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研究生:陳廷鈺
研究生(外文):CHEN, TING-YU
論文名稱:複合式智慧型助行器之系統設計研究
論文名稱(外文):A Study of Compound Intelligent Crutch-Walker System Design
指導教授:巴白山巴白山引用關係
指導教授(外文):PA, PAI-SHAN
口試委員:修芳仲陳圳卿
口試委員(外文):Fang-Jung ShiouChun-Ching Chen
口試日期:2013-06-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北教育大學
系所名稱:數位科技設計學系(含玩具與遊戲設計碩士班)
學門:電算機學門
學類:軟體發展學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:氫能源高齡化助行器無線通訊實驗法商品化質子交換膜燃料電池
外文關鍵詞:Disabled EldersCrutch-WalkerGPSFuel CellPEMFCCommercialization
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隨著醫療技術的發達,導致國人平均年齡增長,其輔助用品需求隨之上升,且老年人因疾病與老化帶來的生理功能、感官功能退化,導致迷途走失的新聞頻頻傳出,使老年人外出時的行動輔助器已是不可或缺的用具,本研究藉由現今無線通訊及定位技術的蓬勃,設計一款整合全球定位系統GPS與GSM通訊系統,讓傳統使用的助行器提升為可在使用者發生危險或迷路時,利用助行器上的緊急求救按鈕,將座標簡訊發送給使用者家屬及發出警報聲響求助,家屬便可依座標位置尋獲使用者,以增加被尋獲的機率,且助行器為輪式移動,可透過按鍵自主操控,減少銀髮族手部的負擔,提升輔助銀髮族行走的功能。本研究也同時測試評估使用具有無污染、環保優點的氫能源質子交換膜燃料電池,並透過實驗法探討質子交換燃料電池模組架設在產品的可行性,以作為綠色產品的開發基礎,且由實驗結果得出氫能源質子交換膜燃料電池模組,可藉由太陽能板照射陽光所產生的電力,供給質子交換膜電解器產生水電解作用,進而生成氫氣與氧氣,利用氫燃料作為電力,本研究也實際將三組質子交換膜燃料電池串接,達到2.51伏特,經由兩分鐘電解水實驗,使質子交換膜燃料電池提供LED發光時間達30分鐘,而目的在於可利用白天太陽能板發電給電解器產生氫燃料,並儲存在儲氣瓶中,當夜晚無陽光時,使用白天儲存的氫燃料持續供給LED電力,也可使用在當發生危險且助行器無電力時,做為緊急求救的電力,藉由本研究的執行,將能有效建立複合式智慧型助行器之系統技術平台與基本結構之機電整合基礎,俾於未來相關技術延伸應用和商品化基礎平台的建立之參考依據。
The average life expectancy in Taiwan has grown with the rapid advances in medical Science and the demand for assistive devices has risen. News about missing physically or mentally disabled elders is frequent and there is a growing need for mobile assistive devices. This paper describes the design of an integrated walker system with GPS and GSM. There is an emergency button on the wheeled walker that will cause the co-ordinates to be sent to family members and an alarm will be sounded. This increases the chances of the person being found quickly. The wheeled walker can also be controlled by a button and this not only reduces the physical burden on the hands and arms but increases the assistive function. Our paper also tests and evaluates an environmentally friendly way of providing light for the walker at night. A solar panel on the walker can be used during the day to power a proton exchange membrane electrolyser fuel cell (PEMFC). The hydrogen and oxygen generated are stored for later use at night. Three PEMFC in series can give an output of 2.51 volts that can be used to power LEDS when it is dark. The maximum power from the fuel cells is reached within 2 minutes and the LEDs can be run for 30 minutes. We believe that our investigation will lead to the provision of a smart assistive device platform and provide a guiding reference for further application and commercialization.
目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 v
圖目錄 vii
第一章、緒 論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 3
1.3研究範圍與限制 4
1.4研究架構 5
第二章、文獻探討 7
2.1高齡化社會 7
2.2輔具 10
2.3人性化設計 14
2.4無線通訊技術的應用 17
2.5機器人論述之機電整合 18
2.6綠色能源 20
第三章、研究方法與設計工具 27
3.1研究步驟與流程 27
3.2市場調查 29
3.3研究方法 30
3.4研究對象 32
3.5研究工具與設計開發環境 32
3.6機構與系統裝置零件解說如表3-3到3-7: 35
第四章、結果與討論 41
4.1助行器設計主題 41
4.2系統裝置設計與製作 42
4.3複合智慧助行器機構設計與製作 48
4.4助行器系統架構 55
4.5系統操作流程 56
4.6氫氧燃料製造模組及供電設計 57
4.7問卷結果與分析 66
4.8延伸性發展 79
第五章、結論與建議 81
5.1研究結論 81
5.2後續研究與建議 82
參考文獻 85
中文部分 85
外文部分 87
網路資料 88
附錄一 問卷 91
附錄二 GPS及GSM程式碼 94

表目錄
表2-1 台灣65歲以上老人失智症的盛行率研究 8
表2-2 手杖種類 12
表2-3 助行器種類 14
表2-4 按鈕的規格 16
表2-5 高齡者電子產品介面設計 16
表2-6 機器人機電整合系統 19
表2-7 燃料電池種類 22
表2-8 燃料電池特性 23
表3-1 傳統輔具與智慧助行器做比較 29
表3-2 問卷量表計分方式 31
表3-3 機構零件 35
表3-4 系統裝置零件 37
表3-5 質子交換膜燃料電池零件 38
表3-6 電源供應板零件材料 39
表3-7 馬達控制板 40
表4-1 受測性別百分比 66
表4-2 受測者年齡分布 67
表4-3 助行器年資表 68
表4-4 後續研究材質的選擇 69
表4-5 是否曾擔心親屬因迷路而回不了家 70
表4-6 是否曾因使用單支撐點助行器無法站立感到困擾 71
表4-7 增加定位系統是否讓親屬更為放心 72
表4-8 滿意度量表敘述統計 74
表4-9 受測者對本研究助行器安全性提升的同意度 76
表4-10與傳統助行器作輔助行走比較 77
表4-11綠色助行器的開發 78

圖目錄
圖1-1 研究流程圖 6
圖2-1 失蹤人口發生數圖 9
圖2-2 按鈕 15
圖2-3 PEMFC的工作原理圖示意圖 21
圖2-4 2006年燃料電池使用比率 24
圖3-1 研究步驟流程圖 28
圖3-2 Portel99 SE工作介面 32
圖3-3 Keil uVision4操作介面 33
圖3-4 Autodesk 3Ds MAX 2012 系統環境 34
圖3-5 SPSS統計軟體介面 34
圖4-1 GPS模組零件規劃設計 43
圖4-2 GPS模組PCB印刷電路 43
圖4-3 系統模組電路板 44
圖4-4 馬達控制電路 45
圖4-5 馬達控制模組 45
圖4-6 電源供應模組 46
圖4-7 系統裝置關係圖 47
圖4-8 智慧型助行器外觀手稿 48
圖4-9 3Ds MAX繪製智慧型助行器外觀 49
圖4-10 智慧助行器底盤機構 50
圖4-11 智慧助行器握把機構與線路配置 50
圖4-12 按鈕配置 51
圖4-13 輔具裝置配置 51
圖4-14 機構完成製作圖 52
圖4-15 智慧助行器零件分解說明 53
圖4-16 高度與操作模擬示意圖 54
圖4-17 系統階層圖 55
圖4-18 系統流程圖 56
圖4-19 質子交換膜燃料電池模組設計及供電原理運作流程 57
圖4-20 質子交換膜燃料電池模組 58
圖4-21 直立式儲氣槽結構與運作 59
圖4-22 水電解實驗圖 60
圖4-23 排水集氣法實驗圖 61
圖4-24 質子交換膜燃料電池電力供應 62
圖4-25 氫能源供給LED電力實驗 63
圖4-26 按鈕測試 63
圖4-27 底部機構防傾倒測試 64
圖4-28經緯度座標比對 65
圖4-29受測者性別 66
圖4-30 受測者年齡 67
圖4-31 使用者年資 68
圖4-32後續研究材質選擇 69
圖4-33 曾擔心親屬因迷路而回不了家 70
圖4-34 是否因助行器無法站立感到困擾 71
圖4-35 增加定位系統是否讓親屬更為放心 72
圖4-36定位系統增設與否 73
圖4-37 延伸改良機構 79
圖4-38 延伸功能示意圖 80
中文部分
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外文部分
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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