TWM469929U - 平衡反應訓練裝置 - Google Patents

Description

平衡反應訓練裝置

本新型係有關於一種平衡反應訓練裝置，尤指一種可以建立一套方便攜帶且娛樂性十足的平衡反應訓練技術。

按，平衡能力是指藉由身體空間定位的調節，以維持身體在空間中穩定的能力。而檢測身體平衡能力包括有動態及靜態二種平衡檢測方式。舉凡坐站花費時間、走路速度、單足站立時間、閉眼站立時間等皆可為平衡能力檢測的方法。另一方面，隨著年齡的增加，跌倒所造成受傷的次數以及嚴重程度也會跟著增加，所以失去平衡是老年人發生跌倒的主要原因之一。老化是一個不間斷的過程，隨著年齡增長，生理各項機能會逐漸退化以及肌肉量流失等原因都會使老年人平衡能力每況愈下，因此，如何識別預測容易跌倒的人、如何診斷平衡能力以及如何增強平衡能力等問題皆是相關產學業者所急欲解決的課題與挑戰。

請配合參看圖7所示，係為市售的一種跌倒風險評估器材，該習用結構雖然具有評估使用者之平衡能力與跌倒風險的功效；惟，該習用結構是採用一體整合式的結構設計，以致體積過於龐大而無法為使用者所隨身攜帶或搬運；此外，其成績分析受限於嵌入式系統的緣故，致使其評估導引軟體無法因應使用者的訓練需求而加以調整，而且亦無法提供專屬客制化的訂製設計，不僅如此，該習用結構造價非常昂貴，每台約新台 幣50萬元，因而無法吸引一般大眾選購採用該商品，以致該商品無法廣為普及到各社區鄰里或者學校之中。再者，一般功能性體適能或者量表，在量測時顯得枯燥乏味，而且必須以人方式從旁協助平衡訓練及紀錄，因而造成平衡訓練上的不便以及困擾。因此，如何建立一套方便攜帶且遊樂性十足的平衡檢測系統是相當迫切需要的。

緣是，上述該習用結構確實未臻完善，仍有改善的必要性。有鑑於此，本新型創作人等乃積極投入研發，經不斷的研究、設計、實作與試驗，終而有本新型的研發成果。

本新型第一目的在於提供一種可以方便攜帶且遊戲娛樂性極高的平衡反應訓練裝置，主要是在遊戲導引的互動過程中，得到平衡能力及跌倒風險的評估資訊，使原本單調無趣的平衡檢測訓練賦予遊戲的娛樂效果，且遊戲軟體除了可以因應使用者的訓練需求而加以調整之外，並可提供專屬客制化的訂製，藉以提升平衡反應訓練的意願及成效。達成本發明第一目的之技術手段，係包括平衡訓練板、壓力感測模組、訊號傳輸模組及中央處理單元。壓力感測模組用以偵測使用者於平衡訓練板上的重心偏移狀態而產生重心座標訊號。中央處理單元包含顯示裝置、遊戲導引模組及運算模組。中央處理單元可透過訊號傳輸模組接收重心座標訊號。遊戲導引模組可於使該顯示模組顯示遊戲導引畫面。運算模組用以彙集各座標訊號為軌跡訊號。當使用者於平衡訓練板上做出平衡訓練的動作時，運算模組則擷取軌跡訊號及參數資料，以計算出偏移量值，再依據偏移量值評估使用者之平衡能力與跌倒風險。

本新型第二目的在於提供一種具影像辨識功能的平衡反應訓練裝置，主要是藉由影像辨識來監控制使用者的動作，以作為修正重心偏移量的依據，進而提升使用者之平衡能力與跌倒風險評估資訊的精準度。達成本發明第二目的之技術手段，係包括平衡訓練板、壓力感測模組、訊號傳輸模組及中央處理單元。壓力感測模組用以偵測使用者於平衡訓練板上的重心偏移狀態而產生重心座標訊號。中央處理單元包含顯示裝置、遊戲導引模組及一運算模組。中央處理單元可透過訊號傳輸模組接收重心座標訊號。遊戲導引模組可於使該顯示模組顯示遊戲導引畫面。運算模組用以彙集各座標訊號為軌跡訊號。當使用者於平衡訓練板上做出平衡訓練的動作時，運算模組則擷取軌跡訊號及參數資料，以計算出偏移量值，再依據偏移量值評估使用者之平衡能力與跌倒風險。其中，更包含一影像擷取模組及一內建於該中央處理單元的影像辨識模組，該影像擷取模組用以擷取該使用者於該平衡訓練板做出平衡運動的影像，當該運算模組讀取該參數資料時，則解讀出與該參數資料對應的基準影像，該影像辨識模組則將該基準影像與該與即時擷取之該影像進行差異化比對分析，該運算模組則依據比對結果作為修正該偏移量值的依據。

10‧‧‧平衡訓練板

20‧‧‧壓力感測模組

21a、21b、21c、21d‧‧‧壓力感測器

22‧‧‧訊號處理電路

30‧‧‧訊號傳輸模組

40‧‧‧中央處理單元

41‧‧‧遊戲模組

42‧‧‧運算模組

43‧‧‧導引模組

44‧‧‧影像辨識模組

50‧‧‧顯示模組

60‧‧‧音頻播放模組

70‧‧‧影像擷取模組

80‧‧‧跌倒風險評估器材

圖1係本新型連結實施的示意圖。

圖2係本新型另一種連結實施的示意圖。

圖3係本新型平衡訓練板之俯視示意圖。

圖4係本新型使用者重心往側向移動的實施示意圖。

圖5係本新型使用者重心往前後向移動的實施示意圖。

圖6係本新型電路功能方塊實施示意圖。

圖7係習知跌倒風險評估器材的外觀示意圖。

壹.本新型第一實施例

請配合參看圖1及圖3~6所示，為達成本發明第一目之第一具體實施例，係包括平衡訓練板10、壓力感測模組20、訊號傳輸模組30及中央處理單元40等技術特徵。壓力感測模組20設於平衡訓練板10上，用以偵測使用者於平衡訓練板10上的重心偏移狀態而產生重心座標訊號。中央處理單元40(例如個人電腦、筆記型電腦或是平板電腦)與一顯示模組50訊號連接。且中央處理單元40包含一遊戲模組41、一運算模組42及一音頻播放模組60。中央處理單元40可透過訊號傳輸模組30(例如藍芽無線訊號傳輸模組、WIFI無線訊號傳輸模組或是RF無線射頻訊號傳輸模組)接收重心座標訊號。遊戲模組41可於至少一時段使顯示模組50顯示至少一遊戲畫面。音頻播放模組60則與遊戲畫面同步，用以發出導引語音或是背景音效的音頻訊號。運算模組42用以彙集各座標訊號為一軌跡訊號。當使用者於平衡訓練板10上隨著遊戲畫面導引而做出遊戲動作時，運算模組42則擷該取時段內之軌跡訊號及參數資料，藉以計算出偏移量值，再依據偏移量值評估使用者之平衡能力與跌倒風險。

於一種具體的實施例中，運算模組42係以重心偏移指數方程式計算出該偏移量值，如下式(1)所示：

其中，n代表總共收測n個點，Xn代表第n個點，，代表總共收測n個X點的平均值；Yn代表第n個點，代表總共收測n個Y點的平均值。亦即SwayIndex=相對平均數的距離。

此外，上述參數資料可以是指移動軌跡總長度參數或是移動軌跡面積參數而言。具體來說，除了上述公式方法計算出偏移量值之外，本新型亦可利用習知的計算壓力中心(center of pressure,COP)來評估使用者的平衡能力，其中，係以移動軌跡總長度、面積、前後以及左右方向範圍等參數來評估使用者的平衡能力。一般而言，在維持一靜態姿勢下壓力中心(COP)可以反應身體的重心位置，所以可以用來代表身體重心的晃動狀態，因此，移動軌跡、前/後、左/右最大偏移量以及COP面積等參數皆可用來作為身體平衡能力的評估指標。由此可知，當移動軌跡總長度越短或面積愈小，代表使用者重心偏移量越小，所以身體的平衡能力愈佳；反之，移動軌跡總長度越長或面積愈大，則代表使用者重心偏移量越大，所以身體的平衡能力愈差。

再者，運算模組42建立有一資料庫，該資料庫儲存有與每一時段對應的複數筆訓練參數資料(例如將訓練動作或難度等級予以數位化編碼)，當運算模組42讀取訓練參數資料時，則可解讀出該時段之訓練等級難度，以作為修正偏移量值的依據。進一步言之，當訓練等級難度愈高，則偏移量值的修正幅度愈大；反之，當訓練等級難度愈低，則偏移量值的修正幅度愈小。此外，上述中央處理單元40除了包含遊戲模組41外，更包 含一導引模組43，用以於顯示模組50顯示一動作導引畫面，藉以導引使用者於平衡訓練板10做出平衡訓練的動作。

另一方面，上述壓力感測模組20包含至少四組位於平衡訓練板10四個邊角的壓力感測器21a、21b、21c、21d，及一用以將重力訊號轉換為重心座標訊號的訊號處理電路22。如圖3所示，左上角為壓力感測器21a，右上角為壓力感測器為21b，左下角為壓力感測器21c，而右下角壓為力感測器21d。訊號處理電路22利用上述四個方向之壓力感測器之感測訊號強度，即可推算出使用者目前的重心位置為何，再透過運算轉換，即可得到水平方向(X軸)及垂直方向(Y軸)的重心座標訊號。

貳.本新型第二實施例

請配合參看圖2~6所示，為達成本發明第二目之第二具體實施例，係包括平衡訓練板10、壓力感測模組20、訊號傳輸模組30、中央處理單元40及影像擷取模組70等技術特徵。壓力感測模組20設於平衡訓練板10，用以偵測使用者於平衡訓練板10上的重心偏移狀態而產生重心座標訊號。中央處理單元40(例如個人電腦、筆記型電腦或是平板電腦)包含一遊戲模組41、一運算模組42、一音頻播放模組60及一影像辨識模組44。中央處理單元40可透過訊號傳輸模組30(例如藍芽無線訊號傳輸模組30、WIFI無線訊號傳輸模組30或是RF無線射頻訊號傳輸模組30)接收重心座標訊號。遊戲模組41可於至少一時段使顯示模組50顯示至少一遊戲畫面。運算模組42用以彙集各座標訊號為一軌跡訊號。當使用者於平衡訓練板10上隨著遊戲畫面導引而做出遊戲的動作時，運算模組42則擷取時段之軌跡訊號及一參數資料，以計算出一偏移量值，再依據偏移量值評估使用者之平衡 能力與跌倒風險。至於影像擷取模組70則是用以擷取使用者於平衡訓練板10做出平衡運動時的影像，當運算模組42讀取訓練參數資料時，則解讀出與訓練參數資料對應的基準影像，該影像辨識模組44則將基準影像與即時擷取之影像進行差異化比對分析，運算模組42則依據比對結果作為修正偏移量值的依據。

參.本新型具體的運作實施

本新型於運作實施時，請參看圖4~6所示，首先可預先以數位編碼方式來定義使用者在平衡訓練板10上的訓練動作，例如身體往左側傾斜，使雙腳的重心往左側偏移，以定義為控制左側方向移動的指令訊號；身體往右側傾斜，使雙腳的重心往右側偏移，則定義為控制右側方向移動的指令訊號；身體往前方傾斜，使雙腳的重心往前偏移，則定義為控制向前或加速移動的指令訊號；身體往後方傾斜，使雙腳的重心往後方偏移，則定義為控制向後或減速移動的指令訊號；身體挺直站立，使雙腳的重心置中，則定義為保持向前或是停止移動的指令訊號。當使用者踩踏在平衡訓練板10且顯示模組50開始顯示遊戲畫面時，使用者則可隨著遊戲畫面的導引而做出對應的動作。舉例來說，遊戲畫面可以是一種賽車、滑雪或快艇等競速的遊戲畫面；或是一種盛裝快要掉落下來的物品遊戲畫面。使用者可以透過左傾、右傾、前傾、後傾或保持中央站立等方式來發出控制指令，藉以產生控制遊戲畫面方向的效果，如此即可藉由身體的動作而與遊戲畫面形成互動的關係。在此同時，壓力感測模組20則開始偵測使用者於平衡訓練板10上的重心偏移狀態，進而產生重心座標訊號，並透過訊號傳輸模組30傳輸至中央處理單元40中，運算模組42則於一時段內 彙集各座標訊號而轉為軌跡訊號，運算模組42再依據即時之軌跡訊號及參數資料計算出一偏移量值，再由偏移量值評估使用者之平衡能力與跌倒風險指數為何，如此即可透過遊戲平衡訓練而達到評估使用者之平衡能力與跌倒風險指數的功效。

肆．結論

因此，藉由上述技術特徵的建置，本新型確實具備下列所述之特點：

1.本新型可以方便攜帶且遊戲娛樂性極高，可在遊戲導引的互動過程中，得到平衡能力及跌倒風險的評估資訊，使原本單調無趣的平衡檢測訓練賦予遊戲的娛樂效果，且遊戲軟體除了可以因應使用者的訓練需求而加以調整之外，並可提供專屬客制化的訂製設計，藉以提升平衡反應訓練的意願及成效。

2.本新型具備影像辨識功能，可藉由影像辨識來監控制使用者的動作，以作為修正重心偏移量的依據，進而提升使用者之平衡能力與跌倒風險評估資訊的精準度。

以上所述，僅為本新型之一可行實施例，並非用以限定本新型之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本創作之專利範圍內。本創作所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合創作專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10‧‧‧平衡訓練板

30‧‧‧訊號傳輸模組

40‧‧‧中央處理單元

50‧‧‧顯示模組

Claims (10)

1. 一種平衡反應訓練裝置，其包括：至少一平衡訓練板，其可供一使用者踩踏其上；至少一壓力感測模組，其設於該平衡訓練板，用以偵測該使用者於該平衡訓練板上的重心偏移狀態而產生重心座標訊號；至少一訊號傳輸模組；一顯示模組；及至少一中央處理單元，其包含一遊戲模組及一運算模組，該中央處理單元可透過該訊號傳輸模組接收該重心座標訊號，該遊戲模組可於至少一時段使該顯示模組顯示至少一遊戲畫面，該運算模組用以彙集各該座標訊號為一軌跡訊號，當使用者於該平衡訓練板上隨著該遊戲畫面導引而做出遊戲的動作時，該運算模組則擷取該時段之該軌跡訊號及一參數資料，以計算出一偏移量值，再依據該偏移量值評估該使用者之平衡能力與跌倒風險。
2. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該運算模組係以重心偏移指數方程式計算出該偏移量值。
3. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該參數資料係選自移動軌跡總長度參數以及移動軌跡面積參數之其中一種。
4. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該運算模組建立有一資料庫，該資料庫儲存有與每一該時段對應的複數筆訓練參數資料，當該運算模組讀取該訓練參數資料時，則可解讀出該時段之訓練等級難度，以作為修正該偏移量值的依據。
5. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該中央處理單元更包含一導引模組，用以於該顯示裝置顯示一動作導引畫面，而可導引該使用者於該平衡訓練板做出平衡訓練的動作。
6. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該壓力感測模組包含至少四組靠近該平衡訓練板四個邊角的壓力感測器，及一用以將該壓力感測器所產生之重力訊號轉換為重心座標訊號的訊號處理電路。
7. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該訊號傳輸模組係選自藍芽無線訊號傳輸模組、WIFI無線訊號傳輸模組以及無線射頻訊號傳輸模組的其中一種。
8. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其中，該中央處理單元包含一音頻播放模組，該音頻播放模組與該遊戲畫面同步，而可發出導引語音或是背景音效的音頻訊號。
9. 5或8所述之平衡反應訓練裝置，其中，該中央處理單元係選自個人電腦、筆記型電腦以及平板電腦的其中一種。
10. 如請求項1所述之平衡反應訓練裝置，其更包含一影像擷取模組及一內建於該中央處理單元的影像辨識模組，該影像擷取模組用以擷取該使用者於該平衡訓練板做出平衡運動的影像，當該運算模組讀取該參數資料時，則解讀出與該參數資料對應的基準影像，該影像辨識模組則將該基準影像與該即時擷取之該影像進行差異化比對分析，該運算模組則依據比對結果作為修正該偏移量值的依據。