臺灣博碩士論文加值系統

在醫療資訊發達的時代，與精密機電設計的潮流下，各國紛紛投入醫療儀器的相關研究，其中智慧型行動輔具為目前各國的研究就點之一。傳統的行動輔具如手杖、四腳仗等，雖提供使用者攙扶的平台，但卻無法靈活且隨使用者身體移動，甚至對身體造成不必要的負擔。為此，本論文設計一台智慧型行動輔具。系統的處理核心為嵌入式開發板PXA270，並用模糊速度調適器控制速度，以適應使用者的移動速度與位於斜坡時所需的重力補償，進而達到平順化的運動控制與人機安全機制。此外，還提供室內定位系統與遠端監控的弁遄C事先在已知環境的天花板佈置landmark，由監控端主機透過無線網路擷取行動輔具攝影機所拍攝的影像。透過定位演算法辨識出攝影機所拍攝的landmark字元，再比對事先佈置的landmark字元，即可以得到使用者座標位置。將資料透過無線網路傳至行動輔具，可經由行動輔具與監控端主機的GUI介面，顯示座標資訊，以完成遠端監控。最後，行動輔具提供一個能夠升降的攙扶平台以適應不同使用者高度。
在探討各類行動輔具的研究後，針對使用者與系統軟硬體需求，選擇實現的機構材料與感測元件，及嵌入式開發板，完成行動輔具的機構裝置、電源電路與感測系統、模糊速度調適器與室內定位系統。

In the project, we developed a robotic walking support system that aims to provide mobility assistance and monitoring for the elderly and handicapped people in daily activities and improve their quality of life. Since general walking assistants, like cane, increase burden when people want to change their directions or go to somewhere, we design an intelligent walking support that equipped with the fuzzy speed adjustment and the localization in an indoor environment. The fuzzy speed adjustment can adapt to user’s velocity and compensate gravity that function is used for user safety on any roads such as the rode with steep sloop. Meanwhile we use landmarks that placed periodically on the ceiling of the environment for localization. The central computer facility reads and processes images of these landmarks taken from an upward-facing IP Camera on the walking support. The central computer would send the exact location of the user to walking support by wireless LAN, when a landmark has been recognized. We also provide a friendly GUI on the central computer and walking support for attendants and users.

摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第1章、 導論 1
第1.1節 研究背景與動機 1
第1.2節 文獻回顧 2
第1.3節 論文架構 4
第2章、 系統設計分析 5
第2.1節 使用者需求分析 5
第2.2節 系統開發架構與簡介 7
第2.2.1節 系統架構簡介 8
第2.3節 系統需求檢核 10
第3章、 系統硬體設計與實現 11
第3.1節 機體設計與製作 11
第3.1.1節 機體設計概述 11
第3.1.1.1節 使用的舒適度 12
第3.1.1.2節 升降裝置 12
第3.1.1.3節 煞車裝置 13
第3.1.1.4節 移動平台 14
第3.2節 系統硬體架構設計與實現 15
第3.2.1節 系統硬體架構 15
第3.2.1.1節 Joystick電路之設計 16
第3.2.1.2節 人機測距超音波 18
第3.2.1.3節 雙軸加速度計(Memsic_2125) 19
第3.2.1.4節 無線網路硬體(WL-330g) 20
第3.2.1.5節 乙太網路交換器(ES-105A) 20
第3.2.1.6節 網路攝影機(DCS-900) 20
第3.2.1.7節 嵌入式硬體平台(PXA270) 21
第3.2.1.8節 3.2.8無線網卡(AWL400) 22
第3.2.1.9節 電源供應電路 23
第4章、 系統軟體設計與實現 26
第4.1節 嵌入式作業系統：Windows CE 26
第4.1.1節 Windows CE簡介 26
第4.1.2節 作業系統開發工具 27
第4.1.3節 應用程式開發工具 29
第4.2節 系統軟體設計流程 30
第4.3節 模糊速度調適器之設計 34
第4.3.1節 模糊速度調適器設計 34
第4.3.2節 基本行為判斷 35
第4.3.3節 卡爾曼濾波器 35
第4.3.4節 模糊速度設計 36
第4.3.5節 行動輔具之增速與減速設計 42
第4.4節 室內定位系統之設計與實現 42
第4.4.1節 室內定位系統簡介 42
第4.4.2節 室內定位系統之影像前置處理 42
第4.4.2.1節 全彩轉灰階 43
第4.4.2.2節 影像二值化 43
第4.4.2.3節 形態學 44
第4.4.2.4節 邊緣偵測 45
第4.4.2.5節 隨機式測圓法 45
第4.4.3節 室內定位系統演算法 48
第4.4.3.1節 Landmark的設計 48
第4.4.3.2節 室內定位系統演算法步驟流程 49
第4.4.3.3節 色塊分析 50
第4.4.3.4節 形態學 51
第4.4.3.5節 邊緣偵測 51
第4.4.3.6節 隨機式測圓法 52
第4.4.3.7節 字元擷取與影像二值化 53
第4.4.3.8節 字元傾斜校正 54
第4.4.3.9節 字元切割 55
第4.4.3.10節 字元正規化 58
第4.4.3.11節 樣板比對 59
第4.4.3.12節 混淆字元辨識 60
第4.4.3.13節 回傳座標位置 60
第5章、 系統整合與測試 62
第5.1節 系統整合 62
第5.2節 系統測試 63
第5.2.1節 L形路徑測試 63
第5.2.2節 S形路徑測試 64
第5.2.3節 爬坡測試 65
第5.2.4節 下坡測試 66
第5.3節 室內定位效果與分析 67
第5.3.1節 室內定位效果測試 67
第5.3.2節 室內與室外轉換定位系統的處理機制 68
第6章、 實驗結論與未來展望 69
第6.1節 實驗結論 69
第6.2節 未來展望 69
參考文獻 71

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