實驗設計

實驗進行的環境如如圖 5-1 所示，以一台電腦連接力回饋裝置 Laparoscopic Impulse Engine 作為 Client 端，一台電腦連接另一力回饋裝置 Impulse Engine 2000 作為 Server 端，而為使兩力回饋裝置的自由度皆能相同，操作是在同一個 2D 場景中進行， Server 端操作者所操作的虛擬臂以一個小紅圓點來代表，

Client 端操作者所操作的則是小藍圓點，兩者合力搬動一個圓形的橘色物體 (以 3D 的觀點來看，實際上應為一立於地面的圓柱狀物體)，而此一圓形物體表面極 為光滑，所以施力將會很容易沿著表面滑動。當操作的虛擬臂接觸到欲搬動物體 時，即可以感受到接觸面傳來的反應力，而搬動時也可以確實地感受到搬動時會

傳回抵抗力，整個感受的力量依第三章的力感模型決定。系統中對於模擬環境所 設定的數據如下：欲搬動的圓柱重 1.52 N，靜摩擦力係數與動摩擦係數為 3 m/ 和 2.5 m/ ，此外力模型中物體表面產生力的彈力係數設定為 0.2834 N/mm，物體表面是不會產生形變，但根據調整物體彈力係數可以改變產生施力 的大小，又物體本身的運動會受到摩擦力的影響，當推其運動時、物體的反應是 像我們用手指去推動一個重的圓柱一般，而回傳的力感也是和現實裡一樣；發展 的平台是採用非強制性即時多工作業系統的 Microsoft Windows XP。另外，在操 作過程中，螢幕上代表各操作者的小圓點在彼此互相接觸時並不會有力感作用，

但在同時接觸到欲搬動物體時，可以感受到任一個操作者推動物體後，因物體運 動而對其他操作者所產生的反應力；如此當有兩個操作者時，只要把兩個虛擬臂 置於欲搬動物體的兩側，就可以進行像是比腕力這樣的互動。

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圖 5-1 實驗設備與進行環境

在實驗開始前，對於實驗進行中要使用的力搖桿，先簡單地量測其力量值是 否依其規格呈線性，我們利用數顆砝碼進行簡單測試。而由於力矩會造成測定上 的錯誤，所以擺放測試的位置點亦非常重要，試驗的結果是，將砝碼置於如圖 5-2 中所示位置，也就是接近搖桿最低點時，會與理論的規格數值接近，測試結

果示於圖 5-3。由圖 5-3 可見搖桿的馬達確實是線性出力，而對於微小的誤差、

也有可能是量測位置所造成，而且就實際操作的感覺，其實無法明顯地分辨。

圖 5-2 測定搖桿輸出力

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

命令力值 (N)

輸出力值 (N)

理想 量測

圖 5-3 量測得的輸出力值與理想的輸出力值

在實驗進行方面，首先檢驗對於水平方向與垂直方向搬運的困難度，分別量 測偏離預想軌跡的誤差量和實驗達成時間，然後再作一圓形軌跡的的搬運測試，

一樣量測偏離預想軌跡的誤差量和實驗達成時間。像是在進行水平向測試時，物 體並不會受限於只能水平向運動，而施力者也不會被受限只能對水平向施力，所 以是兩端的操作著有先達成共識，了解目前是要依水平向進行運動，也因此，過

程中任一使用者也可能會發生對另一使用者反向施力的情形，其餘的垂直向和圓 形軌跡也是一樣的進行法。圖 5-4(a) 是對水平方向的量測，圖 5-4(b) 則是針對 垂直方向，如果合力搬運時的範圍超出了所畫的框線就會記錄下偏離框線的距離 大小，像水平就是要由框線左邊搬到框線右邊，垂直的則是由下搬到上。雖然進 行水平和垂直搬運時，操作者已經是進行二維方向的施力，但所驗證的是對於單 一方向性軌跡的準確性，所以最後進行圓形軌跡搬運以作為綜合測試，因為其可 以同時驗證水平與垂直向施力方向的準確性，如圖 5-4(c) 所示，又在實驗進行 中，我們以像素(pixel)為顯示距離的單位，因為真實世界的比例被轉換到螢幕 上，如果依原模擬尺寸則可能會很容易超過畫面的顯示範圍或是看起來太小，在 此實驗中，真實比例 0.23 mm 換算為螢幕上的一個 pixel。而在經過實驗後，因 為針對此合作搬運應用調整後的系統，完成合力搬運的效率較高，也將以這個版 本進行遠距的網路實驗，即不是以單純的區域網路進行實驗，而會移到一般家用 網路進行測試。此外，此程式設定的觸覺部分為了達到 650Hz 的取樣頻率，所 以執行力感部份是約每隔 1.54ms 進行一次更新。

)

圖 5-4 搬運測試： (a) 水平方向(上)； (b) 垂直方向(中)； (c) 圓形軌跡(下)