臺灣博碩士論文加值系統

　　中老年族群隨著年齡增長，身體機能下降導致全身各處之受力條件及神經疼痛逐漸惡化，尤其以椎間盤突出較為常見，造成椎間盤突出最常見的原因，以身體機能、肌肉及椎間盤老化，使上半身支撐力下降，當上半身壓力擠壓椎間盤，而導致其突出壓迫人體神經所產生之疼痛感。本研究針對減輕椎間盤壓力為研究方向，以減輕患者疼痛之苦。
　　本研究提出一種創新腰椎減壓裝置，有別於市面上的腰背支撐護具，此裝置以外骨骼作人體脊椎的支撐，利用3D列印技術具現化達到快速實體設計，以及使用現有物品-電動推桿 作升降功能，以符合各個不同身高使用者之需求及調控腰椎減壓之舒適感，並以機電整合及人機介面設計供使用者方便了解裝置狀態，最後將此裝置作工程實驗測試以驗證裝置減壓功效及安全性。
　　本研究以電控的方式進行操作裝置，雖然目前為測試階段，使用市電變壓供電，但考量未來成為市場化產品時，將仍以方便攜帶的電池供電，因此本研究亦一併進行能源效益測試評估，作為未來選配電池規格之依據。

　　Human body performances degrade as ages increase. Herniated Intervertebral Disc is a common disease among aging problems. The most common cause of Herniated Intervertebral Disc is aging bodily functions, muscles and intervertebral discs, which can cause herniated disk and pain. The research direction of this study is to reduce the pressure of the intervertebral disc, in order to alleviate the suffering of patients.
　　This research proposes an innovative lumbar vertebrae decompression device, composed of a lightweight exoskeletal frame and a suspension component. Use 3D printing technology to realize rapid physical design. Use the electric cylinder as the lifting function to provide users with different heights and adjust the comfort of lumbar decompression. Electromechanical integration and human-machine interface provide users with understanding of device status. Finally, the device was tested in engineering experiments to verify the decompression efficacy and safety of the device.
　　In this study, the device is operated by electronic control. Although it is currently in the testing stage, a switching power supply is used for power supply. However, if the device is to be marketed as a product in the future, it needs to be powered by a portable battery. As for the required battery specifications, the energy efficiency verification test conducted in this study is required to select battery specifications for future devices or to improve the energy efficiency of the device.

摘要……………………………………………………………………i
ABSTRACT……………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………iii
目錄……………………………………………………………………iv
表目錄……………………………………………………………………vi
圖目錄……………………………………………………………………vii
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1.1. 研究背景與目標……………………………………………………………………1
1.2. 文獻回顧……………………………………………………………………2
1.2.1. 設計思維……………………………………………………………………2
1.2.2. 專利分析……………………………………………………………………3
1.2.3. 3D列印……………………………………………………………………11
1.2.4. 應變規原理……………………………………………………………………11
1.2.5. MIT App Inventor……………………………………………………………………12
1.3. 論文架構……………………………………………………………………13
第二章 研究方法……………………………………………………………………14
2.1. 同理心(EMPATHIZE)……………………………………………………………………14
2.2. 定義問題(DEFINE)……………………………………………………………………15
2.3. 創意發想(IDEATE)……………………………………………………………………16
2.4. 製作原型(PROTOTYPE)……………………………………………………………………17
2.5. 測試(TEST)……………………………………………………………………19
第三章 系統設計與分析……………………………………………………………………20
3.1. 機構設計……………………………………………………………………20
3.1.1. 第一代……………………………………………………………………20
3.1.2. 第二代……………………………………………………………………23
3.2. 有限元素分析……………………………………………………………………27
3.2.1. 分析參數設定……………………………………………………………………29
3.2.2. 分析結果……………………………………………………………………32
3.3. 電控系統架構……………………………………………………………………38
3.3.1. Arduino UNO控制板……………………………………………………………………39
3.3.2. HX711放大器……………………………………………………………………41
3.3.3. 感測負載-應變規……………………………………………………………………42
3.3.4. 藍芽傳輸模組……………………………………………………………………43
3.3.5. 4路繼電器……………………………………………………………………44
3.3.6. 電動推桿……………………………………………………………………45
3.3.7. LM2596 4路輸出交換式電源供應器模組……………………………………………………………………46
3.4. 能源效益之驗證架構……………………………………………………………………47
3.4.1. 偵測位移-應變規……………………………………………………………………48
3.4.2. 受力自由體圖……………………………………………………………………49
3.4.3. ACS712 30A電流感測器……………………………………………………………………51
3.4.4. Voltage Sensor 電壓感測器……………………………………………………………………51
3.5. 軟體架構……………………………………………………………………52
3.5.1. Arduino程式控制流程……………………………………………………………………52
3.5.2. MIT APP inventor程式流程架構……………………………………………………………………53
第四章 原型機展示與操作……………………………………………………………………56
4.1. 原型機試作……………………………………………………………………56
4.1.1. 3D列印零件……………………………………………………………………56
4.1.2. 綁帶設計……………………………………………………………………59
4.2. 軟硬體結合操作……………………………………………………………………61
第五章 工程測試實驗架構與結果討論……………………………………………………………………66
5.1. 負載測試之實驗流程……………………………………………………………………66
5.2. 負載測試實驗結果與討論……………………………………………………………………68
5.3. 能源效益之驗證實驗流程……………………………………………………………………70
5.3.1. 感測器準確度之驗證……………………………………………………………………70
5.3.2. 能源效益之驗證推導……………………………………………………………………73
5.4. 能源效益之驗證實驗結果與討論……………………………………………………………………75
第六章 結論與未來研究工作……………………………………………………………………76
6.1. 結論……………………………………………………………………76
6.2. 未來研究工作……………………………………………………………………76
參考文獻……………………………………………………………………77
EXTENDED ABSTRACT……………………………………………………………………79

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