TWM542489U - 肌電回饋式運動訓練系統 - Google Patents

Description

肌電回饋式運動訓練系統

本創作是關於運動訓練的技術領域，特別是一種利用肌電訊號回饋的一視覺影像訓練一使用者之肌電回饋式運動訓練系統。

傳統中，一使用者利用一運動器材運動時，可自運動器材獲得相關的參數，以跑步機為例說明，前述參數可為運動器材運作之速度、坡度、時間、距離等資訊，在更高階的跑步機中，更提供一感測器偵測使用者的心跳、血氧濃度等少數幾項生理特徵。

前述的運動器材僅能夠提供一器材參數與使用者的生理特徵，並無法讓使用者了解自身的運動姿勢是否正確。舉例而言，右撇子的使用者習慣施力在右側，因而造成身體施力不平均，進而導致身體重心傾向右側，就長期運動而言，對使用者的身體發展造成很大的影響。然而，對於使用者而言，僅能從運動器材單純獲得器材參數與生理變化特徵，其並無法判斷使用者自身的運動姿勢是否正確。再者，每一款運動器材不一定可以提供相關的器材參數或偵測使用者的生理特徵，更何況進一步提供使用者之運動姿勢正確性的相關資訊。

舉例而言，若要實際偵測到使用者之肌肉收縮的情況，就運動器材回饋資訊是明顯不足夠且不精準的。由於運動器材本身機構特性的限制，僅能呈現機台的運作狀態，如踩踏速度、阻力大小等機台內部機構之物理特性測量結果，實際上要測量使用者肌肉收縮情況是比較不容易的，亦即透過運動器材不易回饋實際下肢肌肉收縮的情況，尤其是不同下肢之肌肉收縮差異。

有鑑於此，本創作係提供一種肌電回饋式運動訓練系統，以解決先前技術的缺失。

本創作之第一目的係提供一種肌電回饋式運動訓練系統，藉由設置在使用者之肌群之皮膚表面的肌電訊號感測單元，以將肌電訊號感測單元所接收的肌電訊號轉換成視覺影像，以達到訓練使用者以正確的動作姿勢進行運動訓練的目的。

本創作之第二目的係根據上述肌電回饋式運動訓練系統，包含一信號放大元件與一訊號處理元件，利用信號放大元件放大肌電訊號以及利用訊號處理元件消除肌電訊號的雜訊。

本創作之第三目的係根據上述肌電回饋式運動訓練系統，其中視覺影像為一時序圖、一垂直坐標系圖或一動態影像圖，處理單元在時序圖、垂直坐標系圖或動態影像圖設定一閥值，以界定一正常區域與一非正常區域。

為達上述目的或其他目的，本創作係提供一種肌電回饋式運動訓練系統，係訓練一使用者的動作姿態，肌電回饋式運動訓練系統包含一肌電訊號感測單元、一處理單元、一儲存單元與一視覺回饋單元。肌電訊號感測單元設置在使用者之肌群之皮膚表面。肌電訊號感測單元接收肌群於收縮所產生及傳導至皮膚表面的一肌電訊號。處理單元連接肌電訊號感測單元。處理單元接收肌電訊號及取樣肌電訊號的一時序與一振幅之至少一者以形成一肌電資料。其中，時序相關於每一單位時間內肌肉收縮狀態，以及振幅相關於肌肉收縮強度或活化程度。儲存單元連接處理單元供儲存肌電資料。視覺回饋單元連接處理單元。視覺回饋單元顯示與肌電資料相關的一視覺影像。其中，使用者根據視覺影像調整自身的動作姿態。

相較於習知技術，本創作提供一種肌電回饋式運動訓練系統可以適用於任何的運動器材，甚至也可不搭配運動器材。本創作藉由偵測在使用者之上肢或是下肢之肌群皮膚表面的肌電訊號並將肌電訊號轉換成一視覺影像，讓使用者可以直接地透過視覺影像觀看自身運動姿態，以提供使用者辨別其動作姿態的正確性，進而能夠修正使用者的肢體動作或加強訓練使用者特定的身體部位。

使用者可以透過處理單元設閥值，以協助使用者調整運動姿勢或訂定訓練目標。

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：

於本創作中，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，並且對本創作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，係本創作第一實施例之肌電回饋式運動訓練系統的方塊圖。於圖1中，肌電回饋式運動訓練系統10訓練一使用者2的動作姿態，例如運動姿態可為坐姿、立姿、站姿、跑姿等。

肌電回饋式運動訓練系統10包含肌電訊號感測單元12、處理單元14、儲存單元16與視覺回饋單元18。

肌電訊號感測單元12設置在使用者2之肌群之皮膚表面，例如肌電訊號感測單元12貼附在使用者2之下肢內側的肌群之皮膚表面，一併可參照圖2示意圖。值得注意的是，肌電訊號感測單元12一般可以透過電極貼片貼附在肌群之皮膚表面，以測量皮膚下方肌肉的活動電位。肌電訊號感測單元12接收肌群之皮膚表面的一肌電訊號EMG。前述肌電訊號EMG是一種當肢體運動時，藉由運動神經元引發肌肉群同步運作所產生的電位變化，肌電訊號EMG是肌肉收縮時所產生的動作電位傳導至皮膚表面的訊號。肌電訊號EMG的示意圖可以參考圖1上的示意圖，其示意圖的橫軸為時間軸，縱軸為測量所得的電位大小。舉例而言，當肌肉活化程度小(即肌肉呈現放鬆狀態)時，動作電位變化小即呈現振幅變化小；反之，當肌肉活化程度大(即肌肉呈現緊繃狀態)時，動作電位變化大即呈現振幅變化大。因此，藉由觀察例如振幅的變化，可以判斷當前肌肉群的施力狀態。

回到圖1，處理單元14連接肌電訊號感測單元12，例如處理單元14可設置於電腦、可攜式電腦、手持裝置、雲端伺服器、感測器等。處理單元14接收肌電訊號EMG及取樣肌電訊號EMG的一時序與一振幅之至少一者，以形成一肌電資料EMGD。處理單元14可以即時輸出肌電資料EMGD。其中，時序相關於每一單位時間內肌肉收縮狀態，以及振幅相關於肌肉收縮強度或活化程度。

處理單元14可以透過有線或無線的連接方式連接肌電訊號感測單元12。若肌電訊號感測單元12與處理單元14採用無線方式，則肌電訊號感測單元12可以讓使用者2可以更自由地進行運動；惟肌電訊號感測單元12需要額外附加電源(圖未示)，以供應肌電訊號感測單元12接收肌電訊號EMG；若肌電訊號感測單元12與處理單元14採用有線方式，則肌電訊號感測單元12可透過線路供應電源(圖未示)。於另一實施例中，處理單元14更包含一信號放大元件(圖未示)、一訊號處理元件(圖未示)、一類比數位轉換元件。信號放大元件(例如放大器)可以放大肌電訊號EMG、訊號處理元件(例如整流器、濾波器)消除肌電訊號EMG的雜訊、類比數位轉換元件將類比的肌電訊號EMG轉換成數位的肌電資料EMGD。

儲存單元16連接處理單元14供儲存肌電資料EMGD，例如儲存單元16可為記憶體、磁碟機、光碟等記錄媒體。處理單元14可讀取儲存單元16的肌電資料EMGD以獲得相關的歷史資料或藉由歷史資料繪製肌電訊號EMG的波形或圖式。

視覺回饋單元18連接處理單元14，例如視覺回饋單元18可為顯示器、投影機等。視覺回饋單元18可以顯示與肌電資料EMGD相關的一視覺影像IMG。使用者2可根據視覺影像IMG調整自身的動作姿態。前述的視覺影像IMG是處理單元14根據肌電資料EMGD的取樣點描繪對應的圖式或影像。

舉例而言，處理單元14可以描繪成如圖1上的時序圖，也可以透過例如長條圖、平面直角坐標系圖或動態影像圖等方式描繪肌電資料EMGD，讓使用者2可以透過前述的圖式了解目前/即時肌肉收縮的狀態(或施力的狀態)。

舉例而言，當肌電訊號感測單元12設置在使用者2的下肢時，使用者2因下肢運動讓下肢的肌肉群會產生收縮強度或活化程度的變化，即肌肉群產生收縮變化與放鬆變化。一併參考圖3，若處理單元14將振幅的變化以長條圖繪製，則在長條圖上可以顯示肌肉群的活化程度變化，例如當長條圖之斜線區域產生時，則表示肌肉群目前是處於收縮的狀態，而根據長條圖中斜線區域的多寡，可顯示對應肌肉收縮強度或活化程度(或稱收縮振幅、收縮強度)，換言之，長條圖中斜線區域越多，則表示肌肉群的活化程度越大。透過長條圖中斜線區域的顯示，使用者2可以判斷目前的施力是否適當。於另一實施例中，處理單元14可以演算前述長條圖的斜線區域所佔的比例(例如在圖3上所示意的70%)，以在長條圖上利用顏色、文字等的標記，讓使用者2可以更直覺地判斷自身的施力程度是否合適。使用者2可以透過處理單元14設定一閥值(例如70%)，用以界定一正常區域NA與一非正常區域ANA。前述正常區域NA表示使用者2的施力狀態是合適或是在可允許的範圍之內；反之，前述非正常區域ANA表示使用者2的施力狀態不足或是超過可允許的範圍，使用者2應予以調整自身的施力程度，或是透過改變動作姿態而調整施力程度。

請參考圖4，係本創作第二實施例之肌電回饋式運動訓練系統的方塊圖。於圖4中，肌電回饋式運動訓練系統10’除包含第一實施例的肌電訊號感測單元12、處理單元14、儲存單元16與視覺回饋單元18之外，更包含一第一通訊單元20、一第二通訊單元22與一警示單元24。

第一通訊單元20連接肌電訊號感測單元12，以及第二通訊單元22連接處理單元14，以在第一通訊單元20與第二通訊單元22之間傳輸肌電訊號EMG。其中，第一通訊單元20與第二通訊單元22是符合一無線通訊規範或一有線通訊規範，例如無線通訊規範符合藍牙、無線保真等無線通訊規範；以及有線通訊規範符合通用序列匯流排(USB)、IEEE 1394、串列埠、並列埠等有線通訊規範。

警示單元24連接處理單元14。警示單元24產生具有聲光、視覺等效果的一警告訊號WS，即當處理單元14判斷時序與振幅之至少一者落在非正常區域ANA時，處理單元14將驅動警示單元24產生警示訊號WS。

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‧‧‧使用者
10、10’‧‧‧肌電回饋式運動訓練系統
12‧‧‧肌電訊號感測單元
14‧‧‧處理單元
16‧‧‧儲存單元
18‧‧‧視覺回饋單元
20‧‧‧第一通訊單元
22‧‧‧第二通訊單元
24‧‧‧警示單元
EMG‧‧‧肌電訊號
EMGD‧‧‧肌電資料
IMG‧‧‧視覺影像
WS‧‧‧警示訊號
NA‧‧‧正常區域
ANA‧‧‧非正常區域

圖1係本創作第一實施例之肌電回饋式運動訓練系統的方塊圖。 圖2係說明圖1之肌電訊號感測單元設置在使用者之肌群之皮膚表面的示意圖。 圖3係說明圖1之肌電訊號繪製成視覺影像的長條圖。 圖4係本創作第二實施例之肌電回饋式運動訓練系統的方塊圖。

2‧‧‧使用者

10‧‧‧肌電回饋式運動訓練系統

12‧‧‧肌電訊號感測單元

14‧‧‧處理單元

16‧‧‧儲存單元

18‧‧‧視覺回饋單元

EMG‧‧‧肌電訊號

EMGD‧‧‧肌電資料

IMG‧‧‧視覺影像

Claims (7)

1. 一種肌電回饋式運動訓練系統，係訓練一使用者的動作姿態，該肌電回饋式運動訓練系統包含： 一肌電訊號感測單元，係設置在該使用者之一肌群的一皮膚表面，該肌電訊號感測單元接收該肌群於收縮所產生並傳導至該皮膚表面的一肌電訊號； 一處理單元，係連接該肌電訊號感測單元，該處理單元接收該肌電訊號及計算該肌電訊號的一時序與一振幅之至少一者以形成一肌電資料，其中該時序相關於每一單位時間內肌肉收縮狀態和該振幅相關於肌肉收縮強度或活化程度； 一儲存單元，係連接該處理單元，供儲存該肌電資料；以及 一視覺回饋單元，係連接該處理單元，該視覺回饋單元顯示與該肌電資料相關的一視覺影像； 其中該使用者根據該視覺影像調整自身的該動作姿態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之肌電回饋式運動訓練系統，更包含一第一通訊單元與一第二通訊單元，該第一通訊單元連接該肌電訊號感測單元，該第二通訊單元連接該處理單元，在該第一通訊單元與該第二通訊單元之間傳輸該肌電訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之肌電回饋式運動訓練系統，其中該第一通訊單元與該第二通訊單元符合一無線通訊規範與一有線通訊規範。
4. 如申請專利範圍第2項所述之肌電回饋式運動訓練系統，其中該處理單元更包含一信號放大元件、一訊號處理元件與一類比數位轉換元件，該信號放大元件放大該肌電訊號、該訊號處理元件消除該肌電訊號的雜訊與該類比數位轉換元件將類比的該肌電訊號轉換成數位的該肌電資料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之肌電回饋式運動訓練系統，其中該視覺影像係為一時序圖、一長條圖或一動態影像圖。
6. 如申請專利範圍第5項所述之肌電回饋式運動訓練系統，其中該處理單元在該時序圖或該動態影像圖設定一閥值，以界定一正常區域與一非正常區域。
7. 如申請專利範圍第6項所述之肌電回饋式運動訓練系統，更包含一警示單元，係連接該處理單元，當該處理單元判斷該時序與該振幅之至少一者落在該非正常區域時，該處理單元驅動該警示單元以產生一警示訊號。