人工外部肌肉設計

在文檔中 用於動作引導之穿戴式回饋系統 - 政大學術集成 (頁 22-26)

第二章 文獻探討

2.3 人工外部肌肉設計

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圖2-7 手腕衣架反射最佳施力點(sweet spots)[6]

2.3 人工外部肌肉設計

Tsetserukou,D.等人模仿人體上臂肌肉收縮伸長的運動方式,實作可引導手臂做彎 曲和伸直動作的穿戴式裝置[7],期望可以應用在虛擬環境中,提高情境真實性。他們 觀察手臂做彎曲上抬時,是以上手臂前面肌肉收縮來產生轉動力矩拉動前臂前段的骨 頭,前臂因此會做出彎曲的動作;在做手臂伸直下放時,是以上手臂後面肌肉收縮來 產生轉動力矩拉動前臂後段的骨頭,前臂因此會做出伸直的動作。以仿手臂運動構造 及原理,利用直流馬達(仿肌腱)旋轉拉動帶子(仿肌肉)來模擬肌肉伸縮功能,藉 以引導手臂彎曲與伸直,如圖2-8。

圖2-8 外部肌肉裝置結構與運作原理[7]

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他們實驗總共找超過100 位受測者來體驗三種虛擬遊戲:射擊、釣魚、健身。射 擊遊戲中,利用裝置模擬真實射擊的後座力;釣魚遊戲中模擬扯動魚線時的拉縮感;

健身遊戲模擬器材給予的重量。受測者皆給予正面回饋,認為這個裝置能夠給予虛擬 情境中很高的觸覺真實感。然而,此研究裝置所設計的穿戴方式會限制手臂的移動,

此外,當前臂轉方向時,能帶動方向仍相同,導致可實際應用的情境不多,在使用彈 性上仍有討論的空間。

使用線上運動教學影音時,透過影片很難觀察到手臂轉動的細微動作變化。Chia-Yu Chen 等人以人工外部肌肉的概念,實作一套穿戴式回饋裝置,可引導手腕轉動 [8]。他們利用魚線以及無刷馬達仿造人體前臂肌肉,以模擬手腕轉動時前臂肌肉的收 縮運動,並且利用袖套的貼合性與彈性包覆於皮膚表面,魚線以特殊排列方式在馬達 轉動收緊魚線時,會帶動袖套並使皮膚產生形變,使用者前臂會有被轉動的觸覺感受 而被帶動旋轉。

圖2-9 動作引導袖套及運作原理[8]

實驗共進行兩個階段,第一階段為反應方向實驗,測試受測者在馬達兩種不同轉 速引導下手臂實際旋轉反應方向正確性,以及不同轉速對於觸覺回饋的影響。第二階

98.33%。此外,轉速 900rpm 的反應延遲時間比轉速 600rpm 短,且受測者回饋兩種不 同轉速引導有觸覺感受上有明顯差異。

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能使用在單一平面的運動,實際可應用範圍仍有很大的限制,且使用者會受到裝置穿 戴設計限制其動作範圍。

因此,本研究考量回饋感受明確性、方向引導限制,實作一件穿戴式力回饋裝置 來引導手臂屈曲與伸展的動作。裝置設計上,可完全穿戴於前臂上,保持手臂移動自 由度,改善可引導移動的方向,並結合力回饋感受明確之優點探討在運動狀態下使用 之效果。

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