TWM522708U - 使用者操控電動步行矯具系統 - Google Patents

Description

使用者操控電動步行矯具系統

本創作是關於矯具的技術領域，特別是一種協助使用者可自主決定行走姿態的使用者操控電動步行矯具系統。

傳統中，外骨骼式步行裝置藉由結合電機與髖膝踝足矯具(Hip-Knee-Ankle-Foot Orthosis，HKAFO)，協助下肢癱瘓病患步行。現有的技術，是經由控制器根據該下肢癱瘓病患的行走姿態，決定該電動的操作方式，讓該下肢癱瘓病患呈現出與自然步態相似之運動軌跡，以達到步行之功能。

上述技術的詳細動作原理，係藉由感測器(例如加速規、傾斜儀等)推估該下肢癱瘓病患當前之姿態，並依照預設情境控制該電機，以輔助該下肢癱瘓病患執行步行動作。

然而，在現實操作中，仍然存在前述預設情境未能包含的狀況，例如適時調整步行速度、步行方向、搭電梯、繞過障礙物、穿越馬路、搭乘公共運輸工具等情境。因此，現有的技術會因判斷錯誤而導致該下肢癱瘓病患失去平衡，更甚至造成傷害。

有鑑於此，本創作提出一種使用者操控電動步行矯具系統，以解決習知技術的缺失。

本創作的第一目的係提供一種使用者操控電動步行矯具系統，包含支架模組、驅動模組、處理單元與使用者操控單元，該使用者操控單元操作該處理單元以驅動該驅動模組操作該支架模組，以讓使用者可依照自由意志決定行走的姿態。

本創作的第二目的係提供上述使用者操控電動步行矯具系統，該驅動單元根據該使用者操控單元的訊號類型、訊號強度、訊號時間長度或其組合，決定該支架模組的轉速、旋轉角度、轉動方向或其組合，以適應不同的步行情境模式，例如該步行情境模式可為向前(或向後)步行、競走、停止步行、站立、維持動作或跑步等。

本創作的第三目的係提供上述使用者操控電動步行矯具系統，該支架模組可以藉由下肢支撐部、另側下肢支撐部或其組合，供使用者以單側或雙側的方式進行。

本創作的第四目的係提供上述使用者操控電動步行矯具系統，該使用者操控單元可以設置在另一輔具(例如拐杖)、可攜式配戴裝置或行動裝置，以供該使用者可以更靈活的運用。

本創作的第五目的係提供上述使用者操控電動步行矯具系統，藉由切換單元供讓該處理單元執行操作模式、動作模式或其組合，並產生該驅動訊號。

為達到上述目的或其他目的，本創作提供一種使用者操控電動步行矯具系統，係包含支架模組、驅動模組、處理單元與使用者操控單元。該支架模組包含軀幹支撐部與下肢支撐部。該軀幹支撐部結合該下肢支撐部。其中，該軀幹支撐部能夠包覆該使用者的髖部與該下肢支撐部能夠包覆該使用者的複數下肢的其中一者。該驅動模組連接該軀幹支撐部與該下肢支撐部。該驅動模組能夠轉動該下肢支撐部。該處理單元能夠產生驅動訊號以驅動該驅動模組。該使用者操控單元能夠讓該使用者操作以產生對應的控制訊號，且該控制訊號被傳送至該處理單元。其中，該處理單元分析該控制訊號以產生該驅動訊號，該控制訊號決定該驅動模組之該下肢支撐部的一轉速、一旋轉角度、一轉動方向或其組合。

相較於習知的技術，本創作的使用者操控電動步行矯具系統，可以減少或消除使用者使用傳統完全自動化矯具容易發生危險的疑慮。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後：

請參考圖1，係本創作第一實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。於圖1中，該使用者操控電動步行矯具系統10能夠協助使用者(圖未示)行走。在本實施例中，該行走的定義包含步行、競走或跑步等。再者，在本實施例中，該使用者操控電動步行矯具系統10適用於單側使用情境，即是該使用者操控電動步行矯具系統10包覆該使用者的髖部，以及包覆該使用者的左側下肢或右側下肢。

該使用者操控電動步行矯具系統10包含支架模組12、驅動模組14、處理單元16與使用者操控單元18。

一併參考圖2，係說明本創作第一實施例之使用者操控電動步行矯具系統的結構示意圖。該支架模組12包含軀幹支撐部124與下肢支撐部126。該軀幹支撐部124形成容置空間1242以包覆該使用者的該髖部。該下肢支撐部126也形成容置空間1262以包覆該使用者的該下肢。於本實施例中，該下肢支撐部126主要包覆該使用者的股骨、腓骨、足的部分。在其他實施例中，該下肢支撐部126也可包覆該使用者的其他未談及的部位。當該軀幹支撐部124結合該下肢支撐部126之後，可形成直立狀的支架，供該使用者穿戴。

回到圖1，且一併參考圖2，該驅動模組14連接該軀幹支撐部124與該下肢支撐部126。該驅動模組14接收驅動訊號DS以轉動該下肢支撐部126。舉例而言，該驅動模組14轉動該下肢支撐部126，讓該下肢支撐部126朝+X方向移動或是朝-X方向移動。於本實施例中，該驅動模組14更包含電機單元142、電源單元144與連動組件146。其中，該電機單元142可為伺服馬達或步進馬達等。該電機單元142連接該電源單元144與該連動組件146。該電源單元144供應電力(圖未示)至該電機單元142，使得該電機單元142可以根據該電力的輸出量，而決定該伺服馬達或該步進馬達的轉速、旋轉角度、轉動方向或其組合。該連動組件146連接該下肢支撐部126。其中，該電機單元142接收該驅動訊號DS以轉動該連動組件146，並藉由該連動組件146帶動該下肢支撐部126。其中，該驅動模組14藉由該驅動訊號DS，能夠調整該下肢支撐部126的轉速、旋轉角度、轉動方向或其組合。

該電力的輸出量可決定自該控制訊號CS的訊號類型、訊號強度、訊號時間長度或其組合。另外，該電力也可帶有極性，使得該電機單元142可根據該電力的極性而決定該轉動方向。

回到圖1，該處理單元16產生該驅動訊號DS以驅動該驅動模組14。該處理單元16具有演算的能力，能夠分析該控制訊號CS與產生對應的該驅動訊號DS，例如該處理單元16可為單晶處理器、工業處理器、場效可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA，FPGA)或微處理器等。

值得注意的是，於另一實施例中，該處理單元16進一步執行演算法以判斷該控制訊號CS的該訊號類型、該訊號強度、該訊號時間長度或其組合，以將該電力的輸出量限制在預定範圍內。

該使用者操作該使用者操控單元18以產生對應的該控制訊號CS，且該控制訊號CS能被傳送至該處理單元16，例如該使用者操控單元18的型態可為按鈕、感測器、開關或其組合，前述的按鈕與開關的數量可不只限於單一個也可以為複數個。以單一個按鈕為例說明，該使用者操控單元18可根據該使用者按壓該按鈕的不同的壓力程度，能夠對應地輸出不同訊號強度的該控制訊號CS，而該處理單元16可以藉由偵測該訊號強度以判斷該使用者按壓該按鈕的壓力程度。一併參考圖3，係說明本創作圖1之該使用者操控單元18的設置示意圖，該使用者操控單元18係為該按鈕，且該按鈕設置在拐杖2的握持部，能夠讓該使用者可以方便按壓該按鈕。

該使用者操控電動步行矯具系統10的單側操作情境可舉例如下：

情境1：該使用者透過該使用者操控單元18(例如按鈕)產生該控制訊號CS。在一段時間內，該使用者持續地按壓該按鈕。在該段時間內，由於該處理單元16持續地接收該控制訊號CS，使得該處理單元16也持續地產生該驅動訊號DS。由於該驅動模組14持續地接收該驅動訊號DS，使得該驅動模組14持續地轉動該下肢支撐部126，直到該使用者釋放該按鈕。在該使用者釋放該按鈕之後，該驅動模組14也停止轉動該下肢支撐部126，此時，該下肢支撐部126維持在原有的位置。

情境2：承情境1的部分操作方式，差異僅在於該使用者釋放該按鈕之後的動作。於本情境中，在該使用者釋放該按鈕之後，該驅動模組14將初始化該下肢支撐部126，讓該下肢支撐部126朝地面的方向移動，並停止於該地面。換言之，本情境最終將使得該使用者操控電動步行矯具系統10呈現直立態。

情境3：該使用者透過該使用者操控單元18，輸出不同訊號強度的該控制訊號CS。該處理單元16藉由演算法分析該訊號強度，以產生對應的該驅動訊號DS，讓該驅動模組14可以根據不同的該訊號強度操控該下肢支撐部的轉速、旋轉角度或轉動方向。

情境4：該使用者可操作複數個按鈕的該使用者操控單元18，即該等按鈕之其一者可對應不同的功能，例如前進功能、後退功能、轉彎功能、增加轉速功能、停止功能與減少轉速功能等。該使用者操控單元18能夠藉由該等按鈕產生不同訊號類型的該控制訊號CS。舉例而言，當該使用者按壓具有前進功能的該按鈕時，該處理單元16會產生對應的該驅動訊號DS，讓該驅動模組14以逆時針方向轉動該下肢支撐部126，供輔助該使用者向前行走；反之，當該使用者選擇按壓具有後退功能的該後退按鈕時，該處理單元16會產生對應的該驅動訊號DS，讓該驅動模組14以順時針方向轉動該下肢支撐部126，供輔助該使用者向後退步行。

請參考圖4，係本創作第二實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。於圖4中，該使用者操控電動步行矯具系統10’同樣能夠協助使用者行走。該使用者操控電動步行矯具系統10’除包含第一實施例中的該支架模組12、該驅動模組14、該處理單元16與該使用者操控單元18之外，更包含切換單元20。

該切換單元20連接該處理單元16。若該使用者切換該切換單元20，該使用者能夠讓該處理單元12執行一操作模式、一動作模式或其組合。

舉例而言，該操作模式包含手動操作模式、半自動操作模式或自動操作模式。在手動操作模式中，該處理單元12可根據該使用者操控單元產生對應的該驅動訊號；在半自動操作模式中，該處理單元12可根據該使用者操控單元與感測器(圖未示)偵測該使用者的姿態(例如該等下肢之至少一者、該軀幹支撐部或其組合的姿態)而產生對應的該驅動訊號；在自動操作模式中，該處理單元12可根據例如該感測器偵測該使用者的姿態而產生對應的該驅動訊號。換言之，該處理單元12可以不處理來自於該使用者操控單元18的該控制訊號CS，以及該驅動訊號DS的產生也可以來自於感測器，例如當該感測器偵測該使用者施加力量抬起左側下肢時，該感射器可以產生感測訊號，並將該感測訊號傳送至該處理單元16，讓該處理單元12進一步分析該感測訊號以產生該驅動訊號DS驅動該驅動模組14，以協助該使用者抬起該左側下肢。

舉例而言，該動作模式可為預先設定的動作，該動作模式例如可為站姿動作模式, 讓該使用者呈現站立姿態；以及，坐姿動作模式，讓該使用者呈現坐姿態。

請參考圖5，係本創作第三實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。於圖5中，該使用者操控電動步行矯具系統10’’同樣能夠協助使用者行走。該使用者操控電動步行矯具系統10’’包含第一實施例中的該驅動模組14、該處理單元16與該使用者操控單元18，本實施例與第一實施例不同的是支架模組12’的數量。於本實施例中，該使用者操控電動步行矯具系統10’’適用於雙側使用情境，即該使用者操控電動步行矯具系統10’’包覆該使用者的髖部，以及同時地包覆該使用者的左側下肢與右側下肢。

該驅動模組14、該處理單元16與該使用者操控單元18的說明如同前第一實施例所述，於此不贅述。

該支架模組12’除包含第一實施例中的該軀幹支撐部124與該下肢支撐部126之外，更包含另側下肢支撐部128。該另側下肢支撐部128連接該軀幹支撐部124與該驅動模組14 。值得注意的是，該另側下肢支撐部128的動作原理與操作方式同該下肢支撐部126。

該使用者操控電動步行矯具系統10’’的雙側操作情境可舉例如下：

情境1：該使用者分別操控設置在左側的該使用者操控單元18與設置在右側的該使用者操控單元18。該使用者操作左側的該使用者操控單元18可以控制右側的該下肢支撐部126，以及操作右側的該使用者操控單元18可以控制左側的該另側下肢支撐部128。藉由反覆地操作，可以協助該使用者步行。

情境2：承前情境1，當該使用者同時釋放左側的該使用者操控單元18與右側的該使用者操控單元18時，該驅動模組14停止轉動該下肢支撐部126與該另側下肢支撐部128，並且讓該下肢支撐部126與該另側下肢支撐部128維持在原有的位置。

情境3：承前情境1，當該使用者同時地操作左側的該使用者操控單元18與右側的該使用者操控單元18時，該驅動模組14轉動該下肢支撐部126，讓該下肢支撐部126朝地面的方向移動，並停止於該地面，以及該驅動模組14轉動該另側下肢支撐部128，讓該另側下肢支撐部128也朝該地面的方向移動，並停止於該地面。最終，該使用者操控電動步行矯具系統10’’還原成直立態，即該使用者回復站立的姿態。

本創作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創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。因此，本創作之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

2‧‧‧拐杖
10、10’、10’’‧‧‧使用者操控電動步行矯具系統
12、12’‧‧‧支架模組
124‧‧‧軀幹支撐部
1242、1262‧‧‧容置空間
126‧‧‧下肢支撐部
128‧‧‧另側下肢支撐部
14‧‧‧驅動模組
142‧‧‧電機單元
144‧‧‧電源單元
146‧‧‧連動組件
16‧‧‧處理單元
18‧‧‧使用者操控單元
20‧‧‧切換單元
DS‧‧‧驅動訊號
CS‧‧‧控制訊號

圖1係本創作第一實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。 圖2係說明本創作第一實施例之使用者操控電動步行矯具系統的結構示意圖。 圖3係說明本創作圖1之使用者操控單元的設置示意圖。 圖4係本創作第二實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。 圖5係本創作第三實施例之使用者操控電動步行矯具系統的系統方塊圖。

10‧‧‧使用者操控電動步行矯具系統

12‧‧‧支架模組

14‧‧‧驅動模組

16‧‧‧處理單元

18‧‧‧使用者操控單元

DS‧‧‧驅動訊號

CS‧‧‧控制訊號

Claims (13)

1. 一種使用者操控電動步行矯具系統，係包含： 一支架模組，具有一軀幹支撐部與一下肢支撐部，該軀幹支撐部結合該下肢支撐部，其中該軀幹支撐部供包覆一使用者的一髖部與該下肢支撐部供包覆該使用者的複數下肢的其中一者； 一驅動模組，連接該軀幹支撐部與該下肢支撐部，該驅動模組供轉動該下肢支撐部； 一處理單元，供產生一驅動訊號，以驅動該驅動模組；以及 一使用者操控單元，供該使用者操作以產生對應的一控制訊號，該控制訊號傳送至該處理單元； 其中該處理單元分析該控制訊號以產生該驅動訊號，該控制訊號決定該驅動模組之該下肢支撐部的一轉速、一旋轉角度、一轉動方向或其組合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該驅動模組更包含一電機單元、一電源單元與一連動組件，該電機單元連接該電源單元與該連動組件，該電源單元供應一電力至該電機單元，該連動組件連接該下肢支撐部，該電機單元接收該驅動訊號以轉動該連動組件，並藉由該連動組件帶動該下肢支撐部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該電機單元根據該電力的輸出量決定該轉速、該旋轉角度或其組合。
4. 如申請專利範圍第3項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該使用者操控單元為一按鈕、一感測器、一開關或其組合。
5. 如申請專利範圍第4項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該處理單元根據接收該控制訊號的一訊號類型、一訊號強度、一訊號時間長度或其組合，以決定該電力的輸出量。
6. 如申請專利範圍第5項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該處理單元藉由判斷該控制訊號的該訊號類型、該訊號強度、該訊號時間長度或其組合，以將該電力的輸出量限制在一預定範圍內。
7. 如申請專利範圍第2項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該電機單元根據該電力的極性決定該轉動方向。
8. 如申請專利範圍第7項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該使用者操控單元為一按鈕、一感測器、一開關或其組合。
9. 如申請專利範圍第8項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該處理單元根據接收該控制訊號的一訊號類型，以決定該轉動方向。
10. 如申請專利範圍第1項所述之使用者操控電動步行矯具系統，更包含一另側下肢支撐部，連接該軀幹支撐部與該驅動模組，該另側下肢支撐部供包覆該使用者的該等下肢的另其中一者。
11. 如申請專利範圍第10項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中該使用者操控單元藉由該處理單元操作該驅動模組，讓該驅動模組驅動該下肢支撐部與該另側下肢支撐部，以調整該下肢支撐部與該另側下肢支撐部的一轉速、一轉動角度、一轉動方向或其組合。
12. 如申請專利範圍第1項所述之使用者操控電動步行矯具系統，其中更包含一切換單元，係連接該處理單元，該切換單元供讓該處理單元執行一操作模式、一動作模式或其組合，並產生該驅動訊號。
13. 如申請專利範圍第12項所述之使用者操控電動步行矯具系統，更包含一感測器，係連接該處理單元，該感測器供偵測該使用者的該等下肢之至少一者、該軀幹支撐部或其組合的姿態，以產生一感測訊號至該處理單元，讓該處理單元進一步分析該感測訊號以產生該驅動訊號。