訓練手腳的多功能復健手足車，以多種感測器量測復健者訓練資訊與生理訊號的方式，協助醫護人員更精準獲得復健者手腳復健動作的速度與次數、判斷患者肌肉恢復的情形與運動的狀況，也可估測各項體能指標。
產品結構
(承前文)本產品使用多項感測元件與硬體機構完成復健手足車所有功能。如下圖5所示，主要三大模組分為阻力迴轉訓練裝置、生理訊號感測及訓練資訊介面。
系統流程圖
圖6為本系統微控制器運算流程圖。使用者點選開始後，開始進行肌力、拉力、迴轉、心律與血氧感測，直到復健流程完成為止。
微控制器
本產品之主要控制核心，透過接收GPIO、IIC、SPI、AD轉換感測器數值，將得到數據經由UART傳送至藍牙模組，透過藍牙無線傳輸至圖形介面。
踏板升降裝置
本產品使用鋁擠型設計可以調節高度的機構，調整至適合的位置固定後，迴轉裝置能變換成手部轉動復健或是腳踏迴轉復健，也可以適合不同身高的人員使用，如圖7所示。
阻力迴轉裝置
迴轉裝置軸承處安裝磁鐵，當機構轉動時，霍爾元件能夠偵測磁力變化(圖8)。微控制器中GPIO的外部中斷方式，偵測霍爾元件輸出之正緣觸發訊號即可計算出機構轉動的次數。
迴轉裝置透過皮帶輪連結至一個發電機馬達，當迴轉動作帶動發電機時，內部磁場改變進而產生電流。連結電子負載造成踏板轉動時的阻力。調整電子負載功率，達到迴轉時的阻力。當負載功率大時，阻力較大。當負載功率小時，阻力較小。
使用拉力帶時，連結之應變片發生彈性變形會造成細微的電阻變化，產生與動作成正比的電阻值，但是此改變相當細小必須藉由電路是惠斯登電橋以量測電壓變化，再以放大器將訊號放大100倍以上的方式即可估測電阻值並轉寫程式轉換為拉力值。這些功能HX711模組能夠達成，本產品採用此模組經由I2C功能進行通訊讀取對應數值轉換拉力值(圖9)。
生理訊號感測
透過肌肉收縮產生動作電位，感測肌肉運動狀態，用來判斷使用者在進行復健時是否有正確運動到肌肉，避免復健者不當姿勢借力降低復健的效果。如圖10所示，本產品使用肌力感測器MyoWare作為肌肉施力量測元件。該感測器可以轉換肌肉運動時的微量電流，轉換為0~3.3V的電壓訊號。在使用微控制器的數位類比轉換(ADC)功能，計算復健者運動時的肌肉累積運動量。
心律與血氧感測器包含脈搏與血氧儀，可檢測血流中的血氧飽和度。其工作原理為血氧儀中的紅光和紅外線LED交替發出光線，光電二極管用於接收沒有被吸收的光，將接收到的紅光和紅外光的比值進行計算，即可得知血液中含氧的百分比。同時由動脈血流的脈動特性，測量期間還得知脈搏速率和強度(圖11)。
藍牙無線通訊
本系統微控制器透過UART方式，與藍牙模組HC-05通訊連接行動裝置端(圖12)，將感測器數據以自訂的通訊格式傳輸至軟體介面，在復健時及時提供各項復健生理數據。
測試方法
硬體系統安裝
本產品將微控制器晶片、電子負載、藍牙模組及肌肉感測裝置裝設於前方電路板上，左右兩端結合秤重感測器及拉力繩，踏板裝設有霍爾元件、磁鐵等，並於輪椅前方裝設平板裝置，在復健時查看復健時的資訊。同時本產品考量家用便利性，只需針對電路使用USB供電即可進行操作(圖13)。
轉動與阻力感測裝置運行測試
阻力感測裝置可於使用前設定阻力強度，當使用者運用手或腳轉動踏板時，會帶動發電機馬達產生電流，進而產生阻力的變化。如14與15所示，本產品可以進行手部與腳步迴轉復健，相關感測數據也能呈現於畫面之上。
拉力次數感測裝置運行測試
當使用者進行拉力訓練時，拉力感測裝置將會透過拉力繩與秤重感測器偵測使用者施力情形並記錄使用者之數據(圖16)。
肌力感測裝置運行測試
如需監控肌力訊號時，將肌肉感測貼片貼於手腳上，在進行復健時，藉由肌肉收縮變化，獲得復健時的數據變化(圖17)。
(本文作者陳智勇為屏東科技大學智慧機電學士學位學程副教授；林思瀚為該學程學生；陳鈺彰為該校生物機電工程系學生；張育惠為該校木材科學與設計系學生)
感測器監測運動數據 手足車滿足居家復健需求(2)
