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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃思翰
研究生(外文):HUANG,SIH-HAN
論文名稱:手腳復健之動力輔助輪椅
論文名稱(外文):Rehabilitaion of the hands and feet for a Power-Assisted Wheelchair
指導教授:陳沛仲陳沛仲引用關係
口試委員:楊錫凱嚴成文
口試日期:2016-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:南臺科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:手腳復健輪椅動力輔助輪椅扭力觀測器李亞普若夫定理
外文關鍵詞:Hands and feet RehabilitationPower-Assisted WheelchairTorque bserverLyapunov's Theory
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摘要
隨著醫學科技日新月異人類壽命延長,全世界都有高齡化社會的議題,輪椅的需求量也大幅劇增。手動輪椅在長時間的使用易造成手部運動傷害,較多耗氧量及較高的心跳率;而長期使用電動輪椅會因缺少手部運動,而降低心肺功能。因此,本文提出以雙輪圈馬達改裝為動力輔助輪椅,具有可摺疊收納及操作省力等優點。
本文的實驗平台,將輪圈馬達改裝於手動輪椅上,設計出一部具備手腳復健功能及安全舒適之動力輔助輪椅,並以工業電腦為動力輔助輪椅的控制器,用編碼器來測量輪椅兩大輪的轉速,利用扭力觀測搭配李亞普若夫定理估計出輪椅的轉速,由使用者乘坐輪椅上操控輪椅,以實驗方式建立輪椅動態模型與扭力觀測器模型,經由使用者手推動輪椅的左右驅動輪,由實際速度和估計速度的差來得到手部估測力,或由踢動腳部機構的擺動速度來估測腳部踢力,換算成參考轉速之後利用PI速度控制方法,以提供適當的手腳輔助動力,在手腳復健實驗讓馬達不轉動,經由使用者推動左右輪或是踢動腳部復健機構,可辨識出使用者推動輪椅的推動次數與速度以及踢動腳部復健機構的踢擺次數與速度。
最後以三位不同使用者來進行手腳動力輔助實驗和手腳復健實驗,在手腳動力輔助實驗方面,分別以雙手推、單手推、雙腳踢雙手推、單腳踢單手推的實驗得到左右手的推力或是左右腳的踢力、左右輪參考轉速、左右輪的電壓控制信號和左右輪的耗電流,從實驗結果圖可證明不同使用者操作會得到不同的動力輔助,在手腳復健實驗方面,以三位使用者手推動輪椅和踢動腳部復健機構,從實驗結果圖可知,使用者推動輪椅的推動次數和速度,踢動腳部復健機構的次數和踢擺速度。



關鍵字:手腳復健輪椅、動力輔助輪椅、扭力觀測器、李亞普若夫定理

Abstract
As the improvement in medicine, promotes the human life, the world becomes to an aging society gradually, and also increases the demand of wheelchair. In addition, the long-term use of manual wheelchairs could easily lead to hand injuries, more oxygen consumption and higher heart rate, while the long-term use of electric wheelchair could reduces the cardiopulmonary function due to a lack of hand movement. Therefore, a power-assisted wheelchair with two hub motors as the actuators is proposed, which has the advantages of portability and less operating efforts.
Finally, three different users to make hands and feet and hands power-assisted experiments rehabilitation experiment in terms of hands and feet power-assisted experiments were pushing with both hands, one hand push, push hands feet kicking, kicking one leg with one hand push experiment right hand thrust force or kick left foot, left and right wheel reference speed, left and right wheels and the left and right wheels voltage control signal current consumption, from the experimental results shown in Fig prove different users will get different operating power assist, in the hands and feet experimental aspects of rehabilitation to three user's hand pushing wheelchairs and rehabilitation agencies kicking leg, seen from the experimental results in Fig., the user pushes the push frequency and speed of the wheelchair, often kicking leg kick and rehabilitation institutions pendulum speed.






Keywords: Hands and feet Rehabilitation,Power-Assisted Wheelchair, Torque bserver, Lyapunov's Theory.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目次 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 本文架構 3
第二章 控制系統 4
2.1 輪椅之動態模型 7
2.2 手部施力估測 13
2.3 腳部施力估測 14
第三章 實驗平台設計 16
3.1機構配置 16
3.2 電控系統 18
3.2.1 微電腦系統 19
3.2.2 感測系統 24
3.2.3 致動系統 27
第四章 實驗結果與討論 29
4.1輪椅之動態模型與扭力觀測器模型 30
4.2手部施力估測之輔助動力實驗 37
4.3腳部踢力估測之輔助動力實驗 45
4.4手部復健實驗 55
4.5腳部復健實驗 58
第五章 結論與建議 60
5.1 結論 60
5.2 未來研究方向 60
參考文獻 61

參考文獻
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