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研究生:郭鈞宇
研究生(外文):Chun-yu Kuo
論文名稱:架構一台直接式地面反作用力量測跑步機
論文名稱(外文):Constructing a Force Treadmill System with Direct Measurement Capability
指導教授:嚴成文
指導教授(外文):Chen-Wen Yen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
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:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:地面反作用力跑步機伺服系統測力板失真率壓力中心指標
外文關鍵詞:treadmillground reaction forceforce plateservo systemdistortionfeatures of center of pressure
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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。

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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。

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