根據輔助力道來控制馬達模組，以使馬達模組以輔助力道來驅動復健器材之作動部，以輔助操作者操作復健器材。

在一些實施例中，其中透過電動輔助控制法則以根據力矩值來決定輔助力道之步驟包含：判斷力矩值是否小於第一輔助閥值；以及當力矩值小於第一輔助閥值時，決定輔助力道為力矩值之1.5倍。

在一些實施例中，其中透過電動輔助控制法則以根據力矩值來決定輔助力道之步驟更包含：判斷力矩值是否大於或等於第一輔助閥值且小於第二輔助閥值；以及當力矩值大於或等於第一輔助閥值且小於第二輔助閥值時，決定輔助力道相等於力矩值。

在一些實施例中，其中透過電動輔助控制法則以根據力矩值來決定輔助力道之步驟更包含：當力矩值大於 或等於第二輔助閥值時，決定輔助力道為力矩值之0.5倍。

在一些實施例中，上述輔助啟動閥值為5牛頓-米，上述第一輔助閥值為10牛頓-米，上述第二輔助閥值為30牛頓-米。

在一些實施例中，上述電動輔助之阻力式復健方法更包含：操作者於操作復健器材之作動部之前，操作者先透過人機介面選擇要操作之復健器材。

在一些實施例中，上述操作者可透過人機介面來調整電動輔助控制法則。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧電動輔助之阻力式復健裝置

110‧‧‧復健器材

112‧‧‧作動部

120‧‧‧肌力感測器

130‧‧‧控制處理模組

140‧‧‧馬達模組

150‧‧‧人機介面

160‧‧‧行程感測器

1000‧‧‧電動輔助之阻力式復健方法

1100-1500‧‧‧步驟

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

[圖1]係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健裝置的系統方塊圖。

[圖2]係繪示根據本揭露的一實施例之電動輔助之阻力式復健裝置的結構示意圖。

[圖3]係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健方法的流程圖。

[圖4]係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健方法的其中兩個步驟的例示性的流程圖。

以下仔細討論本發明的實施例。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論、揭示之實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。關於本文中所使用之『第一』、『第二』、…等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

對於銀髮高齡者而言，為了維持生活品質，通常需要透過訓練以維持或提升肌力。操作多台不同的阻力式復健裝置，例如推蹬機、推舉機等來進行環狀運動就是其中一種訓練的方式。然而，某些銀髮高齡者存在著肌力不足的情況，因此無法正確且有效率地操作傳統的阻力式復健裝置，甚而可能因為操作不當而造成訓練傷害。再者，傳統的阻力式復健裝置無法提供操作者操作的個人化紀錄，使得復健師或物理治療師需要手動紀錄個人化紀錄，增加了照護銀髮高齡者之醫護人員的工作負荷。本揭露提出一種電動輔助之阻力式復健裝置及其方法，用以改善上述之缺陷。

圖1係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健裝置100的系統方塊圖。電動輔助之阻力式復健裝置100包含：復健器材110、肌力感測器120、控制處理模組130以及馬達模組140。復健器材110包含作動部112。 在本揭露的一實施例中，復健器材110可為肌力復健器材(例如推蹬機或推舉機)，操作者藉由操作復健器材110來實現上肢核心肌力訓練或下肢核心肌力訓練器材。舉例而言，當復健器材110為用以實現上肢核心肌力訓練之推舉機時，操作者藉由上肢來施力於復健器材110之作動部112，以帶動或操作復健器材110之作動部112，從而達到上肢核心肌力訓練之目的。

肌力感測器120設置於復健器材110之作動部112，用以感測操作者於操作復健器材110之作動部112時所施加之肌力並相應輸出肌力訊號。在本揭露的實施例中，肌力感測器120為力矩感測器(torque sensor)、加速度感測器或速度感測器。控制處理模組130電性連接肌力感測器120，用以接收肌力訊號並根據肌力訊號來輸出輔助力道訊號。在本揭露的實施例中，控制處理模組130用以把肌力訊號轉換為數值，例如：肌力、力矩值。

馬達模組140電性連接控制處理模組130與復健器材110，用以接收輔助力道訊號並根據輔助力道訊號來驅動復健器材110之作動部112以輔助操作者操作復健器材110。值得一提的是，馬達模組140包含馬達與霍爾感應器，控制處理模組130用以根據馬達模組140的霍爾感應器來感知馬達模組140的馬達之轉子位置並確認馬達模組140的馬達之轉子位置是否正確。圖2係繪示根據本揭露的一實施例之電動輔助之阻力式復健裝置100的結構示意圖，在本揭露的一實施例中，復健器材110為推蹬機，馬達模組140裝設 於推蹬機110之連桿114的一端，馬達模組140用以帶動推蹬機110之連桿114來驅動推蹬機110之作動部112以輔助操作者操作推蹬機110。

具體而言，本揭露之電動輔助之阻力式復健裝置100的目的在於：提供助力來輔助操作者操作電動輔助之阻力式復健裝置100。電動輔助之阻力式復健裝置100感測操作者操作復健器材110時施加於作動部112的肌力，馬達模組140根據上述肌力來提供適當的輔助力道施加於復健器材110之作動部112，做為輔助操作者之助力，從而使得操作者正確且有效率地操作電動輔助之阻力式復健裝置100。

以下說明電動輔助之阻力式復健裝置100的操作流程，圖3係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健方法1000的流程圖。請一併參閱圖1，電動輔助之阻力式復健裝置100更包含人機介面150，人機介面150電性連接控制處理模組130。於步驟1100，操作者透過人機介面150選擇要操作之復健器材110。具體而言，復健器材110包含了許多各式不同種類的訓練器材，因此於步驟1100讓操作者透過人機介面150選擇要操作之復健器材110的種類。

於步驟1200，感測操作者於操作復健器材110之作動部112時所施加之力矩值，所述力矩值相應於前述之肌力。舉例而言，所述力矩值相等於前述之肌力。舉例而言，所述力矩值與前述之肌力具有比例關係。具體而言，透過肌 力感測器120感測操作者於操作復健器材110之作動部112時所施加之肌力。值得一提的是，控制處理模組130更用以紀錄每一次操作者於操作復健器材110之作動部112時所施加之肌力。在本揭露的實施例中，操作者或醫護人員可透過有線或無線的方式存取控制處理模組130所紀錄的肌力。在本揭露的實施例中，控制處理模組130所紀錄的肌力會顯示於人機介面150以供操作者與醫護人員查看。

於步驟1300，判斷力矩值是否大於或等於輔助啟動閥值，於步驟1400，當力矩值大於或等於輔助啟動閥值時，透過電動輔助控制法則以根據力矩值來決定輔助力道。圖4係繪示根據本揭露的實施例之電動輔助之阻力式復健方法1000的步驟1300至步驟1400的例示性的流程圖。首先，判斷力矩值是否大於或等於輔助啟動閥值，當力矩值大於或等於輔助啟動閥值才往下一步驟(步驟1300)進行。在本揭露的一實施例中，輔助啟動閥值可為5牛頓-米。在本揭露其他的實施例中，輔助啟動閥值可為小於5牛頓-米之值，例如1牛頓-米。接著，判斷力矩值是否小於第一輔助閥值，當力矩值小於第一輔助閥值時，決定輔助力道為力矩值之1.5倍。在本揭露的一實施例中，第一輔助閥值可為10牛頓-米。再者，判斷力矩值是否大於或等於第一輔助閥值且小於第二輔助閥值，當力矩值大於或等於第一輔助閥值且小於第二輔助閥值時，決定輔助力道相等於力矩值。在本揭露的一實施例中，第二輔助閥值可為30牛頓-米。最後，當力矩值大於或等於第二輔助閥值時，決定輔助力道為力矩值之 0.5倍。應注意的是，此處提及的輔助啟動閥值、第一輔助閥值、第二輔助閥值及電動輔助控制法則中之輔助力道相對於力矩值之倍率僅為例示，本揭露的實施例並不限於此。

值得一提的是，操作者可透過人機介面150來手動地調整輔助啟動閥值、第一輔助閥值、第二輔助閥值或電動輔助控制法則中之輔助力道相對於力矩值之倍率。舉例而言，復健師或物理治療師可針對特定患者來手動地調整輔助啟動閥值、第一輔助閥值、第二輔助閥值或電動輔助控制法則中之輔助力道相對於力矩值之倍率，從而為特定患者設計專屬個人化的訓練方式。值得一提的是，由於復健器材110包含了許多各式不同種類的訓練器材，因此電動輔助之阻力式復健方法1000於步驟1300更可根據於步驟1100所被選擇的復健器材110來調整輔助啟動閥值、第一輔助閥值、第二輔助閥值或電動輔助控制法則中之輔助力道相對於力矩值之倍率。

於步驟1500，根據步驟1400所決定的輔助力道來控制馬達模組140，以使馬達模組以輔助力道來驅動復健器材110之作動部112以輔助操作者操作復健器材110。

請回到圖1，電動輔助之阻力式復健裝置100更包含行程感測器160，設置於復健器材110之作動部112且電性連接控制處理模組130。控制處理模組130更用以根據行程感測器160來感知操作者是否完成復健器材110的單次操作且紀錄操作者完成復健器材110的單次操作之時間與次數。在本揭露的實施例中，行程感測器為編碼器或極限開 關(limit switch)。在本揭露的實施例中，操作者或醫護人員可透過有線或無線的方式存取控制處理模組130所紀錄的操作者完成復健器材110的單次操作之時間與次數。在本揭露的實施例中，控制處理模組130所紀錄的操作者完成復健器材110的單次操作之時間與次數會顯示於人機介面150以供操作者與醫護人員查看。舉例而言，復健師或物理治療師可根據個人化紀錄，例如：操作者的肌力、完成復健器材110的單次操作之時間與次數等等，來手動地調整閥值或電動輔助控制法則中之各項數值，從而為操作者設計專屬個人化的訓練方式。

由上述可知，本揭露提出一種電動輔助之阻力式復健裝置及其方法，根據操作者之肌力來提供助力以輔助操作者正確且有效率地的操作電動輔助之阻力式復健裝置。再者，本揭露之電動輔助之阻力式復健裝置及其方法紀錄了操作者之肌力以及操作者完成復健器材110的單次操作之時間與次數，提供操作者操作的個人化紀錄，提升醫護人員照護銀髮高齡者之效率，降低醫護人員的工作負荷。

以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本揭露的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本揭露當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本揭露的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本揭露精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。

Claims (8)

1. 一種電動輔助之阻力式復健裝置，包含：一復健器材，包含一作動部；一感測器，設置於該復健器材之該作動部，用以感測一操作者於操作該復健器材之該作動部時所施加之一肌力並相應輸出一肌力訊號；一控制處理模組，電性連接該感測器，用以接收該肌力訊號並根據該肌力訊號來輸出一輔助力道訊號；以及一馬達模組，電性連接該控制處理模組與該復健器材，用以接收該輔助力道訊號並根據該輔助力道訊號來驅動該復健器材之該作動部以輔助該操作者操作該復健器材；其中該控制處理模組更用以將該肌力訊號轉換為一力矩值；其中該電動輔助之阻力式復健裝置用以判斷該力矩值是否大於或等於一輔助啟動閥值，且當該力矩值大於或等於該輔助啟動閥值時，透過一電動輔助控制法則以根據該力矩值來決定一輔助力道；其中透過該電動輔助控制法則以根據該力矩值來決定該輔助力道之步驟包含：判斷該力矩值是否小於一第一輔助閥值；當該力矩值小於該第一輔助閥值時，決定該輔助力道為該力矩值之1.5倍；判斷該力矩值是否大於或等於該第一輔助閥值 且小於一第二輔助閥值；當該力矩值大於或等於該第一輔助閥值且小於該第二輔助閥值時，決定該輔助力道相等於該力矩值；以及當該力矩值大於或等於該第二輔助閥值時，決定該輔助力道為該力矩值之0.5倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動輔助之阻力式復健裝置，其中該感測器為力矩感測器(torque sensor)、加速度感測器或速度感測器，其中該控制處理模組更用以紀錄該肌力。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電動輔助之阻力式復健裝置，更包含一行程感測器，設置於該復健器材之該作動部且電性連接該控制處理模組，其中該控制處理模組更用以根據該行程感測器來感知該操作者是否完成該復健器材的單次操作且紀錄該操作者完成該復健器材的單次操作之時間與次數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電動輔助之阻力式復健裝置，其中該行程感測器為編碼器(encoder)或極限開關(limit switch)。
5. 一種電動輔助之阻力式復健方法，包含： 感測一操作者於操作一復健器材之一作動部時所施加之一力矩值；判斷該力矩值是否大於或等於一輔助啟動閥值；當該力矩值大於或等於該輔助啟動閥值時，透過一電動輔助控制法則以根據該力矩值來決定一輔助力道；以及根據該輔助力道來控制一馬達模組，以使該馬達模組以該輔助力道來驅動該復健器材之該作動部，以輔助該操作者操作該復健器材；其中透過該電動輔助控制法則以根據該力矩值來決定該輔助力道之步驟包含：判斷該力矩值是否小於一第一輔助閥值；當該力矩值小於該第一輔助閥值時，決定該輔助力道為該力矩值之1.5倍；判斷該力矩值是否大於或等於該第一輔助閥值且小於一第二輔助閥值；當該力矩值大於或等於該第一輔助閥值且小於該第二輔助閥值時，決定該輔助力道相等於該力矩值；以及當該力矩值大於或等於該第二輔助閥值時，決定該輔助力道為該力矩值之0.5倍。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電動輔助之阻力式復健方法，其中該輔助啟動閥值為5牛頓-米，其中該第一輔助閥值為10牛頓-米，其中該第二輔助閥值為30 牛頓-米。
7. 如申請專利範圍第5項所述之電動輔助之阻力式復健方法，更包含：該操作者於操作該復健器材之該作動部之前，該操作者先透過一人機介面選擇要操作之該復健器材。
8. 如申請專利範圍第7項所述之電動輔助之阻力式復健方法，其中該操作者可透過該人機介面來調整該電動輔助控制法則。