老年失智症並非正常的老化現象而是一種疾病，主要會造成腦部功能退化，使記憶力、判斷力、語言能力、抽象思考力及推理能力降低，進而影響到工作及生活自我照顧能力，對於整個國家與社會帶來了沉重的醫療負擔。從醫療保健觀點來看，除了飲食正常且足夠營養外，從事有益心智的運動以及養成規律的運動習慣，都有助於預防老年失智症且可提早發現。同時，都市人在孤單的家中也時常無人陪伴，人們如果在心裡得不到溫暖，身心無法放鬆就會影響情緒和健康。針對此現代社會現象，本論文基於SOPC研製井智機器人，其具有擬人化的設計，除了可以陪伴人們玩井字遊戲打發時間，更可以陪伴老年人們動腦思考避免老年失智症纏身。整個井智機器人採用龍門式機構設計方式，設計了一XYZ三軸的機械平台，可以讓井智機器人在紙上繪製棋盤與X、O等符號，並透過網路攝影機將紙上的棋盤資訊回傳並做影像處理，讓井智機器人能夠得知棋盤上的資訊，並藉由遊戲人工智慧來與人對弈，同時，本論文也加入了聲音功能來增加整個遊戲的互動與可玩性。最後，經由實驗結果可以得知所提出的井智機器人可以成功地陪伴人們玩井字遊戲，達到娛樂和益智的效果。

Recently, population ageing phenomenon has become more serious and the population of dementia patients grows at the same time. Dementia could cause degeneration of brain memory, judgment, and language functions disability. From the view of medical insurance, doing useful mental exercise and developing habits can prevent dementia effectively. Meanwhile, some people live along without family’s company which will reduce brain stimulation that would increase the possibility of having dementia. To solve these problems, this thesis develops a Tic-Tac-Toe robot based on DE1_SOC approach. Not only it can accompany the human to play a Tic-Tac-Toe game but also it can stimulate the elderly to think. The developed Tic-Tac-Toe robot uses a three-axis mechanical design platform to draw Cross and Naught on the chessboard. Further, the information of the chessboard is obtained though a webcam. By using the game artificial intelligent, the robot can play Tic-Tac-Toe game with people. In addition a sound function is subjoined, to increase entertainment during the interaction game. Finally, the experiment results show that the proposed Tic-Tac-Toe robot via SOPC approach not only joys elderly but also stimulates the brain function.

摘要	I
Abstract	II
致謝	III
目錄	IV
表目錄	VI
圖目錄	VII
第一章 緒論	1
1.1機器人簡介	1
1.2研究目的	5
1.3 論文架構	6
第二章 井智機器人控制卡設計	7
2.1井智機器人架構設計	7
2.2馬達控制卡介紹	9
2.3 SOC FPGA介紹	13
第三章 井智機器人軟硬體設計	17
3.1 SOC開發環境介紹	17
3.2 觸碰開關程式設計	20
3.3七段顯示器程式設計	22
3.4 馬達控制程式設計	24
3.5 互動語音程式設計	30
3.6 影像處理程式設計	32
第四章 實驗結果	36
4.1影像測試結果	36
4.2遊戲演算法	38
4.3遊戲流程與實際操作	44
第五章 結論與未來研究	50
5.1結論	50
5.2未來研究	51
參考文獻	52

表2- 1 DE1-SOC系統參數表[13]	16
表3- 1 BMP標頭檔範例	32
表4- 1井字圖空棋盤情況	40
表4- 2電腦X下A4	41
表4- 3玩家O下A3	41
表4- 4電腦X下A2	42
表4- 5玩家O下A3	42
表4- 6電腦X下A0	43
表4- 7玩家O下A8	43
表4- 8電腦X下A1	43

圖1- 1 Pepper機器人[5]	2
圖1- 2 Robii娛樂型機器人[7]	3
圖1- 3 RoboChess[8]	4
圖1- 4 DOC2[9]	4
圖1- 5莊承泓的井字機器人[10]	4
圖1- 6互動式四子棋機器人[11]	4
圖2- 1所設計井智機器人機構	7
圖2- 2 系統架構圖	8
圖2- 3馬達線腳位圖	10
圖2- 4 IC LB1836腳位圖[15]	11
圖2- 5馬達正轉訊號圖	11
圖2- 6馬達反轉訊號圖	11
圖2- 7 IC HCTL2032腳位圖[16]	12
圖2- 8讀取馬達角度程式碼	13
圖2- 9 Altera DE1-SOC開發板[13]	15
圖2- 10 DE1-SOC系統架構圖[13]	16
圖3- 1 Qsys周邊硬體	18
圖3- 2 Embedded_Command_Shell	18
圖3- 3硬體電路連結	19
圖3- 4觸碰感測器流程圖	20
圖3- 5觸碰感測器接線圖	21
圖3- 6觸碰感測器軟體讀取	21
圖3- 7七段顯示器硬體流程圖	22
圖3- 8七段顯示器	23
圖3- 9七段顯示器接線圖	23
圖3- 10七段顯示器副程式	24
圖3- 11 馬達控制硬體流程圖	25
圖3- 12 PWM模組	25
圖3- 13光學解碼器接收接線圖	26
圖3- 14減速齒輪組	27
圖3- 15 X軸與Z軸方向之馬達控制系統方塊圖	28
圖3- 16 Y軸方向之馬達控制系統方塊圖	30
圖3- 17互動語音硬體流程圖	31
圖3- 18呼叫語音播放器	31
圖3- 19互動語音硬體接線圖	32
圖3- 20圖形二直化	33
圖3- 21標記井字	34
圖3- 22辨識「X」圖形之方式	35
圖3- 23辨識「O」圖形之方式	35
圖4- 1辨識「X」結果	37
圖4- 2辨識「O」和「X」的結果	37
圖4- 3程式流程圖	45
圖4- 4機器人繪製井字	46
圖4- 5 機器人先下棋情況	47
圖4- 6機器人繪製井字	48
圖4- 7玩家先下棋情況	49

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