力回饋裝置

計劃建構的力回饋系統其運作的流程如圖 3-1 所示，系統接受來自使用者的 施力，經電腦運算後決定送至虛擬場景的運動指令，再不斷地將遠端感受到的受 力，經由運算單元得到控制訊號，送至力回饋裝置，再回傳給使用者。

圖 3-1 力感操控系統控制流程

而對於直接和使用者進行互動的力回饋裝置，其基本組成如圖 3-2 所示，在 力回饋裝置內有著不斷感測目前資訊的感測元件，還有驅使裝置本體 (如搖桿本 體) 將力量傳回操作者以達成力回饋功能的動力元件。

圖 3-2 力回饋裝置示意圖

根據不同的力回饋裝置以及其感測裝置，大致可分為主動式和被動式兩種，

兩者皆是當環境有反應力回傳時，會把力感回饋給操作者感受，所以就回饋力感 的功能性而言，兩者無異，其最大的不同，是在於施力方面，主動式力回饋裝置 隨時偵知操作者肢體的出力情況，而被動式裝置卻僅在與環境的物體接觸後，才 會在該環境中產生施力，換句話說，主動式力回饋裝置能主動感知操作者施力大 小和方向，就算施力者的施力肢體處於自由運動狀態、或是與環境處於靜止對抗 狀態 (比如推物體推不動，但其實手還是在輸出推力的情況) 皆能知道施力者的 施力狀況，而要達到如此的隨時主動探知，其裝置上的力感測元件必定要隨時與 施力的肢體保持接觸才行，整體的概念是利用現今發展的肌電訊號直接量測肌肉 出力大小，再搭配專執力回饋的力回饋裝置來構成整套系統。而至於被動式的力 裝置，相較於主動式裝置的複雜性，大多只含有位置的感測裝置，只能感知裝置 的輸出位置，或是移動速度，而不能隨時感知施力者究竟出了多大的力量，也因 此僅在操作者接觸遠端物體後，才能決定究竟施了多少力在遠方環境，但如果在 被動式的裝置上加上力感測裝置 (force sensor)，也可以量測到施力靜止對抗狀態

時的出力資訊。整體來說，被動式裝置因為建置較為容易，且精確度容易控制，

如果再搭配力感測裝置、或是加速度感測裝置就可以滿足大部分的使用需求。而 本論文以實驗室現有的兩個被動式力回饋裝置做為發展工具。

使用的兩個裝置分別是 Immersion 公司的 Laparoscopic Impulse Engine (圖 3-3(a)) 與 Impulse Engine 2000 (圖 3-3(b))；其中 Laparoscopic Impulse Engine 是 五個自由度的操控器，而 Impulse Engine 2000 則是兩個自由度的操控器。而其 硬 體 規 格 與 一 般 目 前 世 面 上 的 低 價 力 搖 桿 的 比 較 表 列 於 表 3-1 ， 由 於 Laparoscopic Impulse Engine 的架構與自由度較不同，以不同方式列於表 3-1 之 右。

圖 3-3(a) Laparoscopic Impulse Engine 圖 3-3(b) Impulse Engine 2000

項 目 Impulse Engine 2000

市 售 Microsoft &

Logitech

Laparoscopic Impulse Engine 0.0009” (1100 dpi) (0.023 mm)

(0.023 mm) not available

電腦連接介面 dedicated card USB、game port

定位方式 free fixed