臺灣博碩士論文加值系統

本研究發展新型無線多軸慣性量測系統，採用慣性感測器進行姿態量測，並規劃足部壓力感測陣列，使用加速度計和陀螺儀與力敏電阻進行步態相關姿態之擷取，建立多功能穿戴式動態量測系統。感測器之姿態量測資訊，透過單晶片ATmega 328進行資料擷取後，以無線傳輸模組NRF24L01建立多點傳輸星狀網路，並發送至電腦端，進行即時資料分析。本研究採用LabVIEW2013撰寫自動化姿態演算程式，具即時收發、紀錄、與單鍵分析功能，可同時輸入受測者身高、體重、BMI等身體基礎數值，完成一多參數人機系統。慣性感測器進行姿態擷取過程中將獲得平均步態角度變化、步頻、動態擺動期、靜止期等22種步態參數，進行資料庫建立，使受測者可經由資料庫，分析即時姿態特徵。可有效幫助被測者進行長時間多元性姿態分析和紀錄，藉此幫助醫療人員，對受測者進行物理性治療成效評估。

目錄
致謝 i
中文摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xii
第一章 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2. 研究動機與目的 2
1.3. 文獻回顧 3
1.4. 論文架構 16
第二章 原理分析 17
2.1. 穿戴式慣性運動感測模組設計 17
2.2. 步態週期 19
2.3. 加速度計感測原理 20
2.3.1. 壓電式加速度感測器 20
2.3.2. 壓阻式加速度感測器 20
2.3.3. 電容式加速度感測器 21
2.3.4. 加速度計傾角量測 22
2.5. 陀螺儀感測原理 24
2.5.1. 陀螺儀角度量測 24
2.6. 巴特沃斯濾波器(Butterworth Filter) 25
2.7. 信號向量強度(Signal Vector Magnitude) 26
2.8. 傅立葉轉換與功率頻譜 26
2.9. 互補式濾波器(Complementary filter) 27
2.10. 足部壓力評估 29
2.11. 單晶片微處理機 32
第三章 系統設計與製作 33
3.1. 慣性感測器選用 33
3.2. 壓力感測元件校正 35
3.3. 感測訊號擷取與分析 38
3.4. NRF24L01 無線傳輸模組 38
3.4.1. RF星狀網路傳輸程式規劃 39
3.5. 多功能運動感測模組製作 41
3.5.1. 慣性運動感測模組製作 41
3.5.2. 足部壓力感測模組製作 45
3.6. 智慧型多功能運動感測介面流程設計與介面編譯 47
3.6.1. 慣性運動感測介面設計與編譯 47
3.6.2. 足部壓力感測介面設計與編譯 51
第四章 量測分析與討論 53
4.1. FSR足部壓力量測 53
4.1.1. FSR感測器校正 53
4.1.2. FSR足壓感測陣列量測 55
4.2. 步態功率譜量測 57
4.3. 受測者資料 60
4.4. 步態偵測 61
4.4.1. 數據前處理 61
4.4.2. 健康受測者步態參數量測 62
4.4.3. 模擬異常步態 65
4.4.4. 模擬左側腳異常 70
4.5. 結果分析 73
第五章 結論與未來展望 82
5.1. 結論 82
5.2. 未來展望 84
第六章 參考文獻 85