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系統識別號 U0026-0812200915162199
論文名稱(中文) 具數字辨識之三維空間數位手套無線控制器 設計與實作
論文名稱(英文) Design and Implementation of 3D Wireless Digital Glove
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工程科學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Engineering Science
學年度 97
學期 2
出版年 98
研究生(中文) 黃詠昌
研究生(英文) Yung-Chang Huang
學號 n9696102
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 56頁
口試委員 指導教授-廖德祿
口試委員-卿文龍
口試委員-顏錦柱
中文關鍵字 數位手套  類神經網路  陀螺儀 
英文關鍵字 Digital Glove  Artificial Neural Network  gyroscope 
學科別分類
中文摘要 感測器結合日常生活的應用,近幾年大行其道,不論在遊戲、通訊及教育等產業中皆可看到其應用的例子。因此本論文利用具有量測方位與姿態特性的陀螺儀及拉力電阻,結合自製軟體研製一具有數字辨識之三維空間數位手套。主要實現以下幾部分:
接收器部分:
結合了具802.15.4協定之Zigbee無線模組,來減少有線傳輸的不便以及一般RF易受干擾之問題,並將發送器的資訊透過USB傳送至PC,且利用作業系統內建的HID類別驅動程式作為自製軟體與接收器之間的溝通媒介。
發送器部分(數位手套):
除了整合陀螺儀及拉力電阻的控制外,並透過MCU配合類神經網路來判斷當前手部移動之方向為何;之後透過Zigbee無線傳輸模組將訊息傳回接收器,以達到空中滑鼠的功能。
軟體部分:
實現利用最長共同子序列比對,判斷資料建構出一數字辨識方法論,並達到90%正確辨識空間中揮舞之數字形狀,且正確執行手套傳回之指令。
期望透過此具有數字辨識之三維空間數位手套的研製,發展更直覺性之人機介面裝置。
英文摘要 The combination of sensor and applications in daily life has been permeated in recent years, especially in the field of gaming industry, telecommunication industry and educational industry. Therefore, this thesis adopted gyroscope and flex sensor which are of the features of positioning and posturing with self-made 3D wireless digital glove to conduct this research. The followings are the main parts of the thesis:
Receivers:
It is embedded with the wireless module of Zigbee (802.15.4 standard) in order to reduce the inconvenience in term of the wired transmission and also eliminate the jamming problem from RF signals. In addition, the information of the transmitter will be transmitted to PC via USB. The default HID class driver will be the medium between self-made software and the receiver.
Digital Glove:
Besides the integration of gyroscope and flex sensor, the MCU and Artificial Neural Network has been adopted as well to identify the hand’s movement. Thus, the information will be transmitted back to the receiver via Zigbee wireless module in order to carry out the function of the “air mouse”.
Software:
Realize the longest common subsequence’s comparison, form the methodology the number’s identification, achieve 90% of the identification degree and carry out the command transmitted back from the digital glove correctly
It is expected to improve the intuitive Human Machine Interface Device been developed via the creation of the 3D Wireless Digital Glove.
論文目次 目錄
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
第1-1節 研究背景 1
第1-2節 各章概述 2
第二章 基礎技術 3
第2-1節 類神經網路簡介 3
第2-2節 距離與相似度判斷 5
第2-3節 USB 介面特性 10
第2-3-1節 USB 發展歷程 10
第2-3-2節 USB 匯流排特點 10
第2-3-3節 USB 匯流排結構 11
第2-3-4節 USB通信協定 11
第2-3-5節 USB傳輸型態 13
第2-4節 IEEE 802.15.4及ZIGBEE無線傳輸技術 14
第2-4-1節 IEEE 802.15.4 簡介 14
第2-4-2節 Zigbee簡介 15
第2-4-3節 Zigbee與其他短距離無線通訊技術之比較 16
第2-5節 GYROSCOPE簡介 17
第2-5-1節 Gyroscope 應用 17
第2-5-2節 Gyroscope 原理 18
第三章 演算法與介面技術 19
第3-1節 數位手套系統概述 19
第3-1-1節 最長共同子序列 20
第3-1-2節 運用倒傳遞網路於訊號分類 21
第3-2節 USB晶片介紹 – IDEA 6800 25
第3-3節 ZIGBEE無線收發介面 – UZ2400 25
第3-4節 串列通訊協定 27
第3-5節 具多通道之類比數位轉換器 28
第四章 系統設計與實現 29
第4-1節 系統架構 29
第4-2節 數字辨識及3D滑鼠運作流程 30
第4-3節 陀螺儀擺設與手套設計 31
第4-4節 發送端 36
第4-5節 接收端 36
第4-6節 PC端軟體設計 41
第五章 實驗分析 44
第5-1節 實驗環境設定 44
第5-2節 數字辨識結果 44
第5-3節 3D滑鼠操作結果 48
第六章 結論與未來發展 54
第6-1節 結論 54
第6-2節 未來發展 54
參考文獻 55
表目錄
表2.1 功能裝置比較 15
表3.1 LCS動態程序表 20
表3.2 UZ2400工作規格與特性 26
表3.3 I2C與SPI 匯流排之比較 27
表4.1 手部動作角度 32
表4.2 Gyroscope擺放位置 33
表4.3 輸出變數代表意義 34
表4.4 USB裝置韌體架構 36
表4.5 標準裝置請求 37
表4.6 狀態表 42
表5.1 手套滑鼠功能 51
圖目錄
圖1.1 任天堂Wii[31] 1
圖1.2 早期之數位手套 2
圖2.1 類神經系統架構圖 3
圖2.2 類神經元模型 3
圖2.3 類神經網路示意圖 4
圖2.4 夾角之度量 6
圖2.5 皮爾森相關係數示意圖 7
圖2.6 動態時間扭曲比對示意圖[29] 8
圖2.7 動態時間扭曲比對[29] 8
圖2.8 常見的DTW限制條件 [29] 9
圖2.10 USB匯流排結構 11
圖2.11 USB溝通流程 12
圖2.12 ZigBee與802.15.4關係圖 15
圖2.13 ZigBee系統架構圖 16
圖2.14 陀螺儀相關應用 18
圖2.15 陀螺儀相關應用 18
圖3.1 系統架構方塊圖 19
圖3.2 IDEA iD6800系統內部方塊圖 25
圖3.3 UZ2400架構圖 26
圖3.4 Data frame format 27
圖3.5 ADC0844系統內部方塊圖 28
圖3.6 ADC0844通道設定值 28
圖4.1 系統架構 29
圖4.2 數字辨識系統流程示意 30
圖4.3 3D滑鼠系統流程示意 31
圖4.4 陀螺儀訊號輸出波形 31
圖4.5 手套實體圖 32
圖4.6 方向示意圖 34
圖4.7 BPN訓練架構 34
圖4.8 Flex sensor 35
圖4.9 Flex sensor電阻值與角度之相對變化 35
圖4.10 標準滑鼠格式 36
圖4.11 USB描述元結構關係 38
圖4.12 USB描述元類型 38
圖4.13 Get Descriptor詳細描述 39
圖4.14 字串描述元 40
圖4.15 顯示裝置名稱 40
圖4.16 GUI介面 41
圖4.17 訊號流程 41
圖5.1 數字筆順 44
圖5.2 數字比對結果 45
圖5.3 比對率直方圖 46
圖5.4 Recall rate 46
圖5.5 Precision rate 47
圖5.6 Recall rate與Precision rate 47
圖5.7 滑鼠移動上、下、左、右 49
圖5.8 不同姿勢下劃圓 50
圖5.9 滑鼠左右鍵功能 51
圖5.10 視窗功能 52
圖5.11 關閉程式功能 53
圖5.12 系統登出功能 53
參考文獻 參考文獻
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論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2015-07-15起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2015-07-15起公開。


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