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研究生: 黃詠昌
Huang, Yung-Chang
論文名稱: 具數字辨識之三維空間數位手套無線控制器 設計與實作
Design and Implementation of 3D Wireless Digital Glove
指導教授: 廖德祿
Liao, Teh-Lu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 工程科學系
Department of Engineering Science
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 56
中文關鍵詞: 數位手套類神經網路陀螺儀
外文關鍵詞: Digital Glove, Artificial Neural Network, gyroscope
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  • 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。

    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.

    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

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    下載圖示 校內:2015-07-15公開
    校外:2015-07-15公開
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