外骨骼步行輔助系統

104 年度全國微電腦應用系統設計創作競賽-信號處理類研究所組佳作

第十六屆旺宏金矽獎 應用組 優勝

作品簡介

本作品針對踝關節受傷及手術後造成的行動不方便,研發踝關節外骨骼步行輔助系統,提供病患在復原過程中更多的便利性。相較於目前關於步行輔助器的研究文獻中,大多數皆使用壓力感測器去偵測使用者的足部壓力變化,並以被動式調控的方式帶動腳踝進行轉動,並非完全代替受傷的部位。這種方法只適合用在肌肉萎縮或康復後復健中的患者使用,因為受傷初期的軟組織無法承受外部所施加的壓力,必須避免受到壓迫及轉動。

有鑒於此,本作品以創新的機構設計,並透過步態動作辨識技術,以主動式調控外骨骼腳板的下壓起步及落地緩衝,代替原本受傷的腳踝進行步行動作,使受傷的部位能夠充分地復原,達到最佳的復原效果,本作品使患者在復原期間仍然能夠像正常人一樣行走,免除了過去受傷及手術後必須攜帶笨重的拐杖,而這樣的創新設計方式,是目前文獻上未曾看過的。以下歸納本作品的各項技術特點:即時處理的嵌入式系統、主動式步行輔助、地形辨識技術。綜合這些特點,穿戴本產品可使受傷的腳踝達到最佳復原效果。

我們採用慣性感測晶片實現步態動作辨識,慣性感測晶片將量測使用者的加速度信號,再經由嵌入式系統分析,並將訊號特徵化,不僅達到即時的步態動作辨識,更可以辨識使用者正在行走的地形,其中包括平地、斜坡及上下樓梯,並針對使用者的跨步距離及速度,即時地控制外骨骼腳板的下壓角度及速度,提供使用者向前推進的動力。

研究團隊成員:楊宗峻、李振毅、蔡宗軒

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