TWM627781U

TWM627781U - 復健動作指導協助器

Info

Publication number: TWM627781U
Application number: TW111200633U
Authority: TW
Inventors: 林福村
Original assignee: 新世紀產品有限公司
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2022-06-01

Abstract

本創作係提供一種復健動作指導協助器包括顯示裝置、感測裝置及復健評量系統。顯示裝置提供使用者觀看的示範模擬復健動作，引導使用者學習訓練；感測裝置置於復健載體或使用者身上，感測裝置包括感測元件、儲存元件、處理元件、數據傳輸元件及供電元件，感測元件用以感測出復健載體或使用者的動作狀態數值；儲存元件用以儲存動作狀態數值；處理元件接收動作狀態數值並進行訊號演算；數據傳輸元件將動作狀態數值透過無線方式傳輸至顯示裝置；供電元件提供電力給感測裝置運作；透過復健評量系統判別使用者的動作狀態數值相對於參考動作狀態數值的差異度。

Description

復健動作指導協助器

本創作係為一種復健動作指導協助器，尤指一種緩解或紓緩腰椎、頸椎、肩膀、腳部關節等部位肌肉筋骨不適的動作指導協助之復健動作指導協助器。

隨著科技的進步，工商業不斷的發展，人們需要長時間坐著工作，不論是在生產線工作或是辦公室內從事事務性的工作，都有可能因為長時間的維持同一種固定的姿勢而造成肌肉筋骨過度的應力累積而衍生各式各樣的肌肉筋骨毛病。由於坐姿所導致的筋骨毛病最常見的就是下腰部的病痛，其次便是頸部與肩部的病痛，且長時間的坐姿容易導致腳部關節部位肌肉緊僵或無力。

在我們坐下時，軀幹和大腿的夾角為90度，由於大腿對骨盆迴轉90度，因此連接骨盆與大腿的臀肌群以及大腿後側的腿後腱肌群到大腿骨因為受到迴轉的影響而拉伸，使得骨盆向後迴轉，很容易出現腰椎曲度變直。因為坐的時候需要腰部及腹部平均分配力量來維持胸腔在骨盆正上方的穩定腰部肌肉若不發達無法承受那麼多重量，就變成腰椎承受坐姿的力量。透過按摩、貼酸痛貼布、中醫療法等可以改善及紓緩久坐不適，但腰背酸痛與脊椎退化永遠無法根治或停止惡化，此外，這些治療方法需要多次往返復健醫院或物理治療場所施作而無法在居家施作，導致復原時間拉長。

有鑑於此，本創作人投入眾多研發能量與精神，不斷於本領域突破及創新，盼能以新穎的技術手段解決習用之不足，除帶給社會更為良善的產品，亦促進產業的發展。

有鑑於上述久坐而造成腰椎、頸椎、肩膀、腳部關節等部位肌肉筋骨不適的問題，本創作的目的在於提供一種復健動作指導協助器，使用者在使用時不受場地限制及可自行操作無危險性，藉此可恢復腰椎或頸椎或胸椎生理曲度。

為達上述目的，本創作提供一種復健動作指導協助器包括一顯示裝置、一感測裝置及一復健評量系統；其中，該顯示裝置具有一使用者介面，該使用者介面顯示可供一使用者觀看的一影像畫面，該影像畫面係為一示範復健動作提供該使用者效仿之示範人像。其次，該感測裝置設置於一復健載體或該使用者身上，該感測裝置包括一感測元件、一儲存元件、一處理元件、一數據傳輸元件及一供電元件；其中，該感測元件係為一慣性測量單元儀，用以感測出該復健載體或一使用者的一動作狀態數值；該儲存元件設置於該感測裝置內並與該感測元件電性連接，用以儲存該感測元件所感測出的該動作狀態數值；該處理元件設置於該感測裝置內與該儲存元件電性連接，可接收該儲存元件所儲存之該動作狀態數值，進行一訊號演算並與一預設值進行比對判斷是否發出一警示訊號；該數據傳輸元件設置於該感測裝置內並與該處理元件電性連接，將該動作狀態數值透過一無線方式傳輸至一復健評量系統；及該供電元件設置於該感測裝置內與該感測元件、該儲存元件、該處理元件及該數據傳輸元件電性連接，提供一電力給該感測裝置運作的功能。此外，該復健評量系統內建於該顯示裝置中，該復健評量系統指示出該使用者的該動作狀態數值相對於該示範人像的一參考動作狀態數值的差異度。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該動作狀態係為該復健載體或該使用者的一加速度值、一旋轉角速度值、或基於該加速度值及該旋轉角速度值而進行該訊號演算後的一載體或肢體部位的線性速度、一載體或肢體部位的位置或一載體或肢體部位的姿態角度。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該動作狀態數值及該參考動作狀態數值係以一時間序列數列所表示的X軸Y軸Z軸之三維感測數值， X軸為相對人體的左右方向，Y軸為相對人體的前後方向，Z軸為人體的上下方向。計算出該三維感測數值的跟隨誤差值，透過三角函數等數式運算以求出一誤差角度值，並求出一平均誤差角度。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該平均誤差角度小於10度時，代表該使用者的復健動作正確；該平均誤差角度介於10度與20度之間時，代表該使用者的復健動作尚可接受；以及平均誤差角度介於20度與30度之間時，代表該使用者的復健動作需重新檢視修正。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該慣性測量單元儀係為三軸加速度計、或由三軸陀螺儀及三軸加速度計結合而成、或由三軸陀螺儀、三軸加速度計及三軸地磁儀結合而成。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，當該處理元件判斷需發出該警示訊號時，則觸發一警示元件發出該警示訊號，同時該數據傳輸元件將該警示訊號傳送至該顯示裝置，使該使用者介面顯示該警示訊號。該警示元件係為一蜂鳴器或一振動器。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該處理元件更包括一計時器及一計數器，該計時器用以計算該感測元件運作的一時間長度，另外該感測元件傳遞該復健載體或該使用者擺動訊號至該計數器，使該計數器記錄該復健載體或該使用者擺動訊號的一次數訊號，並將該時間長度及該次數訊號傳送至該儲存元件，再透過該處理元件及該數據傳輸元件將該時間長度及該次數訊號傳送至該顯示裝置。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該無線方式係為藍牙通訊協定、無線網路通訊協定、無線RF通訊、寬頻網路通訊、Zigbee、Thread、3G通訊協定或4G通訊協定其中之一。

於前述本創作之復健動作指導協助器中，該復健載體係為一腰椎搖擺復健椅、一體幹拉伸核心肌群訓練器、一頸椎拉伸復健器或一腿部關節復健帶。

根據上述諸多優點，並為使審查委員對本創作能進一步的瞭解，故揭露一較佳之實施方式如下，配合圖式、圖號，將本創作之構成內容及其所達成的功效詳細說明如後。

1:復健動作指導協助器

10:顯示裝置

11:使用者介面

20:感測裝置

21:感測元件

211:動作狀態數值

22:儲存元件

23:處理元件

231:訊號演算

232:警示元件

233:警示訊號

24:數據傳輸元件

25:供電元件

26:計時器

261:時間長度

27:計數器

271:次數訊號

30:復健評量系統

31:參考動作狀態數值

40:腰椎搖擺復健椅

41:支撐座

411:容置空間

412:橫桿

413:扶手

42:座墊

43:腳座

431:連接桿

44:椅背

50:體幹拉伸核心肌群訓練器

51:橫桿

60:頸椎拉伸復健器

61:壓力感測器

70:腿部關節復健帶

圖1a為本新型復健動作指導協助器之示意圖；圖1b為本新型使用者在顯示裝置的操作流程圖；圖2為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅的椅墊之背面示意圖；圖3為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之立體示意圖；圖4為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之側視圖；圖5a為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅的顯示裝置之示意圖；圖5b~5f為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之使用者使用之示意圖；圖6a為本新型實施例2體幹拉伸核心肌群訓練器之示意圖；圖6b~6g為本新型實施例2體幹拉伸核心肌群訓練器之使用者使用之示意圖；圖7a為本新型實施例3頸椎拉伸復健器之示意圖；圖7b~7c為本新型實施例3頸椎拉伸復健器之使用者使用之示意圖；圖8a為本新型實施例4腿部關節復健帶之示意圖；以及圖8b~8d為本新型實施例4腿部關節復健帶之使用者使用之示意圖。

以下係藉由具體實施例說明本創作之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本創作之其他優點與功效。此外，本創作亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。

本文用語「連接」，可指電性連接或通訊連接，依據上下文而定；其中，該通訊連接可包括有線通訊和無線通訊，該有線通訊包括但不限於有線網路或直接電信連接，該無線通訊包括但不限於音波、紅外線、無線電、電磁波、展頻技術、或其他無線通訊技術。

請參照圖1a，圖1a為本新型復健動作指導協助器之示意圖。

如圖1a所示，本創作提供一種復健動作指導協助器1包括一顯示裝置10、一感測裝置20及一復健評量系統30；其中，該顯示裝置10具有一使用者介面11，該使用者介面11顯示可供一使用者觀看的一影像畫面，該影像畫面係為一示範復健動作提供該使用者效仿之示範人像。其次，該感測裝置20設置於一復健載體或該使用者身上，該感測裝置20包括一感測元件21、一儲存元件22、一處理元件23、一數據傳輸元件24及一供電元件25；其中，該感測元件21係為一慣性測量單元儀，用以感測出該復健載體或一使用者的一動作狀態數值211；儲存元件22設置於該感測裝置20內並與該感測元件21電性連接，用以儲存該感測元件21所感測出的該動作狀態數值211；該處理元件23設置於該感測裝置20內與該儲存元件22電性連接，可接收該儲存元件22所儲存之該動作狀態數值211，進行一訊號演算並與一預設值進行比對判斷是否發出一警示訊號233；當該處理元件23判斷需發出該警示訊號233時，則觸發一警示元件232發出該警示訊號233，同時該數據傳輸元件24接收該處理元件23發出的該警示訊號233並傳送至該顯示裝置10以顯示該警示訊號233，該警示元件232係為一蜂鳴器或一振動器。此外，該處理元件23更包括一計時器26及一計數器27，該計時器26用以計算該感測元件21運作的一時間長度261，另外該感測元件21傳遞該復健載體或該使用者擺動訊號至該計數器27，使該計數器27記錄該復健載體或該使用者擺動訊號的一次數訊號271，並將該時間長度261及該次數訊號271傳送至該儲存元件22，再透過該處理元件23及該數據傳輸元件24將該時間長度261及該次數訊號271傳送至該顯示裝置10。再者，該數據傳輸元件24設置於該感測裝置20內並與該處理元件23電性連接，將該動作狀態數值211透過一無線方式傳輸至該復健評量系統30；及該供電元件25設置於該感測裝置20內與該感測元件21、該儲存元件22、該處理元件23及該數據傳輸元件24電性連接，提供一電力給該感測裝置 20運作的功能。此外，該復健評量系統30內建於該顯示裝置10中，該復健評量系統30指示出該使用者的該動作狀態數值211相對於該示範人像的一參考動作狀態數值31的差異度。該復健載具都是無外部動力支援裝置，須由復健載具使用者自力操作；該感測裝置20穿戴於使用者身上時，亦由使用者自力運動，無外部動作裝置支援。

請參閱圖1b，圖1b為本新型使用者在顯示裝置的操作流程圖。

如圖1b所示，該使用者通過該顯示裝置10的該使用者介面11點選一復健課程選單，以開啟所選擇的復建課，該顯示裝置10同時接收該感測裝置20即時資料，在該復健評量系統30上顯示一虛擬教練動作指導並產生一虛擬教練語音提示以提醒該復健載具的使用者。其次，該復健評量系統30具有計時顯示、計數顯示及動作狀態數值顯示，復健課程結束後，該復健評量系統30只是出該使用者的該動作狀態數值(即，使用者實際動作數值)相對於該示範人像的一參考動作狀態數值(即，教練動作參考數值)的差異度，並產生一使用者紀錄檔案，該使用者可返回該使用者介面的復建課程選單再進行其它的復健。

該慣性測量單元儀係為三軸加速計、或由三軸陀螺儀及三軸加速度計結合而成、或由三軸陀螺儀、三軸加速器及三軸地磁儀結合而成。其次，其中，該無線方式係為藍牙通訊協定、無線網路通訊協定、無線RF通訊、寬頻網路通訊、Zigbee、Thread、3G通訊協定或4G通訊協定其中之一；該顯示裝置10可為一電腦裝置、一手機裝置、一電視螢幕、一平板電腦裝置、一可即時監測或一個人數位助理(personal digital assistant，PDA)之電子裝置，但本創作不侷限於此。

請參閱圖2至圖5f，圖2為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅的椅墊之背面示意圖；圖3為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之立體示意圖；圖4為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之側視圖；圖5a為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅的顯示裝置之示意圖；圖5b~5f為本新型實施例1腰椎搖擺復健椅之使用者使用之示意圖。

圖1至圖5f所示，該復健載體係為一腰椎搖擺復健椅40包括一支撐座41、一座墊42、該感測裝置20、一腳座43及一椅背44；其中，該支撐座41具有一容置空間411，該支撐座41底部兩側設有兩橫桿412，該兩橫桿412具有向上延伸之一對扶手413。其次，該座墊42藉由一連接機構421可擺動地設置於該支撐座41上，該連接機構421設置該容置空間411內。此外，該感測裝置20設置於該座墊42下方，該感測元件21用以感測出該座墊42或該使用者的該動作狀態數值211，該動作狀態數值211係為該腰椎搖擺復健椅40或該使用者的一加速度值、一旋轉角速度值、或基於該加速度值及該旋轉角速度值而進行該訊號演算後的一肢體部位的線性速度、一肢體部位的位置或一肢體部位的姿態角度。此外，該儲存元件22用以儲存該感測元件21所感測出的該動作狀態數值211；該處理元件23可接收該動作狀態數值211，進行一訊號演算231並與一預設值進行比對判斷是否發出該警示訊號233；該數據傳輸元件24將該動作狀態數值211透過一無線方式傳輸至一復健評量系統30；該供電元件25提供一電力給該感測裝置20運作的功能；該處理元件23更包括一計時器26及一計數器27，該計時器26用以計算該感測元件21運作的一時間長度261，另外該感測元件21傳遞該復健載體或該使用者擺動訊號至該計數器27，使該計數器27記錄該復健載體或該使用者擺動訊號的一次數訊號271，並將該時間長度261及該次數訊號271傳送至該儲存元件22，再透過該處理元件23及該數據傳輸元件24將該時間長度261及該次數訊號271傳送至該顯示裝置10。再者，該腳座43透過一連接桿431與該支撐座41相連接，該腳座43具有複數個支腳432及複數個腳輪433，每一支腳432上設置一腳輪433。此外，該椅背44的底部藉由一結合組件441與該支撐座41相連接。

如上所述，該動作狀態數值211及該參考動作狀態數值31係以一時間序列數列所表示的X軸Y軸Z軸之三維感測數值，X軸為相對人體的左右方向，Y軸為相對人體的前後方向，Z軸為人體的上下方向。

[Gx(k)、Gy(k)、Gz(k)]_參考、K=1..n，代表該示範人像在T_k時的參考動作狀態數值， [Gx(k)、Gy(k)、Gz(k)]_實際、K=1..n，代表該使用者T_k時的動作狀態數值。

計算出該三維感測數值的跟隨誤差值，

透過三角函數等數式運算以求出一誤差角度值(Error Angle)，並求出一平均誤差角度(Average Error Angle)；Error Angle(k)=Error(k)/G * (180/Pi) Average Error Angle=ΣError Angle(k)/n k=1..n其中，該平均誤差角度小於10度時，代表該使用者的復健動作正確；該平均誤差角度介於10度與20度之間時，代表該使用者的復健動作尚可接受；以及平均誤差角度介於20度與30度之間時，代表該使用者的復健動作需重新檢視修正。該復健評量系統30除了告知該使用者復健動作的正確度，也會將使用者的動作資料紀錄於檔案中，供比對參考或動作修正之用。

如圖3至圖5f所示，相對於該支撐座41該座墊42的傾斜角度係為40~50度之間；且該連接桿431固定於該支撐座41與該腳座43之間，該座墊42以該連接桿431作為旋轉軸使得該座墊42圍繞該連接桿431進行360度旋轉範圍的擺動，因此，該腰椎搖擺復健椅40可進行前後運動、左右運動、旋轉以及圍繞該連接桿431進行360°旋轉範圍的擺動。該座墊42近似於五邊形，因此，在該復健評量系統30上以一五邊形代表該座墊42，並於五邊形邊緣具有四個感測區塊421、422、423、及424。如圖5b~5f所示，當使用者坐在該腰椎搖擺復健椅40上時，該使用者向1的方向傾斜時，在該復健評量系統30上的感測區塊421變黑，該使用者向2的方向傾斜時，在該復健評量系統30上的感測區塊422變黑，該使用者向3的方向傾斜時，在該復健評量系統30上的感測區塊423變黑，該使用者向4的方向傾斜時，在該復健評量系統30上的感測區塊424變黑，透過該復健評量系統30可觀察使用者擺動次數、擺動時間及擺動角度，以確認使用者的擺動次數、時間及角度是否符合需求。

請參閱圖6a及6b，圖6a為本新型實施例2體幹拉伸核心肌群訓練器之示意圖；以及圖6b~6g為本新型實施例2體幹拉伸核心肌群訓練器之使用者使用之示意圖。

如圖6a~6g所示，實施例2與實施例1大致相同，不同處在於實施例1的復健載體為該腰椎搖擺復健椅，實施例2的該復健載體係為一體幹拉伸核心肌群訓練器50，該感測裝置20加裝於該體幹拉伸核心肌群訓練器50的底端，以偵測該使用者操作的方向姿勢角度，更可以即時紀錄運動次數、角度、時間及日期。其次，將該體幹拉伸核心肌群訓練器50放於身後，並將手臂架於該體幹拉伸核心肌群訓練器50的一橫桿51上，該橫桿51中央夾脖子從側面看形成一條直線。當該使用者挺胸時，肩胛骨就會張開，肩胛骨也會變得鬆散，藉由旋轉身體不同角度可拉伸不同的身體區塊，包含肩膀、背部、腰間、手臂。在圖6c~6g中，θ左右代表該復健載體與左右水平線的夾角，代表該使用者體幹左右傾斜的角度；θ前後代表該復健載體與前後水平線的夾角，代表該使用者體幹前後彎曲的角度。再者，該體幹拉伸核心肌群訓練器50考量人體工學並降低使用中身體的負擔，該體幹拉伸核心肌群訓練器50的外型呈現特殊的曲線造型更貼合人體，可以讓該使用者居家即可做簡單的身體拉伸，紓緩消除日常生活家務、久坐辦公所造成的身體痠痛。

請參閱圖7a及圖7b，圖7a為本新型實施例3頸椎拉伸復健器之示意圖；以及圖7b~圖7c為本新型實施例3頸椎拉伸復健器之使用者使用之示意圖。

如圖7a~圖7c所示，實施例3與實施例1大致相同，不同處在於實施例1的復健載體為該腰椎搖擺復健椅，實施例3的該復健載體係為一頸椎拉伸復健器60，將該感測裝置20及一壓力感測器61放置於該頸椎拉伸復健器60後頸的墊子中，以偵測該使用者頭部仰頭的角度及施力度，可以即時偵測使用者動作是否有做到位，並可紀錄復健的次數、角度、壓力、時間、日期。在圖7b中θ頸部代表下巴與水平線的夾角，代表該使用者頸部後仰角。該頸椎拉伸復健器 60主要為輔助緩解頸部和上背部疼痛及復健頸部活動能力，也有助於韌帶和頸椎間盤康復和矯正，並通過溫和的頸部拉伸恢復頸部的自然曲線。

請參閱圖8a及圖8d，圖8a為本新型實施例4腿部關節復健帶之示意圖；以及圖8b~圖8d為本新型實施例4腿部關節復健帶之使用者使用之示意圖。

如圖8a及圖8d所示，實施例4與實施例1大致相同，不同處在於實施例1的復健載體為該腰椎搖擺復健椅，實施例4的該復健載體係為腿部關節復健帶70，將該腿部關節復健帶70加裝於綁帶中，偵測該使用者的抬腿角度，在圖8d中θ膝蓋代表膝蓋與小腿的夾角，θ腳踝代表腳踝與小腿的夾角，θ髖關節代表彎曲的腳與平放的腳之間的夾角，該顯示裝置10的示範人像會與該使用者同步動作，並以音效和圖示給予即時的動作提醒，該使用者得以在運動當下便了解自己的動作是否確實，並進行調整。

此外，該示範人像的動作可透過手機影像輸出功能，投影螢幕內容至電腦或電視上，建構更好的視覺指引效果或互動感。復健動作指導協助器1中的該顯示裝置10具有複數個應用程式，該些應用程式包括復健動作課程，該復健動作課程是以撥放實際教練影片或是虛擬教練動畫來引導該使用者正確的執行復健動作(Virtual Coaching)，並同步即時將該動作狀態數值211顯示在該復健評量系統30上，讓該使用者能夠在居家或是沒有指導員情況下，能正確有效地、長期有紀錄的、自力操作復健載具或是自我訓練，達到復健運動的最佳效果。再者，該復健動作課程中引導提示有三種方式，第一是實際錄製合格物理治療員(PT)標準正確的復健動作影片；第二是外部動態補捉器(motion capture)擷取合格物理治療員的實際復健動作，再將資料匯入3D虛擬教練模型內，製作成3D的引導動畫；第三是當該使用者無法使用影片或動畫輔助引導時，可利用語音提示方式來作復健動作課程。

綜上所述，本創作復健動作指導協助器1中的該顯示裝置10中復健動作課程紀錄內容，包括使用日期、時間長度、訓練次數、實際動作數據、復健動作跟隨的正確度，可讓使用者自身或是物理治療員對復健效果，能在數據的呈現下更清楚地掌握。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本創作所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。