以人机位置为基础之电动步行辅具及该辅具之控制方法技术

本发明专利技术公开了一种以人机位置为基础之电动步行辅具及该辅具之控制方法，主要通过控制及调整人机距离及位置的方式，使电动步行辅具与使用者之间具有符合使用者站态、步态的合宜位置及距离，辅具相对于用户发挥支撑和移動功能，用户在步态训练的过程中行走和站立交互的动静态情况下均获得辅具支持。

Based on the electric and control the assistive assistive walking method to human-computer location

The invention discloses a man-machine location based assistive devices and control the electric walking aid method, mainly through the control and adjustment of the distance between human and position, so that the electric walk between devices and users with appropriate distance and meet the user station from the state, gait, assistive devices and mobile users play relative to the support function. In the process of the user's walking gait training and standing interaction dynamic and static cases get AIDS support.

【技术实现步骤摘要】
以人机位置为基础之电动步行辅具及该辅具之控制方法
本专利技术涉及电动步行辅具之领域。
技术介绍
步行障碍是临床常见的功能障碍之一，脊髓损伤、脑血管意外、脑外伤、或中枢神经系统疾病在发病后会遗留不同程度的截瘫、偏瘫、下肢骨关节和肌肉病变、关节功能活动障碍、关节稳定性破坏、肌力减退、肌群间力量失衡等影响患者的步行能力的问题。步行能力受损表现为不能行走、行走困难或步态异常，因此而影响患者日常生活中的活动能力，所以提高步行能力是步行能力受损之患者最迫切的需求。电动步行辅具是提高步行能力的辅助工具，目前电动步行辅具只着重于如何让患者跟着电动步行辅具移动，却无法按照患者的个案状况提供有效的支撑，以至于出现患者步行速度不及于电动步行辅具的移动速度，患者与电动步行辅具之间产生过大间距的不安全状态。反之，也可能出现电动步行辅具的移动速度不及于患者步行速度，以至于患者与电动步行辅具之间呈距离不足状态。前者过大间距的状态，使患者产生不当前倾的姿势，容易产生仆倒的意外。后者距离不足的状态，使患者产生跨步距离不足，跨幅太小或碎步的情形，而一些有身躯后倾的患者更可能发生向后倾跌的意外。因此，使电动步行辅具能按照患者的个案状况自动调整与患者之间的距离，以提供患者有效支撑是非常重要的。所谓的有效支撑，是指患者需要时提供支撑，而非无时无刻的支撑使用者。有效支撑可以让患者以己身之能力来进行步态控制和训练，当患者的步态或姿态发生显著的不当变化时则由辅具提供支撑，并进一步调整其步态和姿态。有效支撑一方面可以增加患者使用安全，一方面调整患者的姿态，并依照患者的状态提供适当的跨步空间供其跨步行走。然而，现有电动步行辅具并不具有这样的功能。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种以人机位置为基础之电动步行辅具及该辅具之控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种以人机位置为基础之电动步行辅具，包括：一主要架构，包括一底座和一对扶手以及连接在底座和扶手之间的支架；该主要架构包括一用户区域，该用户区域容纳一名用户；移动装置，设于该主要架构，用以控制该辅具移动；用户步态感测装置，设于该主要架构，通过非接触式感测手段感测使用者双脚并输出用户之步态特征讯息；该步态特征讯息包括步频、步幅、步速、步位、及一第一人机距离d1；所述该第一人机距离d1是使用者双足心间距中间点至主要架构之特定点的直线距离；用户腹位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的腹部位置并且输出腹位特征讯息，该腹位特征讯息包括由腹部特定点至主要架构特定点直线距离所定义的一第二人机距离d2；用户肩位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的肩膀位置；分析运算模块，用以收集、统合该步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置三者所取得之讯息参数，经分析计算后获取并输出用户重心位置、支撑底面积、使用者是否位于该辅具的用户区域、用户上半身前倾、用户上半身后仰之特征讯息；控制系统，与该马达、步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置、分析运算模块电性连接；该控制系统获取上述的特征讯息，利用上述至少一个特征讯息以及控制系统的默认参数，通过程序演算而输出一演算结果，该控制系统按照该演算结果控制马达，从而使辅具受控移动。一种以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，该控制方法使该辅具实现第一支撑模式、第二支撑模式、实时追踪模式、用户双脚稳定模式、及用户姿势矫正模式。本专利技术主要通过控制及调整人机位置的方式，使电动步行辅具与使用者之间具有符合使用者站态、步态的合宜位置，辅具相对于用户发挥静态和动态支撑功能，用户在步态训练的过程中行走和站立交互的动静态情况下均获得辅具支持。本专利技术之辅具通过移动装置而驱移辅具向前、向后移动，所述的向前是指以离开用户的直线方向，所述的向后是指靠近用户的直线方向。该辅具具备了用户步态感测装置、用户腹位感测装置、用户肩位感测装置、分析运算模块。步态感测装置通过非接触式感测手段感测使用者双脚并输出用户之步态特征讯息；用户腹位感测装置感测用户的腹部位置并且输出腹位特征讯息；用户肩位感测装置用以感测用户的肩膀位置；分析运算模块，收集、统合该步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置三者所取得之讯息参数，经分析计算后获取并输出用户重心位置、支撑底面积、上半身前倾讯息、上半身后仰讯息、用户是否位于该辅具的用户区域中…等进一步的特征信息；该辅具更具备了控制系统，与该马达、步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置、分析运算模块电性连接。该控制系统获取上述的特征讯息，利用上述至少一个特征讯息以及控制系统内建的参数，通过程序演算而输出一演算结果，该控制系统按照该演算结果控制该辅具移动，使该辅具实现两种支撑模式以及三种移動模式。所述的支撑模式包括第一支撑模式(以下简称R1模式)、第二支撑模式(以下简称R2模式)。辅具在支撑模式中对用户的站立提供静态支持。所述的移动模式包括实时追踪模式(以下简称M3A模式、M3B模式)、双脚稳定模式(以下简称M4A模式、M4B模式)、以及姿势矫正模式(以下简称PPC模式)。辅具在移动模式中对用户的步行活动提供动态支持。该支撑模式和移动模式被以选项方式提供于该控制系统的操作接口，供治疗师通过该操作接口选取。治疗师按照使用者目前的站立和步行状况或所欲达到的治疗目标选择一种静态支撑及一种动态支撑。让用户在行走和站立交互的动静态情况下均获得辅具支持。R1模式，适用于用户站立时所需的人机距离与行走时所需的人机距离趋于一致且伴随上半身前倾现象的使用者，例如帕金森氏症使用者。通过辅具自动调整人机相对距离，使辅具以符合使用者站立时的需求提供用户静态支撑。R2模式，适用于用户行走时的人机距离需大于站立时的人机距离的状态，例如步幅趋近于正常的轻微中风者或处于中风恢复期的使用者。通过辅具自动位移适当的增加人机距离，让使用者有方便的跨步空间。当使用者站立时辅具自动位移靠近用户提供静态支撑。M3A及M3B模式，以用户行进中实时的人机距离为控制及调整辅具移动速度之依据。适用于可连续步行的使用者。M4A及M4B模式，辅具在用户行进中保持不动，在使用者行进中双脚落地时站稳时辅具始移动一预定距离，适用于无法连续步行且需要高稳定支撑的使用者。PPC模式：依据使用者前倾或后仰的姿态调整辅具位置，调整位置的辅具不仅支撑着使用者，且能进一步矫正使用者前倾或后仰的姿态使其趋向正常直立姿态。附图说明图1为本专利技术辅具之配置示意图。【符号说明】10-主要架构11-底座12-扶手13-支架15-使用者16-方向轮17-主动轮171-马达18-用户步态感测装置19-用户腹位感测装置20-用户肩位感测装置30-控制系统40-分析运算模块具体实施方式为便于说明本创作于上述
技术实现思路
一栏中所表示的中心思想，兹以具体实施例表达。实施例中各种不同对象系按适于说明之比例、尺寸、变形量或位移量而描绘，而非按实际组件的比例予以绘制，合先叙明。如图1所示，本专利技术电动步行辅具(以下简称辅具)包括：一主要架构10，包括一底座11和一对扶手12以及连接在底座11和扶手12之间的支架13；该主要架构10还包括一用户区域，该用户区域供一名用户15位于其中。移动装置，设于该主要架构，用以控制该辅具移动；在本专利技术实施例中，该移动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以人机位置为基础之电动步行辅具，包括：一主要架构，包括一底座和一对扶手以及连接在底座和扶手之间的支架；该主要架构包括一用户区域，该用户区域容纳一名用户；移动装置，设于该主要架构，用以控制该辅具移动；用户步态感测装置，设于该主要架构，通过感测手段感测使用者双脚并输出用户之步态特征讯息；该步态特征讯息包括步频、步幅、步速、步位、及一第一人机距离d1；所述该第一人机距离d1是使用者双足心间距中间点至主要架构之特定点的直线距离；用户腹位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的腹部位置并且输出腹位特征讯息，该腹位特征讯息包括由腹部特定点至主要架构特定点直线距离所定义的一第二人机距离d2；用户肩位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的肩膀位置；分析运算模块，用以收集、统合该步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置三者所取得之讯息参数，经分析计算后获取并输出用户重心位置、支撑底面积、使用者是否位于该辅具的用户区域、用户上半身前倾、用户上半身后仰之特征讯息；控制系统，与该马达、步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置、分析运算模块电性连接；该控制系统获取上述的特征讯息，利用上述至少一个特征讯息以及控制系统的默认参数，通过程序演算而输出一演算结果，该控制系统按照该演算结果控制马达，从而使辅具受控移动。...

【技术特征摘要】
2016.03.24 TW 1051091471.一种以人机位置为基础之电动步行辅具，包括：一主要架构，包括一底座和一对扶手以及连接在底座和扶手之间的支架；该主要架构包括一用户区域，该用户区域容纳一名用户；移动装置，设于该主要架构，用以控制该辅具移动；用户步态感测装置，设于该主要架构，通过感测手段感测使用者双脚并输出用户之步态特征讯息；该步态特征讯息包括步频、步幅、步速、步位、及一第一人机距离d1；所述该第一人机距离d1是使用者双足心间距中间点至主要架构之特定点的直线距离；用户腹位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的腹部位置并且输出腹位特征讯息，该腹位特征讯息包括由腹部特定点至主要架构特定点直线距离所定义的一第二人机距离d2；用户肩位感测装置，设于该主要架构，用以感测用户的肩膀位置；分析运算模块，用以收集、统合该步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置三者所取得之讯息参数，经分析计算后获取并输出用户重心位置、支撑底面积、使用者是否位于该辅具的用户区域、用户上半身前倾、用户上半身后仰之特征讯息；控制系统，与该马达、步态感测装置、腹位感测装置、肩位感测装置、分析运算模块电性连接；该控制系统获取上述的特征讯息，利用上述至少一个特征讯息以及控制系统的默认参数，通过程序演算而输出一演算结果，该控制系统按照该演算结果控制马达，从而使辅具受控移动。2.根据权利要求1所述之辅具，其中，该非接触式感测手段包括影像、雷射、红外线或超音波。3.根据权利要求1所述之辅具，其中，该默认参数为系统内建或治疗师经由该控制系统之操作接口预先输入。4.一种以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，该控制方法使该辅具实现第一支撑模式、第二支撑模式、实时追踪模式、用户双脚稳定模式、及用户姿势矫正模式。5.根据权利要求4所述以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，其特征在于，实现第一支撑模式的步骤包括：步骤一，于辅具暂停移动使用者站立的状态，控制系统获取前述的该第一人机距离d1；步骤二，控制系统将该第一人机距离d1与系统所设定的人机标准距离dzn进行|d1-dzn|是否大于dε之比较运算；dε为系统所设定之容许误差值；若|d1-dzn|>dε，该控制系统命令辅具移动，直到比较运算的结果为|d1-dzn|<dε时停止；步骤三，控制系统控制辅具执行上述实时追踪模式、用户双脚稳定模式之其中一种。6.根据权利要求4所述以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，其特征在于，实现第二支撑模式的方法，包括：步骤一，该控制系统将系统默认用以代表用户位置范围的一中性区域的坐标往离开使用者的方向挪移一预设距离，形成前移的中性区域；步骤二，该控制系统控制该辅具移动至步骤一前移的中性区域的范围内；步骤三，控制系统控制该辅具执行前述之实时追踪模式或用户双脚稳定模式；步骤四，当辅具暂停移动且使用者站立时，该控制系统将前移的中性区域的坐标往靠近用户的方向挪移一预设距离，以回復先前的中性区域；步骤五，该控制系统控制该辅具移动至移回的中性区域。7.根据权利要求4所述以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，其特征在于，实现实时追踪模式的步骤包括：步骤一，控制系统获取前述的该第一人机距离d1；步骤二，控制系统将该第一人机距离d1与系统默认之中性区域上限距离dznu及中性区域下限距离dznl进行比较运算；步骤三，当d1>dznu，控制系统命令马达缓减速或反转，使辅具靠近使用者，减少辅具与使用者距离，直到d1<dznu及d1>dznl的条件满足；当d1<dznl，控制系统命令马达缓增速或正转，增加辅具与使用者距离，直到d1<dznu及d1>dznl的条件满足；步骤四，重复步骤一、二、三，直到结束训练或因紧急状况被迫停机时。8.根据权利要求4所述以人机位置为基础之电动步行辅具的控制方法，其特征在于，实现实时追踪模式的步骤包括：步骤一，控制系统通过前述用户步态感测装置获取该第一人机距离d1、max(d1-left,d1-right)、及min(d1-left,d1-right)；其中，d1-left为左脚与前述主要架构特定点之直线距离，d1-right为右脚与前述主要架构特定点之直线距离；步骤二，控制系统将该第一人机距离d1与系统默认之中性区域上限距离dznu及中性区域下限距离dznl进行比较运算；控制系统将该第二人机距离d2与max(d1-left,d1-right)及min(d1-left,d1-right)进行比较运算；步骤三，当d1>dznu且min(d1-left,d1-right)<d2<max(d1-left,d1-right)，控制系统命令马达缓减速或反转，缓降辅具移动速度并减少辅具与使用者之距离，直到d2<dznu及d2>dznl的条件满足；当d1<dznl且min(d1-left,d1-right)<d2<max(d1-left,d1-right)，控制系统命令马达缓增速或正转，缓增辅具移动速度并增加辅具与使用者之距离，直到d2<dznu及...

【专利技术属性】
技术研发人员：游忠煌，
申请(专利权)人：法玛科技顾问股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71