張璞曾臺灣大學：電機工程學研究所陳 畬Chen, Heng-YinHeng-YinChen2007-11-262018-07-062007-11-262018-07-062005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/53292電動輪椅是老年人與身心殘障人士重要的行動輔具之一，但常因為人為操作疏失而造成意外的發生，如果能夠發展出一套自動導航系統，將可以降低人為操作的不當及看護等人力資源的浪費，此外，在電動輪椅裝置日益增加的情況下，若能透過一套共同的介面規範來將這些裝置整合在一起，不但能降低系統的複雜性，更可對於電動輪椅操控的安全性與便利性有所提升。 本研究的目標是要發展出一套符合M3S規範的自動輪椅導航系統，此套導航系統利用全球定位系統(GPS)與電子羅盤來做定位與定向，只要輪椅使用者在本論文所開發的電子地圖中輸入所欲前往的目的地後，這套導航系統便會自動地驅駛輪椅開往該地，相信藉由此系統的開發，將可替身心障礙者帶來許多便利，尤其是在特定的場所中(如機場、學校)，更能發揮此套系統的效果。 此外，為了提升該自動輪椅導航系統的安全性，本系統採用國際電動輪椅標準規範 — M3S系統 — 做為本系統的運作核心，在此架構的運作下，電動輪椅上各項裝置的整合將會更加便利與安全。最後，再加上遠端監控系統，透過無遠弗界的網路，讓在遠端的醫護人員或相關人士都可透過網頁瀏覽器，隨時監控電動輪椅的位置與使用者的生理狀態。Power wheelchair is an important mobility aided for the elder and the disabled persons. However, accident may happen due to personal mistakes. If there is an auto-navigating system, mistaken manipulation and the waste of nursing will be decreased. Besides, the devices of power wheelchair are getting more diversified so a common interface to integrate these devices together is necessary. The purpose of this study is to develop a M3S-Based GPS navigation system for power wheelchair. The wheelchair steered with GPS and electronic compass can move automatically toward a specific destination through a GIS-Map in the computer. The topic of this study is to help people with disabilities regain independence of transportation in specific areas of their daily activities. This system is now designed to operate in special locations, for example, campuses or airports. Safety of the system is enhanced according to “M3S”, which is an international standard for power wheelchair. In the proposed architecture, modules are easily and securely integrated to the wheelchair. These include a tele-monitoring system implemented with computer network, mobile-phone and physiological sensors. Bio-signals, wheelchair location and other information of the user can be obtained by the nursing staff or any other medical personnel through using this system.誌謝 i 摘要 iii Abstract v 目錄 vii 圖目錄 xi 表目錄 xv 第一章 緒論 1 1.1 簡介 1 1.2 研究背景 3 1.3 研究動機與目的 4 1.4 研究方法 5 1.5 相關論文回顧 6 1.6 論文架構 7 第二章 系統架構與開發平台 9 2.1 系統簡介 9 2.2硬體開發平台 11 2.2.1 電動輪椅規格 11 2.2.2 數位訊號處理器 12 2.3軟體開發平台 14 2.3.1 Code Composer Studio 2000(CCS 2000) 14 2.3.2 Visual Studio .NET 2003 16 第三章 多主多從系統(M3S) 19 3.1 M3S 系統 19 3.1.1 M3S系統沿革 19 3.1.2 M3S系統規格 20 3.1.3 M3S系統架構 21 3.2 M3S Bus 22 3.2.1 CAN Bus 23 3.2.2 SAF Bus 25 3.2.3 POW Bus 26 3.3 導航系統之M3S架構 27 3.3.1導航系統之M3S系統架構 27 3.3.2 CAN模組 28 3.3.3 KEY Line Function 30 3.4 輸入裝置結果 31 3.4.1 CAN Bus 31 3.4.2 CAN ID 32 第四章 導航方法與路徑規劃 33 4.1 簡介與系統架構 33 4.2 全球定位系統介紹 36 4.2.1 全球定位系統架構 36 4.2.2 GPS 定位原理 39 4.2.3 GPS訊號標準格式 40 4.2.4 GPS測試 41 4.3 電子羅盤(TDCM3)介紹 42 4.4 路徑規劃系統(GIS) 46 4.4.1導航路徑規劃介紹 46 4.4.2座標轉換(WGS84 →TM2) 47 4.4.3 Dijkstra’s演算法 48 4.4.4 導航流程與軟體介面 49 4.5 電動輪椅控制中心 50 4.5.1 電動輪椅控制模型 50 4.5.2 電動輪椅導航基本流程 51 4.5.3 馬達驅動 53 4.6 控制介面與輸出波型 54 第五章 遠端監控系統 55 5.1 遠端監控系統架構 55 5.2 資料庫開發平台 56 5.3網頁與資料庫存取機制 58 5.4 Web Service與簡訊的傳送 61 5.4.1 Web Service 簡介 61 5.4.2 Web Service 應用-簡訊傳送 62 5.5 生理訊號截取系統 63 5.5.1 體溫感測器設計 63 5.5.2 體溫感測器實驗 64 5.5.3 血壓計 65 5.6 影像截取系統 66 5.7實作結果 67 5.7.1 輪椅端介面 67 5.7.2 監控網頁 68 5.7.3 緊急簡訊發送 72 第六章 結果與討論 73 6.1 輪椅測試 73 6.1.1速度測試 74 6.1.2旋轉角度測試 75 6.1.3電子羅盤修正測試 77 6.1.4超音波煞車測試 78 6.2 GPS導航實驗 79 6.3 討論 82 第七章 總結 83 7.1 結論 83 7.2 未來工作 84 參考文獻 87 附錄A 台灣人口年齡分佈與身心殘障者統計表 91 附錄B GPS的座標轉換公式 92 附錄C 電路圖 98 附錄D M3S輪椅系統整合圖 99 附錄E 論文發表 10011787302 bytesapplication/pdfen-US多主多從系統自動導航電動輪椅遠端監控電子羅盤全球定位系統M3SNavigationPower WheelchairGPSTele-Monitoringthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/53292/1/ntu-94-R92921114-1.pdf