TWI766336B

TWI766336B - 多模式自動步態復健視覺提示系統

Info

Publication number: TWI766336B
Application number: TW109127006A
Authority: TW
Inventors: 游忠煌; 游雅鈞
Original assignee: 國立陽明交通大學
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2022-06-01
Also published as: TW202206015A

Abstract

本發明是一種多模式自動步態復健視覺提示系統，用以快速評估使用者能力，並提供適合的提示模式，且能以自動化或無線即時半自動化的方式，調整最佳提示位置。減少治療師的負擔，甚至讓使用者居家自行操作使用，以最佳的設定增加復健訓練量。此外，本發明亦能評估測試使用者能力，量測計算步態參數，能提供臨床上立即與客觀量化之使用者步態情況，進行精準個人化評估與設定，提升復健效能。

Description

多模式自動步態復健視覺提示系統

本發明關於一種復健與評估系統，特別指一種多模式自動步態復健視覺提示系統，以低成本周邊所建置的系統能即時無線的變換不同提示模式、調控其參數，和即時計算各步態參數，本發明的系統能無線接收及操控參數；進一步自動化評估探索使用者能力，並作最佳化的視覺提示設定，透過本發明除了能實際於臨床使用，也能讓使用者不必出門，居家使用。且使用者皆有最佳的視覺提示設定，得以更短的時程達到更好的復健效果；另一方面，本發明亦能用於評估測試使用者能力，即時量測計算步態參數，能提供臨床上立即與客觀量化之使用者步態情況，進行精準個人化評估與設定，提升復健效能。

臺灣已進入高齡社會，步態復健對於亞健康及慢性病族群極為重要。神經系統受損的患者如帕金森氏病患者、中風患者，常有行走困難且容易跌倒的問題，提升跨步品質的視覺提示對前述患者是非常有效的協助方式。但臨床多仰賴治療師在地上貼膠帶或擺物件，調整不易且只受限於特定場所。因此居家自行使用困難。先前已有研究開發出輕便可攜的裝置，能手動提供視覺提示，但每位使用者對不同提示模式與提示的需求不一，而不同治療師設定也不一定一致，需要有一客觀能自動評估自動調整的裝置協助系統化的治療與復健。

進一步而言，臨床治療師會根據病患的特性，發展一些方法來促進慢性病患者的步長、步速、步態對稱性等步行能力。

其中，「視覺提示」常有非常好的效果。以帕金森氏症患者為例，他們常會有小碎步與凍結步態(Freezing of gait)，造成行走困難且容易跌倒。但臨床上發現在地上貼上橫線之後，有些個案的步態能力變正常了。另外，對偏癱中風個案而言，治療師常會要求個案跨大步，以增進步行能力。但個案常抱怨不知道如何跨步。於是有治療師以自己的腳為目標，擺在適當的位置要求個案去踩，而個案隨著治療師指示下就能跨到適當位置。除了這兩個例子，許多病人與亞健康族群都可利用視覺提示來協助步態復健，提升步行能力。

但只靠治療師在特定場所，用人工的方式提供視覺提示，效率實在太低。於是有研究學者以簡便的裝置提供使用者視覺提示。不但可攜性高可於各種場所使用，投影位置也手動調整。藉此促進步態訓練的普及性與效能。他們針對不同族群開發許多形式的視覺提示系統。這些系統經過病患測試，的確能協助病患做步態復健而且效果顯著。但是有效的提示方式(如地上固定線、橫線隨人移)因人而異，而且其中一項參數「提示位置」仍依賴治療師的判斷做個別化設定。因個別差異大，無法一體適用單一的提示模式與設定值，否則訓練效果不彰。其提示參數的調整，無法即時調整。臨床治療師的時間寶貴，無法即時線上調整將浪費很多治療時間。另一方面，由於目前臨床上無方便量化評估工具，無法系統化客觀量化記錄追蹤。

本發明的主要目的即在於解決先前技術之問題，亦即開發方便切換的多模式視覺提示系統，用以快速評估使用者適合的提示模式，且能以自動化或無線即時半自動化的方式，調整最佳提示位置。減少治療師的負擔，甚至讓使用者居家自行操作使用，以最佳的設定增加復健訓練量，用更短的時程達到更好的步態訓練效果。

進一步而言，本發明在於希望能開發一可攜式、移動式步態復健視覺提示系統，能測試探索使用者能力，能即時量測計算使用者的步態參數，提供臨床客觀量化數據，做精準正確評估，提供個人化步態復健。

更進一步地，我們可以從獲得使用者跨步時與空間的實際表現，做為自動化調整提示位置、提示時機的依據，例如：在得知使用者能力之後，裝置自動改變投射角、以投射出配合使用者能力的跨步距離。

本發明再一目的在於希望能開發一步態復健視覺提示系統，使用的隨行單元能自動跟隨使用者，從初步的手動握持隨行單元行走，直到能讓使用者不需依靠隨行單元即可恢復原有的步態正常行走。

為了達到本發明之開發目的，本發明包含有下列程序：

步驟1：量測使用者走路的能力。

步驟2：選定某種提示方式(如提示線定於地上或隨使用者移動)，開啟視覺提示。

步驟3：根據量測結果與復健目標或測試目標，設定跨步提示位置。

步驟4：要求使用者行走並儘量依提示標的跨步。

步驟5：量測計算使用者步態參數。

步驟6：判斷使用者步行狀態，若有改善，則往復健目標調整跨步提示位置，例如：增加跨步提示的間距；若否，執行步驟8。

步驟7：回到步驟5，直到找到使用者目前最適當的提示位置，例如已無法再增長步幅(跨步長)、或步幅已達正常人的範圍、或者已經達到訓練目標(如步態對稱性)。而正常人的步幅約(使用者的身高-100)*2(單位：公分)即是較佳的跨步距離。

步驟8：若還有其他模式，則另選提示模式並回到步驟3。

步驟9：從結果中，選擇提示模式與提示位置設定。

承上述，若僅需評估使用者能力，僅需執行步驟1即可。

承上述，若僅需評估測試使用者對視覺提示(如：隨機或不對稱間距)的反應，無需自動探索使用者能力或自動設定提示位置，則執行至步驟5即可。

本發明具體的實施系統結構如下：

一跨步偵測系統，其用於偵測使用者的步態，該跨步偵測系統簡要的實施方式為：一對感應開關，其安裝在使用者足底或者鞋墊上，將步態訊息傳回給一運算單元；

一隨行單元，其用於跟隨使用者行走，該隨行單元包含一架體以及數個移動單元，該隨行單元更設有一隨行單元移動距離量測系統，該隨行單元移動距離量測系統將收集的移動資訊傳回給前述之運算單元；

一跨步提示系統，其安裝在該隨行單元，所述之跨步提示系統簡要的實施方式為：設有至少一投射裝置，至少產生一視覺提示位置，引導使用者依視覺提示位置行走；

前述的運算單元收集該跨步偵測系統與該隨行單元移動距離量測系統所回傳的資訊經由提示模式與演算法決定提示位置，再傳訊號給該跨步提示系統調整視覺提示位置；

一電源系統，提供上述各該設備電力；

使用時，利用該跨步提示系統引導使用者跨步，接著由該跨步偵測系統偵測與隨行單元移動距離量測系統計算出使用的步速、步數、步頻、步長、步幅(跨步長)、步態對稱性資訊。

在本發明的實施例中，更包含有一人機介面，該人機介面與該運算單元連線，具有顯示與調整參數功能，。該運算單元將使用者行走時的步數、移動步距離等訊號加以計算，並將計算的結果傳到該人機介面；該人機介面將相關數據加以記錄、顯示；並透過人機介面將使用者資料、自動/半自動模式選擇、復健目標、提示模式，提示位置、提示間距、提示對稱性等相關設定傳到運算單元；前述的人機介面供治療師客觀評估用者狀況，並可立即修改參數。本發明中跨步提示系統的簡要實施方式是由一雷射發光裝置與一伺服機以一接座接合，並將前述兩者電氣連接上該運算單元，藉此控制伺服機角度與投影開關。使得調控該伺服機波寬進而改變該投射裝置之投射角度，進而改變視覺提示位置。除此之外，跨步提示可藉由可產生光源的投射裝置(投影機、微投影機)達成。

本發明的實施例中，考量到伺服機本身的機械與電氣誤差，本發明以三個步驟來達成雷射投射安裝歸零設定：

步驟1：將伺服機給予接近零度的波寬值。

步驟2：將投射裝置以接近垂直地面的方式藉由接座與伺服機轉軸接合。

步驟3：微調伺服機的波寬，使得雷射投影於零度位置。

在本發明的實施例中，隨行單元移動距離量測系統利用該隨行單元上的移動單元轉動來計算隨行單元的移動，亦即：位移=輪徑*轉動角。

在本發明的實施例中，該隨行單元移動距離量測系統用於收集移動距離資訊，係透過霍爾磁性角度傳感器作為位移感測器用(但不限於此)，其角度與電壓輸出有絕對線性關係。

在本發明的實施例中，該跨步偵測系統選用感測裝置偵測使用者步態狀態，較佳的可選用力敏電阻感測器(Force Sensing Resistor,FSR)進行偵測跨步狀態(但不侷限於此)，利用感測器讓使用者在行走時能正確感應足底產生信號。除此之外，跨步偵測系統的感測裝置也能使用如加速規、慣性感測器(IMU)、姿態儀(AHRS)等，將前述的感測裝置安裝在鞋墊、使用者身體任一個部位，或者一個外部裝置，如攝影機、深度攝影機、光達系統(LiDAR)、毫米波雷達、紅外線測距、TOF立體鏡頭、超音波測距、近接開關、立體視覺感測系統等，將步態訊息傳回給運送單元。

在本發明的實施例中，該電源系統供電給跨步提示系統的運算單元、位移感測器與雷射發光裝置、跨步偵測系統的力敏電阻感測器。

在本發明的實施例中，該運算單元較佳的實施例為選用NI的myRIO為運算單元，且運算單元具有Wi-Fi無線傳輸模組((亦可外接藍芽、紅外線傳輸等無線模組以便後續進行傳輸作業。

在本發明的實施例中，該跨步提示系統更設有四種跨步提示模式(但不限於此)，其中更包含一評估使用者能力的概念：

1.提示不回流固定距離模式：將提示標的角度固定即可，視覺提示位置永遠與隨行單元保持固定距離，改變投射角即可改變投射距離。

2.提示固定於地上模式：模擬地上貼橫線的情況：即使隨行單元移動，提示仍投射在地上固定位置。由下列的演算法來達成，接下來以m條間距相同的提示線為例作為說明：

步驟A：設定初始位置；

步驟B：設定目標步長或提示間距；

步驟C：計算第k條提示線的初始回流值；其中，第k條提示線的初始回流值=(k-1)*平均目標步長，0<k<m+1；

步驟D：開始進行持續偵測；

步驟D-1：該演算法先取得隨行單元移動距離(d單位長度)；

步驟D-2：回流d單位長度；

步驟D-3：計算投射裝置角度；

步驟D-4：計算伺服機波寬；

步驟D-5：輸出伺服機波寬；

步驟D-6：若該第k條提示線之回流累積到m*平均目標步長，回到起始角度並歸零；

步驟D-7：若未按停止鍵，回到步驟D-1；

步驟E：結束演算。

本實施式的主要目標補償隨行單元的位移，可由不同步驟，甚至以機械方式(如齒輪加連桿機構)達到相同目的，藉由本實施方式，治療師可方便設定投射線的起啟位置及使用者目標步長，即能在使用者前方投出單條或多條間距相同的臨時固定提示線。

值得一提的前述的投射間距置可以不對稱(例如改變初始回流值為非等差級數)，提高本發明運用範圍。

3.固定頻率自動回流模式：若希望使用者提示標的以設定的速度相對於隨行單元回流，將可以如下的演算法達成。

步驟1：設定初始位置；

步驟2：設定目標步長；

步驟3：計算初始回流值；

步驟4：設定目標步頻回流速度；

步驟5：令每一迴圈回流n單位長度；

步驟6：計算並設定迴圈速度；

步驟7：開始進行持續偵測及引導；

步驟7-1：回流n單位長度；

步驟7-2：計算投射角度；

步驟7-3：計算伺服機波寬；

步驟7-4：輸出伺服機波寬

步驟7-5：若回流累積到m×目標平均步長，回到起始位置；

步驟7-6：持續迴圈；

步驟8：結束。

該固定頻率自動回流模式與第二種提示方式雷同，但不讀取實際隨行單元移動值，改以固定增加位移參數。治療師僅須改變迴圈的等待時間或增每一廻圈回流值n，就能設定使用者的目標速度。

4.隨機模式：基於上述三種模式，可再發展出的隨機模式，即是讓跨步提示出現的距離、時機、或模式等隨機變化且隨機程度可調整，一方面能夠訓練使用者的反應能力、另一方面也可藉此評估測試使用者能力。

透過本發明可以獲得的功效簡述如下：

1.本發明的結構能可靠快速地得知使用者跨步能力，並判斷使用者能否踩到或者跨過視覺提示點。

2.使用者「能跨踩到提示位置」間接地表示「平步長必大於/等於提示位置的平均間距」。因此，測量平均步長並與平均投射間距比較可判斷使用者是否有能力跨/踩到提示位置。

3.讓使用者推動隨行單元行走一段距離，量測隨行單元的位移，再除以行走步數即能計算使用者平均步長，亦即「移動距離/步數=平均步長」，隨行單元移動單元上有位移感測器，可間接用於測量使用者移動距離。再搭配演算法就能自動探索使用者步行能力並找到最佳的視覺提示間距。另外，本發明所須使用的感測元件簡單穩定，且程式運算需求低，未來可用一般微控制器/晶片系統完成。因此，將會有很高的實用價值與大量普及性。

4.本發明除了能引導使用者復健，進一步配合多種感測裝置或者外部裝置的技術計算出使用者步態資訊，透過前述的感測器技術，能得知使用者個別腳是否有踏在提示位置上，更可透過前述的感測資訊達到自動歸零(reset)與自動調整跨步提示系統之視覺提示位置，如此一來達到全自動化的引導目的，可減輕治療師的工作負擔，更可建立使用者的信心，讓身體回復。

5.本發明能以機動(mobile)方式評估測試使用者能力，即時量測計算使用者的步態參數，提供臨床客觀量化數據，做精準正確評估，提供個人化步態復健，提昇復健效能與品質。

1:跨步偵測系統

2:隨行單元

21:架體

22:移動單元

23:驅動器

3:隨行單元移動距離量測系統

4:跨步提示系統

41:投射裝置

42:伺服機

43:接座

5:運算單元

6:電源系統

7:人機介面

A:感測裝置

B:外部裝置

C:光感測器

L:視覺提示位置

圖1是本發明的系統架構圖。

圖2是本發明的結構立體圖。

圖3是本發明評估個案可以達成的步長間距流程圖。

圖4是跨步偵測系統配置在鞋墊的示意圖。

圖5是跨步提示系統的結構圖。

圖6是隨行單元之移動單元與該隨行單元移動距離量測系統之結構圖。

圖7是本發明跨步提示系統四種跨步提示模式。

圖8是本發明實際使用方式示意圖。

圖9是本發明利用光感測器技術之示意圖。

圖10是本發明利用影像投射擷取辨識感應裝置的技術方塊圖

圖11是本發明利用遠端控制技術的方塊圖。

圖12是本發明運用自動調整投射位置之步驟圖。

圖13是本發明運用自動跟隨模式的方塊圖。

圖14是本發明調整視覺提示位置範圍示意圖。

附圖1是跨步偵測系統進行除彈跳的狀態圖。

附圖2是霍爾磁性角度傳感器之電壓與角度輸出關係圖。

附圖3是伺服機歸零設定示意圖。

附圖4是投射裝置投射位置與投射角度的關係圖。

附圖5、附圖6是跨步提示系統進行校正的結果。

附圖7是本發明引導使用者踏步的示意圖。

附圖8是人機介面的操作介面圖。

附圖9是隨行單元位移與投射角度補償的原理。

如圖1、圖2所示，本發明多模式自動步態復健視覺提示系統，其架構包含有：一跨步偵測系統1、一隨行單元2、一隨行單元移動距離量測系統3、一跨步提示系統4、一運算單元5、一電源系統6、一人機介面7。

如圖3所示，利用本發明的結構評估個案可以達成的步長間距；其步驟如下：

步驟1：量測使用者走路的能力。

步驟4：要求使用者行走並儘量依提示標的跨步。

步驟5：量測計算使用者步態參數。

步驟8：若還有其他模式，則另選提示模式並回到步驟3。

步驟9：從結果中，選擇提示模式與提示位置設定。

承上述，若僅需評估使用者能力，僅需執行步驟1即可。

承上述，若僅需評估測試使用者對視覺提示(如：隨機或不對稱間距)的反應，無需自動探索使用者能力並自動設定提示位置，則執行至步驟5即可。

請參閱圖1至圖2、圖4與附圖1，該跨步偵測系統1其用於偵測使用者的步態，該跨步偵測系統1是一對感應開關，其安裝在使用者足底或者鞋墊上，每當使用者行走跨步時，利用其上的感應開關將步態訊息傳回給該運算單元5；前述的感測開關較佳的實施例是選用力敏電阻感測器(FSR)進行偵測跨步狀態，由於力敏電阻感測器靈敏度高且非常穩定，使用者在行走時能正確感應足底產生信號，且感測中程式能排除異常彈跳，收集正確的跨步訊號；除此之外，跨步偵測系統1也能配合至少一種以上感測裝置A，前述的感測裝置A可選用一加速規、或者一慣性感測器(IMU)、或者一姿態儀(AHRS)等，甚至是前述感測裝置A的任一種組合；或者一個外部裝置B，前述的外部裝置B可選用如攝影機、深度攝影機、光達系統(LiDAR)、毫米波雷達、紅外線測距、TOF立體鏡頭、超音波測距、近接開關、立體視覺感測系統等，將步態訊息傳回給運算單元5。

如圖1、圖2、圖8所示，該隨行單元2可選用目前市售所有類型的隨行單元2，並不侷限只有圖2的構造者，該隨行單元2包含一架體21以及數個移動單元22，其可提供或者協助使用者步行。其中，該移動單元22是滑動輪或者其他類型的線性移動零件。

請參閱圖1、圖2、圖6，該隨行單元2的移動單元22旁設置用於偵測移動單元22轉動的隨行單元移動距離量測系統3，前述的隨行單元2移動距離量測系統3將收集的移動資訊傳回給前述之運算單元5；進一步而言，該隨行單元移動距離量測系統3利用該隨行單元2上的移動單元22轉動來計算隨行單元的移動，亦即：位移=輪徑*轉動角，當獲得轉動資訊後即可傳送到運算單元5；在本發明中該隨行單元移動距離量測系統3是選用角度傳感器或者位移感測器，較佳的前述的角度傳感器是選用霍爾磁性角度傳感器，選用霍爾磁性角度傳感器的優點在於：一般機械式的角度編碼器在轉動時有彈跳的問題，使得增加量不一。即使使用光學式增量型，取樣率不夠高也會低估角度變化量。使用霍爾磁性角度傳感器其角度與電壓輸出有絕對線性關係；如附圖2所示，在0~360度的轉動範圍內，會產生0V~5V的電壓輸出，換言之在0度對應的電壓為0V，而移動單元22轉動後，輸出電壓就會線性提升到360度時對應的電壓就是5V，當轉完一圈後會產生一電壓落差(即是從5V降到0V)，在此狀態下該運算單元5採用排除中間點演算法，進而計算出該隨行單元2前進或者後退的距離。

如圖1、圖2、圖5、圖8所示，該跨步提示系統4，其安裝在該隨行單元2，所述之跨步提示系統4設有至少一投射裝置41，並且該投射裝置41受到一伺服機42調整下，產生如圖8、附圖7多個視覺提示位置L，讓使用者隨著視覺提示位置L指示下行走。其中，投射裝置41受到伺服機42帶動下能產生對稱或者非對稱視覺提示位置L。

在第一次使用本發明的結構時，製造商或者使用者需要先進行伺服機42校正，確認實際波寬與角度的關係，如此一來可獲得附圖3的校正結果。

如圖5所示，該跨步提示系統4由的投射裝置41可以選用一雷射發光裝置，一伺服機42以一接座43接合，並將前述的投射裝置與伺服機連接上該運算單元5，藉以控制伺服機角度與投影開關。調控該伺服機42進而改變該投射裝置41之投射角度。除此之外，跨步提示可藉由可產生光源的投射裝置(投影機、微投影機)達成。

在本發明的實施例中，舉例而言該跨步提示系統4與地面距離為60公分或者其他的適當高度當作投射轉軸位置，從其正下方地面當作原點。每10公分為間隔，從往-40公分一直到往前120公分共17個位置處為地面投射目標位置(如圖14所示)，利用手動改變伺服機42的波寬，如圖14所示，紀錄目標提示位置與其對應的波寬。附圖5、附圖6分別是校正左側與右側的跨步提示系統4波寬以及投射位置關係。

如圖1、圖2所示，前述的運算單元5收集該跨步偵測系統1與該隨行單元移動距離量測系統3所回傳的資訊經由演算法決定提示位置，並計算補償的投射角度；再傳訊號給該跨步提示系統4之伺服機42調整視覺提示位置L。該運算單元5較佳的可選用NI的myRIO為運算單元5，且該運算單元5具有無線傳輸模組以便進行無線傳輸作業。除了前述以NI的myRIO為運算單元5，前述的運算單元5也可選擇樹莓派或PSoC或其他單元。

請參閱圖1、圖2，在本實施例中，前述的電源系統6，提供上述各該設備電力；電源系統6由12V電池透過驅動器控制板供電給伺服機42與運算單元5，再由運算單元5供電給隨行單元移動距離量測系統3。另外由兩顆9V電池，透過電壓轉換模組降壓為3.3V，再分別供電給兩顆投射裝置41。

進一步的，步幅(跨步長)與步長、移動步速、步數的測量的方式如下：

1a.在本實施例中，前述的隨行單元2無法自動跟隨使用者步伐一同移動，因此，透過手動或者利用連接繩索等方式讓隨行單元2與使用者同步移動。

1b.利用該隨行單元移動距離量測系統3偵測該隨行單元2的角度，以及該跨步偵測系統1其用於偵測使用者的跨步狀態，將隨行單元移動距離量測系統3的位角度數據與跨步偵測系統1產生的跨步狀態交由該運算單元5進行計算，即可取得使用者的移動距離、步數、步幅、平均步長、步速、步頻等。

1b-1.值得一提的，利用1b的技術，當計算出的步幅(跨步長)數據後，將步幅(跨步長)數據除以二(即是平均步長)與視覺提示位置平均間距進行比較，若一半的步幅(步長)能大於或等於視覺提示位置L的設定平均間距時，即可判斷出使用者一定能跨過該視覺提示位置L。

1c.當使用者腳掌踩地時，利用該跨步偵測系統1及該隨行單元移動距離量測系統3、一量測裝置(如：外部裝置B)量測使用者足部與隨行單元的相對位置，進一步計算出使用者每踩一步的位置、左右步長以及步長的對稱性。

1c-1.值得一提的，利用1c的技術，利用該跨步偵測系統1所計算的所踩踏位置與視覺提示位置L進行比較，即可得知使用者是否有實際跨過視覺提示位置L。

如圖7、圖8及附圖7所示，本發明跨步提示系統4具有四種跨步提示模式，包含有：一提示不回流固定距離模式A1、一提示固定於地上模式A2、一固定頻率自動回流模式A3、一隨機模式A4。此外，為了防止機構遮蔽視覺提示位置L，本發明較佳的實施方式為後拉式設計，具有較佳的引導使用者步態功效。

前述的提示不回流固定距離模式A1，簡單來說即是將投射裝置41角度固定即可，視覺提示位置L永遠與隨行單元保持固定距離。此類型容易讓個案踏出第一步，但是需考慮個案情況，否則會因追線而跌倒。

前述的提示固定於地上模式A2，視覺提示位置L會依據隨行單元的位移補償位置，因此視覺提示位置L會固定在地面；此類型容易依據使用者的步距調整位置，可隨時改變步行速度也不容易造成追線跌倒的情況。相關的設定內容可參閱段落[0029]敘述，在此不重複贅述。

前述的固定頻率自動回流模式A3，以固定目標步頻與步長，設定回流速度與間距。要求使用者交互踩踏最近的線。此模式可增加使用者的步長與步頻。而且觀察發現，若使用者能跟上步頻與步長，則投射線就似乎固定於地上。因此能同時調控使用者步距與步頻，加強步態訓練效果。相關的設定內容可參閱段落[0030]敘述，在此不重複贅述。

前述的隨機模式，基於上述三種模式，可再發展出的隨機模式，即是讓跨步提示出現的位置、時機、模式等皆隨機變化，且隨機程度可調整，一方面能夠訓練使用者的反應能力、另一方面也可藉此評估測試使用者能力。

如圖1所示，該人機介面7功能包括：1.跨步計數、2.隨行單元2移動距離量測、3.提示線投射。如附圖8所示，左側圖形可即時了解使用者執行狀況、右上方的參數可無線即時線上修改、STOP鍵上方區域為自動計算之步態參數，治療師、使用者可透過該人機介面7取得步速、步數、跨步距離、步頻等資訊。此外，藉由該人機介面7進一步能儲存使用者在復健時的步態資訊，進而提供治療師客觀評估用者狀況，並可立即修改參數。

進一步的透過本發明具有下列的功能：

1.本發明的結構能可靠快速地得知使用者跨步能力、步態參數，並判斷使用者能否踩到視覺提示點。

2.使用者「能跨踩到提示位置」間接地表示「平均步長必大於/等於提示位置的平均間距」。因此，測量平均步長並與投射平均間距比較可判斷使用者是否能跨/踩到提示位置。

3.讓使用者推動隨行單元行走一段距離，量測隨行單元的位移，再除以行走步數即能計算使用者平均步長，亦即「移動距離/步數=平均步長」，隨行單元移動單元上有位移感測器，可間接用於測量使用者移動距離。再搭配演算法就能自動探索使用者步行能力並找到最佳的視覺提示位置。另外，此實施例所須使用的感測元件簡單穩定，且本發明之程式運算需求低，未來可用一般微控制器/晶片系統完成。因此，將會有很高的實用價值與大量普及性。

4.如圖8、附圖9所示，前述的隨行單元2位移與投射角度補償的原理當隨行單元2移動時，改變投影裝置41的角度補償移動距離。例如，隨行單元41往前n單位距離，投影角度往回轉，使投影位置往隨行單元2靠近n單位距離，兩相抵銷，如此投影位置就「定」在原處了。另外一個重要特性是：利用多組投射裝置41或多組反射/透射鏡組，能同時投射多條提示線且提示間距可由程式設定。

5.請繼續參閱圖8，前述的外部裝置B設置在隨行單元2上，前述的外部裝置B取得使用者足部與隨行單元2間的距離。再配合隨行單元2的位移，可得知足部相對地面的3D立體軌跡。再配合一演算法或者再加上跨步偵測單元11的資訊，可計算實際踩踏位置與個別左右步長，並計算空間不對稱性。實際踩踏位置可用於下一步投射位置的歸零、減少累積誤差提供更好的提示位置。

此外，利用外部裝置B即可計算出該跨步偵測系統1與該隨行單元2的相對位置，與該視覺提示位置L進行比較，進而測得有無正確踩踏在該視覺提示位置L上。

如圖8的外部裝置B安裝在隨行單元2，一實施方式是透過攝影機擷取使用者個別腳部影像位置，計算步態的空間對稱性、個別腳與視覺提示的相關影像位置。該外部裝置B除了攝影機外，能選用深度攝影機、光達系統(LiDAR)、毫米波雷達、紅外線測距、TOF立體鏡頭、超音波測距、近接開關、立體視覺感測系統等，或者前述感測設備的組合皆可達成。

此外，該外部裝置B更包含有下列功能：1.擷取辨識與擷取影像，辨識足部位置與視覺提示標記之間的相對位置；2.感應視覺提示標記與足部位置之間的相對位置等參數，送回運算單元5判斷結果。

6.如圖9所示，該跨步偵測系統1除了利用感應開關感測使用者步行相關數據外，可由安裝在鞋墊、使用者的足部、腳踝、腳尖、腿部等的跨步偵測系統A，其原理是運用慣性感測、姿態儀的技術，藉由姿態儀取得立體型式的移動軌跡、移動速度、移動方向(方位)等步態資訊，進而測得足部立體空間軌跡。

由該跨步偵測系統A測得足部立體空間軌跡位置，可計算實際踩踏位置與個別左右步長，並計算空間不對稱性。

由該跨步偵測系統A測得足部立體空間軌跡位置減去隨行單元位移後，再與該視覺提示位置L進行比較，進而測得有無正確踩踏在該視覺提示位置L上。

7.如圖9所示，該跨步偵測系統1除了利用感應開關感測使用者步行相關數據外，也能利用光感測器C，光感測器C偵測使用者腳部有無確實踩踏於該跨步提示系統4產生的視覺提示位置L，其中，光感測器C可以安裝在足部或者鞋面，利用該跨步提示系統4產生的光源提供該光感測器C進行接收，使用時當有正確踩在視覺提示位置L上光感測器C則產生可正確接收的訊息(Acknowledge)給該前述的運算單元，反之當步態不正確或未到達指定位置時，則產生無法正確接收的訊息(Non-Acknowledge)給該前述的運算單元。

8.請參閱圖10，進一步的，當使用者有正確踩在設定位置時，可產生跨步正確的提示聲光效果，當踩不到正確位置時，則產生一跨步錯誤的提示聲光效果，即可引導使用者正確的調整步態，以及利用物聯網增加取得數據的正確性。

9.承上述的使用方式，當使用者的步態都能達標時，前述的運算單元5則運算出下一段提高訓練強度的跨步位置，並且驅動該跨步提示系統4能自動調整視覺提示位置L的位置。

10.視覺提示位置L除了如附圖7以線條或者腳步圖案提示外，也能選用不同的圖形，引導使用者前後與左右跨步位置，提升步態復健功效。

11.請參閱圖11，進一步的，本發明可配合物聯網技術，治療師能透過如手機、電腦等收集到該運算單元5的資訊，更可透過遠端控制技術調整下一段較佳的跨步距離，如此一來即可讓使用者逐漸調整步態趨近正常的功效。

12.請參閱圖12與下面所述進行自動調整投射位置：

1.讓使用者帶著隨行單元2行走，量測基本步長；

2.以基本步長當作視覺提示位置L的設定基準；

3.若使用者依據視覺提示位置L的提示下皆能跨過提示的位置，則由該運算單元5判定可以增加提示間距；

4.接著該跨步偵測系統1、該隨行單元移動距離量測系統3持續偵測使用者行走情況並判斷能否跨越該視覺提示位置L，若能就會持續增加提示間距；若否，則停止增加提示間距，避免使用者為了追逐視覺提示位置L而跌倒。

前面的自動調整步驟可運用在腳步對稱或者腳步不對稱的情況，大幅提升本發明運用範圍，增加實用價值。

透過上述的說明，可理解到本發明所運用的技術，具有良好的機動性，且在各種實施例中，可以得知本發明的結構不容易受環境干擾，能夠正確掌握使用者的步態資訊，提供更好的建議讓使用者早日恢復身體機能。

如圖13所示，進一步的該隨行單元2能利用前述的技術，形成一可自動跟隨使用者的自動隨行單元，如圖13所示，該隨行單元2包含至少一個用於驅動移動單元22的驅動器23，利用多種不同功能的感測裝置A或者外部裝置B偵測使用者的個別腳位置、步速、步數、步幅、步長等步態資訊擷取，接著外部裝置B與視覺提示位置L進行相對位置計算，進而取得使用者與隨行單元2之間的距離後，驅動到該些驅動器23，進而讓隨行單元2跟隨使用者；若考量到使用者與該隨行單元2的距離及安全性，進一步能外部裝置B可選擇超音波感測器或者透過紅外線測距儀、光達系統、毫米波雷達等測定兩者之間距離，讓使用者在使用本發明不會感受到不自在的情況。

綜上所述，本發明構成結構均未曾見於諸書刊或公開使用，誠符合發明專利申請要件，懇請鈞局明鑑，早日准予專利，至為感禱。