劉正良臺灣大學：機械工程學研究所陳江瑋Chen, Chiang-WeiChiang-WeiChen2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61020功能性電刺激輔具可藉由電流刺激肌肉，幫助脊髓損傷患者肌肉收縮達成施力之目的，但需由外部操作電流強度來控制施力強度而無法達到最適施力量。本研究主要目的是將力量感測裝置與滑動感測器之訊號輸入至一閉迴路功能性電刺激系統，刺激脊髓損傷患者之癱瘓手部而能達成握物的動作。力量感測器是由CSA導電橡膠與梳狀電極組合而成，可監測手部施力值。滑動感測器由發光二極體與影像感測器所組成，能監測物體與手部的相對位移，避免物體從手部滑落。 為使患者能藉電刺激之功用拿起物體，本研究係以電流刺激手部及前臂使肌肉收縮，冀能握住物體；當滑動感測器停止輸出滑動訊號時，力量感測器感測之數值即為可握住物體之最小握力值。透過LabVIEW程式，可即時比較最小握力值與量測握力值之差距，適時調整電刺激強度以維持該施力值，改善因持續電刺激使肌肉疲勞導致握物滑落的問題。The orthosis of functional electrical stimulation (FES) could help spinal cord injured (SCI) subjects generate muscle contraction so as to produce grasping force. However, the current for FES is controlled by manual input and it is troublesome to stimulate properly. The purpose of this research is to send the signals from slip and force sensors to a closed-loop FES system. Thus the SCI subjects could grasp objects with minimal force. The force sensor is composed of pressure conductive rubber CSA and comb electrode which can measure the strength of force. The slip sensor is made of light-emitting diodes which can detect movement between object and hand due to the object falling down. In order to help the patient grasp object with the aid of electrical stimulation, electric current is applied to the palm and forearm of the patient to induce muscle contraction, thus hold the object can be hold. When the slip sensor stops sending signals, the value detected by the force sensor is the minimal value of grasping force. Difference between minimal grasping force and detected grasping force can be measured in real-time by using LabVIEW. Therefore, adjustment of intensity of electrical stimulation can be achieved by maintaining the minimal grasping force that improves grasping object in less fatigue.致謝 i 中文摘要 ii 英文摘要 iii 目錄 iv 圖目錄 vii 表目錄 x 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究目的 3 1.4 論文架構 4 第二章 文獻回顧 6 2.1 功能性電刺激的發展 6 2.2 已發展的FES系統 9 2.3 閉迴路FES系統 13 2.4 力量與滑動感測器 20 2.5 小結 25 第三章 研究方法 26 3.1 研究與設計流程 26 3.2 系統建立 28 3.3 控制架構與流程 29 3.4 功能性動作 30 第四章 實驗軟硬體設備與測試 31 4.1 力量感測器 31 4.1.1 導電橡膠 31 4.1.2 感測原理 33 4.1.3 可撓性印刷電路板設計 37 4.1.4 力量感測器的組裝 40 4.2 滑動感測器 42 4.2.1 光學式滑動感測器的選用 42 4.2.2 滑動感測器訊號輸出 43 4.2.3 滑動感測器的安裝 45 4.3 電刺激器設備 46 4.3.1 NM III電刺激器 47 4.3.2 頻道切換器 51 4.4 訊號處理程式 54 4.4.1 擷取訊號程式 55 4.4.2 力量訊號分析回饋程式 57 4.4.3 增益值判斷程式 59 4.4.4 閉迴路系統切換程式 61 第五章 實驗與結果 64 5.1 實驗準備 64 5.1.1 實驗儀器架設方法 65 5.1.2 實驗環境準備方法 67 5.1.3 受試對象準備方法 67 5.2 實驗參數設定與測試 68 5.2.1 硬體參數設定 68 5.2.2 軟體參數設定 72 5.2.3 儀器測試 73 5.3 實驗程序 75 5.3.1 尋找電刺激點位置與最大握力 75 5.3.2 握力持續時間實驗 77 5.3.3 ¡物離開桌面實驗 78 5.4 實驗結果 80 5.4.1 尋找電刺激點位置與最大握力 80 5.4.2 握力持續時間實驗 81 5.4.3 握物離開桌面實驗 82 5.4.4 小結 92 第六章 結論與建議 94 6.1 結論 94 6.2 建議 94 參考文獻 97 附錄一 不同樣式梳狀電極性能測試 103 A.1 不同樣式梳狀電極性能實驗 103 A.2 實驗結果 104 附錄二 ADNS-2051 Optical Mouse Sensor 108 附錄三 訊號擷取卡(NI PCI 6071E) 112en-US功能性電刺激力量感測滑動感測回饋控制最小握力值functional electrical stimulationforce sensorslip sensorfeedback controlminimum grasping forcethesis