TWI685334B

TWI685334B - 智慧運動輔具

Info

Publication number: TWI685334B
Application number: TW107115134A
Authority: TW
Inventors: 許維君; 陳鴻彬; 林儀佳; 張朝欽
Original assignee: 許維君; 陳鴻彬; 林儀佳; 張朝欽
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2020-02-21
Also published as: TW201946605A

Abstract

本發明揭露一種智慧運動輔具供鍛鍊一使用者的一肌群。肌群對應一第一肌肉與一第二肌肉。其中，第一肌肉與第二肌肉之間相互連動。智慧運動輔具包含一第一感測單元、一第二感測單元與一處理單元。第一感測單元偵測第一肌肉的一第一肌電訊號。第二感測單元偵測第二肌肉的一第二肌電訊號。處理單元接收第一肌電訊號與第二肌電訊號及分析第一肌電訊號與第二肌電訊號。處理單元計算第一肌電訊號與第二肌電訊號之間的比例差是否介於一標準差範圍或一非標準差範圍，以輸出使用者鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的一控制訊號。

Description

智慧運動輔具

本發明是關於智慧運動的技術領域，特別是一種能夠鍛鍊一使用者的一肌群的智慧運動輔具。

傳統中，使用者佩戴著穿戴裝置用來記錄運動的強度、頻率、時間與軌跡等的數據，以供後續使用者參考或是矯正其運動姿勢，進而避免長期錯誤姿勢所造成的運動傷害。

然而，數據對於絕大多數的使用者而言是屬於被動的資訊，使用者可以選擇遵循或是忽略。在遵循的情況之下，使用者常雖理解錯誤在哪裡？但卻不知如何進行有效地調整；以及，在忽略的情況之下，前述的數據對於使用者是無用的。

此外，在醫療院所或是自我鍛鍊的環境中，使用者往往只能透過復健師或是教練的指導來調整其姿勢；惟，如此的方式有時候是較為主觀的，無法有效地進行隨時、即時、便利與科學等的鍛鍊。

有鑑於此，本發明係提供一種智慧運動輔具，以解決先前技術的缺失。

本發明之第一目的係提供一種智慧運動輔具，供鍛鍊一使用者的一肌群，讓使用者的肌群能夠正確的施力，以達到透過正確的姿勢作動。

本發明之第二目的係根據上述智慧運動輔具，藉由感測相互連動的一第一肌肉與一第二肌肉之間的比例差，以判斷使用者的姿勢是正確的或是是需要修正的。

本發明之第三目的係根據上述智慧運動輔具，提供一校正單元能夠警示使用者修正其姿勢，直到第一肌肉與第二肌肉之間的比例差維持在標準差範圍。

本發明之第四目的係根據上述智慧運動輔具，處理單元將第一肌電訊號的強度與第二肌電訊號的強度分別地除以一最大自主收縮，以獲得姿勢是否正確的精準判斷。

本發明之第五目的係根據上述智慧運動輔具，藉由在一段時間內累積第一肌電訊號與該第二肌電訊號之間的比例差是否介於一標準差範圍的次數或一非標準差範圍的次數，以決定輸出使用者鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的控制訊號。

為達上述目的或其他目的，本發明係提供智慧運動輔具供鍛鍊一使用者的一肌群。其中，肌群對應一第一肌肉與一第二肌肉，第一肌肉與第二肌肉之間相互連動。智慧運動輔具包含一第一感測單元、一第二感測單元、一處理單元。第一感測單元能夠設置於第一肌肉，第一感測單元偵測第一肌肉的一第一肌電訊號。第二感測單元能夠設置於第二肌肉，第二感測單元偵測第二肌肉的一第二肌電訊號。處理單元連接第一感測單元與第二感測單元。處理單元接收第一肌電訊號與第二肌電訊號，以及處理單元分析第一肌電訊號與第二肌電訊號。其中，處理單元計算第一肌電訊號與第二肌電訊號之間的比例差介於一標準差範圍或一非標準差範圍。當比例差為標準差範圍時，處理單元輸出使用者的姿勢是正確的一控制訊號或當比例差為非標準差範圍時，處理單元輸出使用者的姿勢是需要修正的另一控制訊號。

相較於習知技術，本發明提供一種智慧運動輔具，能夠偵測使用者的肌群中肌肉與肌肉之間的互相連動所產生的肌電訊號，透過演算肌電訊號可以判斷使用者的運動或行走等的姿勢是否正確，藉以警示使用者修正姿勢進而達到鍛煉的目的。

2‧‧‧使用者

4‧‧‧肌群

42‧‧‧第一肌肉

44‧‧‧第二肌肉

10、10'、10"‧‧‧智慧運動輔具

12‧‧‧第一感測單元

14‧‧‧第二感測單元

16‧‧‧處理單元

18‧‧‧儲存單元

20‧‧‧校正單元

AP‧‧‧動作電位

FMS‧‧‧第一肌電訊號

SMS‧‧‧第二肌電訊號

CS、CS'‧‧‧控制訊號

FPMS‧‧‧第一預設電訊號

SPMS‧‧‧第二預設電訊

圖1係本發明第一實施例之智慧運動輔具的流程示意圖。

圖2係說明圖1之穩定肌與爆發力肌的比例差異的訊號示意圖。

圖3係本發明第二實施例之智慧運動輔具的方塊示意圖。

圖4係本發明第三實施例之智慧運動輔具的方塊示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：於本發明中，係使用「一」或「一個」來描述本文所述的單元、元件和組件。此舉只是為了方便說明，並且對本發明之範疇提供一般性的意義。因此，除非很明顯地另指他意，否則此種描述應理解為包括一個、至少一個，且單數也同時包括複數。

於本文中，用語「包含」、「包括」、「具有」、「含有」或其他任何類似用語意欲涵蓋非排他性的包括物。舉例而言，含有複數要件的一元件、結構、製品或裝置不僅限於本文所列出的此等要件而已，而是可以包括未明確列出但卻是該元件、結構、製品或裝置通常固有的其他要件。除此之外，除非有相反的明確說明，用語「或」是指涵括性的「或」，而不是指排他性的「或」。

請參考圖1，係本發明第一實施例之智慧運動輔具的方塊示意圖。於圖1中，智慧運動輔具10能鍛鍊一使用者2的一肌群4。其中，肌群4對應一第一肌肉42與一第二肌肉44，而第一肌肉42與第二肌肉44可以位於某個肢段或肩關節。第一肌肉42與第二肌肉44之間相互連動。舉例而言，第一肌肉42可為一股外側肌(即穩定肌)與第二肌肉44可為一股內側肌(即爆發力肌)，或者第一肌肉42可為一股內側肌(即爆發力肌)與第二肌肉44可為一股外側肌(即穩定肌)。連動的部分，指的是在同一肌群4運動的過程中，會因為施力的交替、互補、分散、共同支撐等因素，讓例如第一肌肉42與第二肌肉44之前存在某種連動關係。本實施例中主要藉由分析與偵測第一肌肉42與第二肌肉44之間的連動關係，藉以警示使用者2調整肌群4例如施力、姿勢、方向、角度、形變量等。換言之，在同一個肌群4中會因為不同的施力強度、方向而出現不同的反饋，藉由修正/監控反饋的結果，可以達到對肌群4進行部分或是全面的調整。

智慧運動輔具10包含一第一感測單元12、一第二感測單元14與一處理單元16。

第一感測單元12設置於第一肌肉42，設置的方式例如可為貼合、扣合、黏合等方式。於本實施例中，第一感測單元12提供例如一電極貼片，以偵測第一肌肉42受到收縮所產生的一動作電位AP。第一感測單元12偵測第一肌肉42的一第一肌電訊號FMS。值得注意的是，第一感測單元12也可以包含一通訊單元(圖未示)或是一電力單元(圖未示)。通訊單元可以將第一肌電訊號FMS透過有線或是無線的通訊協定傳送至外部，以及電力單元可以作為第一感測單元12實施成可攜帶或是無線的裝置，以供應其所需要的電力，用以驅動通訊單元、第一感測單元12、校正單元20(於後詳述)等。

第二感測單元14設置於第二肌肉44。於本實施例中，第二感測單元14提供例如一電極貼片，以偵測第二肌肉44受到收縮所產生的一動作電位AP。第二感測單元14偵測第二肌肉44的一第二肌電訊號SMS。於此，第二感測單元14也如同第一感測單元12，也可以包含包含一通訊單元(圖未示)或是一電力單元(圖未示)，其功能與前述描述一致，於此不贅述。

於本實施例中，第一感測單元12與第二感測單元14係以設置在使用者2的穩定肌與爆發力肌為例說明。第一感測單元12與第二感測單元14分別地設置在左肩部與右肩部的肌群4(包含穩定肌與爆發力肌)，於本圖中，第一感測單元12與第二感測單元14係以設置在左肩部之肌群4示意說明。為便於說明，設置在左肩部(或右肩部)之肌群4的穩定肌定義為SS和爆發力肌定義為PM。

處理單元16連接第一感測單元12與第二感測單元14。處理單元16接收第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS，以及處理單元16分析第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS。於本實施例中，處理單元16計算第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS之間的比例差。一併可以參考圖2，係分別表示任一肢段之穩定肌SS(例如棘上肌(supraspinatus)與爆發力肌PM(例如胸大肌(pectoralis major)的比例差異的訊號示意圖。

處理單元16可以從比例差觀察到穩定肌與爆發力肌(或者穩定肌與爆發力肌)的肌電發生變化，例如當左肩部之穩定肌之第一肌電訊號FMS與爆發力肌之第二肌電訊號SMS的比值較大時(即比值遠離1的時候)，則可被判斷為非標準差範圍，其可以推之左肩部之穩定肌與爆發力肌各自的施力是不平均的；反之，左肩部之穩定肌之第一肌電訊號FMS與爆發力肌之第二肌電訊號SMS的比值近似1的時候，屬於於一標準差範圍。舉例而言，標準差範圍可以界定在第一肌電訊號FMS與爆發力肌之第二肌電訊號SMS的比值在絕對值0.5以內。

當比例差處於標準差範圍時，處理單元16可輸出使用者2的姿勢是正確的一控制訊號CS；或當比例差處於非標準差範圍時，處理單元16輸出使用者2的姿勢是需要修正的另一控制訊號CS'。控制訊號CS,CS'可以透過例如顯示(即視覺)、聲響(即聽覺)、輕微電擊刺激(即觸覺)等方式通知使用者2是否需要進行姿勢的調整。值得注意的是，在控制訊號CS'可以驅動裝置產生輕微電擊，以促使使用者2可以知悉當前的姿勢是需要調整的(或稱修正的)。再者，於本實施例中，使用者2可以及時地獲得當前是否需要調整的通知。於另外一實施例中，處理單元16可以累積使用者的姿勢處於非標準差範圍的次數之後，例如2次、3次、10次、100次等，才發出需要調整的通知。於另外一實施例中，處理單元16也可以累積使用者的姿勢在一時間內或一頻率週期內處於非標準差範圍的重複次數，才發出需要調整的通知。

若使用者2接收需要調整的通知，使用者2可以藉由調整/修正姿勢以符合標準差範圍。於另一實施例中，若使用者2不調整/修正其姿勢，則處理單元16將持續地發出控制訊號CS'提醒使用者2，直到第一肌肉42與第二肌肉44之間的比例差維持在標準差範圍。

請參考圖3，係本發明第二實施例之智慧運動輔具的方塊示意圖。於圖3中，智慧運動輔具10'除包含第一實施例的第一感測單元12、第二感測單元14與處理單元16之外，更包含儲存單元18。

第一感測單元12、第二感測單元14與處理單元16的說明同第一實施例的描述，於此不贅述。

儲存單元18連接處理單元16。儲存單元18儲存一第一預設電訊號FPMS與一第二預設電訊號SPMS。

處理單元16除第一實施例中計算第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS之間的比例差之外，處理單元16可以累積使用者的姿勢處於非標準差範圍的次數之後，例如2次、3次、10次、100次等，才發出需要調整的通知，更進一步判斷第一肌電訊號FMS是否位於第一預設電訊號的範圍及判斷第二肌電訊號SMS位於第二預設電訊號SPMS的範圍，以決定使用者2鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的。換言之，與第一實施例不同的是，於本實例中雖有可能比例差是在標準差範圍內，但是有可能使用者2之穩定肌與爆發力肌仍是不正確的姿勢。因此，透過本實施例應該可以加強判斷的精準度。

請參考圖4，係本發明第三實施例之智慧運動輔具的方塊示意圖。於圖4中，智慧運動輔具10"除包含第一實施例的第一感測單元12、第二感測單元14與處理單元16之外，更包含校正單元20。

校正單元20連接處理單元16，例如校正單元20為一電壓產生器、一電流產生器、一聲音產生器、一燈號產生器、一溫度調節器。校正單元20根據控制訊號CS供警示使用者2修正其的姿勢，直到第一肌肉42與第二肌肉44之間的比例差維持在標準差範圍。

在上述個實施例中，處理單元16更可以一頻率取樣第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS，例如頻率的範圍係介於10Hz至500Hz之間，並且處理單元16可以在一段時間內，累積第一肌電訊號FMS與第二肌電訊號SMS之間的比例差介於一標準差範圍或一非標準差範圍的一次數，以決定輸出使用者鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的控制訊號CS。藉由本方式，可以記錄在一段時間或一週期內，使用者2的姿勢需要調整的程度是嚴重的或是一般的。

此外，處理單元16也可將第一肌電訊號FMS的強度與第二肌電訊號SMS的強度分別地除以一最大自主收縮，係可根據不同使用者2的不同肌群4的結構與狀態，自定義標準差範圍或非標準差範圍(例如調整第一預設電訊號FPMS與第二預設電訊號SPMS以加強判斷的精準度)。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

2 使用者 4 肌群 42 第一肌肉 44 第二肌肉 10 智慧運動輔具 12 第一感測單元 14 第二感測單元 16 處理單元 AP 動作電位 FMS 第一肌電訊號 SMS 第二肌電訊號 CS、CS’ 控制訊號

Claims

一種智慧運動輔具，供鍛鍊一使用者的一肌群，其中該肌群對應一第一肌肉與一第二肌肉，該第一肌肉與該第二肌肉之間相互連動，該智慧運動輔具包含：一第一感測單元，係供設置於該第一肌肉，該第一感測單元偵測該第一肌肉的一第一肌電訊號；一第二感測單元，係供設置於該第二肌肉，該第二感測單元偵測該第二肌肉的一第二肌電訊號；以及一處理單元，係連接該第一感測單元與該第二感測單元，該處理單元接收該第一肌電訊號與該第二肌電訊號，以及該處理單元分析該第一肌電訊號與該第二肌電訊號；其中該處理單元計算該第一肌電訊號與該第二肌電訊號分別除以一最大自主收縮之間的比例差介於一標準差範圍或一非標準差範圍，當該比例差處於該標準差範圍時，該處理單元輸出該使用者的姿勢是正確的一控制訊號，或當該比例差處於該非標準差範圍時，該處理單元輸出該使用者的姿勢是需要修正的另一控制訊號。
如申請專利範圍第1項所述之智慧運動輔具，更包含一儲存單元，係連接該處理單元，該儲存單元儲存一第一預設電訊號與一第二預設電訊號，該處理單元除計算該第一肌電訊號與該第二肌電訊號之間的比例差之外，該處理單元更進一步判斷該第一肌電訊號位於該第一預設電訊號的範圍及判斷該第二肌電訊號位於該第二預設電訊號的範圍，以決定該使用者鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的。
如申請專利範圍第1項所述之智慧運動輔具，其中該第一感測單元與該第二感測單元係分別地具有一電極貼片，以偵測該第一肌肉與該第二肌肉受到收縮所產生的一動作電位。
如申請專利範圍第1項所述之智慧運動輔具，其中該第一感測單元與該第二感測單元分別地設置在具有相關連動性的該第一肌肉與該第二肌肉。
如申請專利範圍第4項所述之智慧運動輔具，其中該第一肌肉為一穩定肌與該第二肌肉為一爆發力肌。
如申請專利範圍第1項所述之智慧運動輔具，更包含一校正單元，係連接該處理單元，該校正單元根據該控制訊號供警示該使用者修正該使用者的姿勢，直到該第一肌肉與該第二肌肉之間的比例差維持在該標準差範圍。
如申請專利範圍第6項所述之智慧運動輔具，其中該校正單元為一電壓產生器、一電流產生器、一聲音產生器、一燈號產生器與一溫度調節器之至少一者。
如申請專利範圍第1項所述之智慧運動輔具，其中該處理單元以一頻率取樣該第一肌電訊號與該第二肌電訊號，該頻率的範圍係介於10Hz至500Hz之間。
如申請專利範圍第8項所述之智慧運動輔具，其中該處理單元在一段時間內，累積該第一肌電訊號與該第二肌電訊號之間的比例差介於一標準差範圍或一非標準差範圍的一次數，以決定輸出該使用者鍛鍊的姿勢是正確的或是需要修正的該控制訊號。