臺灣博碩士論文加值系統

全世界65 歲以上的高齡人口將在2020 年後邁入高峰，在臺灣，經由中華民
國內政部統計，65 歲人口總數已於2018 年4 月突破臺灣總人口數的14.1%，正式
進入高齡社會，預估將在2026 年內邁入超高齡社會。多數已開發國家地區因出生
率偏低，導致人口結構日益老化，因應人口老化的急速增長，照護者的負擔也逐
漸增大，甚至供不應求照護者包含了物理治療師、看護者、外傭…等需付出長時
間與耗體力的工作族群，在照護過程中一有些運動或工作傷害便可能連帶影響受
照護者的服務，嚴重者更會造成終身的舊傷，而外骨骼機器人是一種讓照護者降
低運動傷害的方式之一。因此，對照護者而言，外骨骼機器人成為下個世代重要
的醫療輔助器材。本研究主要以了解照護者在選擇外骨骼機器人時所考量的要點
與想法並加以解決與改善，進而讓照護者在未來能接受此科技產品。
本研究主要以有醫療知識背景的物理治療師為潛在用戶，透過與60 位潛在用
戶和4 位專家的訪談與問卷調查分析中，將所蒐集之數據彙整並利用半結構式問
卷訪談法進行評比，得出新型外骨骼裝置設計方針，能讓潛在用戶增加此產品的
接受度。其設計方針為1.縮小潛在用戶族群：潛在用戶由物理治療師族群縮小為
電療室之物理治療師；2.外型是關鍵因素：使用者不希望穿戴外骨骼裝置會讓自己
顯得異於常人，外型上的設計是否能提高使用者的心理因素是此次產品設計的關
鍵因素；3.協助加快行走尤為重要：若此裝置能協助使用者省力並讓步行加快且
增加工作效率，能大幅增加使用者購買意願；4.輔助部位以腿部為佳。
透過原型製作與構想草圖，與專家討論及修改，進而完成最終之精緻模型，
將其給予專家與潛在用戶進行後測，藉此檢驗是否有達成最初設計目標及方針。
經由後測結果可得知此產品在與專家與潛在用戶的測試後皆可達成預期目標。

The world's population aged 65 and over will reach a peak after 2020 (one elderly person in every five). According to the statistics from the Ministry of the Interior, R.O.C., those aged 65 in Taiwan exceeded 14.1% of its total population in April 2018, and so the country has officially become an aging society. It is estimated that Taiwan will be a super-aged society in 2026 (when those aged 65 account for 20% of its total population) (Ministry of the Interior, R.O.C., 2018). Due to low birth rates in most developed countries and regions, the population structure is aging day by day. In response to the rapid growth of the aging population, the burden on caregivers is gradually increasing, and even supply exceeds demand (Taiwan Association of Family Caregivers, 2018). Caregivers include physiotherapists, nurses, foreign domestic helpers, etc., who cover working groups that need to work a long time under physical exertion. In the care process, some movement or work injuries may jointly affect the services of the caregivers negatively and may even cause lifelong old injuries. An exoskeleton robot is one way for caregivers to reduce movement injuries. Therefore, power-assisted exoskeleton could become an important assistive device for caregivers in the future. The purpose of this study is to learn about the main points and ideas of caregivers when choosing exoskeleton robots and to solve and improve them so that caregivers can accept this technology product in the future.
　　This study selected physiotherapists with a medical knowledge background as potential users. Through interviews and questionnaires with 60 potential users and 4 experts, we collected and evaluated the data by using a semi-structured questionnaire interview method. Next, we obtained the design guidelines of the new exoskeleton device, which could increase the acceptance of the product for potential users. Its design guidelines are as follows. (1) Reduce potential user population: decrease the potential user population from the physical therapist population to the physical therapist in the therapeutic room. (2) Appearance is the key factor: users who wear exoskeleton devices do not want themselves to be different from ordinary people in their appearance, and so the key factor of the product design is whether its appearance can meet users’ psychological requirements. (3) It is particularly important to assist in speeding up walking: if the device can help users save energy, then it will greatly enhance the speeding up of walking and the increase in work efficiency, thus improving users' willingness to buy. (4) Legs are the best accessory parts.
The rationality of the concept draft is tested through prototyping, in addition to discussion with experts and modification, to complete the final refined model, which is then tested by experts and potential customer to perform a post test, thereby identifying whether or not the original design goal and guidelines are achieved. From the results of the post- test, this product can achieve the expected goal after the post-test performed by the experts and potential customer.

摘 要 I
Abstract II
致 謝 IV
目 錄 VI
圖 目 錄 IX
表 目 錄 XII
一、 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.1.1研究背景 1
1.1.2研究動機 7
1.2研究目的 8
1.3研究限制 8
1.4本文架構 9
二、 文獻探討 11
2.1外骨骼機器人 11
2.1.1外骨骼裝置 11
2.1.2動力輔助 12
2.1.3發展現況 13
2.1.4小結 15
2.2訪談法 15
2.2.1訪談法類別與定義 15
2.2.2小結 16
2.3設計心理學 17
2.3.1易用性 17
2.3.2感性 18
2.3.3小結 19
2.4材料力學原理 19
2.4.1正應力(Normal Stress) 20
2.4.2承應力(Bearing Stress) 20
2.4.3剪應力(Shear Stress) 21
2.5伺服系統力量估測技術 22
三、 問卷訪談與調查 24
3.1問卷訪談與流程 24
3.2從專家訪談找出問題 25
3.2.1 產品設計師專家訪談 25
3.2.2 護理長專家訪談 26
3.2.3 物理治療師專家訪談 27
3.2.4 問卷設計 28
3.3透過設計出的問卷找尋受測者進行調查 29
3.3.1問卷壹-基本資料 29
3.3.2新型外骨骼機器人所具備之條件其重要程度 30
3.4從問卷調查結果加以分析並與專家探討 42
3.4.1問卷調查結果 43
3.4.2專家探討問卷分析結論 46
3.5小結 47
四、 產品技術與設計 48
4.1機構設計 48
4.1.1機構設計原型版本一 48
4.1.2機構設計原型版本二 55
4.1.3機構設計原型版本三 61
4.1.4機構設計原型版本四 66
4.1.5機構設計原型版本五 70
4.2外型草圖設計 75
4.3 外型立體繪圖與實作 79
4.3.1外型立體繪圖—SOLIDWORKS 79
4.3.2外型渲染模型—C4D 82
4.3.3外型原型製作—光固化 84
4.3.4外型與骨架裝配 89
4.4 動力輔助控制之探討與分析 91
4.4.1硬體介紹 91
4.4.2直流有刷馬達控制架構 92
4.4.3力量估測器架構 96
4.4.4整體系統架構 98
4.4.5動力輔助控制 98
4.4.6模擬結果 100
五、 產品使用評估及受測驗證 102
5.1客製化下肢外骨骼機器人實測 102
5.1.1使用者實際操作 102
5.1.2使用者意見 105
5.2潛在用戶後測驗證 107
5.2.1潛在用戶後測結果 107
六、 結論與建議 109
6.1客製化下肢外骨骼機器人實測 109
6.1.1研究目的(一) 109
6.1.2研究目的(二) 110
6.1.3研究目的(三) 111
6.1.4研究目的(四) 111
6.2結論 111
6.3建議 113
參考文獻 114
中文文獻 114
英文文獻 115
附錄一、專家訪談後所設計出問卷 116
附錄二、專家實測問卷調查 118
附錄三、潛在用戶後測問卷調查 120

1.黃仲宏，2015，行動輔助外骨骼機器人的發展契機，智慧自動化產業期刊季刊NO.12 8-18頁2015年3月。
2.國家發展委員會，2018，臺灣高齡化時程，(https://www.ndc.gov.tw/Content_List.aspx?n=695E69E28C6AC7F3)。
3.李書綺，2018，人口老化 長照服務凸顯必要，(https://www.familycare.org.tw/news/10276)。
4.Juniper Research，2017，外骨骼(外骨骼動力服)的市場機會、預測(2017-2022年):醫療用、產業用、軍用，Global Information, Inc.。
5.陳建鈞，2017，Panasonic研發多款機械外骨骼 為工人減去15公斤負擔重壓力，(https://www.limitlessiq.com/news/post/view/id/702/)。
6.郭燈林，2018，行動輔具購買決策關鍵因素之研究，國立高雄師範大學事業經營學系研究所畢業論文。
7.林威翰，2014，穿戴式下肢型外骨骼機器人之開發與步態實測，大同大學機械工程研究所畢業論文。
8.薛博文，狀態及外擾估測於動力輔助控制系統之設計與應用，國立成功大學機械工程學系博士班論文。
9.Exoskeleton Report資料庫，2019，(https://exoskeletonreport.com/)
10.Donald A. Norman，2014，設計心理學：人性化的產品設計如何改變世界
11.Donald A. Norman，2011，情感@設計：為什麼有些設計讓你一眼就愛上
12.黃惠敏，2015，上肢穿戴式裝置人因工程設計原則之探討，國立清華大學工業工程與工程管理學系碩士在職專班畢業論文。
13.Juniper Research,2017,Exoskeletons - Medical, Industrial & Military: Market Opportunities & Forecasts 2017-2022,UK.
14.Dr André Hodder, Pierre Jaquier, Prof. Yves Perriard,2008, A New Electrically Assist Scooter, Laboratory of Integrated Actuators.
15.Po-Wen Hsueh,2013, Design and Application of State and Disturbance Estimation for Power-Assisted Control Systems,
16.Po-Wen Hsueh, Jyun-Ci Chen, Wu-Sung Yao, Mi-Ching Tsai*, Senior Member, IEEE, and Wei-Cheng Syu,2013, Luenberger Observer-Based Impedance Control of Linear Servo Motor for a Desired Haptic System, 2013 CACS International Automatic Control Conference (CACS)
17.K. Hirota,M. Hirose, "Simulation and presentation of curved surface in virtual reality environment through surface display," Proceedings of IEEE Virtual Reality Ann. Int. Symp. '95, 1996, pp. 211-216.
18.Hiyoshi, Kouhoku, Yokohama, Kanagawa, “A compliance control based on force control system for a haptic display,” Proceedings\—IEEE Conf. on Ind. Technology, 2006
19.K. Mouri, K. Terashima, P. Minyong, H. Kitagawa and T. Miyoshi, ”Identification and hybrid impedance control of human skin muscle by multi-fingered robot hand”, Proc. of the IEEE/RSJ 2007 Int. Conf. on Intelligent Robots and Syst. San Diego, CA, USA, Oct 29 -Nov 2, 2007, pp. 2895-2900.