外力觸覺錯覺模擬

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 19-22)

第二章 文獻探討

2.2 外力觸覺錯覺模擬

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對於觸覺回饋會有兩種不同解讀:靠近震動點與遠離震動點,目前還沒找到有效的解 法。此外,滑雪過程中,震動感覺不易察覺。

以上兩個研究皆是在運動中使用震動作為回饋方式,其方法需使用者先經大腦解 譯提示含義的過程,才能反應下一步動作,因此,將針對提供更直覺的回饋方式的相 關研究進行探討。

2.2 外力觸覺錯覺模擬

在學習一項新的運動或做復健時,一位專業人士從旁給予肢體上觸覺的協助能有 助於提升效果。Kuniyasu,Y. 等人[4]模擬前臂被握住後上提或下拉的感覺。他們觀察到 當手臂被人用手往上提時,前臂主要感受來自兩側皮膚形變以及正下方的向上推力。

因此,他們在裝置結構設計上保留這兩項要素,使用橡皮筋與伺服馬達作為硬體主要 元件,透過馬達轉臂的轉動拉伸橡皮筋,在前臂被握住後向上下拉動的觸覺感受(如 圖2-4),並進行重量比較實驗測量裝置可模擬出來的力道大小,結果得知裝置可模擬 出約10 到 20 克左右拉動的力道。

圖2-4 裝置結構設計原理[4]

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隔年,他們以皮膚形變作為設計原理,模擬手臂被前後左右四個方向推拉的觸覺 感受[5],並設計出可貼住手腕皮膚以及做出往前後左右四個方向平移效果的穿戴式裝 置來引導手臂移動,實際裝置如圖2-5 所示。經實驗觀察受測者是否能正確的感受到 裝置想引導方向,每位受測者共進行40 次測試,每次回饋結束,受測者以口頭回答的 方式,說出裝置指引的方向。結果顯示,受測者回答正確率達90%以上。

然而,在此研究中,受測者皆是在非運動狀態下進行實驗,他們可專心在觸覺刺 激的接收和分析,若使用在運動狀態下,當心智不能完全專注於回饋上,其可行性仍 需要被探討。此外,在本論文研究,也嘗試使用同樣皮膚形變的方法設計裝置。

圖2-5 產生皮膚形變之穿戴式裝置[5]

衣架反射(hanger reflex)為一種錯覺施力的現象,原本為在使用者頭部上緣套戴 衣架形狀輔具,頭會因其特殊形狀設計以至於在轉動輔具時頭部特定點(sweet spots)

明顯產生被施加力道的感受,使得使用者頭部有被驅使轉動的錯覺。Namakura,T.等人 [6]嘗試將衣架反射(hanger reflex)的錯覺原理套用在引導手腕的轉動,首先,他們進 行測試找出可在手腕產生衣架反射錯覺的最佳施力點(sweet spots),實驗共徵集四位 手腕粗細相近的受測者,在受測者的左手手腕上設置共22 個壓力感測器,如圖 2-6,

並使用Leap Motion 偵測手腕轉動行為,將裝置原型套在使用者手腕部位並且循序轉

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動,每次轉動距離大小為兩個壓力感測器間的間隔(8mm),藉此觀察當手腕明顯產 生轉動時,是因施力在手腕的哪兩個對應點。

圖2-6 衣架反射(hanger reflex)原理與壓力感測器分佈

由實驗測試得知,要使手腕做順時針轉動,在編號十八和編號七這兩點為最佳施 力位置,而要使得手腕做逆時針轉動時,是在編號十五和編號五這兩點為最佳施力位 置,如圖2-7。其中,編號十八為小指根部尺骨的位置;編號七為手背近橈骨的位置;

編號十五為手背近尺骨的位置;編號五為大拇指根部橈骨的位置。根據實驗結果,他 們實作一件可驅使手腕轉動的穿戴式裝置,利用四個線性促動器分別設置在編號5、

7、15、18 這四個最佳施力點,當要讓手腕轉動時,驅動編號 7 和編號 18 這兩個位置 的線性促動器,其施力感受會讓手腕進行逆時針轉動;在驅動編號5 和編號 15 這兩個 位置的線性促動器時,其施力感受會讓手腕做順時針轉動。而在後續實驗共找三位受 測者進行裝置測試,結果顯示受測者皆能明確分辨出轉動方向。在此研究中最佳施力 位置的設計,是針對手腕骨頭部位施加推力來引導手腕轉動,這樣的設計在使用上可 能會讓使用者產生不舒適感。

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圖2-7 手腕衣架反射最佳施力點(sweet spots)[6]

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