穿戴下肢輔具之脊椎損傷病人其動作意向偵測與預防跌倒機制

Motion Detection and Falling Detection for Paraplegic Patients with a Powered Lower Limb Orthoses

張晨祐

指導教授 ： 陳建祥

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2013年)

摘要

本文藉由觀察一般日常生活中健康人下肢活動方式，提出動作意向偵測之演算法，並且結合主動式輔具輔助脊椎受損病患完成一般日常動作，藉此讓病患重新獲得下半身行動能力。同時，系統藉由輔具感測器訊號並且配合兩組類神經網路建立出偵測異常動作之演算法以達成預防跌倒之警示功能。整套主動式輔具主要利用慣性單元以監測上半身之行動，同時配合放置於腳底和拐杖之薄型壓力感測片偵測使用者的身體重量轉移。感測器之訊號同時會送入已訓練好的類神經網路做判斷與分類。藉此方式，系統便會分離不正常行為出來並且判斷該狀況為危險動作來達到預防跌倒偵測之效果。因此，操作主動式輔具之訊號來源可分成兩類：一.動作意向偵測之結果、二.預防跌倒偵測之結果。最後整合成具備人性、合理且安全之演算法。

關鍵字

動作意向 ； 跌倒偵測 ； 類神經網路 ； 分類演算

參考文獻

[2]H. A. Quintero, R. J. Farris, and M. Goldfarb, “Control and Implementation of a Powered Lower Limb Orthesis to Aid Walking in Paraplegic Individuals,” Rehabilitation Robotics(ICORR) IEEE International Conference, pp.1-6, June 29- July 1, 2011.

[3]黃獻永, 動力下肢輔具之上下樓梯步態分析與控制, 碩士論文,台灣新竹國立清華大學動力機械工程學系, 2012.

[4]T. Hayashi, H. Kawamoto, and Y. Sankai, “Control method of robotic suit HAL working as operator's muscle using biological and dynamical information,” IEEE/RSJ IROS, pp. 3063-3068, 2005.

[6]D. A. Winter, “Human balance and posture control during standing and walking,” Gait and Posture, Vol. 3, No. 4, pp. 193-214, 1995.

[10]H. A. Quintero, R. J. Farris, and M. Goldfarb, “A Method for the Autonomous Control of Lower Limb Exoskeletons for Persons with Paraplegia,” ASME Journal of Medical Devices, Vol.6, Issue 4, 041003(6 pages), 2012.