本論文可以幫助傳統布袋戲文化發展，科技日新月異但傳統文化卻漸漸沒落，主要的原因是缺少人力，為此需要設法解決此問題，在這科技進步的時代，機器人是不可或缺的，尤其是在機器手臂的應用相當廣泛，舉凡精密加工、自動化控制、電子電機相關產業。現在大多機器手臂多為夾爪式，很少有多關節的機器手，進而想要做這方面的研究。
    本論文設計出一隻具有23維度的機器手掌，普遍的機器手掌包含義肢，大多使用線控操作，線控操作會因線的彈性疲乏以及自由度的受限導致動作不準確，因此我們在每個手指的關節處配置一顆伺服馬達以達到多活動度的實現，最後在手腕上做出3軸維度，進而達到總共23 DOF的機器手，在手的建模部分，採用3D繪圖搭配3D列印做出仿人型的手指，在應用的部分，我們利用使用者介面UI自行做出一套操偶系統，不僅可以做教學用也可以來演示簡單動作，讓現代科技結合傳統藝術，進而解決文化傳承以及保存。

This thesis can help the development of traditional puppet culture. The technology is changing with each passing day, but the traditional culture is gradually declining. The main reason is the lack of manpower. It is necessary to solve this problem. In this era of technological advancement, robots are indispensable, especially The application of the robot arm is quite extensive, including precision machining, automation control, and electronic motor related industries. Most of the robotic arms are now jaw-type, and there are few multi-joint robots, and We want to do research in this area.    This paper designs a robotic hand with 23 dimensions. The universal robot palm contains prosthetic limbs, most of which use wire-operated operation. The wire-operated operation will be inaccurate due to the elastic fatigue of the wire and the limitation of freedom. Therefore, we are in each A servo motor is arranged at the joints of the fingers to achieve multi-activity, and finally a 3-axis dimension is made on the wrist to reach a total of 23 DOF robots. In the modeling part of the hand, 3D drawing is used with 3D columns. Printed to make humanoid fingers. In the application part, we use the user interface UI to make a set of a coupler system, which can not only be used for teaching but also to demonstrate simple actions, so that modern technology can be combined with traditional art to solve Cultural heritage and preservation.

致謝	I
目錄	IV
圖目錄	VI
表目錄	9
第一章 緒論	1
1.1前言	1
1.2研究動機與目的	1
第二章 背景知識與相關研究	3
2.1 布袋戲的發展	3
2.2 科技如何輔助布袋戲	4
2.3 機器手的發展	8
2.4 機器手比較	11
第三章 多關節機器手設計	12
3.1 人類手部構造	12
3.2 機構設計	14
3.2.1 設計介紹	14
3.2.2 多自由度設計	15
3.2.3 座標系及角度換算	17
3.2.4 動作設計	18
3.3 硬體介紹	27
3.3.1 硬體流程圖	27
3.3.2 馬達	27
3.3.3 Raspberry Pi	29
3.3.4 PCA9685控制板	30
第四章 操偶系統	32
4.1 系統介紹	32
4.2 系統操作	32
4.3 系統流程圖	35
第五章 實驗結果與討論	37
5.1 手部動作實測	37
5.2 布偶動作實測	40
5.3 實驗設計	42
5.3.1 實驗目標	42
5.3.2 實驗設計	43
5.4 結果分析	45
第六章 結論與未來展望	49
參考文獻	50
圖目錄
圖 2.1 拍攝布袋戲場景示意圖	4
圖 2.2 AR互動APP畫面	5
圖 2.3 VR科技手套與布袋戲結合	6
圖 2.4 3D列印偶頭	7
圖 2.5機器手臂圖	8
圖 2.6 3D列印義肢	9
圖 2.7 擬人機器手	9
圖 2.8 20自由度機器手	9
圖 2.9手臂作畫示意圖	10
圖 2.10劍橋大學鋼琴手	10
圖 3.1人類手骨構造圖	12
圖 3.2機器手設計概念圖	14
圖 3.3機器手設計實際圖	15
圖 3.4單自由度與雙自由度設計圖	16
圖 3.5 三自由度設計圖	16
圖 3.6定義角度示意圖	17
圖 3.7手部歸零動作示意圖	19
圖 3.8初始動作示意圖	20
圖 3.9點頭動作示意圖	22
圖 3.10揮動右手動作示意圖	23
圖 3.11轉頭動作示意圖	25
圖 3.12硬體流程圖	27
圖 3.13 ES9251與SG90圖	28
圖 3.14MG995圖	29
圖 3.15 Raspberry Pi圖	30
圖 3.16 PCA9685控制板圖	31
圖 4.1操偶系統首頁圖	32
圖 4.2動作示範模式圖	33
圖 4.3 (a)頭右轉 (b)揮左手	33
圖 4.4 (a)點頭 (b)頭左轉	34
圖 4.5進階模式圖	34
圖 4.6進階模式操作圖	35
圖 4.7系統流程圖	36
圖 5.1揮動右手比較圖	38
圖 5.2揮動左手比較圖	38
圖 5.3點頭比較圖	38
圖 5.4右轉比較圖	39
圖 5.5左轉比較圖	39
圖 5.6揮動右手比較圖	40
圖 5.7揮動左手比較圖	40
圖 5.8點頭比較圖	41
圖 5.9右轉比較圖	41
圖 5.10左轉比較圖	42
圖 5.11實際測試圖	44

 
 
表目錄
表 2.1機器手比較表	11
表 3.1角度換算表	18
表 3.2手部歸零動作表	19
表 3.3初始動作表	21
表 3.4點頭動作表	22
表 3.5揮動右手動作表	24
表 3.6轉頭動作表	25
表 3.7馬達比較表	28
表 5.1影片學習與機器手學習之比較表	45

[1] 林宥萱，苦心經營數十年 台灣布袋戲的前世今生，小世界Newsweek，2017。
[2] 謝中憲， 臺灣布袋戲發展之研究，稻鄉出版社，民國98年。
[3] 陳龍廷， 臺灣布袋戲發展史，前衛出版社，2007。
[4]拍攝布袋戲場景示意圖[Online]Available:
https://www.chinatimes.com/hottopic/20131004004291-260804?chdtv
[5]AR互動APP[Online]Available: https://www.arplanet.com.tw/
[6]VR布袋戲[Online]Available:
http://www.epochtimes.com/b5/18/1/15/n10059422.htm
[7]3D列印偶頭[Online]Available: https://inplus.tw/archives/1413
[8]陳怡婷(2015)。挑戰傳統 首創3D偶動漫電影。博客來-理財周刊 755.756期
[9]臺灣智慧自動化與機器人協會。智慧自動化期刊。2018年9月號
[10]機器手臂圖[Online]Available: https://www.aurotek.com.tw
[11] N. Kadhim , "Low Cost Design of 3D printed Wearable Prosthetic Hand", AJER, Volume 7,Issue-10 p.110-117,October 2018
[12] S. Hwan Jeong, K S. Kim, " Designing Anthropomorphic Robot Hand with Active Dual-Mode Twisted String Actuation Mechanism and Tiny Tension Sensors",IEEE,vol 2,Issue 3,p1571-1578,July 2017.
[13] L. Heisnam, B. Suthar, " 20 DOF Robotic Hand for Tele-operation: - Design,Simulation, Control and Accuracy test with Leap Motion", IEEE,Dec 2016
[14] 機器手作畫[Onlile]Avilable:https://www.ntmofa.gov.tw/
[15] J. A. E. Hughes, P. Maiolino, F. Iida,"An anthropomorphic soft skeleton hand exploiting conditional models for piano playing",ScienceRobotics,volume 3,Issue 25,Dec 2018.
[16]人類手骨構造圖[Online]Available:
https://www.hourlybook.com/the-human-hand/
[17]ES9251[Online]Available: https://www.amazon.com
[18]MG995[Online]Available: https://www.towerpro.com.tw/product/mg995/
[19]Raspberry Pi 3[Online]Available:
https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-3-model-b-plus/
[20]PCA9685[Online]Available: https://www.aliexpress.com/popular/pca9685.html