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系統識別號 U0002-1806201511172800
DOI 10.6846/TKU.2015.00506
論文名稱(中文) 基於人體姿態偵測之復健與機器人模仿系統
論文名稱(英文) The Development of a Rehabilitation and Robot Imitative System Based on the Detection of Human Posture and Behavior
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Electrical and Computer Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生(中文) 李靜微
研究生(英文) Ching-Wei Lee
學號 602440066
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2015-06-08
論文頁數 36頁
口試委員 指導教授 - 李揚漢(yhlee@ee.tku.edu.tw)
委員 - 曾憲威(hsienwei.tseng@gmail.com)
委員 - 郭博昭(tbjkuo@ym.edu.tw)
關鍵字(中) Kinect
復健
機器人
模仿
人機互動
關鍵字(英) Kinect
Rehabilitation
Robot Imitative
Human–Computer Interaction
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本論文主要在討論一個基於人體姿態偵測之復健與機器人模仿系統之設計及建立。此系統之復健系統是利用kinect的肢體運動及關節變動之辨識技術進行復健工作,而在機器人模仿系統之設計上是利用kinect之人體姿態擷取功能以建立人形機器人可以做出和人一樣的動作及行為。基於復健系統我們建構復健系統流程圖並進行髖關節活動六種角度復健量測,肩關節活動度量測,膝關節活動度量測,髖部激勵動作,肘關節活度量測等並做一些測試結果之評估。而在機器人模仿系統中我們廣泛討論了人形機器人之結構,人型機器人之手足運動控制及人機介面設計等。
英文摘要
The Development of a Rehabilitation and Robot Imitative System Based on the Detection of Human Posture and Behavior.
In this thesis it basically discusses the design and the development of a rehabilitation and robot imitative system based on the detection of human posture and behavior. The rehabilitation system is using the Kinect’sidentification system based on the limb kinetic and joint movement to perform the rehabilitationprocess while in the design of the robot imitative system it extracts the functions of the kinect’s human posture and behavior to build an imitative system to have the robot to perform the actions as close as to the human beings.
Based on the rehabilitation system we setup a functional block diagram for the test of rehabilitationprocess in the hip joint movement in six angles, in the shoulder joint movement, knee movement, hip muscle movement and elbow movement and then make the evaluation of these tests. 
In the robot imitative system we discuss widely in the structure of the imitative robot system, the hand and foot movement control and the design of human-robot interface and human-computer interaction.
第三語言摘要
論文目次
目錄
致謝....................................................I
中文摘要................................................II
ABSTRACT..............................................III
目錄.................................................VIII
圖目錄..................................................X
表目錄................................................XIV
第一章 緒論..............................................1
1.1 研究背景.............................................1
1.2 研究動機.............................................1
1.3 研究目的.............................................2
1.4 整體架構.............................................2
1.5 論文架構.............................................3
第二章 Kinect系統設計....................................4
2.1 Microsoft Kinect....................................4
2.2 Kinect影像程式.......................................5
2.3 Kinect骨架資訊擷取...................................5
2.4角度轉換..............................................7
第三章 復健系統..........................................8
3.1 復健流程.............................................8
3.2 復健動作量測.........................................9
3.3 復健動作評估........................................23
第四章 機器人之機構與電路設計.............................28
4.1人形機器人各部位統綱..................................28
4.2人型機器之主要核心板..................................29
4.3人型機器之運動核心板..................................30
4.4人型機器人之周邊電路設計...............................31
4.5機器人控制系統介紹....................................32
4.6人機介面介紹.........................................33
4.7人機模仿.............................................33
第五章 結論與未來展望....................................35
5.1 結論與未來展望......................................35
參考文獻................................................36

圖目錄
圖 1.1論文系統架構圖......................................3
圖 2.1 Microsoft Kinect.................................4
圖2.2 RGB彩色影像........................................	5
圖2.3 3D深度影像.........................................5
圖2.4 Kinect可擷取關節點.................................6
圖2.5 Kinect繪出的人體骨架影像............................6
圖2.6 將骨架關節點在彩色影像顯示...........................6
圖3.1 復健流程圖.........................................9
圖3.2 髋關節活動度動作圖.................................10
圖3.3 髋關節活動度量測(1)................................10
圖3.4 髋關節活動度量測(2)................................10
圖3.5 髋關節活動度量測(3)................................11
圖3.6 髋關節活動度量測(4)................................11
圖3.7 髋關節活動度量測(4)................................11
圖3.8 髋關節活動度量測(5)................................11
圖3.9 髋關節活動度量測(5)................................12
圖3.10髋關節活動度量測(6)................................12
圖3.11髋關節活動度量測(6)................................12
圖3.12肩關節活動度動作圖.................................13
圖3.13肩關節活動度量測(1)................................13
圖3.14肩關節活動度量測(1)................................13
圖3.15肩關節活動度量測(2)................................14
圖3.16肩關節活動度量測(2)................................14
圖3.17肩關節活動度量測(3)................................14
圖3.18肩關節活動度量測(3)................................14
圖3.19肩關節活動度量測(4)................................15
圖3.20肩關節活動度量測(4)................................15
圖3.21肩關節活動度量測(5)................................15
圖3.22肩關節活動度量測(5)................................15
圖3.23肩關節活動度量測(6)................................16
圖3.24肩關節活動度量測(6)................................16
圖3.25膝關節活動度動作圖.................................16
圖3.26膝關節活動度量測...................................17
圖3.27膝關節活動度量測...................................17
圖3.28坐位抱膝活動度動作圖	...............................17
圖3.29坐位抱膝活動度動作圖	...............................17
圖3.30坐位抱膝活動量測...................................18
圖3.31坐位抱膝活動量測...................................18
圖3.32俯臥屈膝活動度動作圖	...............................18
圖3.33俯臥屈膝活動度動作圖	...............................18
圖3.34俯臥屈膝活動量測...................................19
圖3.35俯臥屈膝活動量測...................................19
圖3.36床邊垂腿活動度動作圖	...............................19
圖3.37床邊垂腿活動度動作圖	...............................19
圖3.38床邊垂腿活動量測...................................20
圖3.39床邊垂腿活動量測...................................20
圖3.40臥位直抬腿練習動作圖	...............................20
圖3.41臥位直抬腿練習量測.................................20
圖3.42髖部肌力動作圖.....................................21
圖3.43髖部肌力動作圖.....................................21
圖3.44髖部肌力量測......................................21
圖3.45髖部肌力量測......................................21
圖3.46肘關節活動度動作圖.................................22
圖3.47側身關節活動度量測(1)..............................22
圖3.48側身關節活動度量測(1)..............................22
圖3.49側臥抬腿練習動作圖.................................23
圖3.50側臥抬腿練習量測...................................23
圖3.51側身關節活動度量測(1)..............................27
圖3.52側身關節活動度量測(1)..............................27
圖4.1機器人手部機構......................................28
圖4.2 機器人身體正面圖...................................29
圖4.3機器人身體正面圖....................................29
圖4.4 機器人之核心單板電腦TKU Board......................30
圖4.5 人形機器人之Nios運動控制板..........................30
圖4.6 Nios運動控制板之轉接板.............................31
圖4.7 FPGA系統圖........................................32
圖4.8人機介面圖.........................................33
圖4.9人機模仿圖.........................................34
圖4.10人機模仿圖........................................34 
表目錄
表3.1復健動作評估比對圖9~圖56............................23
表5.1人機模仿結果.......................................34
參考文獻
[1] 陳立峰,基於手部運動之人形機器人平衡控制,淡江電機工程學系碩士論文,2013。
[2] 陳明中,結合Kinect與機器人之互動式遊戲設計,聖約翰科技大學碩士論文,2014。
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[4] Sergei V. Adamovich, Gerard G, et al.“Incorporating Haptic Effects Into Three-Dimensional Virtual Environments to Train the Hemiparetic Upper Extremity”, IEEE Trans.Neural Systems and Rehabilitation Engineering, Vol17, no.5512-520, 75 October2009。
[5] 陳柏諺、吳建宏、王冠登、師銘駿,盛裝的模仿者-3D影像及語音辨識之互動式機器人,第12屆旺宏金矽比賽報告,2012
[6] K. Suwanratchatamanee, M. Matsumoto and S. Hashimoto, “Haptic sensing foot system for humanoid robot and ground recognition with one-leg balance,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 8, pp. 3174-3186, 2011. 
[7] 胡越陽,基於實務型參數最佳化之人形機器人線上步態訓練系統,淡江大學電機工程學系博士班,博士論文,2015。
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