TWI795684B - 感測系統及其配對方法 - Google Patents

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Abstract

一種感測系統及其配對動作被提出。感測系統的配對方 法包括：使多個感測器分別配置在受測體的多個部位；使受測體為至少一設定姿態，並使感測器分別提供的多個方位資訊；接收感測器所分別提供的方位資訊；以及，依據方位資訊以識別出感測器所分別配置的部位。其中，在受測體為至少一設定姿態的其中之任一時，感測器分別提供的方位資訊中，至少其中之二不相同。

Description

感測系統及其配對方法
本發明是有關於一種感測系統，且特別是有關於一種可快速完成與感測器間配對動作的感測系統。
對於進行復健治療的患者，身體軀幹及肢幹的某些部位彎曲角度的程度是一項重要的評量指標。在電子科技進步的今天，常借助電子儀器的幫助，以降低因人而異的量測不精確性。
在現今的技術領域中，可在所要量測的標的上安裝多個微機電感測器(MEMS sensor)，並藉由微機電感測器的空間方向定位，經由數學運算，得到任兩個微機電感測器間的實際夾角，再藉由數學三角函數向量投影的計算便能精確的算出該夾角在矢狀面(sagittal plane)、額狀面(median plane)及水平面(horizontal plane)的實際角度。
為了量測出有效的數據，必須知道各個微機電感測器配置在人體的哪個位置。習知技術常透過將限定的微機電感測器設置在特定的部位，或透過人工的方式，逐一針對配置在人體不同 部位的微機電感測器逐一進行設定，降低使用上的便利程度。
本發明提供一種感測系統及其配對方法，可快速執行感測器的配對動作。
本發明的感測系統的配對方法包括：使多個感測器分別配置在受測體的多個部位；使受測體為至少一設定姿態，並使些感測器分別提供的多個方位資訊；接收感測器所分別提供的方位資訊；以及，依據方位資訊以識別出感測器所分別配置的部位。其中，在受測體為至少一設定姿態的其中之任一時，感測器分別提供的方位資訊中，至少其中之二不相同。
本發明的感測系統包括多個感測器以及一偵測裝置。感測器用以配置在受測體的多個部位。偵測裝置電性耦感測器。其中受測體設定為至少一設定姿態時，感測器分別提供的多個方位資訊，偵測裝置並用以接收感測器所分別提供的方位資訊，以及依據方位資訊以識別出感測器所分別配置的部位。其中，在受測體為至少一設定姿態的其中之任一時，感測器分別提供的方位資訊中，至少其中之二不相同。
基於上述，本發明實施例透過使受測體為一個或多個設定姿態，並藉以使受測體在為任一設定姿態時，設置在受測體的感測器所分別提供的多個方位資訊中，至少其中之二不相同。透過辨識方位資訊間的差異，以判斷出多個感測器分別對應的受測 體的多個部位。藉此，可快速且自動化的完成感測器的配對動作，提升使用上的便利性。
200、201、700:感測系統
210、240:受測體
211、212、241~244:部位
220、230、720:偵測裝置
600、900:感測器
610-1:發光二極體提示燈
610-2:震動提示元件
620:慣性偵測元件
630:處理器
640:無線通信介面
650:電源開關
660:電源供應元件
661:充電器
662:電池
670:記憶體
710:中繼器
910:電源開關
920:發光二極體提示燈
ANT:天線
DG:參考向量
DI1~DI4、A、B、C、D、E:方位資訊
DI1A:指向向量
PIN1、PIN2:電源接腳
QRC:識別碼資訊
RSURF:參考平面
S1、S2:表面
S110~S140、S510~S570:配對步驟
SC1~SCN:容置空間
SEN1~SENN:感測器
VCP:充電電源
a、b、a’、b’:夾角
圖1繪示本發明實施例的感測系統的配對方法的流程圖。
圖2A繪示本發明實施例的感測系統的示意圖。
圖2B繪示本發明另一實施例的感測系統的示意圖。
圖3繪示指向向量的產生方式的示意圖。
圖4A、圖4B繪示本發明另一實施例的感測系統的配對方法的示意圖。
圖5繪示本發明實施例的感測系統的配對方法的流程圖。
圖6繪示本發明實施例的感測器的示意圖。
圖7繪示本發明另一實施例的感測系統的示意圖。
圖8繪示本發明實施例的中繼器的一實施方式的示意圖。
圖9A以及圖9B繪示本發明實施例的感測器的實施方式的示意圖。
請參照圖1，圖1繪示本發明實施例的感測系統的配對方法的流程圖。在本實施例中，感測系統包括偵測裝置以及多個感測器。在本實施例中，感測系統的配對方用以識別感測器分別設 置的位置。其中，步驟S110中，使多個感測器分別配置在受測體的多個部位，接著，在步驟S120中，使受測體為一個或多個設定姿態，並使感測器分別提供多個方位資訊。步驟S130中則在受測體為每一個設定姿態時，接收感測器所提供的多個方位資訊，並在步驟S140中，依據具有差異的方位資訊來判斷出多個感測器所分別配置的受測體的多個部位。
在本實施例中，方位資訊可以透過(但不限於)四元數(quaternion)及/或重力軸夾角的形式來表示。
在此請注意，在本實施例中，當受測體為任一設定姿態時，可以使多個感測器所分別提供的多個方位資訊中，具有至少其中之二是不相同的。也因此，依據受測體為每一設定姿態，可依據具有差異的至少二方為資訊來判斷出二個或二個以上的感測器所在的部位。
在本實施例中，若當受測體為第一設定姿態，而所有的感測器所分別提供的多個方位資訊皆可以具有差異時，可一次性的判別出所有的感測器所在的部位。若當受測第一設定姿態時，無法判別出所有感測器所在的方位時，可使受測體為第二設定姿態，並執行感測器的方位資訊的差異的判斷動作。上述的動作可以持續執行，直至所有的感測器所在的部位居被判斷出為止。
附帶一提的，本發明實施例中的多個感測器可以都是相同的電子元件，各感測器並可以設置在受測體的任意部位上。
以下可參照圖2A，圖2A繪示本發明實施例的感測系統 的示意圖。感測系統200包括多個感測器SEN1、SEN2以及偵測裝置220。感測器SEN1、SEN2可以分別配置在受測體210的多個部位211以及212上。在本實施例中，部位211以及212間可具有可活動的關節，並透過調整，可以使受測體210成為一個或多個設定姿態。感測器SEN1、SEN2為微機電感測器。感測器SEN1、SEN2並分別依據所在位置所產生的慣性，來分別提供方位資訊DI1以及DI2。在圖2A中，部位211以及212間距有一彎折角度以形成一設定姿態，而感測器SEN1、SEN2則分別提供方位資訊DI1以及DI2。
偵測裝置220透過無線的方式電性連接至感測器SEN1、SEN2，並接收方位資訊DI1以及DI2。在本實施例中，當受測體210在一設定姿態下，感測器SEN1、SEN2分別提供不相同的方位資訊DI1以及DI2。而偵測裝置220可透過辨識方位資訊DI1以及DI2間的差異，對應設定姿態，以判斷出感測器SEN1、SEN2所分別設置的部位211以及212。
在本實施例中，偵測裝置220可以是具運算能力的任意手持式或固定式的電子裝置，例如智慧型手機。智慧型手機可透過執行應用程式，並透過與感測器SEN1、SEN2連接，以進行感測器SEN1、SEN2的配對動作。偵測裝置220可提供圖形化使用者介面(graphic user interface,GUI)，來讓測試者操作並完成感測器SEN1、SEN2的配對動作。
在本實施例中，以感測器SEN1為範例，感測器SEN1所 提供的方位資訊DI1可以包括感測器SEN1的指向向量以及對地角度。其中請參照圖3繪示的指向向量的產生方式的示意圖，感測器SEN1可預先設定一參考平面RSURF，並依據參考平面RSURF的法向量以產生指向向量DI1A。其中，參考平面RSURF實際上為一假想之平面，僅供判斷指向向量DI1A，而非一實際存在之平面。
請重新參照圖2A，在本實施例中，偵測裝置220可以透過例如藍芽的無線傳輸方式來接收方位資訊DI1以及DI2。或者，偵測裝置220也可以透過其他任意形式的無線通信方式來接收方位資訊DI1以及DI2，沒有固定的限制。
另外，關於方位資訊DI1以及DI2間的差異的判斷機制中，方位資訊DI1以及DI2間需具有一定程度的差異，偵測裝置220才可判定方位資訊DI1以及DI2是不相同的。例如，基於三度空間座標，偵測裝置220可判斷方位資訊DI1以及DI2分別在不同的卦限上時，偵測裝置220方可判定方位資訊DI1以及DI2是不相同的。或者，偵測裝置220也可計算方位資訊DI1以及DI2的角度差，當這個角度差大於一個預設值時，偵測裝置220方可判定方位資訊DI1以及DI2是不相同的。
以下可參照圖2B，圖2B繪示本發明另一實施例的感測系統的示意圖。感測系統201包括多個感測器SEN1~SEN4以及偵測裝置230。感測器SEN1~SEN2可以分別配置在受測體240的多個部位241~244上。感測器SEN1~SEN2並分別依據所在位置所產 生的慣性，分別提供方位資訊DI1~DI4。其中，本實施例的感測系統中，在進行實際上的偵測動作前，可針對一設定姿態，預設方位資訊DI1與一參考向量DG的夾角為a；方位資訊DI2與參考向量DG的夾角為b；方位資訊DI3與參考向量DG的夾角為-b’；方位資訊DI4與參考向量DG的夾角則為-a’。偵測裝置230可針對夾角a、b、-b’以及-a’加上一容忍值(例如為正負20度)，可以分別獲得25度~65度、115度~155度、-155度~-115度、-65度~-25度間等四個預設範圍。其中，參考向量DG依據感測器SEN1~SEN4對地的方向來產生。
在進行實際上的偵測動作時，偵測裝置230可透過無線傳輸的方式接收感測器SEN1~SEN4分別傳輸的方位資訊DI1~DI4，並獲得出上述的多個夾角x、y、z以及w。以夾角x、y、z以及w分別為40、150、-100、-55度為範例，可判斷出各個感測器SEN1~SEN4所提供的方位資訊DI1~DI4分別落入哪一個預設範圍中，並可藉此獲知感測器SEN1~SEN4對應設置的部分。
在本實施例中，部位241以及242可以是相互連接的，部位243以及244也可以是相互連接的。並且，部位241以及242可以分別是人的第一上臂以及第一前臂，部位243以及244則可以分別是人的第二前臂以及第二上臂。然本發明不以此為限，於其他實施例中，感測器SEN1~SEN4彼此之間亦可設置於非相互連接的部位。
以下請參照圖4A、圖4B以及圖5，其中圖4A、圖4B 繪示本發明另一實施例的感測系統的配對方法的示意圖，圖5繪示本發明實施例的感測系統的配對方法的流程圖。在步驟S510中，使感測器SEN1~SEN5分別配置在人體(受測體)的肢幹中。其中感測器SEN1配置在第一手(右手)的上臂部位；感測器SEN2配置在第一手的前臂部位；感測器SEN3配置在人體的胸部的中心部位；感測器SEN4配置在第二手(左手)的上臂部位；感測器SEN5則配置在第二手(左手)的前臂部位。
步驟S520中則啟動配對識別程序，並在步驟S530中，使人體為設定姿態1(如圖4A所示的直立姿態)。在此同時，感測器SEN1~SEN5分別提供方位資訊A、D、B、C、E。
步驟S540中，針對所有部位上的感測器SEN1~SEN5使否都可以識別進行判斷。其中，在圖4A中，方位資訊A、D是相近的而無法有效區別，方位資訊C、E是相近的而無法有效區別，並僅能區別感測器SEN1、SEN2為的第一組；感測器SEN3為第二組；而感測器SEN1、SEN2則為第三組。
基於無法識別出所有的感測器SEN1~SEN5所在的部位，步驟S550可被執行，並使人體成為設定姿態2，如圖4B所示。在圖4B中，感測器SEN1~SEN5所分別提供方位資訊A、D、B、C、E均不相同，並可有效的進行區別。因此，步驟S560中，判斷可識別出所有的感測器SEN1~SEN5所在的部位，則可執行步驟S570以確定部位辨識成功，並結束此流程。
在此請注意，若步驟S560中，判斷出仍無法辨識出所有 的感測器SEN1~SEN5所在的部位，則可以使人體為另一設定姿態(設定姿態3)或重新成為設定姿態1，並進行進一步的辨識動作。而若步驟S540中已判斷出所有的感測器SEN1~SEN5所在的部位均已完成辨識，則可以直接執行步驟S570並結束此流程。
基於人體結構上的差異，本實施例中的設定姿態可以依據每個人體的狀態進行設定。例如，當受測的人體可能因為特定原因而導致手肘關節無法過度彎曲時，可以透過抬高上臂或任意受測人體可完成的動作來進作為設定姿態。重點在於，受測人體可透過設定姿態來使感測器可以產生有效差異的方位資訊，即可以完成感測器所在的部位的辨識動作。
雖然圖4A以及圖4B的感測器SEN1~SEN5均設置在人體的上部肢體，但在本發明其他實施例中，感測器也可設置在人體的下部肢體上。圖4A以及圖4B的感測器SEN1~SEN5的設置方式僅只是說明用的範例，並不用以限縮本發明的範疇。
請參照圖6，圖6繪示本發明實施例的感測器的示意圖。感測器600包括由發光二極體(light emitting diode,LED)提示燈610-1以及震動提示元件610-2所構成的提示元件、慣性偵測元件620、處理器630、無線通信介面640、電源開關650、電源供應元件660以及記憶體670。慣性偵測元件620用以依據感測器600的慣性狀態以產生多軸資訊(例如為6軸資訊)。處理器630耦接慣性偵測元件(Inertial Measurement Unit,IMU)620，用以針對多軸資訊進行座標轉換運算以產生方位資訊。無線通信介面640則 耦接處理器630，用以透過天線ANT發送方位資訊。
另外，記憶體670可用以儲存處理器630所需要的設定資料及/或暫存資料。記憶體670可以為任意形式的記憶體，沒有特定的限制。電源供應元件660包括電池662以及充電器661。電源供應元件660可透過電池662提供感測器600所需要的操作電源。電池662可以為可充電的電池，並可透過充電器661所執行的充放電管理動作以進行充電或放電的動作。
電源開關650耦接至處理器630，並用以操控感測器600的啟動與否。當感測器600被啟動時，處理器630可啟動慣性偵測元件的偵測動作，並透過無線通信介面640以傳送方位資訊。在本實施例中，無線通信介面640可以為藍芽通信介面，或也可以為其他形式的無線通信介面，沒有特定的限制。
LED提示燈610-1以及震動提示元件610-2則分別以光能以及動能的方式進行感測器600的工作狀態的提示作用。當然，在本發明其他實施例，也可透過設置蜂鳴器的方式，透過聲波來進行提示動作，沒有特定的限制。
以下請參照圖7，圖7繪示本發明另一實施例的感測系統的示意圖。感測系統700包括多個感測器SEN1~SENN、中繼器710以及偵測裝置720。中繼器710電性耦接在感測器SEN1~SENN與偵測裝置720間。中繼器710可以做為傳送感測器SEN1~SENN所提供的方位資訊的中繼站。中繼器710透過無線通信的方式接收感測器SEN1~SENN所提供的方位資訊，並再將方位資訊轉傳 送至偵測裝置720。
在本實施例中，中繼器710與偵測裝置720間可以透過有線或無線通信的方式來進行方位資訊的傳輸動作。在本發明部分實施例中，偵測裝置720可透過遠端監控的方式，藉由中繼器710來執行感測器SEN1~SENN的配對動作。
請同時參照圖7以及圖8，其中圖8繪示本發明實施例的中繼器的一實施方式的示意圖。在圖8中，中繼器710上可以設置多個容置空間SC1~SCN。在感測系統700為閒置狀態時，中繼器710可提供容置空間SC1~SCN以分別容置感測器SEN1~SENN。在此同時，中繼器710可提供充電電源VCP至容置空間SC1~SCN，並針對感測器SEN1~SENN進行充電動作。
請參照圖9A、9B，圖9A以及圖9B繪示本發明實施例的感測器的實施方式的示意圖。感測器900具有相對的第一表面S1以及第二表面S2。第一表面S1上可設置電源開關910以及發光二極體提示燈920。透過按壓電源開關910可以開啟感測器900，伴隨震動指示使其進行工作狀態。發光二極體提示燈920可以對應被點亮，以告知使用者目前感測器900正常動作中。發光二極體提示燈920也可透過顯示的顏色來表示感測器900的工作情況，例如顯示綠燈來表示感測器900正常工作，顯示紅燈表示感測器900發生故障或電壓不足。
在圖9B中，感測器900的第二表面上可設置電源接腳PIN1、PIN2。當感測器900被設置在中繼器的容置空間中時，可 以透過電源接腳PIN1、PIN2以接收充電電源。如此，感測器900可依據充電電源已被充電。另外，感測器900的第二表面上還設置一識別碼資訊QRC。在本實施方式中，識別碼資訊QRC可以是快速響應矩陣圖碼(quick response code,QR code)，或其他任意形式的識別圖案。識別碼資訊QRC用以提供偵測裝置以執行掃描動作，並據以進行偵測裝置以及感測器900間的配對動作。
綜上所述，本發明透過使受測體為一個或多個預設姿態。並藉由預設姿態，來使受測體的多個感測器，所提供的方位資訊中，至少其中之二是不相同的。如此一來，依據不相同的方位資訊，感測器所在的部位可以獲得辨識，並可快速完成感測器的配對動作。
S110~S140:配對動作

Claims (14)

  1. 一種感測系統的配對方法，包括： 使多個感測器分別配置在一受測體的多個部位； 使該受測體為至少一設定姿態，並使該些感測器分別提供的多個方位資訊； 接收該些感測器所分別提供的該些方位資訊；以及 依據該些方位資訊以識別出該些感測器所分別配置的該些部位， 其中，在該受測體為該至少一設定姿態的其中之任一時，該些感測器分別提供的該些方位資訊中，至少其中之二不相同。
  2. 如請求項1所述的配對方法，其中各該方位資訊包括對應的各該感測器的一指向向量以及一對地角度。
  3. 如請求項1所述的配對方法，其中使該些感測器分別提供的該些方位資訊的步驟包括： 使各該感測器透過一慣性偵測元件以產生一多軸資訊；以及 針對該多軸資訊進行座標轉換運算以產生各該方位資訊。
  4. 如請求項1所述的配對方法，其中接收該些感測器分別提供的該些方位資訊的步驟包括： 提供一偵測裝置透過一無線通信介面以接收該些方位資訊。
  5. 如請求項4所述的配對方法，其中依據該些方位資訊以識別出該些感測器所分別配置的該些部位的步驟更包括： 在該受測體為一第一設定姿態時，提供該偵測裝置查找出不相同的多個第一方位資訊，並查找出分別對應該些第一方位資訊的多個第一感測器分別對應的該些部位； 提供該偵測裝置以判定是否有相同的多個第二方位資訊；以及 在當偵測裝置判定有相同的該些第二方位資訊時，使該偵測裝置發送一提示信號，並使該受測體變更為一第二設定姿態。
  6. 如請求項5所述的配對方法，更包括： 在該受測體為該第二設定姿態時，提供該偵測裝置查找出不相同的多個第三方位資訊，並查找出分別對應該些第三方位資訊的多個第二感測器分別對應的該些部位。
  7. 一種感測系統，包括： 多個感測器，用以配置在一受測體的多個部位；以及 一偵測裝置，電性耦接該些感測器， 其中該受測體設定為至少一設定姿態時，該些感測器分別提供的多個方位資訊，該偵測裝置用以： 接收該些感測器所分別提供的該些方位資訊，以及依據該些方位資訊以識別出該些感測器所分別配置的該些部位， 其中，在該受測體為該至少一設定姿態的其中之任一時，該些感測器分別提供的該些方位資訊中，至少其中之二不相同。
  8. 如請求項7所述的感測系統，其中各該感測器依據一指向向量以及一對地角度以產生對應的各該方位資訊。
  9. 如請求項7所述的感測系統，其中各該感測器包括： 一慣性偵測元件，用以產生一多軸資訊； 一處理器，耦接該慣性偵測元件，針對該多軸資訊進行座標轉換運算以產生各該方位資訊；以及 一無線通信介面，耦接該處理器，用以發送各該方位資訊。
  10. 如請求項9所述的感測系統，其中各該感測器更包括： 一提示元件，用以執行各該感測器的工作狀態的提示動作； 一電源供應元件，提供各該感測器的一操作電源；以及 一記憶體，耦接至該處理器。
  11. 如請求項7所述的感測系統，更包括： 一中繼器，耦接在該些感測器以及該偵測裝置間，用以傳送該些方位資訊至該偵測裝置。
  12. 如請求項11所述的感測系統，其中該中繼器包括多個容置空間，用以在該感測系統在閒置狀態時容置該些感測器。
  13. 如請求項12所述的感測系統，其中該中繼器提供一充電電源至該些容置空間，以對該些感測器進行充電動作。
  14. 如請求項7所述的感測系統，其中該偵測裝置用以： 在該受測體為一第一設定姿態時，查找出不相同的多個第一方位資訊，並查找出分別對應該些第一方位資訊的多個第一感測器分別對應的該些部位； 判定是否有相同的多個第二方位資訊；以及 在當偵測裝置判定有相同的該些第二方位資訊時發送一提示信號，並使該受測體變更為一第二設定姿態。
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