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研究生:康峽
研究生(外文):KANG, HSIA
論文名稱:智慧型穿戴式助行器
論文名稱(外文):A Passive Wearable Walker
指導教授:鄒國鳳鄒國鳳引用關係
指導教授(外文):CHOU, KUO-FENG
口試委員:湯士滄林育志鄒國鳳
口試委員(外文):TANG, SHIH-TSANGLIN, YU-CHIHCHOU, KUO-FENG
口試日期:2017-07-03
學位類別:碩士
校院名稱:元培醫事科技大學
系所名稱:生物醫學工程系福祉科技與醫學工程碩士班
學門:工程學門
學類:生醫工程學類
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:31
中文關鍵詞:外骨骼助行器3D列印
外文關鍵詞:ExoskeletonWalker3D printing
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這項研究的目的是希望透能夠設計一種半主動的穿戴式助行器協助不良於行的骨骼肌肉障礙者上下樓梯。此智慧型穿戴式助行器包含了感應系統、牽引系統和外骨裝配。當使用者將外骨裝配穿戴於下肢,感應系統可透過足底的壓電感測器感應步伐狀態,利用使用者在上下樓梯時足底壓力訊號變化作為智慧型穿戴式助行器的控制訊號,控制牽引系統中的馬達轉動,當馬達系統啟動後會牽引整個外骨裝配,輔助大腿骨上提及膝蓋彎曲,進行上下樓梯的動作。感應系統使用微控制器處理壓電訊號、閥值判斷並輸出控制訊號至牽引系統,牽引系統利用步進馬達動力及機構設計控制外骨裝置上提動作及膝關節彎曲動作。各部件機構以SolidWorks電腦輔助設計軟體繪製結構圖,並使用3D列印印製實體。
The purpose of this study is to design a smart wearable exoskeleton walker to help the person get up and down stairs. This wearable walker divided into three different subsystems including sensing system, traction system and exoskeleton. The sensing system could transfer the motion of lifting leg from user to an electric signal through FNZ sensor as the exoskeleton control single. The traction system contains a moto gear set and connecting rod. The single from FNZ sensor will switch on the motor to drive whole exoskeleton to get up and down. The processing and determining of signal are achieved by a microprocessor Arduino Mega. The exoskeleton has been designed by SolidWorks computer-aided software and fabricated by 3D printing. The functional testing has been finished by a model doll.
This equipment not only provides the assistive function for climbing but also could be a rehabilitating device for lower limb movement.

口試委員審定書 I
誌謝 II
中文摘要 .III
英文摘要 .IV
目錄 V
圖目錄 VI
表目錄 ………………………………………………………………………..VII
第一章 緒論 1
1.1研究目的與動機 1
1.2助行器的演進 1
1.3外骨骼的類型 2
1.4相關專利分析 4
1.5研究架構 8
第二章 研究方法 9
2.1 系統架構 9
2.2 機構設計 10
2.3 動作程式設計 13
2.4系統電路設計 16
2.5 校正實驗 20
第三章 結果與討論 21
3.1 機構系統 21
3.2 感應系統 22
3.3 動作系統 24
3.4 整合功能測試結果 25
第四章 結論與未來展望 27
參考文獻 28
英文部分 28
中文部分 28
專利部分 29
一、英文部分

1. Maria Martins, Cristina Santos, Anselmo Frizera, Ramón Ceres, “A review of the functionalities of smart walkers”

2. Carmen Constantinescu, Daniela Popescu, Paul-Cristian Muresan, Sebastian-Ioan Stana, “Exoskeleton-centered process optimization in advanced factory environments”

3. Bing Chen, Hao Ma, Lai-Yin Qin, Fei Gao, Kai-Ming Chan, Sheung-Wai Law, Ling Qin, Wei-Hsin Liao, “Recent developments and challenges of lower extremity exoskeletons”

4. Hsien-Yung Huang, Jian-Shiang Chen, Chia-En Huang, “Toward the Gait Analysis and Control of a Powered Lower Limb Orthosis in Ascending and Descending Stairs”

5. Ashish Singla, Saurav Dhand, Gurvinder Singh Virk, “Mathematical modelling of a hand crankgenerator for powering lower-limbexoskeletons”

6. Bing Chen, Chun-Hao Zhong, Xuan Zhao, Hao Ma,Xiao Guan, Xi Li, Feng-Yan Liang, Jack Chun Yiu Cheng,Ling Qin, Sheung-Wai Law, Wei-Hsin Liao, “A wearable exoskeleton suit for motionassistance to paralysed patients”

7. Aibin Zhu, Shengli He, Dayong He, Yangyang Liu, “Conceptual design of customized lower limb exoskeleton rehabilitation robot based on Axiomatic Design”

8. Habib Ali, “Bionic Exoskeleton: History, Development and the Future”

9. Shah Mihir Rajesh, “Design of Human Exo-Skeleton Suit for Rehabilitation of Hemiplegic People”

10. Adam Zoss, H. Kazerooni, “Design of an electrically actuated lower extremity exoskeleton”

二、中文部分

1. 李旻芳、賴榮哲,「下肢外骨骼專利與技術初探」,國立高雄應用科技大學機械與精密工程研究所,台灣碩博士論文,2014。

2. 林南寰、陳建祥,「以肌電訊號為基礎之動力輔具設計與實作」,國立清華大學動力機械工程學系碩士班、台灣碩博士論文、2009。

3. 紅邦祥、蕭俊祥,「以肌電訊號辨識電子手研發」,國立臺北科技大學機電整合研究所,台灣碩博士論文,2012。

4. 李俊延、蔡昆宏,「外骨骼步態復健機器人之設計與開發」,國立臺南大學系統工程研究所,台灣碩博士論文,2007。

5. 李源讚、賴新喜,「視障者定向行動引導輔具之使用評估」,國立成功大學工業設計學系,台灣碩博士論文,2014。

6. 黃志仁、蕭德瑛,「穿戴式下肢輔具之研發設計及效能評估」,國立清華大學動力機械工程研究所,台灣碩博士論文,2011。

7. 簡志偉、游忠煌,「具動態支撐性助行器之研發」,國立陽明大學物理治療暨輔助科技學系,2009

8. 黃建華、斐駿、紀偉民,「使用適型助行器走於斜坡肢動作分析」,南開科技大學福祉科技與服務管理研究所,2008

9. 簡佑霖、宋開泰,「基於使用者施力與重心估測之下肢外骨骼機器人輔助設計」,國立交通大學電控工程研究所,2014

10. 林承胤、楊谷洋,「上肢外骨骼機器人之智慧型控制開發」,國立交通大學電控工程研究所,2015

三、專利部分

1.鄧明昌、王潔明、蔡宜政,「意向偵測與步態調整裝置與方法」,財團法人工業技術研究院,證號:I511715,2015。

2.毛彥傑、王士銘、謝宗倫,「下肢輔助裝置」,錩玄科技有限公司,證號:I519291,2016。

3.蔡昆宏、李俊廷,「步態復健器」,證號:M492738,2016。

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