具步態分析功能的智能型懸吊系統的製作方法

2023-07-22 13:59:32 2

本發明涉及室內運動器材，尤指一種具步態分析功能的智能型懸吊系統，其具有支撐使用者體重以及實時量化評估使用者步態（gait）的功能。

背景技術：

室內運動器材的使用性質雖不同於戶外運動，然於現階段，各種不同領域的室內運動器材均能展現進行身體各部肌肉的訓練，使消費者雖處於居家或室內亦能進行體能訓練，達到健身訓練的目的，但大多室內運動器材僅能提供一般使用者作為健身訓練，而無法讓下肢無法承受較大重量的使用者進行運動或復健訓練，即使現今市面上的運動器材有發展出一種透過另外增設的懸吊裝置來支撐用戶，也僅能單純地懸吊及支撐使用者，而無法再針對使用者當下的運動狀態進行步態分析及視覺回饋。

技術實現要素：

本發明的主要目的，其提供一種具步態分析功能的智能型懸吊系統，該智能型懸吊系統可實時偵測及分析使用者的步態，並實時做出視覺回饋，讓用戶藉由視覺回饋得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整，也可以回饋訊號作為復健裝置的運轉控制之用。

本發明的另一主要目的，其提供一種具步態分析功能的智能型懸吊系統，其適用於可移動性的定點狀態中的運動裝置，於運動裝置上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區設有一重量傳感器及一位移傳感器，經由數字轉換、數據輸出、計算機收集數據、軟體分析步態數據，以得知身體重心位移、身體兩側承重和對稱性、身體兩側承載時間和對稱性等數據，進而經由視覺回饋，俾讓用戶進行適當的步態調整，也可以回饋訊號作為復健裝置的運轉控制之用。

為達上述目的，本發明的解決方案是：

一種具步態分析功能的智能型懸吊系統，整個系統可連結在運動裝置或是運動機的骨架；該骨架上設有一傳動機構，而傳動機構連結有一可供束縛使用者的載具，而一感測組件設置在運動裝置或是運動機的骨架上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區，以可定點式實時偵測及分析使用者的步態，並實時做出視覺回饋，讓用戶藉由視覺回饋得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。

進一步，前述視覺回饋即是顯示出步態狀況於一顯示屏幕上，該顯示屏幕可為前述運動裝置的控制屏幕或是其他顯示器上，視覺回饋可顯示出減重、身體重心上下、移動速度/距離、步頻、左右腳動作對稱性、單腳支撐重量百分比。

進一步，該骨架包含有兩相隔開的底杆，該底杆後端往上延伸設有兩外豎杆，兩下肋體各設於底杆與外豎杆之間，而外豎杆頂端呈彎曲式並連接至兩中豎杆，兩中豎杆之間設置有一控制臺及一乘坐架體，使用者可經由該控制臺來操控智能型懸吊系統，而乘坐架體底端設置有一支撐架，其可藉由連接板可上下滑動地安裝在中豎杆上，兩中豎杆頂端連接至一上橫杆，一上肋體設於上橫杆與中豎杆之間以增加支撐強度，該中豎杆頂端設有一上平臺。

進一步，該傳動機構包含一設置於骨架的兩中豎杆之間的氣壓缸、骨架的上平臺、上橫杆上方的數滑輪及兩鋼索，其中一鋼索一端連結於氣壓缸，而另端再行經上平臺、上橫杆上設置的滑輪，而另一鋼索一端亦相同地連結於氣壓缸，而鋼索另端同樣地行經上平臺、上橫杆上所設置的另外的兩滑輪，最後兩鋼索末端再連結至一可將用戶束縛於運動裝置上的軟質載具上方。

進一步，該感測組件設置於骨架的上平臺上並可定點式監測及分析使用者的步態，以得知運動或復健的步態狀況，該感測組件包含有一重量傳感器及一位移傳感器。

進一步，該感測組件的重量傳感器及位移傳感器可實時監測使用者的步態，該重量傳感器及位移傳感器會透過MCU數字轉換，並將數據輸出，讓智能型懸吊系統的控制面板的計算機收集數據，且利用軟體分析步態數據，以偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性，並立即作出前述視覺回饋。

透過此懸吊系統可支撐病患部分或是全部的體重，在臨床的使用上，一方面可以確保病患的行走安全，另一方面藉由懸吊體重來減少下肢的承重，以使病患及早承重進行下肢的行走訓練，使懸吊系統可調整所懸吊的力量，因此可隨著使用者能力的進步而減少支撐力量，而鋼索上連結的氣壓缸氣壓或感測組件除了可實時偵測並實時回饋所支撐的重量外，亦可監測使用者行走過程中身體重心（center of mass）轉移的特性，例如重心移動的軌跡及速度等，再進一步分析用戶步態周期中的時間-空間參數以及雙側下肢動作的對稱性，例如步頻（cadence）、單腳支撐體重的百分比，藉以評估病患的步態表現，本發明的懸吊系統並非懸吊在被安設於天花板上的軌道處，因此不是一種沿著軌道移動的懸吊系統，具有方便移動性而可被設在定點狀態中的任一運動裝置上作為訓練使用。

有關本發明為達前述目的所據以實施的具體構造及其功效，茲佐以圖式說明如後。

附圖說明

圖1為本發明的具步態分析功能的智能型懸吊系統立體圖；

圖2為本發明的智能型懸吊系統與一運動裝置相配合的立體圖；

圖3為本發明的智能型懸吊系統與另一運動裝置相配合的立體圖；

圖4為本發明的智能型懸吊系統與另一運動裝置相配合的立體圖；

圖5為本發明的步態分析方塊圖；

圖6為本發明的視覺回饋顯示出步態狀況於顯示屏幕上的示意圖。

【符號說明】

10智能型懸吊系統1骨架

11、12底杆 13、14外豎杆

15、16下肋體 17、18中豎杆

19上橫杆 190上平臺

191上肋體 2傳動機構

21氣壓缸 22、23鋼索

24、25、26、27滑輪 3載具

4感測組件 41重量傳感器

42位移傳感器 43MCU數字轉換

44數據輸出 45計算機收集數據

46軟體分析步態數據

47偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性

5運動裝置 51控制屏幕

6視覺回饋/機器回饋控制 7使用者

8乘坐架體 81支撐架

82、83連接板 9控制臺。

具體實施方式

為使更詳細了解本發明的結構，請參閱圖1所示，本發明提供一種具步態分析功能的智能型懸吊系統10，本發明的整個系統可連結在運動裝置或是運動機的骨架，於圖1中顯示一骨架1，該骨架1上設有一傳動機構2，而傳動機構2連結有一可供束縛使用者7的載具3，而一感測組件4設置在運動裝置5或是運動機的骨架1上在可偵測並呈現使用者重量改變、步態改變的位置區，以可實時偵測及分析使用者7的步態，並實時做出視覺回饋/機器回饋控制6。

一骨架1，其包含有兩相隔開的底杆11、12，該底杆11、12後端往上延伸設有兩外豎杆13、14，兩下肋體15、16各設於底杆11、12與外豎杆13、14之間，而外豎杆13、14頂端呈彎曲式並連接至兩中豎杆17、18，兩中豎杆17、18之間設置有一控制臺9（可同時參考圖2）及一乘坐架體8，使用者7可經由該控制臺9來操控智能型懸吊系統10，而乘坐架體8底端設置有一支撐架81，其可藉由連接板82、83可上下滑動地安裝在中豎杆17、18上，兩中豎杆17、18頂端連接至一上橫杆19，一上肋體191設於上橫杆19與中豎杆17、18之間以增加支撐強度，該中豎杆17、18頂端設有一上平臺190；

一傳動機構2，其包含一設置於骨架1的兩中豎杆17、18之間的氣壓缸21、骨架1的上平臺190、上橫杆19上方的數滑輪24、25、26、27及兩鋼索22、23，其中一鋼索22一端連結於氣壓缸21，而另端再行經上平臺190、上橫杆19上設置的滑輪24、25，而另一鋼索23一端亦相同地連結於氣壓缸21，而鋼索23另端同樣地行經上平臺190、上橫杆19上所設置的另外的兩滑輪26、27，最後兩鋼索22、23末端再連結至一可將用戶7束縛於運動裝置5上的軟質載具3上方，如圖1及圖2所示。

一感測組件4，其設置於骨架1的上平臺190上並可定點式監測及分析使用者7的步態，以得知運動或復健的步態狀況，該感測組件4包含有一重量傳感器41及一位移傳感器42。

請參閱圖2至圖4，一運動裝置5，其可位於前述智能型懸吊系統10前側，該運動裝置5可猶如常見的滑步機、跑步機、踏步機等運動器材，當使用者7欲利用該智能型懸吊系統10來懸吊並支撐身體部分或全部重量時，可先驅動氣壓缸21讓載具3垂降下來，讓使用者7將載具3穿套上以在運動裝置5進行運動或復健訓練，在臨床實驗上，在透過該智能型懸吊系統10來懸吊並支撐身體部分或全部重量時，除了可確保使用者7的行走安全，更可藉由智能型懸吊系統10來減少下肢的承重，讓下肢無法承受較大重量的使用者7可以自行在運動裝置5上進行運動或復健訓練，且智能型懸吊系統10的傳動機構2的氣壓缸21可進行調整氣壓大小，以做為拉動鋼索22、23的力量值，亦即隨著使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量。

請參閱圖1至圖5所示，當使用者7將前述智能型懸吊系統10的載具3穿套上並在運動裝置5或一般地面上進行運動、行走或復健訓練時，該感測組件4的重量傳感器41會偵測使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，而感測組件4的位移傳感器42則會實時偵測及分析使用者7的步態，該重量傳感器41及位移傳感器42會透過MCU數字轉換43，並將數據輸出44，讓智能型懸吊系統10的控制面板9的計算機收集數據45，且利用軟體分析步態數據46，以偵測身體重心位移、兩側承重與對稱性、兩側承載時間與對稱性47，即為監測使用者7在運動或復健訓練的過程中，其藉由感測傳動機構2的兩鋼索22、23所接受的力量及身體重心轉移的特性，譬如是重心移動的軌跡及速度等，再進一步分析步態周期中的時間、空間參數及兩側下肢動作的對稱性，藉以評估使用者7的步態表現，並立即作出視覺回饋/機器回饋控制6，讓用戶7藉由視覺回饋/機器回饋控制6得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。

前述視覺回饋/機器回饋控制6即是顯示出步態狀況於顯示屏幕上，該顯示屏幕可為運動裝置5的控制屏幕51或是其他顯示器上，在本實施例的圖6所示，視覺回饋/機器回饋控制6可顯示出減重、身體重心上下、移動速度/距離、步頻、左右腳動作對稱性、單腳支撐重量百分比於控制屏幕51上，讓用戶7得知運動或復健的步態狀況。

綜上所述，本發明能達到讓用戶7透過智能型懸吊系統10支撐於運動裝置5上或一般地面上行走，並可隨著使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，可藉由重量傳感器41偵測使用者7下肢的承重能力而適度地調整支撐力量，且藉由位移傳感器42實時偵測及分析使用者7的步態，並實時做出視覺回饋/機器回饋控制6，讓用戶7藉由視覺回饋/機器回饋控制6得知運動或復健的步態狀況，進而作出適當的步態調整。

上述實施例和圖式並非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利範疇。