第三章 研究方法
3.3 相關資料庫之建構
3.3.2 手掌模型建構參考資料
設計是在使構想更加具體化，其結果輸出能滿足人類的求，
具有形、結構及所應具有的功能。由於本研究重點不在人體計測上，
故所建立人因資料庫的計測資料，引用自行政院勞委會「台灣地區勞 工人體計測資料庫」[24] 裡的資料詳細完整，故本研究以此為依據。 圖（3.7）~ 圖（4.5）及 表（3.2）~ 表（3.4）的數據將做為後續手部 模擬尺寸及動作之來源。
(A) (B) (C) 圖3.7 手掌測量 (A)手長 (B)手掌長 (C)食指長 [24]
表3.2 手部長度的尺寸資料 [24]
表3.2
（A） （B）
圖3.8 手掌寬度（A）手寬一（B）手寬二 [24]
表3.3 手部寬度的尺寸資料 [24]
表3.3
圖3.9 手部厚度 [24]
表3.4 手部厚度的尺寸資料 [24]
表 3.4
圖3.10 手指關節彎曲資料 [24]
2.手指的三維模型和其約束關係
我們根據解剖學的知識，分析手指的特殊性，並給出相應的靜態
約束和動態約束，然後把這些約束用來估計手指的三維運動。
人因資料分析整理
圖 3.11 手指模型 [25]
一般而言，手指可以被看成是棍棒模型[26]。每根手指都由三節組成（拇 指除外），因而有三個關節點，但每個關節點的自由度是不一樣的，
圖3.11（右）給出了手指的簡單模型。對於所有的指關節，除與手掌 相連的關節外，其餘關節都只有一個自由度----伸張和彎曲，因而我 們可以認為它們是在同一個平面上運動，即共面約束。進一步地，不 同指節間都有相互約束，這種約束可以分為靜態約束和動態約束兩種。
靜態約束是指手指有著一定相對運動範圍，即如果把每一個
手指的第一節（與手掌相連）定義成MCP（見圖3.11左），Y方向表示 手指的伸縮，而X方向表示手指的局部拐動，那麼MCP相對手掌的運 動範圍可以表示成：在X方向的活動範圍為 [-15°, 15°]，而在Y方向的 活動範圍為 [0°, 90°]。而動態約束是指某一指節運動時，必定會帶動 另外一節運動，如表3.5[27]所示動態約束的最後一項表示各節手指骨 之間在X方向的運動約束關係，其他項表示各節手指骨之間在Y方向的 運動約束關係（右欄僅對大拇指而言，左欄針對其他各手指，表中相 應的符號見圖3.11）。例如每一個手指第二節的運動必定會帶來第三 節的運動，而且兩指節的旋轉角之間滿足關係式: θyPIP θyDIP
2
= 3 ，見圖
3.11 θ1 和θ2 的關係式。另外，表中左欄相應的第二項是關於各手指 的第一節在X方向運動的動態約束關係。由於我們可以通過三節手指 (已知相互間的長度關係)來獲取其三維結構,同時利用上面的角度動 態約束來消除它的歧義性,因此,這一項就不再作詳細介紹。各種約束 關係如 表3.5 所示[27]，事實上,這裏我們用到了三類手指約束：剛體 約束，共面約束,以及在X/Y方向的動態依賴關係的約束。我們可以利 用這些約束關係來定義手掌初步運動狀態與模擬握持情形。
表3.5 手指靜態和動態約束[27]
3. 手部尺寸與握把造型關係
手為人體中構造相當特殊的部位，可以產生多種的動作，光是握 合的方式就有數種，Iberall(1997) [20] 將不同的握姿利用一個簡單的模 型(virtual finger)加以分類，virtual finger簡稱VF，它代表一個機能上的 單位,在握持的過程最少有兩各力量作用於物體的表面，依據作用力的 位置將握持的方式分為三類 (圖3.12)。
圖3.12 握持的方式
A.手指作用力 (Pad opposition) 、 B.手掌的作用力(palm opposition) C.側邊的作用力 (side opposition) 。
由於握持DV 是由手部運動機能的緊握加上知覺機能的操控所 完成；類似Iberall(1997) [20]所提出分析概念模型中的 Palm opposition (圖3.13)，這類型施力的特徵是作用力的位置沿著一個軸(圖3.14)，垂 直於手掌骨架。
圖3.13 Palm opposition
圖3.14 作用力的位置沿著一個軸
手的介面設計主要是指與手接觸相關的介面設計，包括按壓的介面、
旋轉的介面、握的介面、捏的介面等。手是操縱各種設備的主要方面，
手的介面設計不合理，會導致多種上肢職業病甚至全身性的傷害，因 此，在進行手的介面設計時，應該遵守解剖學原則和人機工程學原則。
在設計時必須考慮要與操作者身體成比例，手與握把的結合情形，以 作為握把設計的考量，使操作者發揮最大效率。
(1)手與握把之邊界關係
當握合握把時，拇指下方的肌肉會受到壓迫且形成一道防止握 把滾動的障礙(圖3.15)。不管握持何種形狀的握把，形成的邊界位置 幾乎是不會改變的(圖3.16)，因此可找出手部握合握把時的邊界【28】。
圖3.15 手部握合握把之邊界
圖3.16 握持不同形狀時手部邊界不變