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論文中文名稱:實境虛擬之運動健身器系統建置 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Development of Fitness Equipment with Virtual Reality [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:機電學院
系所名稱:機電整合研究所
畢業學年度:101
出版年度:102
中文姓名:胡高銓
英文姓名:Gao-Quan Hu
研究生學號:100408051
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2013-07-22
論文頁數:72
指導教授中文名:黃榮堂;蔡定江
口試委員中文名:蕭俊祥;林沛群
中文關鍵詞:三軸動態運動機台數位訊號控制器順向運動學逆向運動學足底壓力感測器加速度計實境虛擬
英文關鍵詞:The Three-Axis Dynamic Motion MachineDigital Signal ControllerForward KinematicsInverse KinematicsThe Plantar Pressure SensorAccelerometerVirtual Reality
論文中文摘要:本研究主要建置的健身器有兩種,一為三軸動態運動機台,二為足底壓力感測器。三軸動態運動機台具有三個自由度,該機台的驅動方式以繩索為主,藉由繩索拉動的變化,控制機台產生俯仰角(Pitch angle)、翻滾角(Roll angle)與偏航角等三個軸向的運動變化,並透過機台不同角度的變化來模擬路面的傾斜狀況。三軸動態運動機台是使用數位訊號控制器(dsPIC30F4011)作為核心的控制介面,並透過數位輸出入(I/O)、寬波調變(PWM)及10位元的類比數位訊號轉換器(ADC)作為三軸動態運動機台之位置控制;利用非同步接收傳輸模組(UART)作為三軸動態運動機台與軟體所建置的虛擬場景之間的資料通訊。而足底壓力感測器,內部元件主要除了壓力感測器外,還有加速度計,可偵測3維之X、Y、Z的加速度動作。而足底壓力感測器為穿戴式的鞋墊並且裝載至鞋子裡,當使用者行走時,感測器內感測單元接收到不同的壓力,利用電路產生不同的直流電壓,再利用微處理器將類比訊號轉換成數位訊號資料並儲存於微處理器中,最後透過藍芽4.0無線模組的傳輸將資料傳至電腦與遊戲互動,以達到實境虛擬之效果。
論文英文摘要:This study mainly establishes two kinds of fitness equipment. One is the three-axis dynamic motion machine; the other is the plantar pressure sensor. By changes of pulling the rope, the controlled machine produces—Pitch angle, Roll angle and Yaw angle—the three axial changes in motion. Additionally, it simulates the road surface changes in the tilt position through different angles of the machine. The three-axis dynamic motion machine uses the digital signal controller (dsPIC30F4011) as the core of the control interface. Through digital input and output (I / O), wide wave modulation (PWM) and 10-bit analog digital signal converter (ADC), it serves as a position control of the three-axis dynamic motion machine. It uses the universal asynchronous receiver and transmitter (UART) as data communication between a three-axis dynamic motion machine and the virtual scene built with software. The second one is a plantar pressure sensor, in which the main internal components include the accelerometer that can detect the three-dimensional the acceleration motion of X, Y, Z, in addition to the pressure sensor. The plantar pressure sensor is a wearable insole, and it is loaded into the shoes. When the user walks, the sensing unit within the sensor receives a different pressure. It uses the circuit to produce different DC voltages. Then, it uses the microprocessor to convert an analog signal into a digital signal data, and stores it in the microprocessor. Finally, via Bluetooth 4.0 wireless module transfers, the data can be transmitted to the computer and interacts with the games, thereby reaching the effects of the virtual reality.
論文目次:目 錄

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文架構 10
第二章 健身器之設計與應用 11
2.1 繩索驅動動態運動機台設計 11
2.2 動態運動機台運動學 13
2.2.1動態運動機台位置座標轉換 13
2.2.2連桿機構與動態運動機台幾何關係 16
2.3 足底壓力感測器之系統開發環境 19
2.3.1藍芽無線技術 19
2.3.2 CC2540藍芽晶片介紹 21
第三章 機電系統整合與設計 24
3.1 系統裝置 24
3.1.1 數位訊號控制器 24
3.1.2 數位訊號控制器載版設計 24
3.1.3 角度偵測裝置 26
3.1.4 速度感測裝置 28
3.1.5 直流無碳刷馬達 29
3.1.6 行車阻力 31
3.1.7 變速裝置 33
3.2 阻力產生裝置 36
3.2.1 各式制動器系統介紹 36
3.2.2 磁粉制動器 38
3.2.3 飛輪慣性模擬 41
3.3 系統控制 41
3.3.1 PID控制 41
3.3.2 資料傳輸方式 43
3.4 三軸動態運動機台系統整合架構 44
3.5 足底壓力感測器之裝置應用 45
3.5.1 足底壓力感測器裝置介紹 45
3.5.2 位置反推計算 47
第四章 虛擬場景 52
4.1 虛擬場景軟體開發環境 52
4.2 虛擬人物建置 55
第五章 實驗測試與結果 56
5.1 三軸動態運動機台製作 56
5.2 腳踏車慣性模擬裝置 58
5.3 控制電路製作 59
5.4 控制系統設計 60
5.5 數位訊號控制器之控制流程 66
5.6 RS-232串列通訊設計流程 67
第六章 結論與未來展望 68
6.1 結論 68
6.2 未來展望 69
參考文獻 70
作者簡介 72
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論文全文使用權限:不同意授權