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研究生: 林佳澤
Chia-tse Lin
論文名稱: 肌電訊號步態分類器之人形機器人步行控制
Electromyography based Gait Segmentation for Controlling Humanoid Robot Locomotion
指導教授: 郭重顯
Chung-hsien Kuo
口試委員: 吳世琳
Shih-lin Wu
林紀穎
Chi-ying Lin
林淵翔
Yuan-hsiang Lin 
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 類神經網路步態分析雙足機械人特徵值擷取
外文關鍵詞: neural networks, gait analysis, bipedal robot, feature extraction
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  • 本論文提出以肌電訊號步態分類器之人形機器人步行控制,論文架構可分為肌電訊號擷取、步態周期分類及步態辨識三個部分。肌電訊號擷取完整步態周期之肌電訊號。在步態周期分類部分以肌電訊號最大值發生處區分出腳跟離地期、搖擺初期及腳跟接觸期。步態辨識使用下肢肌電訊號的功率頻譜密度及步態周期發生之時間做為特徵值並使用類神經網路鑑別步態周期的腳跟離地期、搖擺初期及腳跟接觸期,訓練及測試的結果,類神經網路可正確辨識上述動作。最後將類神經網路所分析出來的步態動作做為控制雙足機器人動作,驗證所提出的以步態周期時間參數來輔助下肢肌電訊號辨識是為可行的。


    This thesis proposes an electromyography (EMG) based gait segmentation system for controlling the humanoid robot locomotion. The architecture of this thesis is classified into three stages that include signal acquisition, gait segmentation and gait recognition. In the signal acquisition stage, the EMG signal was collected for forming a complete gait cycle. In the gait segmentation stage, the signal in a complete gait cycle is further divided into standing phase and swing phase. In the standing phase, the duration of heel contact and heel off standing is segmented by evaluating the maximum signal; in the swing phase, early swing period is segmented by the same method. In the gait recognition stage, power spectrum density, gait cycle time is used as the feature for gait recognition. In this thesis, artificial neural network (ANN) based gait cycle recognition is developed for recognizing the gait pattern according to the input EMG features. Finally, the experiments results were discussed to demonstrate the capability of the proposed approach.

    誌謝 I 中文摘要 II ABSTRACT III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究貢獻 5 1.4 論文架構 5 第二章 研究方法 6 2.1 人體解剖生理學 6 2.1.1 肌肉系統(Muscular system) 6 2.1.2 骨骼肌收縮的形式 7 2.1.3 下肢動作概述 9 2.1.4 下肢運動肌肉群 10 2.2 肌動學 15 2.2.1 步態分析(Gait analysis) 15 2.2.2 步態周期詳述 17 2.3 雙足機器人步態 21 2.3.1 線性倒單擺之基本概念 21 2.3.2 全向步態產生器 22 2.3.3 末端點軌跡生成 23 2.3.4 逆向運動學 23 2.4 肌電系統架構 24 2.4.1 肌電訊號量測 24 2.4.2 類比處理與取樣 25 2.4.3 資料分割(Data segmentation) 25 2.4.4 肌電訊號特徵化(Feature extraction) 26 2.4.5 肌電訊號鑑別(Classification) 28 第三章 類神經網路 30 3.1 概述 30 3.2 人類神經系統之神經元 30 3.3 類神經網路系統之神經元 31 3.4 類神經網路系統理論 32 3.5 倒傳遞網路 33 第四章 實驗系統架構 37 4.1 肌電訊號擷取架構 37 4.2 肌電訊號電極 37 4.3 肌電訊號前端放大器 38 4.3.1 前級儀表放大器 38 4.3.2 帶拒濾波器 39 4.3.3 低通濾波器 39 4.3.4 高通濾波器 40 4.3.5 後級增益放大器及訊號壓縮平移電路 41 4.4 訊號擷取裝置 42 4.5 軟體介面 42 4.5.1 數位訊號處理 43 第五章 實驗結果及討論 46 5.1 下肢肌電訊號觀察 47 5.2 步態周期肌電訊號觀察 50 5.3 以類神經網路辨識步態周期 55 5.4 雙足人形機器人介紹 57 5.5 以下肢肌電訊號控制人形機器人 60 第六章 結論及未來研究方向 63 參考文獻 64

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    無法下載圖示 全文公開日期 2018/08/05 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
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