智能型关节护具及其监控系统的制作方法

技术特征：
1.一种智能型关节护具，其特征在于，包括：一固定部，用于将该关节护具固定于使用者的一关节；两个惯性感测元件，分别设置于该固定部的一第一位置及一第二位置并根据该关节的运动输出一惯性讯号，该第一位置位于该关节的近端肢段，该第二位置位于该关节的远端肢段；以及一微处理器，接收该惯性讯号，搭配一人体计测统计资料、一使用者资料以计算出一关节即时受力值，再将该关节即时受力值与一受力基准值进行比较，以判定是否发出一提醒讯号。2.根据权利要求1所述的智能型关节护具，其特征在于，其还包括两个肌电感测元件，分别设置于该固定部内侧的一第三位置及一第四位置使其可测量该关节的重要控制肌肉并分别输出一肌电讯号，该微处理器接收该肌电讯号并计算单位时间的该肌电讯号的快速傅立叶转换的频率中位数及对应的平均振幅均方根到一肌力标准值一预定范围以下时，发出该提醒讯号。3.根据权利要求2所述的智能型关节护具，其特征在于，其中该微处理器计算该关节即时受力值的步骤包括：使用该人体计测统计资料及该使用者资料计算出该远端肢段及该近端肢段的一质心位置、一肢段质量及一肢段长度以取得该惯性感测元件的转动惯量；通过该惯性感测元件的转动惯量及该惯性讯号的角加速度资讯以分别取得该关节的关节扭力；以及使用该关节扭力及该第一位置与该第二位置至该关节轴心距离取得该关节即时受力值。4.根据权利要求3所述的智能型关节护具，其特征在于，其中该惯性感测元件为加速规时，该微处理器由该惯性讯号的加速度资讯计算出该关节活动角度。5.根据权利要求3所述的智能型关节护具，其特征在于，其中该惯性感测元件包括加速规及陀螺仪时，该微处理器进一步计算该关节活动角度的步骤包括：将两个该惯性感测元件所输出的两个该惯性讯号分别各自转换为一四元素资讯，该四元素资讯转换为尤拉角资讯，依照定义的旋转顺序得到一旋转矩阵；再将两个该惯性元件得到的两个该旋转矩阵计算出一转换矩阵；以及将该转换矩阵使用反三角函数求得该关节活动角度。6.根据权利要求1-5中任一项所述的智能型关节护具，其特征在于，其中该微处理器进一步：输入该关节即时受力值、肌电讯号或关节活动角度至一人工智能网路模型内以得到一经正规化数值；使用该经正规化数值进行卷积层的转换以提取一特征矩阵；通过池化层取得该特征矩阵的最大值并去除杂讯；通过平坦层将该特征矩阵拉平以得到一维度转换特征；以及将该维度转换特征输入到全连接层以得到一经调整的该关节即时受力值、该肌电讯号或该关节活动角度。7.根据权利要求1-5中任一项所述的智能型关节护具，其特征在于，其还包括一警示元件，该提醒讯号触发该警示元件。8.根据权利要求4所述的智能型关节护具，其特征在于，其中该惯性感测元件还包括一
磁力计及/或一温度计及/或气压高度计，用以校正该加速度资讯。9.一种智能型关节护具监控系统，其特征在于，包括：一智能型关节护具，包括：一固定部，用于将该智能型关节护具固定于使用者的一关节；两个惯性感测元件，分别设置于该固定部的一第一位置及一第二位置并根据该关节的运动输出一惯性讯号，该第一位置位于该关节的近端肢段，该第二位置位于该关节的远端肢段；以及一微处理器，接收该惯性讯号，搭配一人体计测统计资料、一使用者资料以计算出一关节即时受力值，再将该关节即时受力值与一受力基准值进行比较，以判定是否发出一提醒讯号；以及一远端应用单元，运作在一移动装置中，包括：一输入模组，供该使用者输入该使用者资料；一显示模组，供该使用者查看该惯性讯号及该关节即时受力值的历史记录；以及一传输模组，用以与该智能型关节护具无线连接并互相交换资料；以及一远端伺服器，与该远端应用单元无线连接，并用以储存该人体计测统计资料、该使用者资料、该惯性讯号及该历史记录。10.根据权利要求9所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其还包括两个肌电感测元件，分别设置于该固定部内侧的一第三位置及一第四位置，使其可测量该关节的重要控制肌肉并分别输出一肌电讯号，该微处理器接收该肌电讯号并计算单位时间的该肌电讯号的快速傅立叶转换的频率中位数及对应的平均振幅均方根到一肌力标准值一预定范围以下时，发出该提醒讯号。11.根据权利要求10所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其中该微处理器计算该关节即时受力值的步骤包括：使用该人体计测统计资料及该使用者资料计算出该远端肢段及该近端肢段的一质心位置、一肢段质量及一肢段长度以取得该惯性感测元件的转动惯量；通过该惯性感测元件的转动惯量及该惯性讯号的角加速度资讯以分别取得该关节的关节扭力；以及使用该关节扭力及该第一位置与该第二位置至该关节轴心距离取得该关节即时受力值。12.根据权利要求11所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其中该惯性感测元件为加速规时，该微处理器由该惯性讯号的加速度资讯计算出该关节运动角度。13.根据权利要求11所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其中该惯性感测元件包括加速规及陀螺仪时，该微处理器进一步计算该关节活动角度的步骤包括：将两个该惯性感测元件所输出的两个该惯性讯号分别各自转换为一四元素资讯，该四元素资讯转换为尤拉角资讯，依照定义的旋转顺序得到一旋转矩阵；再将两个该惯性元件得到的两个该旋转矩阵计算出一转换矩阵；以及将该转换矩阵使用反三角函数求得该关节活动角度。14.根据权利要求9-13中任一项所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其中该微处理器进一步：
输入该关节即时受力值、肌电讯号或关节活动角度至一人工智能网路模型内以得到一经正规化数值；使用该经正规化数值进行卷积层的转换以提取一特征矩阵；通过池化层取得该特征矩阵的最大值并去除杂讯；通过平坦层将该特征矩阵拉平以得到一维度转换特征；以及将该维度转换特征输入到全连接层以得到一经调整的该关节即时受力值、该肌电讯号及该关节活动角度。15.根据权利要求9-13中任一项所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其关节护具还包括：一系统自动启动元件，当该惯性讯号大于一设定阀值时则自动连接远端应用单元启动该智能型关节护具监控系统；以及一警示元件，该提醒讯号触发该警示元件，或该远端应用单元还包括一警示模组，用以在接收该提醒讯号时以声音或讯息提醒该使用者。16.根据权利要求12所述的智能型关节护具监控系统，其特征在于，其中该惯性感测元件还包括一磁力计及/或一温度计及/或一气压高度计，用以校正该加速度资讯。

技术总结
本发明提供一种智能型穿戴式关节护具及其监控系统，其整合惯性感测元件、肌电感测元件、人体计测资料、使用者输入资讯，及人工智能演算法，可精确测量关节活动角度、对应肌肉活化性，并预估三维关节作用力及扭力值；可即时提供测量关节肢段的运动学及运动力学，用于日常运动的伤害防治及关节术后的复健处方监测。常运动的伤害防治及关节术后的复健处方监测。常运动的伤害防治及关节术后的复健处方监测。


技术研发人员：杨世伟 陈逸弘 陈晓君
受保护的技术使用者：欧立达股份有限公司
技术研发日：2022.03.18
技术公布日：2023/2/17