總計畫:無障礙生活環境科技輔具之研發

行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告

總計畫

中 華 民 國 93 年 3 月 5 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

總計畫:無障礙生活環境科技輔具之研發

Design and Implementation of Assistive Technologies for

Barrier-Free Environment (I)

計畫編號:NSC89-2614-E-002-001 執行期限:自民國 88 年 8 月 1 日起至民國 89 年 7 月 31 日 主持人:國立臺灣大學醫學院 復健科 賴金鑫 教授 一、計畫中文摘要 國內身心障礙者目前約有 48 萬 （包括肢障、視障、聽障、語障、智 障及多重障礙），使發展復健與保健 器材與技術成為我國目前迫切需要面 對的課題。然而目前使用的醫療復健 器材百分之九十需依賴進口，在全民 健保實施之後預計費用更將大幅增 加。有鑑於此，政府已將復健與保健 器材與技術的發展列入重點，希望能 夠大幅的增加國內醫療福祉器材的產 值。故本研究群將集中研究焦點，整 合台大醫學院復健科、台大電機研究 所、與台大醫學工程研究所等基礎及 臨床研究人員，進行『無障礙生活環 境科技輔具之研發』，針對重度肢體 殘障者及視障者（弱視或全盲）生活 環境及復健醫療所需之輔助器材，重 新設計更方便穩定的控制介面（語音 輸入、鍵盤改良），並增加輔具之功 能（電動輪椅、各式家電用品、影像 閱讀顯示系統），最後亦將結合特殊 教育及臨床醫師進行使用成效之評 估，以期增進身心障礙者之日常生活 機能，希望能達到無障礙生活環境社 會之目標。目前第一年初步的成果已 達成預訂的目標並繼續研究之中。 關鍵詞：無障礙環境、科技輔具 二、計畫英文摘要

There are about 480,000 persons with different disabilities in Taiwan. Rehabilitation technique and assistive

technology are the most important issue to our government. However, 90% of assistive devices are imported from other country. It is estimated that the cost for these assistive devices will increase after the program of public insurance carried. Therefore,

Executive-Yan lists the development of rehabilitation technique and assistive technology as a high-priority issue and hope that could increase the productivity of rehabilitation engineering in Taiwan. Therefore, we coordinate the researchers in Department of Physical Medicine and Rehabilitation, Department of Electrical Engineering, and Institute of Biomedical Engineering, National Taiwan University to develop the assistive devices for different disabled person. The goals of this project are to design the assistive devices need by visual disabled person, to develop a convenient and stable interface (speech recognition and keyboard modification), to improve the function of the assistive devices that already have (such as magnifier, electric wheelchair, and in-house-use electronics). Finally the special educators and clinical physicians will evaluate these new devices. Now these first-year goals are achieved and further developments are proceeding.

Keywords: barrier-free environment, assistive technology

三、研究計畫之背景及目的 目前台閩地區領有身心障礙手冊 者共有 48 萬多人（至 86 年第二季， 包括肢障、視障、聽障、語障、智障 及多重障礙），而預估西元 2000 時台 灣老年人口將達 184 萬人（8.35%）， 使得因老年而功能退化所造成的疾病 及失能之身心障礙者人口將急遽增 加。據經濟部的統計結果，上述兩類 使用者的醫療復健器材市場高達二百 四十億，但是國內醫療復健器材百分 之九十需依賴進口。有鑑於此，經濟 部早於民國 80 年就將醫療保健工業列 入十大新興產業之一此外、民國 86 年 政府通過身心障礙保護法及特殊教育 法，明定政府應成立全國殘障科技發 展中心，並積極發展長期身心障礙者 的就業、就學、就醫、就養、經濟安 全與無障礙環境等政策。國科會亦同 時成立「跨越社會殘障的鴻溝」辦公 室，以「人文關懷」為主軸，全力推 動鼓勵國內學者積極從事與殘障復健 科技相關的研究、訓練與服務，以整 合各學門的研究成果，特別是針對國 內身心障礙者的需求。因此，如何研 究發展類似的本土化生活機能及復健 科技輔具，並建立相關的技術能力， 增加醫療復健器材的產值，實為現在 產、官、學界都要正視的問題。國外 多有篇有關研究[1-2]，於此國內尚待 急起直追。 經過本研究群多年殘障輔具設計 經驗的累積之後，在 88 年 8 月至 91 年 7 月之未來三年期間，本研究群將 集中研究焦點，整合台大醫學院復健 科、台大電機研究所、台大醫學工程 研究所等基礎及臨床研究人員，進行 『 無 障 礙 生 活 環 境 科 技 輔 具 之 研 發』，針對重度肢體殘障者及視障者 （弱視或全盲）生活環境及復健醫療 所需之輔助器材，重新設計更方便穩 定 的 控 制 介 面 （ 語 音 輸 入 、 鍵 盤 改 良），並增加輔具之功能（電動輪椅、 各式家電用品、影像閱讀顯示系統）， 最後亦將結合特殊教育及臨床醫師進 行使用成效之評估，以期增進身心障 礙者之日常生活機能，希望能達到無 障礙生活環境社會之目標。 四、研究方法及進行步驟 本計劃預訂三個子計劃同時進 行，這三個子計劃分別為： 子計劃一：具有多重控制能力的電動 輪椅之研發與應用(Ⅰ) （主持人：賴 金鑫） 子計劃一擬發展一具有多項輸入 控制介面的電動輪椅，以提供不同程 度的失能者以依其失能情況自行選擇 控制方法；同時，亦可依環境狀況調 整控制的方法。目前選擇即時性 (real-time)的肌電圖辨識控制系統以及 語音辨識控制系統，做為電動輪椅的 人機介面的控制訊號。 肌電信號辨別是根據肌肉在不同 的收縮形式時，所產生不同 EMG 訊號 特性的現象，以圖型辨識的技術，分 析這些在不同動作所產生之 EMG 訊 號中不同的特性，以分辨出其所代表 的動作意圖。目前以倒頻譜參數 (cepstral parameter)，及最大可能性距 離量測法來辨識所得之 EMG 訊號。 而在語音辨識部份採用現有市售 的語音辨識模組取代之。此模組以功 率頻譜參數，以及最小距離法進行不 同命令的分析辨識，做為電動輪椅的 第二重控制信號來源。 目前第一年發展出能實際應用前 述兩種控制方式，且與現有電動輪椅 控制系統能相互結合之數位處理單 元，並預計於第二年則針對設計完成 之前述系統進行臨床驗證，同時也將 發展出因應不同環境與使用狀況而自 動切換命令輸入方法的智慧型判別 器，使本系統真正可以實際應用在失 能者。

圖一 多重控制電動輪椅的原型照片 (2) 供殘障者使用之簡易鍵盤研製 （主持人：郭德盛） 為因應上肢(手部)肌肉神經傳導 障礙、外傷及協調能力不佳的患者日 益激增,造成此類患者日常生活及工作 不便，急需整合、設計一套簡易電腦 輸入系統，以此克服此類患者在操作 電腦時的障礙，同時藉由此系統幫助 他們達到易於控制電腦、環境及參與 工作的機會。 基於上述動機且延續本所過去對科技 輔具設計、製作的研究成果,進而研製 一套電腦輸入系統—簡易鍵盤,其結構 上利用功能鍵的切換使用，將傳統鍵 盤的鍵數儘可能降低至 20 鍵左右,配 合吾等過去完成之紅外線電腦鍵盤控 制系統使用，以方便肢體傷殘的患者 (手部肌肉協調能力不佳或手指頭截肢 者)操作鍵盤。新研製設計的鍵盤包 括：基本資料輸入鍵及功能鍵等。第 一年研究著重於傳統鍵盤硬體電路的 了解，並收集相關論文資料,同時著手 於簡易鍵盤硬體電路的規劃及設計， 且先以阿拉伯數字及英文字母輸入為 設計主軸。 圖二 第一年研製之簡易鍵盤實體 (3) 適用於視障者之電子放大鏡系統 之研發（主持人：林啟萬） 一般的視覺障礙(vision impairment) 輔具大多以觸覺或聲音來增加視障者 的生活機能，但是因為在視障的定 義中包含有不同程度的弱視 (low-vision)及失明(blind)，視障者有相 當大比例的人數屬於漸進式的弱視情 形，一般相信若能在此階段給予較好 的視覺訊息，則不論是年幼或年長之 視障，在日後之復健中都能有相當大 的助益。有鑑於此，在本計劃中，我 們將針對弱視者研發一套電子放大鏡 系統，初期以使其能在有效之影像輸 入控制下（包括亮度、對比、色差、 視野等條件）達到增加閱讀自習之效 能為目標，將來可進一步配合其他輔 具介面（聲音、觸覺）之使用，成為 一具有整合功能的科技輔具。 第一年子計劃已研發一套桌上型 電子放大鏡原型系統：初期配合 PC、 LabVIEW，以自動對焦、影像擷取、 對比、亮度調整、閱讀掃描等功能為 主。 目前已完成初步系統正進行功能 測試。所設計的電子放大鏡包括以下 三種: 1. 類比式（圖三）: 包括以下內容：

a. Color Camera: 1.AVC 530 與 2.Wates-202D

b. Lens: Computar Lens (MLH-10X) 上述的組合可以在在 lens1 與

object 22cm 時可放大 2.5 倍；在 lens1 與 object 40cm 時可放大 10 倍；在 lens2 與 object 20cm 時 可放大 20 倍。 c.支持器,挾持器,平台 d.9 吋螢幕 2. 類比-數位混合式： 配合 VIDEOSCOPE LKH 1000 可 做一些訊號處理(如 average, enhance, filter)再透過平行列印埠輸入電腦閱 讀。 3. 數位式: a.LabVIEW IMAQ-1408 影像擷 取卡 黑白(可模擬彩色) b.個人電腦 c.LabVIEW 5.1 d.Camera （同類比式） 4. Web Reader: 已可透過網際網路進行影像擷取 與傳輸閱讀。 圖三 類比式電子放大鏡之原型照片 五、計畫成果自評 本計畫的三個子計劃皆達到其第 一年所預訂的目標。各子計劃所設計 的原型電動輪椅、簡化鍵盤、以及電 子放大鏡都已在實驗室初步驗證其實 用性。 目前本總計劃下的研究成果業已 展開初步的臨床評估，確可改善重度 肢 障 及 視 障 的 困 擾 ， 本 研 究 將 於 第 二、三年依原訂的方向繼續努力，同 時預訂將研究內容資料準備完善申請 專利，並發表論文。 六、參考文獻

[1] D. Graupe, J. Salahi and D. Zhang,”Stochastic analysis of myoelectric temporal signatures for multifunctional single-site activation of prostheses and orthoses,''J. Biomed. Eng., vol. 7, pp. 18-29, 1985.

[2] W. J. Kang, J. R. Shiu, C. K. Cheng, J. S. Lai, H. W. Tsao, and T. S. Kuo, 1995.08, “The Application of Cepstral Coefficients and Maximun Likelihood Method in EMG Pattern Recognition,'' IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 42,no.8, pp. 777-785.