步態不穩、肢體癱瘓及動作障礙等都是中風所導致的後遺症，造成患者行走能力的喪失，然而患者的行走能力可以藉由復健訓練恢復，像是跑步機行走訓練。
在此的目的是設立一台可提供行走能力復健的力量測跑步機，這台跑步機是由伺服馬達系統驅動，且具有正向行走與背向行走模式，由於測力板是直接安裝於跑步機的跑帶下方，能夠直接量測行走時的地面反作用力(GRF)，而機台結構、伺服傳輸系統及測力板皆為自行設計與監工製造，伺服控制系統的人機介面亦是自行開發設計。
為了評估跑步機系統的效能，我們比較常規測力板與本文開發的力量測跑步機系統所測得之靜止站立壓力中心指標(COP)，結果顯示兩者在COP的量測並無統計學上的差異，然而原地踏步的結果顯示，所測得之水平方向地面反作用力的失真率會明顯大於垂直方向地面反作用力。

Gait instability, limb paralysis and movement disorder are the sequel of stroke that cause the patients lose their ability to walk. However, the patients’ ability of walking can be recovered by rehabilitation method such as treadmill walking training.
This goal of this work is to setup a force treadmill system for walking ability rehabilitation. The treadmill is driven by a servo motor system and has forward and backward walking modes. By installing force plate under the track surface of the treadmill, the ground reaction force (GRF) of walking can be directly measured. The machine structure, transmission system and force plate are all or partially designed by our laboratory. The man-machine interface of the servo control system is also in-house developed.
To evaluate the performance of this treadmill system, we compare the results of many quiet standing center of pressure (COP) features obtained by a conventional force platform and the force treadmill system developed in this study. The results show that these two set of COP measurements are not statistically different. However, the results of walking on the spot experiments show that the distortions of the measurements of the horizontal GRF components are considerably larger than that of the vertical GRF component.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 xi
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 4
第二章 實驗流程與實驗設備 5
2.1 實驗對象 5
2.2 實驗流程 5
2.3 地面反作用力量測跑步機 7
2.4 伺服系統 11
2.4.1 伺服馬達簡介 11
2.4.2 伺服系統硬體規格 12
2.5 三軸測力板 21
2.5.1 三軸測力板量測機台 21
2.5.2 三軸測力板訊號擷取 22
第三章 訊號處理與分析 24
3.1 測力板訊號處理 24
3.1.1 測力板訊號處理流程 24
3.1.2 電壓轉換係數 25
3.1.3 線性迴歸分析 26
3.1.4 壓力中心原點校正 28
3.2 傳統COP指標 32
3.3 相關係數 34
3.4 總諧波失真率 35
第四章 結果與討論 36
4.1 靜止站立COP傳統指標比較 36
4.1.1 開閉眼傳統指標比較 36
4.1.2 測力板效能之COP指標比較 44
4.2 原地踏步之合力相關性 50
4.3 原地踏步之總諧波失真率 55
第五章 結論與未來展望 64
參考文獻 65
附錄 68

1.張佑萱，發展可檢測行走與平衡能力之自走式跑步機評估系統，2010，國立陽明大學物理治療暨輔助科技研究所碩士學位論文。

2.徐銘宏，以壓力中心特徵比較跑步機正向與逆向行走之步態，2016，國立中山大學機械與機電工程學系研究所碩士學位論文。

3.陳立元，在跑步機上後退步態的力學及肌電圖分析，1995，中山醫學院醫學研究所碩士論文。

4.Grasso R, Bianchi L, Lacquaniti F. (1998). Motor patterns for human gait: backward versus forward locomotion. J Neurophysiol, 80(4), 1868-1885.

5.蔡依菁，倒退步行訓練對改善中風患者復健效益的生物力學研究，2002，國立陽明大學復健科技輔具研究所碩士學位論文。

6.Yang YR, Yen JG, Wang RY, Yen LL, Lieu FK. (2005). Gait outcomes after additional backward walking training in patients with stroke: a randomized controlled trial. Clin Rehabil, 19(3), 264-273.

7.林世欽，倒退行走訓練對老年人平衡能力之影響，2006，國立體育學院運動科學研究所碩士學位論文。

8.Hackney ME, Earhart GM. (2009). Backward walking in Parkinson''s disease. Mov Disord, 24(2), 218-223.

9.Hao WY, Chen Y, Backward walking training improves balance in school-aged boys. Sports Med Arthrosc Rehabil Ther Technol. 2011 3(1): 24.

10.Fritz NE, Worstell AM, Kloos AD, Siles AB, White SE, Kegelmeyer DA. (2013). Backward walking measures are sensitive to age-related changes in mobility and balance. Gait Posture, 37(4), 593-597.

11.Lee M, Kim J, Son J, Kim Y. (2013). Kinematic and kinetic analysis during forward and backward walking. Gait Posture, 38(4), 674-678.

12.Thomas E. Prieto, Joel B. Myklebust, Raymond G. Hoffmann, Eric G. Lovett, Barbara M. Myklebust. Measures of Postural Steadiness: Differences Between Healthy Young and Elderly Adults. 1996.

13.蔡宗儒，建構跑步機的地面反作用力量測平台，2011，國立中山大學機械與機電工程學系研究所碩士學位論文。

14.黃瀜緯，跑步機正向與背向行走對腦波的影響，2015，國立中山大學機械與機電工程學系研究所碩士學位論文。

15.仲成儀器股份有限公司編輯部編著，交流無刷伺服馬達控制，臺北：全華科技圖書股份有限公司，1994，2-3。

16.土手康彥、木下斌編著，許中平、黃煌嘉編譯，無刷伺服電動機的基礎與應用，臺北：全華科技圖書股份有限公司，1990，10-13。

17.羅銘翔，永磁同步馬達調速驅動系統於跑步機之研製，2007，國立成功大學電機工程學系研究所碩士學位論文。

18.何政明，運動跑步機觸控介面之資訊架構設計，2011，國立台灣科技大學工商業設計系設計研究所碩士學位論文。

19.紀培偉，跑步機跑步雙腳相對運動對身體質量中心的影響，2012，國立成功大學體育健康與休閒研究所碩士學位論文。

20.徐志宏，復健跑步機系統設計，2005，國立中興大學機械工程學研究所碩士學位論文。

21.Jansen EC, Vittas D, Hellberg S, Hansen J. (1982). Normal gait of young and old men and women. Ground reaction force measurement on a treadmill. Acta Orthop Scand, 53(2), 193-196.

22.Kram R, Powell AJ. (1989). A treadmill-mounted force platform. J Appl Physiol, 67(4), 1692-1968.

23.Dingwell JB, Davis BL, Frazier DM. (1996). Use of an instrumented treadmill for real-time gait symmetry evaluation and feedback in normal and trans-tibial amputee subjects. Prosthet Orthot Int, 20(2), 101-110.

24.Draper ER. (2000). A treadmill-based system for measuring symmetry of gait. Med Eng Phys, 22(3), 215-222.

25.Bagesteiro LB, Gould D, Ewins DJ. (2011). A vertical ground reaction force-measuring treadmill for the analysis of prosthetic limbs. Braz J Biomed Eng, 27, 3-77.

26.蘇柏霖，發展評估靜止站立穩定性的新特徵變數，2015，國立中山大學機械與機電工程學系研究所博士學位論文。

27.Potvin, A.R., et al. (1980). Human neurologic function and the aging process. J Am Geriatr Soc, 28(1), 1-9.