由於年長者或下肢處骨折患者，因長時間無法運動而導致股四頭肌無法施力之狀況，所以需要針對股四頭肌進行復健。因此本論文結合互動式機器人，設計一套能以坐姿來復健股四頭肌之輔具。此輔具包含兩個模組，分別是彎曲感測模組以及機器人模組。復健者於膝蓋處穿戴我們所設計的彎曲感測模組來偵測復健者抬腳與伸直的復健動作。此時，復健者利用抬腳的復健動作控制機器人前進，並與機器人模組進行趣味格鬥，以達到復健的目的與效果。

As the elderly or lower limb fractures in patients with long time can not exercise and lead to quadriceps can not force the situation, so the need for rehabilitation of quadriceps femoris. Therefore, this paper combined with interactive robots, designed a set of sitting to reinforce the quadriceps of the auxiliary equipment. The accessory consists of two modules, the bending sensing module and the robot module. The healer wears the bend sensing module we designed at the knees to detect the rehabilitation movement of the healer and straightening. At this point, the rehabilitation of the use of lifting the foot of the rehabilitation action to control the robot forward, and the robot module fun fighting to achieve the purpose and effect of rehabilitation.

目錄
致謝 I
圖目錄 VIII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻探討 3
2.1 股四頭肌 3
2.1.1 股直肌 4
2.1.2股外側肌 4
2.1.3股內側肌 5
2.1.4股中間肌 5
2.2 護膝的種類 5
2.2.1圓筒護膝 6
2.2.2髕骨釋壓型護膝 7
2.2.3樞紐式膝關節護具 8
2.2.4髕骨緩衝型膝關節護具 9
2.2.5髕骨加壓束帶型 10
2.3 常見的復健動作 11
2.3.1坐姿腿伸直運動 11
2.3.2膝蓋交替上抬 12
2.3.3靠牆深蹲 13
2.3.4半蹲運動 14
2.4 市售股四頭肌復健器材 15
2.4.1腿部伸展曲腿機 15
2.4.2氣壓式訓練機 16
第三章 系統架構 17
3.1 Arduino UNO 19
3.2彎曲電阻 21
3.3藍芽機器人 22
3.4控制電路 23
3.5機器人軌道 24
3.6髕骨釋壓型護膝 25
第四章 使用互動式機器人於患者復健 27
4.1配戴感測模組 27
4.2復健動作設計 29
4.2.1動作一：坐姿膝伸直運動 30
4.2.2動作二：膝蓋交替上抬 31
4.3互動式機器人競賽 32
4.3.1遊戲一：速度競賽 33
4.3.2遊戲二：拳擊競賽 34
第五章 系統測試 36
5.1 系統功能與穩定度測試 36
5.1.1 測試目的 36
5.1.2 測試重點 36
5.1.3 感測模組測試結果 36
5.2 復健系統之互動性測試 37
5.2.1 測試目的 37
5.2.2 測試結果 37
5.2.3 測試重點 39
5.2.4 問卷結果 40
第六章 結論與未來展望 47
參考文獻 48
附錄一系統操作回饋問卷 50
圖目錄

圖2.1股四頭肌……….…………………………………………… 3
圖2.2股四頭肌介紹….…………………………………………… 4
圖2.3圓筒護膝……………………………………………..……...6
圖2.4髕骨釋壓型護膝…………………………………..………...7
圖2.5樞紐式膝關節護具………………………………..………...8
圖2.6髕骨緩衝型膝關節護具….……………………………… ...9
圖2.7髕骨加壓束帶型………………………………..………….10
圖2.8坐姿腿伸直運動………….…………………………..……11
圖2.9膝蓋交替上抬………………………………………...……12
圖2.10靠牆深蹲….………..………………………………..……13
圖2.11半蹲運動…….………………………..………….….……14
圖2.12腿部伸展曲腿機………………………………………….15
圖2.13氣壓式訓練機…………………………………………….16
圖3.1系統架構圖…………..…………….………….……..…… 17
圖3.2 Arduino UNO……..………………………...……..……….19
圖3.3彎曲電阻……….…………………………….…………….21
圖3.4藍芽機器人…………………………………………….…..22
圖3.5控制電路..………………………………………………… 23
圖3.6機器人軌道………………………………….……..……… 24
圖3.7髕骨釋壓型護膝…………………………………..……… 25
圖4.1感測模組…………………………………………..……… 27
圖4.2輔具配戴姿勢……………………………………..……… 28
圖4.3預備動作…………………………………………..……… 29
圖4.4坐姿膝伸直運動…………………………………..……… 30
圖4.5膝蓋交替上抬…………………………………..………… 31
圖4.6遊戲一：速度競賽……………………………..………… 33
圖4.7遊戲二：拳擊競賽……………………………..………… 34
圖4.8遊戲二：拳擊競賽……………………………..………… 35
圖5.1實測照片…………………………................…..………… 38
圖5.2實測照片…………………………................…..………… 39
表目錄

表3.1系統硬體元件簡表…………………….……….….………18
表3.2 Arduino UNO詳細規格表…………………..…………… 20
表3.3 FS-L-0095-103-ST詳細規格表……………..…………… 21
表3.4髕骨釋壓型護膝規格表……………………..…………… 26
表5.1 復健器材與本論文輔具比較表…………………………..37
表5.2問卷回饋單…………………………………..…………… 40
表5.3問卷回饋單……………………..………………………… 41
表5.4問卷回饋單……………………..………………………… 42
表5.5問卷回饋單……………………..………………………… 43
表5.6問卷回饋單……………………..………………………… 44

[1]內政部統計處，106年第3週內政統計通報(105年底人口結構分析)，內政部統計處，2017 。
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[21] Spectrasymbol FS-L-0095-103-ST datasheet。https://goo.gl/CxMtxA
[22] Autodesk 123D。 https://www.autodesk.com/