TWM510162U - 復健機器之支撐裝置 - Google Patents

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yi-xun Li
Xin-Han Jiang
Fu-Cheng Hong
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Tbi Motion Technology Co Ltd
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Description

復健機器之支撐裝置
本創作係提供一種復健機器之支撐裝置，尤指一種針對使用者藉由懸吊機構及裝設於腰部之支撐元件支撐體重，以減輕使用者腿部之承受力，降低下肢支撐體重之負擔。
按，隨著科技進步與生活水準提升，許多國家正邁入高齡化社會，伴隨著高齡化出現之各種健康問題日益受到關注，在高齡人群中存有大量神經系統疾病或腦血管疾病之患者，例如：中風、脊髓損傷、腦性麻痺或腦部功能受損、多發性硬化症、與帕金氏症之因素所造成之中樞性神經系統受損，亦導致患者肢體出現不同程度之運動功能障礙，嚴重者會出現全癱或偏癱之症狀，同時，由於交通意外事故之情形，造成神經或上肢/下肢體損傷之傷患亦日益增加，然而，下肢行走功能係代表行動能力之重要指標，亦係保證可正常獨立生活之必要條件，故多數交通意外事故之患者其日常生活皆受影響，且為家庭帶來一定之負擔與挑戰。
惟，多數中樞神經系統受損之患者經過手術或藥物治療後，雖可恢復到能夠獨立步行之程度，但多數患者皆會伴隨部份之後遺症，例如：運動控制能力降低、關節僵直及行走步態不正常之症狀，導致患者平衡功能下降，進而嚴重影響行動能力、周遭環境感知能力、及生活品質；而由復健醫學理論及臨床實驗顯示，患者除早期手術及藥物治療外，以正確之科學復健訓練對於運動功能之恢復與改善具有相當重要功用，患者於急性期過後愈早投入復健訓練，其功能恢復之效果愈好，其中，運動復健治療法之理論基礎係大腦之可塑性，相關醫學研究顯示受損神經細胞雖不可再生，但神經組織卻可透過功能重組或以代償之方式使喪失功能重新恢復，即大腦具有可塑之特性，在動物與人體試驗均顯示，針對肢體以特定功能進行主動或被動之重複性的正確步態訓練，可刺激本體感受器使中樞神經映射區發生變化，促進大腦與脊髓重新學習步行動作功能之可塑性發生；但對應目前復健治療，大多皆係依靠人工進行，復健人員與病人都須耗費大量時間與體力，嚴重限制復健訓練之效率與成效，且復健醫療之設備都較簡略，無法滿足患者漸進性與專注性復健之需求。
隨著智慧型機器人技術發展與復健醫療市場之拓展，復健訓練結合機器人技術，藉此有效解決傳統復健訓練過程所出現之相關問題，因此，設計出安全、定量、有效及可進行重複訓練之多功能肢體復健訓練系統已成為現代復健醫學與治療所急待解決問題之一，故復健機器人亦應運而生且提供了重要醫學根據，復健機器人係醫療機器人一重要分支，其研究整合復健醫學、生物力學、機械力學、材料力學、機構學、電子學、計算機科學與機器人學諸多領域，復健機器人與工業機器人不同之處在於，它必須直接接觸於人體，且與患者在同一作業空間中工作，使患者與復健訓練裝置進行整體而協調之運動，復健機器人係以電腦予以控制，其裝置有相應之感測器與安全系統，可根據不同患者在實際操作現況自動調節訓練參數，藉以實現最佳復健效果，因此，復健機器人幫助患者重新學習並提高復健動力與成效，使訓練動作更接近於健康狀態，同時亦可減輕復健治療師繁重之訓練任務，使得有更多精力投入於復健相關研究中。
目前復健採用之減重方式，最常見水中步行及借助手杖和柺杖，水中步行需有游泳池，一般社會大眾並未擁有游泳池，因此對患者之復健造成極大不便；而使用柺（手）杖之助力裝置，僅係將下肢原本需承受之體重轉移到肩關節，肩關節承載額外之負載易產生疲勞，造成訓練時間短，且容易有步態異常之現象發生；又柺（手）杖缺乏平衡調節功能，易造成患者摔倒受傷，此外，習知步行助力機器人存有減重助力過小，及缺乏維持步態平衡功能之問題，硬體設備體積較為龐大，並且必須局限於固定空間與地點操作。
有鑑於此，本創作人特地針對復健機器之支撐裝置加以研究及改良，期以一較佳設計改善上述問題，並在經過長期研發及不斷測試後，始有本創作之問世。
爰是，本創作之目的係為解決復健採用之減重方式造成之不便，以及習知步行助力機器人存有減重助力過小，缺乏維持步態平衡功能之問題，並可讓患者在室內移動實境操作，協助舒緩健的不適應感，提升復健的動力與成效。
為達致以上目的，吾等創作人提供一種復健機器之支撐裝置，其包含：一支撐機構，其頂端設有至少一懸吊機構，所述懸吊機構係藉由至少一拉力感測元件感測重力，藉以穩固該支撐機構之重心，所述懸吊機構設有一套接裝置，該支撐機構及該復健裝置間各設有一支撐元件。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該懸吊機構係透過棒狀馬達驅動者。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該套接裝置更設有一反光部，藉以提升夜間行走之安全性。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構底端更設有至少一移動元件。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，所述移動元件係藉由馬達驅動者。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構更樞設有一乘坐裝置，該乘坐裝置係可調整高度者。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構更設有一扶手元件。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該扶手元件更設有至少一壓力感測元件。
據上所述之復健機器之支撐裝置，其中，該壓力感測元件係耦接一控制單元。
綜上所述，藉由上述設置，相較於先前技術，顯見本創作主要具有下列數項優點及功效，茲逐一詳述如下：
1.使用者可藉由懸吊機構及裝設於腰部之支撐元件支撐體重，以減輕使用者腿部之承受力，降低下肢支撐體重之負擔，且可於相異之體重荷重下供下肢進行步行復健訓練，以及供使用者於訓練時雙腿可更加自如地運動，以達致最佳訓練效果。
2.藉由本創作於操作過程中，使用者除可選擇正常步態式之復健方式外，亦可選擇藉由乘坐裝置以坐立式復健方式進行操作，此外，乘坐裝置可依使用者身高調整適當之高度，再者，藉由本創作裝設之反光部，使用者可於夜間行走時，提升其自身之安全性。
本創作係一種復健機器之支撐裝置，其實施手段、特點及其功效，茲舉數種較佳可行實施例並配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入瞭解並認同本創作。
請先參閱第1圖至第5圖所示，本創作係一種復健機器之支撐裝置，其包含：
一復健裝置1，該復健裝置1係設有一髖關節機構11，該髖關節機構11樞設有一大腿骨架12，該大腿骨架12設有一大腿調整機構121，該髖關節機構11係樞設一第一致動器13a，且該大腿骨架12係樞設一第二致動器13b，該第一致動器13a及該第二致動器13b係樞設一髖關節致動器14a，該髖關節致動器14a係耦接一控制單元141，該髖關節機構11及該大腿骨架12係樞設一第一角度感測器15a感測角度，該大腿骨架12相對該髖關節機構11一端設有一膝關節機構16，該膝關節機構16係用以連接該大腿骨架12及一小腿骨架17，該小腿骨架17設有一小腿調整機構171，該膝關節機構16係樞設一第三致動器13c，且該小腿骨架17係樞設一第四致動器13d，該第三致動器13c及該第四致動器13d係樞設一膝關節致動器14b，該膝關節致動器14b係耦接該控制單元141，該膝關節機構16及該小腿骨架17係樞設一第二角度感測器15b感測角度，該小腿骨架17相對該膝關節機構16一端設有一踝關節機構18，該踝關節機構18係連接該小腿骨架17及一支撐座19，該支撐座19設有一足長調整機構191，藉以調整該支撐座19之長度，該小腿骨架17係樞設一第五致動器13e，且該第五致動器13e係樞設一踝關節致動器14c，該踝關節致動器14c相對該第五致動器13e一端係樞設該支撐座19，該踝關節致動器14c係耦接該控制單元141，該踝關節機構18及該支撐座19係樞設一第三角度感測器15c感測角度，該第一角度感測器15a、該第二角度感測器15b及該第三角度感測器15c係擷取行走週期內該髖關節機構11、該膝關節機構16及該踝關節機構18角度位移量之訊號，藉以將各訊號傳送至該控制單元141，且藉由該控制單元141控制該第一致動器13a、該第二致動器13b、該第三致動器13c、該第四致動器13d及該第五致動器13e之該復健裝置1；
至少一固定裝置2，其係裝設於該復健裝置1；
一支撐機構3，其係連結該復健裝置1，該支撐機構3頂端設有至少一懸吊機構31，所述懸吊機構31係藉由至少一拉力感測元件311感測重力，藉以穩固該支撐機構3之重心，所述懸吊機構31設有一套接裝置32，該套接裝置32設有一反光部321，該支撐機構3及該復健裝置1間各設有一支撐元件4，且該支撐機構3底端更設有至少一移動元件33，所述移動元件33係藉馬達驅動者，該支撐機構3對應該復健裝置1更樞設有一乘坐裝置34，且該支撐機構3更設有一扶手元件35，該扶手元件35設有至少一壓力感測元件351，該壓力感測元件351係耦接該控制單元141；
一導航輔助裝置5，其係耦接該控制單元141，該導航輔助裝置5更耦接一定位系統51，該定位系統51係耦接該控制單元141，該定位系統51係設有一對應實際操作環境（圖未繪示）之模擬地圖511，且定位該復健裝置1於模擬地圖511之一起始點511a，且該定位系統51係藉由設定一定位點511b，令該控制單元141控制該復健裝置1移動至該定位點511b，該控制單元141更耦接一攝影裝置52及一雷射測距裝置53，該控制單元141係藉由該攝影裝置52及該雷射測距裝置53分析物體運動軌跡以偵測前方障礙物之位置，並控制該復健裝置1於移動過程中閃避所述前方障礙物，又該導航輔助裝置5更耦接一超音波感測元件54，該控制單元141係藉由該超音波感測元件54測定一距離值，以控制該導航輔助裝置5之移動速度者，且該導航輔助裝置5更耦接一探照燈55；
一濾波元件541，其係耦接該超音波感測元件54，該濾波元件541係將該超音波感測元件54偵測之距離值經由該濾波元件541過濾雜訊；
一遠端監控系統6，其係連結於該導航輔助裝置5，該遠端監控系統6係遠程監控該導航輔助裝置5之位置，且該遠端監控系統6係接收該第一角度感測器15a、該第二角度感測器15b及該第三角度感測器15c係擷取行走週期內該髖關節機構11、該膝關節機構16及該踝關節機構18角度位移量之訊號者；以及
一顯示裝置7，其係耦接該導航輔助裝置5，該顯示裝置7係對應呈現該模擬地圖511、起始點511a及定位點511b，且該定位系統51係可於該模擬地圖511規劃起始點511a至定位點511b路徑，並顯示於該顯示裝置7。
藉之，請參閱第2圖及第3圖所示，使用者8套入套接裝置32後，藉由懸吊機構31透過棒狀馬達給予Z軸方向之位移，而棒狀馬達單支設計係可承受120公斤，因此，棒狀馬達對於其他螺桿做Z軸方向位移而言係相對具安全性，而位移之多寡係依使用者8身高及體重予以判斷，例如：使用者8之身高180公分體重85公斤，支撐機構3則先高設於使用者8之身高，接著藉由拉力感測元件311來感測人體重力，而因本創作係主動式給予作動，故預留10至20公斤作為下肢重量，而非將使用者之人體重力完全撐起，因此拉力感測元件311顯示值需為65至75公斤，惟並不以此作為限定，可依使用者8下肢需求而調整拉力感測元件311之拉力參數；以供使用者8下肢於不同之體重荷重下復健，且支撐機構3設有移動元件33，故可以步行復健進行訓練，以達最佳之訓練效果，藉以達致完好之復健目的，此外，將支撐元件4裝設於使用者8腰部，可依需求調整腰部腰圍之範圍，亦可藉由支撐元件4支撐下肢重量，藉以達致使用之便利性，再者，由於套接裝置32設有反光部321，因此，可提升使用者8於夜間行走時之安全性。
再請參閱第2圖及第3圖所示，使用者8可藉由正常步態式之復健方式扶握扶手元件35，由扶手元件35之壓力感測元件351取得使用者8行走訊息，並傳送至控制單元141分析行走之速度及方向，從而控制導航輔助裝置5之運動，又使用者8係可依需求調整扶手元件35之高度，再者，使用者8除可選擇扶握扶手元件35以正常步態式之復健方式外，亦可坐於可調式之乘坐裝置34，選擇坐立式復健方式進行操作，且乘坐裝置34可依使用者8需求調整高度，以供使用者8可選擇多種方式進行下肢復健。
請參閱第4圖所示，使用者8可藉由復健裝置1以正常步態式復健，依據系統設定正常人之步態軌跡，將對應步態參數，例如：步長與步速參數，經控制單元輸出並控制各關節之命令，引導使用者進行復建之步態軌跡運動，因此，在復健裝置1之主動訓練模式下，係以主從追蹤之控制方法，其中，對於髖關節機構11與膝關節機構16之大範圍運動，係藉由髖關節致動器14a、膝關節致動器14b及踝關節致動器14c來實現，而對於小範圍運動如踝關節機構18之背屈與蹠屈、髖關節機構11之內收與外展，係採用第一致動器13a、第二致動器13b、第三致動器13c、第四致動器13d及第五致動器13e來實現，因此，藉由髖關節致動器14a、膝關節致動器14b及踝關節致動器14c與第一致動器13a、第二致動器13b、第三致動器13c、第四致動器13d及第五致動器13e混合驅動組成單腿復健裝置1之結構，均極大提升安全性、舒適性、可靠性、實用性及操作方便性，且所需之驅動元件較少，使本創作機構簡單而利於組設，此外，復健裝置1可供使用者8以正確步態反覆訓練走動之動作，無須借助跑步機即可直接行走於平坦地面，以近似人體行走於地面之步態軌跡，藉此實現各關節之運動訓練、腿部肌肉之主動和被動自我調整及神經功能之復健訓練，再者，可利用第一角度感測器15a、第二角度感測器15b、第三角度感測器15c，擷取使用者8行走週期內各關節與雙腳狀態之訊號藉控制單元141傳送至遠端監控系統6，且藉遠端監控系統6即時監控由第一致動器13a、第二致動器13b、第三致動器13c、第四致動器13d及第五致動器13e驅動之復健裝置1與人體運動狀態之協調性，此外，使用者可依需求分別調整大腿調整機構121、小腿調整機構171及支撐座19之長度，供使用者8獲得最佳之復健訓練，提高使用者8腿部機能損傷之復健品質。
續請參閱第1圖及第5圖所示，使用者8可藉導航輔助裝置5透過顯示裝置7之選單，藉由定位系統51於對應實際操作環境之模擬地圖511中，定位復健裝置1於模擬地圖511之起始點511a，且定位系統51係藉由設定定位點511b，令控制單元141控制復健裝置1移動至定位點511b，以供使用者8清楚瞭解身處之方位，且顯示裝置7對應呈現模擬地圖511、起始點511a及定位點511b，以供使用者8行動範圍擴大，不侷限於復健室，再者，於夜晚時使用者8可開啟探照燈55，以便觀察前方動向之狀態，例如：使用者8選擇定位點511b後，於確認目標後導航輔助裝置5即開始導航功能，顯示裝置7即先規劃行走路徑，供使用者8行走至定位點511b之過程軌跡平順，此外，藉由裝設遠端監控系統6，將行徑中之速度資訊、座標與地圖上之位置經由無線通訊系統（例如：GPRS）即時傳送至遠端監控系統6，藉此遠程監控使用者8之位置。
請參閱第5圖及第6圖所示，顯示裝置7與遠端監控系統6可隨導航輔助裝置5移動而修正，例如：地圖更換、修正地圖參數及修正座標配合新地圖之事項，使導航輔助裝置5於移動至新空間，使用者8仍能清楚瞭解身處新環境之方位。
再請參閱第5圖及第6圖所示，導航輔助裝置5亦可作為導盲車，使用者8可藉導航輔助裝置5由控制單元係141藉由透過攝影裝置52、雷射測距裝置53及紅外感測器（圖未繪示）擷取前方環境面積之連續影像之序列，分析物體之運動軌跡以偵測前方障礙物之位置，並控制復健裝置1於移動過程中閃避所述前方障礙物，此外，利用導航輔助裝置5後方裝設之超音波感測元件54偵測之距離值，該控制單元141係藉由該超音波感測元件54測定之距離值以控制導航輔助裝置5之移動速度者，藉以得出使用者8與導航輔助裝置5間距離，將前方環境之面積及使用者8與導航輔助裝置5間距離，藉控制單元141輸出予導航輔助裝置5並控制適當前進之移動速度，例如：使用者8步伐較緩慢時，將減緩導航輔助裝置5之移動速度，以配合使用者8之步伐；而使用者8步伐較快時，則導航輔助裝置5將加速配合使用者8步伐；惟當前方空間狹窄時，雖使用者8距離導航輔助裝置5較近，亦無法加速或維持較高速前進，但遇前方障礙物時，因調整速度並轉向遠離前方障礙物，藉以避免發生碰撞之意外；藉此，控制導航輔助裝置5之移動速度主要係依前方空間寬窄以及與後方使用者8間之距離予以調整，藉以配合使用者8行走之需求及安全性。
綜觀上述，本創作所揭露之技術手段不僅為前所未見，且確可達致預期之目的與功效，故兼具新穎性與進步性，誠屬專利法所稱之新型無誤，以其整體結構而言，確已符合專利法之法定要件，爰依法提出新型專利申請。
惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能以此作為限定本創作之實施範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬於本創作專利涵蓋之範圍內。
〔本創作〕
1‧‧‧復健裝置
11‧‧‧髖關節機構
12‧‧‧大腿骨架
121‧‧‧大腿調整機構
13a‧‧‧第一致動器
13b‧‧‧第二致動器
13c‧‧‧第三致動器
13d‧‧‧第四致動器
13e‧‧‧第五致動器
14a‧‧‧髖關節致動器
14b‧‧‧膝關節致動器
14c‧‧‧踝關節致動器
141‧‧‧控制單元
15a‧‧‧第一角度感測器
15b‧‧‧第二角度感測器
15c‧‧‧第三角度感測器
16‧‧‧膝關節機構
17‧‧‧小腿骨架
171‧‧‧小腿調整機構
18‧‧‧踝關節機構
19‧‧‧支撐座
191‧‧‧足長調整機構
2‧‧‧固定裝置
3‧‧‧支撐機構
31‧‧‧懸吊機構
311‧‧‧拉力感測元件
32‧‧‧套接裝置
321‧‧‧反光部
33‧‧‧移動元件
34‧‧‧乘坐裝置
35‧‧‧扶手元件
351‧‧‧壓力感測元件
4‧‧‧支撐元件
5‧‧‧導航輔助裝置
51‧‧‧定位系統
511‧‧‧模擬地圖
511a‧‧‧起始點
511b‧‧‧定位點
52‧‧‧攝影裝置
53‧‧‧雷射測距裝置
54‧‧‧超音波感測元件
541‧‧‧濾波元件
55‧‧‧探照燈
6‧‧‧遠端監控系統
7‧‧‧顯示裝置
8‧‧‧使用者
第1圖係本創作之髖關節機構、膝關節機構及踝關節機構樞轉之方塊示意圖。 第2圖係本創作之立體示意圖。 第3圖係本創作之扶手元件、支撐機構及乘坐裝置之作動示意圖。 第4圖係本創作之復健裝置之作動示意圖。 第5圖係本創作之導航輔助裝置進行導航行走之方塊示意圖。 第6圖係本創作之顯示裝置顯示定位系統模擬規劃路徑之示意圖。
1‧‧‧復健裝置
11‧‧‧髖關節機構
12‧‧‧大腿骨架
121‧‧‧大腿調整機構
13a‧‧‧第一致動器
13b‧‧‧第二致動器
13c‧‧‧第三致動器
14a‧‧‧髖關節致動器
15a‧‧‧第一角度感測器
15b‧‧‧第二角度感測器
16‧‧‧膝關節機構
17‧‧‧小腿骨架
171‧‧‧小腿調整機構
19‧‧‧支撐座
191‧‧‧足長調整機構
2‧‧‧固定裝置
3‧‧‧支撐機構
31‧‧‧懸吊機構
311‧‧‧拉力感測元件
32‧‧‧套接裝置
33‧‧‧移動元件
34‧‧‧乘坐裝置
35‧‧‧扶手元件
351‧‧‧壓力感測元件
4‧‧‧支撐元件
5‧‧‧導航輔助裝置
52‧‧‧攝影裝置
53‧‧‧雷射測距裝置
54‧‧‧超音波感測元件
55‧‧‧探照燈
7‧‧‧顯示裝置

Claims (9)

  1. 一種復健機器之支撐裝置，其包含：一支撐機構，其係連結一復健裝置，該支撐機構係頂端設有至少一懸吊機構，所述懸吊機構係藉由至少一拉力感測元件感測重力，藉以穩固該支撐機構之重心，所述懸吊機構設有一套接裝置，該支撐機構及該復健裝置間各設有一支撐元件。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該懸吊機構係透過棒狀馬達驅動者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該套接裝置更設有一反光部，藉以提升夜間行走之安全性。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構底端更設有至少一移動元件。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之復健機器之支撐裝置，其中，所述移動元件係藉由馬達驅動者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構更樞設有一乘坐裝置，該乘坐裝置係可調整高度者。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該支撐機構更設有一扶手元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該扶手元件更設有至少一壓力感測元件。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之復健機器之支撐裝置，其中，該壓力感測元件係耦接一控制單元。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI597092B (zh) * 2017-02-15 2017-09-01 Adan Cubas Brizuela Jorge Hand rehabilitation system
TWI771059B (zh) * 2021-06-11 2022-07-11 護仕康有限公司 移動輔助裝置

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