绳子弹力问题和其加速度（连接体）某普通三角形的光滑斜坡（两边都有坡度）（已知倾斜角度）,斜坡两边有两个质量不同的物体（假设6g和8g）,用绳子牵连他们,斜坡顶部有个定滑轮以方便绳子无摩擦地运动.问题是绳子内部的弹力是多少和加速度是多少?
绳子张紧,（已知倾斜角度）,设37和53度 加速度为a,弹力为T假设m1=6kg和m2=8kg）对m1,T-m1gsin37=m1a T--36=6a对m2,m2gsin53-T=m2a 64-T=8aa=2m/s^2 T=48N
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扫描下载二维码SYSTEM AND METHOD FOR ANALYZING GAIT BY FABRIC SENSORS
WIPO Patent Application WO/
A system for analyzing gait by fabric sensors comprises: a socks sensing system, which comprises socks and at least one fabric sensor for sensing posture and a microprocessor, which receives signals from the fabric sensors. A method for analyzing gait by fabric sensors comprises detecting signals, in respect of body posture or action changes, generated by the socks sensing system and the microprocessor, and analyzing the detected signals to generate gait analysis parameters.
Inventors:
YANG, Changming (No. 27, Guangfu Rd. Jhunan, Miaoli, Taiwan, CN)
杨章民 (中国台湾省苗栗县竹南镇光复路27号, Taiwan, CN)
YANG, Tzulin (4F. No.38, Lane 107Nanking W. Road,Datong Distric, Taipei Taiwan, Taiwan, CN)
杨子琳 (中国台湾省台北市大同区南京西路107巷38号4F, Taiwan, Taiwan, CN)
Application Number:
Publication Date:
03/10/2011
Filing Date:
09/03/2009
Export Citation:
YANG, Changming (No. 27, Guangfu Rd. Jhunan, Miaoli, Taiwan, CN)
杨章民 (中国台湾省苗栗县竹南镇光复路27号, Taiwan, CN)
YANG, Tzulin (4F. No.38, Lane 107Nanking W. Road,Datong Distric, Taipei Taiwan, Taiwan, CN)
杨子琳 (中国台湾省台北市大同区南京西路107巷38号4F, Taiwan, Taiwan, CN)
International Classes:
View Patent Images:
&&&&&&PDF help
Domestic Patent References:
WOA2N/AWOA2N/A
Foreign References:
Attorney, Agent or Firm:
BEIJING ZHONGYUAN HUAHE INTELLECTUAL PROPERTY AGENCY CO., LTD. (Room 909, Huibin BuildingNo.8 Beichendong Street,Chaoyang District, Beijing 1, 100101, CN)
权 利 要 求
1.一种利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在于其中包含： 一袜子感测系统， 包含袜子及至少一感测身体的姿势或动作的织品感 测器；
一微处理器， 接收来自所述织品感测器的信号。
2. 根据权利要求 1所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述的袜子感测系统还包含鞋子。
3. 根据权利要求 2所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述感测器安装于袜子与鞋子中， 其中， 袜子上安装有至少一导电丝， 鞋上相应位置安装有相同数量的导电材料。
4. 根椐权利要求 2所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述感测器安装于袜子与鞋子中， 其中， 袜子上安装有一半球状的导电 材料， 而在相对应鞋子的内衬上安装有一同心的两组导电线材。
5. 根据权利要求 2所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述感测器安装于袜子与鞋子中， 其中， 袜子上安装有一半球状的导电 材料， 而在相对应鞋子的内衬上安装有可变电组、 压电材料或可变电容。
6. 根据权利要求 2所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于感测的参数为电阻值或电容值。
7. 根据权利要求 1所述的利用织品感测器的步态分析系统, 其特征在 于微处理器能接收来自织品感测器的信号， 以内含的程序处理模块加以编 码并进行分析。
8. 根椐权利要求 7所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于通过感测器感测产生压力中心、 质量中心、 全压、 姿势状态及全动作质 量。
9. 根据权利要求 7 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于可产生单脚的速度、 加速度， 由速度或加速度所产生的步伐长度。
1 0. 根据权利要求 7 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于可产生关节的角速度、 角加速度、 或摆荡距离。
1 1. 根据权利要求 7 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于可推估地面坡度。
1 2. 根据权利要求 7所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述的程序处理模块， 是以下列规则对各感测器数字输出进行前处理以 降低杂讯干扰， 对于周期小于 K秒的正负脉冲都一律消除。
1 3. 根据权利要求 7所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述的程序处理模块， 是以下列规则对各感测器数字输出进行前处理以 降低杂讯干扰， 对于小角度膝关节感测器， 当有信号显示未被拉开而有较 大角度膝关节感测器被拉开时， 即修改该小角度膝关节感测器信号为已拉 开。
14. 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统, 其特征 在于所述织品感测器为拉力、 压力、 重力或力感测器， 输出信号为数字信
1 5 . 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于所述的织品感测器还连接一生理感应器。
16.根据权利要求 1所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于所述的程序处理模块， 是以右脚跟、 右脚尖、 左脚跟、 左脚尖的感测器 的信号为触发点， 以计算步态参数。
1 7.根据权利要求 1所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于其中包含： 至少有两个能感测身体的姿势或动作的织品感测器， 而每个 织品感测器各自串联或并联一电阻， 以便用两条导线连接模数转换器， 供 微控制器读取各织品感测器的逻辑状态。
18. 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于其中包含： 有两膝各有一个小角度及大角度拉力感测器， 该小角度拉 力感测器在膝关节弯曲 30度至 50度之内会改变输出状态， 优选为 40度， 该大角度拉力感测器在膝关节弯曲 80度至 1 00度之内会改变输出状态， 优 选为 90度。
19. 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于所述的感测器可侦测二维平面的整体足部步态分析。
20. 根据权利要求 19所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于能感测到身体的沖量。
21. 根据权利要求 1或 8所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其 特征在于所述的感测器为多段式数字感测器。
22.根据权利要求 1所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征在 于能感测身体的姿势或动作。
23. 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于所述的袜子感测系统还包含摄影机、 加速规、 或陀螺仪以增加准确度。
24. 根据权利要求 1 所述的利用织品感测器的步态分析系统， 其特征 在于所述的微处理器连接摄影机、 加速规、 或陀螺仪， 用以侦测路面状况。
25. 一种利用织品感测器的步态分析方法， 其特征在于其中包含： 侦测由袜子感测系统及处理器所产生的身体姿势或动作变化的信号， 分析所得到的信号来产生步态分析参数。
26.根据权利要求 25 所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数可得压力中心、 质量中心、 全压、 姿势状态及 全动作质量。
27. 根据权利要求 25所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征
28.根据权利要求 25 所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数可产生单脚的速度、 加速度， 由速度与加速度 所产生的步伐长度。
29.根据权利要求 25 所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数可推估地面坡度。
30.根据权利要求 25 所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数的程序处理模块， 是以右脚跟、 右脚尖、 左脚 跟、 左脚尖的感测器的信号为触发点， 以计算步态参数。
31. 根据权利要求 25所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征
32. 根据权利要求 25所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数可推算出沖量。
33. 根据权利要求 25所述的利用织品感测器的步态分析方法， 其特征 在于所产生的步态分析参数可推算出各个参数的变异度。
Description:
利用织品感测器的步态分析系统及方法 技术领域
本发明可应用于复健治疗、 体能训练、 长期照护、 骨科及运动医学、 保 健、 娱乐等领域。 本发明是关于利用固定在衣物上的织品感测器， 来感测 穿戴者的步行动作， 并且进行分析， 以得知穿戴者的运动生理状况。 背景技术
步态分析常用于帮助运动员， 以及运动功能受损的病患， 例如脑性淋 痹、 帕金森氏症、 中风或意外伤害的病患。 以现有技术， 步态分析常在专 业的实验室或医师的诊疗室下进行， 且必须利用许多精密的装置和复杂的 方法才能完成。 然而，最理想的步态分析系统， 应该是能即时连续监视、 低 成本、 易于操作、 且易于获得。 现有技术还有一缺点：它不能表现出受测者 在曰常生活中的运动功能。 故而，专家和病患都需要一套低成本的系统，能 获得量化且有再现性的结果。 目前步态分析大部分是用于帮助运动员和受 伤的人， 它主要是在实验室进行， 或在医生的办公室与目视观测。 临床医 生依靠广泛的步态分析、 诊断和治疗方法， 但都面临众多复杂的因素。 适 合一般使用者的步态分析系统和程序应具备随时监控、 价格低廉， 让消费 者易于使用， 并且容易取得。 然而， 传统的步态分析设备通常是需要实地 测试， 或者是在实验室做全面且健全的步态分析实验， 进而让步态分析系 统不利于普及。
由于步态分析的门槛过高， 所以此时价格低廉的设备， 且能够及时提 供大量和可重复读取的数据， 并可长时间监测使用者的步态信号， 尤其是 对受过伤的使用者与帕金森氏症的病患， 都能产生极大的助益。 然而， 目 前步态分析相关的设备取得门槛高不可攀， 或是其相关的产品本身应用上 的限制， 并没有办法满足消费者的需求， 如： 美国专利号 US6789331 和 US7168185 ,其专利内容均是利用鞋子来当作步态分析感应器，且无法水洗， 从而造成使用者的不便。 美国专利号 US6231527 系搭配一台摄 几来和鞋 子做为步态分析感应器， 且进行步态分析时， 只能在室内进行， 让使用者 只能在室内从事步态分析， 进而造成使用者操作不便， 不利于步态分析系 统的推广。 美国专利号 US6984208 是利用超音波来测试使用者的姿势和移 动状态及步态分析相关数据， 但由于取得超音波的相关设备所费不赀， 故 不利于步态分析相关系统的普及。 美国专利号 US
3A 1则用压力 感测器来侦测使用者的步态分析， 但仍需要在各个鞋子或袜子上设有一个 独立的电源且不是数字感测器， 同时，在信号处理需用反馈方法（Feedback) 来进行信号分析， 其过程过于繁瑣、 冗长、 复杂， 需要用到类神经及模糊 理论（neuro- fuzzy)，若要即时同步表现出测试者的步态变化，会很困难。 美 国专利号 USA1 ,则是需要摄像机、麦克风，并搭配一感应器来侦 测使用者的步态分析相关数据， 但此分析方法过于麻烦， 不利于步态分析 的推广。 美国专利号 US. A 1，则是利用一感应器和一远端监视 系统来侦测使用者的姿势及步态分析相关数据，但此系统有距离的限制 ,当 使用者距离监视器较远时， 监视器就无法处理相关讯息。 美囯专利号 US2007 / 则是用加速规及陀螺仪来挂在耳朵上， 来侦测使用者的 步态分析相关数据， 在使用上并不舒适。 发明内容
人曰常生活中绝大部分时间都要穿上衣物、 坐在椅子上或躺在床上，故 在裤子、 袜子、 衣物、 上设置步态感测器， 步态感测器可连接一生理感测 器， 例如心跳、 呼吸、 体温、 汗湿、 血氧、 心电图等感测器， 即可在肢体 运动时感测生理机能， 可让本发明进一步地推广到日常生活的每一个层面， 并测得使用者各种不同姿势的步态分析， 以分析使用者的生理状态。 先前 感测器设置在鞋子上， 没有直接与脚部完全吻合的情形下， 所得的步态分 析误差值极大， 且无法在各种不同的鞋子吻合， 成本太贵又耗电。 而本发 明将感测器设置在袜子上， 一方面舒适， 又可以水洗， 且当使用者着不同 鞋子时， 都可以测得步态分析的相关数据， 同时适合各个层级的使用者穿 戴， 因为袜子所要求的尺寸没有像鞋子那么精确，袜子反而能完全贴合在使 用者的脚部， 故所得的步态分析能更为精确。 本发明中袜子感测器同时还 可以得知当使用者在行走时， 使用者穿着的鞋子不同， 可藉由步态分析信 号， 来获知使用者当下所穿着的鞋子款式。 如： 高跟鞋、 平底鞋、 拖鞋、 运动鞋、 溜冰鞋…等。 且不同的鞋子， 所测得的步态分析信号也不尽相同， 故可评估使用者所穿鞋子对使用者的步态及各关节的影响。 例如： 若穿着 高跟鞋感觉不适， 导致使用者腰酸背痛。 本发明袜子感应器可配置在不同 的鞋子上， 对使用者而言易于使用又符合人体工学， 只要使用者穿上袜子 感应器， 就可应用在各种不同的鞋款， 故可整合成长时间且连续的运动生 理机能及步态分析变化图， 对于使用者的健康及安全有很大助益。 且由于 本发明是在一个或多个与身体接触的日常生活衣物中安装感测器， 故有利 于本发明的推广与应用。 目前此技术已通过 IEEE EMBC 2009年会的审核， 即将在九月发表, 题目为 "A wi re l es s ga i t ana l ys i s sys tem by d i g i ta l tex t i l e sensor s. " 最后， 此发明不只适用于人类， 对于动物， 例如： 猫、 狗的行为模式也可长期监测分析及预测行为模式。
本发明的目的之一在于除了利用袜子上的感测器外， 尚可利用衣、 裤 上的感测器， 测得步态分析及姿态变化， 例如膝关节弯曲的角度、 步伐长 度、 每分钟步伐数及行走速率， 或脚跟踏地与否、 手臂是否摆动， 腰部是 否弯曲， 并且利用各姿式变化的顺序、 周期等参数， 来观察使用者肢体的 健康状况或复健治疗效果， 或是判断使用者的动作姿势（例如向前走、 倒退 走、 跑步、 上楼梯、 下楼梯、 爬坡、 下坡、 横走， 跌倒）， 另外还可当作互 动电脑游戏的输入，而非如今只是在电脑上的虚拟游戏， 因游戏者本身都没 有实际的动作来与游戏软体互动。 也可运用在侦测使用者开车时的姿势（例 如： 脚踩刹车时脚的弯曲程度）。 本发明是一种可穿戴式步态分析系统， 其 结构具有以下特征： 一、 可穿戴、 舒适且可直接安装在一般的裤子或袜子 上， 以便于在实际生活上使用； 二、 该穿戴式步态分析系统， 具有下列特 性：可洗、 耐用、 可靠、 可曲挠、 价格低廉， 故可以很容易地应用到日常生 活的每一个层面； 三、 使用常见的数字输出介面， 例如： 蓝牙， 使测得的 数据可以直接传送到日常生活常见的仪器作信号分析， 如： PDA或笔记本电 脑。 故可利用这些易于取得的电子仪器， 来测试使用者的姿势以及步态分 析的相关数据， 同时也可以不断预测下一个动作产生及评估步态或行为异 常， 而且每一个参数的变异度和稳定度也可以清楚的以功率频谱（Power Spec t rum)呈现。 附图的简要说明
图 1是本发明的利用织品感测器的步态分析系统的架构图。
图 2 是本发明的利用织品感测器的步态分析系统的第一实施例的感测 器架构图。
图 3A是袜子上的感测器位置图。
图 3B是袜子上的感测器相对位置示意图。
图 4A是膝关节上的感测器位置图。
图 4B是拉力感测器安装于裤子的位置示意图。
图 5是典型的步态时序图及感测器位置。
图 6是步态的相位（phase of ga i t)分析的前四相。
图 7是步态的相位（pha s e of ga i t)分析的后三相。
图 8A是完成的步态分析图。
图 8B是步态的相位的方法流程图。
图 9是用于时间参数（Tempora l Parame ters)分析的示意图。
图 10A是正常走路的压力中心分析图。
图 1 0B是正常走路的质量中心分析图。
图 10C是上楼的压力中心及质量中心分析图。
图 10D是跑步的压力中心及质量中心分析图。 图 1 0E是下楼的压力中心及质量中心分析图。
图 1 OF是先蹲下再跳起的全压分析图。
图 1 0G是先蹲下再跳起的姿势状态分析图。
图 1 0H是先蹲下再跳起的全动作质量分析图。
图 1 1是跑步步态的时序图。
图 12是前走步态的时序图。
图 1 3是倒退步态的时序图。
图 14是上楼步态的时序图。
图 15是下楼步态的时序图。
图 16是第一袜子感测系统示意图。
图 17是第二袜子感测系统示意图。
图 18是第三袜子感测系统示意图。
图 19A是感测器旁安装一电阻再并联后的电路图。
图 19B是感测器旁安装一电阻再串联后的电路图。
图 20是骑士走路所得的时序图。
图 21是骑士骑自行车所得的时序图。
图 22是多个阶段输出的压力感测器的示意图。
图 23是脚跟设置两个感测器以观察内外侧触地的时间差的示意图。 图 24A是向左横走的时序图。
图 24B是向右横走的时序图。
图 25是踢正步的时序图。
图 26是前进后坐下的时序图。
图 27是前进后跌倒的时序图。
图 28是利用感测器的时间差来推估步行速度的示意图。
图 29是跑步机上（速度设定为 2km/hr)行走的时序图。
图 30A、 图 30B是^^侦测示意图。
图 31是步态分析的流程图。
图 32A、 图 32B是姿势判别示意图。 实现发明的最佳方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的的所采取的技术手段及功 效， 以下结合附图及较佳实施例， 对依据本发明提出的利用织品感测器的 步态分析系统其具体实施方式、 结构、 特征及其功效， 详细说明如后。
本发明系统架构如图 1 系统架构图所示， 在袜或衣裤上视应用场合安 装若干开关、 压力、 重力或拉力感测器 （参考 PCT/CN、 PCT/CN2005 / 001520 , PCT/CN专利申请案）， 上述的感测器是一 种具有弹性材质， 例如： 金属材质（如： 铁片）、 非金属材质（如： 橡胶、 硅 胶、 泡棉）及导电碳材质（如： 石墨）。 另外， 在制造过程中布料上亦可加入 其他弹性材质（如： 橡胶、 发泡材料、 硅胶、 海绵、 弹簧、 棉、 弹性纤维 (Spandex) & 人造弹性纤维（lycra)、 合成橡月史（SBR, Styrene Butadience Rubber) , 和泡沫基材料）， 以增加其弹性。 这些织品感测器以线连接至微 控制器的输入端。 当感测器感测到姿态变化时， 即产生数字信号到微控制 器， 微控制器内含程序处理模块， 把各个感测器输出的数字信号编码同时 进行分析、 显示、 储存或警告， 或再由通讯模块传送到其他的个人数字装 置， 例如： 智能手机或电脑， 以进行分析、 显示、 储存或警告。
织品感测器，可连接一生理感测器， 如此一来当穿戴者运动时， 织品感 测器受到外力产生反应， 同时生理感测器也同时感测穿戴者生理信号， 尤 其当穿戴者运动停止时， 例如站立、 躺卧时， 测试使用者的姿势以及步态 没有改变时， 利用生理感测器感测穿戴者生理信号来侦测使用者的状态。
微控制器亦可视应用场合， 连接摄影机加速规或陀螺仪， 摄影机加速 规或陀螺仪设置于衣服、 鞋子、 袜子、 控制盒或手机， 以增加感测肢体运 动的正确性。
第一较佳实施例
如图 2 第一实施例感测器架构图所示， 本发明在双脚脚掌的袜子部位 下， 各安装四个数字感测器， 当外力大于 200克重， 其输出就会由逻辑 "1" 变成 "0" ， 如图 3Α袜子上感测器位置图所示， 图 3Β为相对脚底的位置图， 其中（12)为脚底， （11)为脚侧边， （10)为跖骨， （9)为脚拇指的部位。 另外 为了更准确得到步态资讯， 我们在裤子的两膝盖骨上方部位各安装两个拉 力感测器， 分别在屈膝约 45及 60度切换其输出逻辑状态，如图 4Α所示，图 4Β为拉力感测器在裤子上的示意图。 一般健康使用者在往前步行时， 各数 字感测器输出逻辑状态时序图如图 5， 其中感测器 1至 4为拉力感测器， 感 测器 5至 12为压力感测器。 图 5 中， 双腿最先切换的是感测器 3(右膝 45 度）， 由 "0" 变 "1" , 此时右腿正开始抬高， 故右脚四个感测器开始先 后离地（感测器 12至 9由逻辑 "0" 变 "Γ ), 左脚各感测器则是先后落地 (感测器 8至 5由逻辑 "1" 变 "0" )。 接下来是右腿抬更高致感测器 4 (右 膝 60度） "0" 切换 "Γ , 右脚掌完全离地（感测器 9至 12皆为 "1" )，左 脚掌完全触地（感测器 5至 8 皆为 "0" ) , 而左膝伸直（感测器 1至 2 皆为 "0" )。 再接下来是右腿开始放下右脚开始落地， 使感测器 12至 9陆续由 "1"变 "0" ,同时左腿开始抬高左脚开始离地，致感测器 8至 5陆续由 "0" 变 "1" 。 同时是左腿膝部开始抬高， 感测器 1及 2 由 "0" 变 "1" ，如此 左右腿交替， 本发明即可获得如图 5 的步态时序图， 由时序图可进行下列 分析。 一般将步态时序分为七相，以右脚跟触地为起点，依序为负荷反应 (loading response)，站立中期 (mid- stance)，站立末期 (terminal stance) 摆荡前期 (pre-swing) ,初始摆荡 (initial swing),摆荡中点 (mid-swing) , 摆荡末期（terminal swing)。 前四; f目 尔为 占立期（stance phase) , 于于5占 立期（stance phase) , 本发明可以用双脚的脚趾及脚跟的数字感测器来完 成（感测器 5， 8, 9， 12) , 如图 6, 取（a)与（f)为右脚跟触地（initial contact) , (b) 为左脚尖离地， （c)为右脚跟离地， （d) 为左脚跟触地， （e) 为左脚尖触地。 由感测器 5、 8、 9、 12, 即可量得（a)至（b)为负荷反应 (loading response) , (b)至 (c)为 立中期（mid— stance) , (c)至 (d)为
立末期（terminal stance) , (d)至（e)摆荡前期（pre- swing) , (e)至（f )为 摆荡期（详述于下段）。 图 6所显示的前四相的时间， 依序为 0.09、 0.23、 0.20、 0.62 秒。 同时可知双脚触地（Double support) , 各脚的站立期与摆 荡期所需时间、 及在整个步伐中所占的比例。
后三相称为摆荡期（swing phase) , 对于后三相， 本发明可以用双腿膝 部的四个拉力数字感测器来完成（感测器 1， 2, 3, 4)， 如图 7。 学理上初 始摆荡（initial swing)应始自右脚离地（g)终至右膝最弯点（h)， 在本发明 则是以右膝 60度拉力数字感测器（感测器 4)输出为 "1" 的中间点（h， ）代 替。 因此， 由感测器 1、 2、 3、 4, 即可量得（g)至（h， ）为初始摆荡（initial swing), (h，）至（i)为摆荡中点（mid-swing) (其中（i)为 45度感测器由 "1" 变为 "0" 的点）， （i)至（f)为摆荡终点（terminal swing)。 图 7所显示的 后三相的时间， 依序为 0.12， 0.21， 0.09秒。 站立期与摆荡期整合成完整的 步态分析图， 见图 8A。
依据上述， 微控制器以每秒钟 100 次的取样频率读取各感测器的逻辑 状态， 即有足够高的时间解析度可测得步态各阶段所占的时间， 其中所有 的步态参数及其此例均可呈现， 以右脚为例的方法流程图见图 8B, 对于左 脚也是用同样的方法。
首先， 在开始时将计时器归零；
等到右脚跟触地即开始计时（A)；
等左脚尖离地（b), 记录时间即为负荷反应， 之后再将计时器归零后启 动；
等右脚跟离地， 记录时间为站立中期， 之后再将计时器归零后启动； 等左脚跟触地， 记录时间为站立末期， 之后再将计时器归零后启动； 等右脚尖离地， 记录时间为摆荡前期， 之后再将计时器归零后启动； 取右膝 60度， 拉力传感器输出为 1的中间点， 记录时间为初始摆荡， 之后再将计时器归零后启动；
取右膝 45度， 拉力传感器输出由 1变为 0, 记录时间为摆荡中点， 之 后再将计时器归零后启动；
等右脚跟触地， 记录时间为摆荡末期；
之后重复上述整个过程。
同一个人每一步的各相周期可能或多或少有差异。 本发明可以连续记 录数分钟内每一步的各相周期， 求其每一个参数平均值及标准差， 同时也 可得知双脚支撑、 站立期， 摆荡期的平均值及标准差。 若是某人的标准差 过大， 即代表此人可能有运动功能上的伤病， 这是很重要的指标， 而本发 明可以很低的成本、 很简易的操作来完成。 此外， 微控制器也可由这一次 的步态变化资料来预测下一步的步态， 若是相邻两次步态变化很大， 表示 使用者的平衡感差， 或是路面不平， 例如在跑步机或在吊桥上， 或是腿受 伤或鞋子不合等。 正常情况下左脚与右脚的步态皆应为周期性变化， 否则 可能是跌倒或其他突发状况， 本发明即可提出警报。
时间参数（Tempora l Parameters)分析
步伐长度（St r ide l ength)、 每分钟步伐数（Cadence)及行走速率 (Wa l king speed) , 是三个重要的互相关联的时间参数， 由时序图我们可以 轻易计算出每分钟步伐数（cadence)。 至于步伐长度（s t r ide l ength) , 则 可由实际量测使用者走的距离再除以步数即得， 或由使用者自己量测， 或 由统计资料上依身高或腿长索查所得的平均步伐长度来设定。 每分钟步伐 数（Cadence)与步伐长度（St r ide Length)相乘即得行走速率（wa lking speed)。 首先让使用者自由走十米， 他用了 16步伐， 则可得量步伐长度为 10/ 16=0. 625米。 然后由时序图测量其步伐数， 见图 9， 取五次右脚跟触地 的时间为 5. 27秒，即可得每分钟步伐数为 60*2* (5/5. 27) =113. 8 t imes /mi n (因在每次右脚跟触地之间是走了右左脚各一步， 故以 60*2 计算每分钟步 伐数）。 由步伐长度乘以每分钟步伐数得行走速率， 即 0. 625* 113. 8=71. 125 米 /分钟（change to m/sec) , 一个步伐长度（s t r ide leng th)为两步（s tep length),,
压力中心 （Centra l of pressure, COP) ^^量中心（Center of Mass) 分析
步态时序图可以清楚说明各感测器切换的先后顺序， 但是对于要分析 大量步态资讯的.分析师而言， 时序图是不易浏览的。 因此， 本发明特别定 义压力中心 （Centra l of pressure, COP) 及质量中心（Center of Mass) 分析方法， 以便分析师可迅速方便地分析大量步态资讯。 由两脚数字感测 器产生的时序图， 见图 10A, 其中（a)显示左脚四处皆 ? 3/4 ·地而右脚四处皆离 地， 接下来（b) 显示左脚已半离地仅脚尖与足心触地， 接下来（c)较（b)多 一处右脚跖骨触地， 由压力中心的变化可见一个人的行走步态稳定度， 例 如： 纵使使用者两脚着地不动， 其压力中心仍随时间变化， 故可得知使用 者的平衡感及脑部对双脚的控制能力。 本发明把左脚触地的感测器个数定 义为正， 右脚触地的感测器个数定义为负， 两者相加即可约略表示人， 体 的质量中心是偏左或偏右，见图 1 0B (图 10B与 10A中的（a) , (b) , (c)， （d)， (e)皆代表同一时刻） 可见上楼的压力及质量中心分析图， 且由图中可见， 例如当左脚完全触地而右脚完全离地， 两者相加为 +4 , 代表身体盾量中心 偏左。 当两脚皆完全触地， 两者相加为 0 , 代表身体质量中心在中间， 由质. 量中心的图随时间变化， 也可分析此人的步态是否正常且规律， 例如喝酒 状态下， 其质量中心变化就完全不规律。
全压（tota l pressure)、 姿势状态（pos ture s tate)、 及全动作质量 (tota l movement mas s)分析
上述质量中心分析对于前进后退及上下楼这种双脚先后交替的动作，是 很有助益， 但是在某些情况无法分辨， 例如： 蹲下起跳这种双脚同时的动 作， 在质量中心全部都当作是 "0" ， 就无法分辨。 因此， 本发明定义了全 压 (tot a l pres sure) & 姿势状态 (pos ture s ta te)、 及全动作质量 (tota l movement mas s)分析方法， 如下：
*全压： 脚掌受压的感测器总数， 不分左右脚， 不分正负， 一律为正； *姿势状态： 身体上左边的感测器有受外力而产生变化时设定为正，右 边的感测器有受外力而产生变化时设定为负，姿势状态为所有感测 器总和；
o全动作质量： 脚掌受压的感测器总数再加上身上所有感测器（例如膝 或肘）， 这些感测器均有受外力而产生变化时设定为正；
我们用先蹲下再跳起所呈现的姿态变化来说明这三个定义， 全压、 姿 势状态、 及全动作质量分析图分别列于图 10F, 10G, 10H , 其中在图 1 0F为 全压分析图，其中可见当双脚站平时，其全压值为 4， 当蹲下准备跳起时， 后 脚跟离地， 其全压值为 2; 最后当跳起时， 两脚掌都离地， 其值为零， 由图 中为 0的时间即是跳起到着地的总时间， 但这在质量中心（com)所构成的分 析图无法辨别； 接着在姿势状态分析图 10G中，我们可见几乎都在 "0" ，我 们设定的数值会达到 6 , 这表示受测者正在曲膝准备跳起， 所以往上跳的过 程先伸直膝关节， 然后抬脚跟， 接着脚尖离地， 故， 其值为零， 在此过程 可看到双腿曲膝即为全动作质量分析图 "6" 所占的时间， 故每一个参数都 可以表达不同的姿势状态。
跑步、 上下楼梯的步态分析
对于上楼、 跑步、 下楼， 亦可得压力中心（C0P)及质量中心（COM)图，见 图 10C、 10D、 10E。 图 10C中可见跑步的压力及质量中心分析图且由图中可 见， a至 h依序是上楼步态分析的时间点； a点是右脚掌刚踩到上楼的阶梯 上的信号， 同时也是这次分析定义的起始点， 从该时间点拉出的垂直线可 以清楚看出， 该时间点右脚的膝盖是弯曲超过 60度角， 而左脚膝盖是几乎 没有弯曲的； b 点是左脚掌刚离开地面的信号， 此时左脚膝盖刚弯曲大于 45度角小于 60度角， c时间点是左脚膝盖弯曲度刚大于 60度的信号， 此 时的右脚膝盖虽然仍大于 60度， 但是右脚膝盖目前是处于由大角度恢复为 小角度的状态， d时间点是右脚膝盖刚恢复为小角度的时间点， e点是左脚 跟刚踩上阶梯时的信号， 此时的左脚膝盖角度为大于 60度， 右脚膝盖则仍 处于小于 45度的状态， f 点是右脚跟已经离地且膝盖刚弯曲大于 60度时的 信号， g点则是右脚掌整个离地的信号， h点是右脚掌刚踩到上楼的阶梯上 的信号， 同时也是这次分析定义的终点。 由信号点 a至 h可得知一个完整 上楼步态的循环分析动作。 整个分析范例是以右脚为分析的重点。 a点到 b 点的时间是第一次双脚支撑身体的时间； b点到 e点的时间是右脚单独支撑 身体的时间； e点到 g点的时间是第二次双脚支撑身体的时间； g到 h的时 间是右脚在空中摆动的时间。
图 1 0D中中可见下楼的压力 ^^量中心分析图， 且由图中可看出， a至 e依序是跑步步态分析的时间点； a点是右脚跟刚踩到地面上的信号， 同时 也是这次分析定义的起始点， 从该时间点拉出的垂直线可以清楚看出， 该 时间点右脚的膝盖小于 45度角， 而此时左脚掌整个悬空， 而左脚膝盖是刚 弯曲超过 60度的； b点是右脚尖刚离开地面的信号， 此时右脚膝盖刚弯曲 大于 60度角， 左脚膝盖虽仍则处于 60度角， 但是正要恢复至小于 45度的 状态； c时间点是左脚跟刚踏上地面， 且左膝盖弯曲度大于 45度小于 60度 的信号， 此时的右脚膝盖仍大于 60度， 而 b点与 c点中间这段时间差则是 双脚仍停留在空中的时间， 因为跑步时会有类似于小跳跃的动作出现； d时 间点是左脚尖正要离开地面的时间点， 左膝盖刚弯曲超过 60度的而右膝盖 虽仍则处于 60度角， 但正处于要恢复至小于 45度的状态， e点是右脚跟刚 踩上地面时的信号， 也是这次分析定义的终点。 此时的右脚膝盖角度为小 于 45度， 左脚膝盖则仍处于大于 60角度的状态， 而 d点与 e点中间这段 时间差则是双脚仍停留在空中的时间。
图 1 0E中， a至 f 依序是下楼步态分析的时间点； a点是右脚尖刚踩到 下楼的阶梯上的信号， 同时也是这次分析定义的起始点， 从该时间点拉出 的垂直线可以清楚看出， 该时间点右脚的膝盖弯曲角度小于 45度， 而左脚 膝盖是弯曲大于 60度； b点是右脚跟刚踏入下楼阶梯的信号， 此时右脚膝 盖仍维持小于 45度，而左脚膝盖弯曲仍大于 60度， c时间点是左脚尖离开下 楼阶梯的信号，右脚膝盖刚弯曲超过 60度， 但右脚掌仍踏在下楼阶梯上， d 时间点是左脚尖刚踏入下楼阶梯的时间点， 此时左脚膝盖小于 45度， 右膝 盖大于 60度角， e点是右脚尖刚离开下楼阶梯时的信号， 此时的右脚膝盖 角度为大于 60度， 左脚膝盖则仍处于小于 45度的状态， f 点是右脚尖刚踩 到下楼的阶梯上的信号， 同时也是这次分析定义的终点。
简化的跑步步态见图 1 1， 与正常走路相比， 可测得站立期（A)缩减而摆 荡期（B)增加， 且双腿同时触地的时间（C)很短， 在图 1 1中几乎看不到。 若 在手臂上的衣服有感测器，则可更进一步分析使用者的运动生理， 在正常情 况下，手的摆动愈大表示脚的移动愈快且两者同步，一般是左手与右脚同 步， 右手与左脚同步， 当速度愈快时肘关节弯曲更大， 都可以用来辅助步 态分析及运动生理的精准度， 如此判断使用者的姿态变化就更容易。
简化的前走步态时序见图 12。
简化的倒退步态见图 1 3 , 与正常走路相比， 其相位变化是逆转的。 简化的上楼梯步态见图 14， 与正常步行相比显著不同， 例如当左腿正 开始上楼时，左膝是弯曲超过 45度而非伸直（请参照图 14中的（a)点） ,这是 为了上楼梯不得不然，右脚接触下一阶的是脚跟（图 1 3 中的（b) )，也是一样 在右膝的弯曲大于 45度。 另一方面， 脚跟与脚拇指着地的时间差很小， 两 者几乎同时， 而且膝盖弯曲的时间比在平地上行走多出约一倍。
简化的下楼梯步态见图 15， 与正常步行相比亦为显著不同， 例如图 15 的（a)是右脚在摆荡期结束时当脚尖刚踩到下一阶楼梯的信号， 而不是脚跟 先着地， 同时左膝是弯曲超过 45度， 左脚接触下一阶的也是脚尖（b) 先着 地。 另外， 我们发现在上、 下楼时， 膝部 60度感测器所产生 " 1 " 的时间， 比平地上前后走的行为中所产生 " 1 " 的时间长， 故当膝部弯曲大于 45 度 所花费的时间大于平地行走时， 即可知使用者正在上下楼或上下坡。 另夕卜， 若膝部感测器的临界值愈大， 可以侦测的上下楼或上下坡的倾斜度就越容 易侦测出， 而不会有误判， 例如 60度反应时比 45度反应时间长度都相同 下， 上下坡或上下楼的斜坡度在 60度感测器表示比 45度感测器更倾斜的 情形下才会有相同的时间， 若是 75度感测器在膝部即可得到更高的上下楼 或上下坡变化的反应上。
由步态相位辨认正走、 倒退、 上下梯
综合上述， 正走、 倒退、 上下梯四者的步态相位时序有显著差异， 本 发明可藉查索下表中的 A，B , 来辨认使用者是正在正走、 倒退、 上楼梯或下 楼梯， 当然， 上下坡与上下楼的原理相同， 故可由感测器所测得信号来评 估地面的情形。
表 1 : 正走、 倒退、 上楼梯或下楼梯的逻辑状态表
右脚膝盖 （ 60° ) 0 1 0 0 1 0 0 0
右脚拇指 0 1 0 0 0 0 0 0
右脚脚跟 1 1 1 0 0 0 1 0
当然， 考虑各种干扰因素， 不见得每一步所产生的相位时序都如上表。 本发明可以安装更多感测器在裤子或袜子或衣物上， 以提高辨认的正确率。 例如在裤子臀部装有二个感测器， 则当两足部袜子的感测器都是 " 1" 、 且 两裤子膝部的感测器为 " 1" 、 且臀部感测器也是 "1 " , 即表示使用者坐 着，且椅子高度大于腿的长度导致双腿悬空没有碰触到地。 因为在夏天， 使 用者都穿短裤为多， 固膝关节的感测器改为在大腿部位的裤子放感测器或 裤子在关节（h i t j on i t )设置感测器来取代， 用以侦测人的行动时的腿部运 动， 当然若在裤子上， 所有的位置都放感测器来测步态， 准确度更佳这时 候， 袜子上的感测器无法连接到裤子上的控制器或手机， 故将袜子上的感 测器与鞋子结合，如图 16,其中在袜子上缝有 4个导电丝线 al、 a2、 a3、 a4 相对应在鞋子上有 M、 b2、 b3、 b4的导电材料， 当后脚跟接触地面时， a l 将 bl 的两端接通， 故使 bl 的 " 1" 状态变成 "0" 状态， 同时在鞋子上设 有微处理器来分析、 显示、 储存、 警告或往外传出信号。
另一只袜子也是如此， 两者间可利用无线通讯， 例如 RFID或 ΖΥΒΕΕ相 互传送资讯， 也可与衣服上的微处理器如控制器或手机互动， 最后再与外 面的监控系统利用无线传输互动。
当然袜子与鞋子所形成的感测器也可为多段式， 例如图 17所示， 袜子 上有一半球状的导电材料， 而在相对应鞋子的内衬上有一同心的两组导电 线材 bl、 b2 , bl 的线材间距离小于 b2线材间， 故当后腿跟往下压时， 首 先 a l的导电材料，例如导电砂胶或导电金属片先将 bl的两端线材导通， 当 脚跟继续往下压时， a l又将 b2的两端线材导通， 故在脚跟上同一点就有二 段式的压出表现， 而非前面的单一开关或一段式压力感测器， 同时可在袜 子与鞋子不同地方设立多个多段的感测器， 用以感测步态进行时的压力变 化（cop)， 此时的压力中心（cop)的每一点又可呈现不同的压力变化， 故当 要表现质量中心（COM)时就可看出人的质量中心（COM)的动态变化， 因为每 一点的表现不是单纯的 "0" 换 "Γ ， 而是有所加权， 更能表现出人的质 心（COM)随走动的动态变化。
我们也可将原先 bl、 b2是利用分开的二个导电丝材来与袜子的导电半 球 a l共同组成的多段式压力感测器， 做更准确的分析， 如图 18 , 利用鞋子 上的可变电组或压电材料或可变电容 cl来取代 bl、 b2 , 如图 18 中可变电 组 cl放在鞋子内村上且一端正好相对应于袜子的 a l半球的球中心位置，在 可变电组 cl的两端测电组质， 则当压力愈大时， al半球与 cl的接触愈多， 导致量测 cl 两端的电组随重力增加而值下降同时可测当 cl 为压电材料或 可变电容时。 此时每一个感测器所得的是模拟信号， 总之， 我们将原先袜 子感测器分开， 有一部分在鞋子， 例如是鞋的内衬与袜子的底面； 或是袜 置摄影机 速规或陀 仪来侦 行动上的加速度及角速度， 以辅助我^所 侦测到的资讯更准确。
归纳前述各种步态的时序，可得下列规则，也可用于辨认正走、 倒退、 上 楼梯或下楼梯。
①一般而言， 正走通常是脚跟先着地， 所以脚跟信号会比脚尖先出现。 ②脚跟着地的时， 该脚的膝盖会是小于 45度的状态。
①一般而言，后退通常是脚尖先着地，所以脚尖信号一定要比脚跟信号 提早出现。
②膝盖弯曲超过 60度的信号通常比较接近脚尖信号。
①该脚的踏地信号出现前， 该脚会出现膝盖弯曲超过 60度的信号。 ②该脚踏地信号出现时， 同时膝盖信号会保持在 60度以上。
③该脚膝盖刚打直的信号会出现在该脚的踏地信号内。
④通常是脚跟先着地， 所以脚跟信号会先出现。
①脚尖会先着地， 所以脚尖信号会先出现。
②脚尖讯出现时， 该脚的膝盖信号会是小于 45度状态。
③该脚膝盖刚大于 60度时的信号会出现在该脚的踏地信号时期内。 此外， 可在衣物上加入心跳、 体温、 汗湿、 血氧、 心电图、 血压、 呼 吸等生理感测器与织品感测器相连接， 亦可感测生理机能。
第二较佳实施例
为了使本发明能和一般布料一样耐搓洗且穿着舒适， 本发明使用可曲 挠又耐搓洗的不锈钢丝连接感测器及微控制器， 即以不锈钢丝当传输线，袜 子或衣物裤子当电路板， 不锈钢丝与微控制器之间用服装上常见的按扣或 母子扣连接。 考虑衣物的舒适感， 衣物上的不锈钢丝与按扣或母子扣皆不 宜太多。 若实际应用上有须要安装多个感测器， 本发明可在各织品感测器 旁安装一电阻， 其阻值比例为 2， 然后再串联（图 19B)或并联（图 19A)。 此 原理类似二进制编码， 如图 19B 的电路， 四个感测器可组成的等效电阻有 0, R, 2 R, 3R, 4R, 5R ...最高至 1 5R , 合计 16个数值， 如此可保证不论各织品感 测器如何切换， 串联或并联所成的等效电阻， 都不相同， 即可经由模数转 换（a na 1 og- d i g i 1 conver s i on)之后， 由微控制器分辨各织品感测器的逻 辑状态。 如此可大幅减少导线及按扣或母子扣。
第三较佳实施例
本发明除了分析步态之外， 也可以应用于自行车骑士， 来计算其踩踏 板圏数， 利用轮胎半径为 R，踏一圏为 2 π Ι 从而推估其移动距离及速度，因 为所用的时间由处理器可知。 本发明应用于自行车骑士， 是在两膝关节上 各装一 40及 90度的数字感测器， '骑士走路、 与骑车所得的时序图， 分别 为图 20、 图 21 , 其中右 1及左 1为 40度角感测器， 右 2及左 2为 90度角 感测器。 由于走路时膝关节不会弯超过 90度， 因此图 20中两膝的 90度的 数字感测器皆为 "0"， 仅 40度数字感测器切换。 而在骑车时两膝都至少有 40度弯曲， 因此图 21中两膝的 40度的数字感测器皆为 "0" , 仅 90在度数 字感测器切换， 因为在骑车时， 脚底仍踏在自行车的脚踏板上， 故都是导 通 "0" 的状态， 故只好用膝部的感测器且设定在 90度时才有反应， 则使 分别走或骑车， 因为欢脚周 性产生膝部信号_^袜子信号在双 ^都是 的情形只有骑自行车。 故同时也可分辨使用者的行为状态。 ： 在行走或骑自行车时， 路况必然会影响步态， 本发明利用摄影机、 加 速规或陀螺仪来测知路况， 并且可提高步态辨识的准确度。 例如自行车行 经坑洞或人突然跌倒时， 加速规或陀螺仪会得到相当大的加速度（例如一个 重力加速度以上）或角度变化， 摄影机也会摄得影像有剧烈的变化， 此时微 控制器可暂停辨识步态， 以免误判， 同时可记录路况。
第四较佳实施例
若有需要， 一个数字感测器可以有的三个阶段输出， 见图 22。 此数字 感测器的中心为一个嵌入环形导电橡胶或硅胶的球， 下方有导体成十字型， 但中间部分无导体。 当球受到轻压时， 球中最低的环形导电橡胶碰触下方 导体， 但球中较高的环形导电橡胶不会碰触下方导体， 因此只有一组导体 导通； 当球受到重压时，球中高低两个环形导电橡胶都会碰触下方导体， 因 此有两组导体导通， 更重时则球上三组都通， 故在步态分析时， 同一点如 脚跟，不是只有 "0" 或 "1" 的结果，也可有不同压力或受力大小的表现，例 如大于 20千克压力时， 球的第一组导通， 大于 40千克的重力时， 球的二 组导通， 大于 60千克的力时， 球的三组都通， 这样更可表现出步态的分析 结果。 同时压力中心（COP)的表现更具意义， 同为在图 10A的每一个点又可 呈现压力的变化，例如没外力时为 0,压力在 20至 40千克重时为权重 1 , 压 力在 40于 60千克重时权重为 2， 压力大于 60千克重时为权重 3 , 则在足 跟这一点所呈现的值就有 4种变化而非 " 0" 或 "1"。 质量中心（COM)也就 更具意义了， 因为无论质量中心（COM)或压力中心（COP)的意义不只是看步 态分析时受试者的足底的变化，也可得到足底的不同点在步态周期中的受 压力变化情形。 故在进行质量中心（COM)、 全压（tota l pres sure) , 姿势状 态 (pos ture s ta te)、 及全动作质量 (tota l movement mas s)分析时，每一点 都要加权（例如压力在 40至 60千克则权值为 2)，另外，我们亦可由 ? F*△ t = MV得到冲量变化， 其中 F为作用力， M是使用者质量， V为速度， A t则为 作用时间， 结果 F* A t即为冲量， 例如在脚踏地的时候， 足跟会加重力道， 由 0到 60千克， 就如前面所述， 则在此变化时间.中， 脚跟所受的力随时间 变化， 导致三段式压力感测器随之变化， 故可得到外力与时间的乘积， 即 为冲量， 故不单纯只是压力中心的分析， 还可得到沖量的时间分析图。
第五较佳实施例
脚跟部可装两个以上的数字感测器， 以分辨走路时脚的内侧或外侧先 触地 (俗话是内八或外八字脚）， 见图 23。 对于正常人而言， 同一只脚的两 个脚跟的数字感测器， 其触地的时间差多在一小范围之内， 若两脚差别太 大， 可能是某脚受伤或是病变造成， 相同的道理可在袜子放置更多的感测 器， 则我们所侦测到的步态分析结果不是一直线的信号， 而是左右两脚各 为一立体平面的整体足部步态分析的表现。
第六较佳实施例
本发明可实施于肢体互动的电脑游戏， 把身体的动作输入到电脑， 增 加玩家的乐趣。 例如同时把手臂及身体的信号， 藉由上衣来呈现。 有些日 常生活很少发生的步态会在游戏中发生，例如向左或向右横走，见图 24A， 图 24B, 双脚的四个感测器几乎同时触地或离地； 例如踢正步， 见图 25 , 双膝 几无弯曲， 但双脚四个感测器几乎； 例如坐下， 见图 26 , 双膝同时弯曲； 例如跌倒， 在老人或小孩常见， 见图 27， 双脚四个感测器同时触离地。 故 此系统可分析使用者或动物的行为模式； 若有危险时可发出警告。 对于此 类应用， 可以在衣服上、 袜子、 鞋子、 控制盒、 或行动电话加上摄影机加 速规或陀螺仪， 增加游戏模拟式的力量感觉， 以补数字感测的不足， 同时 在真实的步态分析或运动生理上也可增加准确度。
第七较佳实施例
本发明在实施时， 难免会碰到不理想的状况， 例如使用者在穿衣、 裤 或袜时没有穿正， 或是剧烈运动后衣、 裤或袜偏离原位， 致使感测器信号 误动作， 最常见的是类似一般机械开关常见的弹跳（bounce) , 形式上是周 期极短（小于 0. 1秒）的脉沖。 为了减少误动作， 本发明考量正常人体状况， 归纳出下列规则， 以便对各感测器输出的信号做前处理。
1. 当大角度膝关节感测器被拉开时， 小角度膝关节感测器必然已被拉 开；
2. 以人体的惯性和一般人的肌力， 伸腿屈膝、 抬脚踏地等动作不可能 在小于 K秒时间内完成； 1 在年轻人为 0. 1 , 老年人为 0. 15 , 老年痴 呆症病人为 0.2秒
依上述规则， 本发明对各感测器信号做前处理的程序如下：
1. 对于以上动作周期小于 K秒的正负脉沖都一律消除；
2. 对于较小角度膝关节感测器， 当有信号显示未被拉开而有较大角度 膝关节感测器被拉开时， 即修改较小角度膝关节感测器信号为已拉 开。 、
第 佳实施例 . ： ,
本发明可利用脚跟与脚尖触地的时间差， 来推估走路的速度， 取得近 似值。 见图 28, 在脚跟与脚尖装设数字感测器（S2与 S1) , 两感测器的距离 即为足底长为一定值 d， 当使用者以速度 V向前走， 我们预测其脚底地面接 触的速度 V' 近似于行走速度 V, 其中如图 28两感测器 S2与 S1接触地面的 时间差为 At, 则可测得速度 V' =d/At, 最后 s (step lengh) =V。t+l/2at 2, 也可算出。 另外， 由 V" =V， +at, 其中 a 为加速度， t为左脚与右脚间隔 的时间， V， 为左脚所测得的速度， V" 则是接下来右脚触地所测得， 则使 用者由左脚到右脚所经过的时间 t 也可得到， 由此可得加速度 a, 则可得 s(step lengh) =V0t+l/2at!0 我们可由上监测长时间左右脚的步伐长度、 速 度及加速度变化， 因此也可测得步伐长度、 速度、 加速度的变异度 (variability), 由这些资讯的分析也可得到使用者的状态情形， 若要求较 准确的速度， 使用者可以在定速的跑步机上记录至少两种速度的时间差， 在实际应用时以内插法趋近， 或者利用摄影机加速规或陀螺仪来辅助校正 其准确度。以某一使用者在跑步机上（速度设定为 2km/hr)行走的时序图（图 29)为例，第 1至第 6步伐的两感测器 S1与 S2的时间差依序为 0.32, 0.50, 0.15, 0.35, 0.31, 0.30秒， 其两感测器 S1与 S2的距离为 20厘米， 换算 步行速率为 2.0， 1.28, 4.26, 1.83, 2.06, 2.13 km/hr , 另外， 这六个 步伐间的每一个步伐所需的时间为 0.8、 0.88、 0.57 、 0.57、 1.15秒， 故 可得每一步的加速度为 -0.9、 3.39、 -4.26、 0.4、 0.06Km / hr. sec相对 应所算得的步伐（step lengh)为 0.52、 0.67、 0.48、 0.34、 0.69 米 ， 这 些测得的加速度 a 例如第一步到第二步为 - 0.9, 导致第二步到第三步的 加速度值为 3.39, ，由此亦可看到第二步所增加的步伐为 0.67， 比第一步 所导致， 接着到了第六步我们可看到加 度为 0. 表示受测者已经^应^ 步机的速度也与跑步机同步。 在步态分析上我们可利用这些参数来评断一 个人的步态是否稳定， 若是数值变化太大亦可能是跌倒的前兆， 即可提供 警讯， 相反的我们亦可利用其当作为虛拟游戏的输入。
对于关节的角速度， 亦可评估， 例如膝关节设定于 45度及 65度的感 测器， 则角速度 =6/ t， 其中 t为 45度及 60度感应器启动的时间差， L 为小腿长度， Θ为 15度， 则 L*6则可为摆动 45度到 60度之间的距离， 另 外 L*W可当作膝关节的角速度， 故我们亦可测得在摆动期姿态变化的各个 参数， 来评估受测者的稳定度及变异度。
对于踝关节我们亦可放置两个感测器来侦测其角度， 例如在脚跟与侧 边的两个感测器（S1与 S2)分别代表脚跟着地（10度）及整脚平踩（0度）时， 则这两个感测器所启动的时间差 At即可算出踝关节的角速度 W=10 /At, 如图 30A。
如果在上坡时， 不再是像平地行走一样， 而是受坡度影响， 因此可由 时间差推估。见图 30B,假设脚在脚跟触地至脚尖触地之间是等速圆周运动， 而在正常行走状况下脚跟触地瞬间， 脚底与地面呈 Θ角（10度）， S1与 S2 两感测器触地时间差为 而在上坡时得触地时间差为 At， ， 可推得地 面坡度为 Θ*(Δ - At' )/ Δ10
总之， 有谈到用脚底两点 Sl， S2着地的时间差可得脚底速度 V。 藉量 测得左右脚着地的时间差 ΔΠ、 右脚底速度 V2、 及左脚底速度 VI三者， 由 V2 =Vl+al*Atl, 可推估两脚着地之间的加速度 或藉量测得左脚前后 两次着地的时间差 At2及下一次左脚底速度为 V3， 由 V3=Vl+a2*At2， 亦 可推估左脚前后两次着地的速度 a2。 原则上 Δ?2约为 2*Atl。 由上， 本发 明可以测得运动过程中的加速度， 及每次的速度， 然后再加以统计得其变 异度（variability)。 由变异度可知受测者的步态是否平稳， 且可用来预测 下一步的步态为何， 因为当加速度及速度变异度都固定不变时， 速度也就 维持稳定。 再者， 由距离 S=V*t+0.5*a*t2 , 当速度、 加速度及时间差皆稳 定不变时， 即可预估下一步的步行距离 S。 另一方面， 若是加速度、 速度、 距离等数值变化很大， 表示受测者步态异常， 可能必须提出警报， 例如临 时跌倒或撞到其他人或物。
同样的道理也可由关节处的至少两段角度感测器， 可知其关节的角速 度， 利用这次与下次角速度的值及时间差可求得角加速度。 这样的情形下， 若角加速度或角速度的变异度很小， 则可由这一次的角速度预测下一次的 关节运动的角速度， 且由 L=R*e， 其中 R为关节所在的手臂长度， Θ为变 化角度， 可得摆动长度 L。 若角速度及角加速度维持稳定（即变异度低）， 则 摆动长度 L即可预测。
第九较佳实施例
本发明可利用膝关节感测器被拉开的时间长短， 来推估上下坡或上下 楼梯的坡度， 取得近似值。 当坡度愈陡， 腿必须抬得愈高， 膝关节愈弯曲， 膝关节感测器被拉开的时间也就愈长， 当然我们也可在裤子上设置多段感 测器， 例如： 45度、 60度、 75度三段， 当膝关节由直开始弯， 刚开始只有 45度感测器有产生 'Τ' , 接下来是 45度及 60度感测器都产生 " , 若 是连 75度感测器都是 " , 则代表屈膝角度更大， 意即坡度愈陡。
第十较佳实施例
在图 31为步态分析的流程， 我们可知当使用者前进时脚的脚跟也是先 着地， 但是若地面为上坡地则脚跟着地时间与脚尖着地时间差变短。 相反 地， 若是下坡， 则是前脚尖先着地， 下坡角度大些， 则脚尖与后脚跟所受 的压力分布相反， 即压力会移到脚尖， 这就像穿高跟鞋。 若是再加上上身 的姿态变化， 如图 31， 其中， A所代表着是， 当使用者姿势改变时， 感应 器也同时反应， 并由（身上）多种感测器所提供的资讯来接收开或关 on/off 的相关信号； B所代表着是提供一个资料库， 藉此来比较开或关 on/of f 的 相关信号， 藉此来判断使用者的姿势变化； C所提供的是使用者同时进行的 姿势变化的 3D立体资讯， 则更可准确的侦测到受测者的姿势变化， 亦即可 知道当时人的姿势状态， 例如表 2。
其中， 资料库中的 8位字符串从右到左依次代表右腋， 右肘， 左腋, 左肘， 右臀， 右膝， 左臀， 左膝。
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