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研究生:陳建銘
研究生(外文):Chien-Ming Chen
論文名稱:氣動式醫療復健手臂之設計與研究
論文名稱(外文):Design and Research of the Pneumatic Medical Rehabilitation Arm
指導教授:蕭明椿蕭明椿引用關係
指導教授(外文):Ming-Chuen Shiau
口試委員:林鴻興黃勤鎰蕭明椿
口試日期:2010-06-29
學位類別:碩士
校院名稱:修平技術學院
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:氣壓缸復健氣動式手臂動態模型
外文關鍵詞:pneumatic controlrehabilitationrobotic arm
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本論文介紹兩款以氣壓缸動態模型為基礎之氣動式手臂(Pneumatic Robotic Arm;PRA),氣動式手臂為一種讓上肢動作不便之患者所使用的輔助器具。由於手對於身體來說是相當重要的部位,假使手失去原有的弁遄A對於日常生活是有相當嚴重的影響。因此,設計兩款氣動式手臂,使手臂可以達到有效的復健弁遄A即為本研究之目的。
首先建立一個由雙動式單桿氣壓缸和電磁閥所組成的氣動式系統模型,其目的是為了解氣動式驅動器的設計與控制要求。利用該模型取得氣壓缸動態模型的方程式表示式,證實氣壓缸用於氣動式手臂,可以取代傳統馬達,減輕其重量。而未來將透過這些方程式表示式,以便了解氣動式手臂之能量參數,對於往後在控制器之設計上,更能清楚的了解氣動式手臂之性能,達到更加良好之系統控制的穩定性。
同時,在氣動式手臂上安裝壓力感測器來感知患者受到機構帶動時所反應的力量,以提供系統做出最適合患者之動作。目前已經由實驗證實壓力感測器用於氣動式手臂上是可行的。最後將整套系統運用在復健醫學中,透過兩款氣動式手臂引導患者動作,以達到復健之目的。
A robotic arm is developed to act as a part of physical treatment of rehabilitation to restore and maintain functional ability for injured upper extremities. By combination of relay circuit, DSP, the pneumatic cylinders and the electromagnetic valves, the pneumatic controlled robotic arm is proposed in this paper. Via a proper decision of rehabilitation profile of robotic arm, computer program can be compiled first offline. After downloading the profile into DSP, DSP can drive the robotic arm acting as the desired rehabilitation profile by the relay circuit, the pneumatic cylinders and the electromagnetic valves.
This paper first develops an exact model of a pneumatic system consisting of a double-acting single-rod pneumatic cylinder and an electromagnetic valve, with the goal of providing an insight into the design and control requirements for pneumatically actuated systems. Use the model to derive the group equations representing the dynamic behavior of the pneumatic cylinder.
In addition, the pressure sensors are used to detect the force of patients when the pneumatic robotic arm is action. These pressure sensors can provide the appropriate action for the system. Some basic experiments of rehabilitation poses are demonstrated the performance of the pneumatic robotic arm.
中文摘要
英文摘要
誌謝
目錄
表目錄
圖目錄
第一章 緒論
1.1 研究動機
1.2 研究目的
1.3 論文架構
第二章 文獻探討
2.1 復健機器人
2.2 馬達驅動系統
2.3 氣壓驅動系統
第三章 驅動器之動態模型推導
3.1 氣壓缸之動態模型推導
3.1.1 氣壓缸能量方程式(3.2)之 的推導

3.1.2 氣壓缸能量方程式(3.2)之 的推導

3.1.3 氣壓缸能量方程式(3.2)之輸入輸出焓的推導
3.1.4 氣壓缸能量方程式(3.2)之重新推導
3.2 電磁閥之動態模型推導
3.3 方程式之控制方面運用
第四章 設計概念與系統硬體架構
4.1 設計概念
4.2 系統架構
4.3 機械設計之硬體架構
4.3.1 氣壓缸
4.3.2 空氣壓縮機
4.3.3 座椅機構
4.4 電子設計之硬體架構
4.4.1 微處理器
4.4.2 SPCE061A控制板
4.4.3 固態繼電器
4.4.4 電磁閥
4.4.5 壓力感測器
4.4.6 緊急按鈕
第五章 實驗結果與討論
5.1 第一代:可攜式站立之氣動式手臂
5.2 第二代:可調式座椅之氣動式手臂
5.3 第一代與第二代的比較與討論
第六章 結論與未來工作
6.1 結論
6.2 未來工作
參考文獻
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