PHANToM Omni® 的物件抓取方式

PHANToM Omni® 的筆狀握桿上面，共有兩個按鈕，可供開發者作為力回饋 事件的觸發，本研究中，只取其中的 Button1 按鈕的開關作為 PHANToM Omni®

的抓取判斷。

圖4.11 PHANToM Omni® 兩個按鈕 抓取流程

當使用者按下按鈕時，表示使用者有意願抓取物件，此時，系統會根據程式 的邏輯進行抓取判斷，若通過邏輯判斷，則抓取事件被觸發。視覺回饋方面，螢 幕畫面會顯示虛擬物體在虛擬環境中被使用者抓取，此後，虛擬物體便會跟隨 PHANToM Omni® 的操縱筆頭位置一齊移動與轉動，而 PHANToM Omni® 裝置 也會在抓取的過程中，根據虛擬物體預先所設定好的質量值，提供使用者重力力

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回饋模擬，用以模擬真實世界中，使用者抓取物體後，所感受到的物體重量。

當使用者放開按鈕時，系統會終止抓取。在螢幕畫面上，虛擬物體便不再跟 隨著 PHANToM Omni® 的操縱筆頭一齊移動轉動，且 PHANToM Omni® 提供的 重力力回饋也會終止，模擬真實世界中，使用者放開物體的情形，並且系統會開 始進行組裝接合的判定。

三種抓取模式

在本研究中，PHANToM Omni® 擁有三種不同的操作模式，分別為板手、螺 絲起子和手的模式。這三種模式在握拿的手勢上和抓取虛擬物體時的角度邏輯判 斷上皆不相同。

工具模式（板手、螺絲起子）

本系統為了提供使用者更擬真的操作經驗，將 PHANToM Omni® 的筆狀外 形模擬成兩種常見的組裝工具，分別是板手、螺絲起子，表 4.1。而在握拿 PHANToM Omni® 的操縱筆時，為了能更接近真實工具的操作，使用者須按照在 真實環境中的工具的握拿方式來握拿操縱筆，見表 4.3。

在真實世界中，我們會利用工具來幫助細小結件的組裝，例如用螺絲起子提 取、旋轉螺絲，用板手來夾取螺帽等。在進行這些工具的操作時，工具和結件之 間需要有一定的操作角度，例如利用螺絲起子提取螺絲時，螺絲起子的尖端方向 需要和螺絲的軸向近乎平行; 用板手來夾取螺帽或其他結件時，板手握桿方向須 和結件的軸向垂直。如表 4.2 所示。因此，本系統亦將這些工具操作的角度加入 物件抓取的判斷邏輯之中。

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扳手 spanner

螺絲起子 screw driver

手 hand

表4.1 PHANToM Omni® 三種操作模式圖

扳手 spanner

螺絲起子 screw driver

需和物體成約 90 度角才可抓取物體 需和物體成約 180 度角才可抓取 物體

表4.2 PHANToM Omni® 二種工具模式抓取邏輯示意圖

Ɵ

Ɵ

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扳手 spanner

螺絲起子 screw driver

表4.3 PHANToM Omni® 二種工具模式操作示意

程式開啟時，我們使用 unity3D 中的 InverseTransformVector 函式，將虛擬世 界中的 y 坐標方向，轉置至每個虛擬結件上，也就是將世界座標轉置至虛擬結件 上，以進行結件長軸方向的確認。而後，當使用者欲抓取虛擬結件時，再將工具 的長軸方向與虛擬結件的長軸方向用 TransformVector 函式轉置至虛擬世界坐標 中，進行夾角的計算，於是，便能找出工具與結件間的夾角關係。若工具為板手，

依操作經驗，工具與結件的夾角須接近 90 度，因此，θ>75 且θ<115 判定為可抓 取；若工具為螺絲起子，則工具與結件的夾角須接近 180 度。因此，θ>160 判定 為可抓取。如表 4.2 所示。

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手模式

手模式使用 Rigid proxies 法模擬手部，在本系統的設計上為一參考模式。外 型形似人類的手部，見表 4.1，但大小未按照真實的手部比例，且缺乏手部各個 關節活動的自由度，只有在使用者測試時才會使用到。在握拿方面，不需要使用 特定的握拿方式來握 PHANToM Omni® 的操縱筆；在抓取方面，也不限制抓取角 度，如同真實世界中，人類手部的自由抓取。

程式實作

PHANToM Omni® 的抓取邏輯判斷步驟，圖 4.12 所示。

1. 先確認 PHANToM Omni® 的按鈕處於關閉狀態

2. 由 DLL 的內建函式 PluginImport.GetTouchedObjectName()來判定 PHANToM Omni® 的筆尖是否有碰觸到虛擬物體

3. 判定 PHANToM Omni® 的按鈕是否開啓 4. 判斷物體是否為可抓取物體。

（當虛擬物體成功接合後，此虛擬物體會被程式設定為不可抓取之物體，詳 細內容細述於 4.4.1。）

5. 根據使用者當下所選用的 PHANToM Omni® 操作模式（板手、螺絲起子和 手）進行該模式的抓取邏輯判斷。

6. 若以上四種抓取邏輯判定皆順利通過，則系統便會觸發抓取事件，開始視 覺上及觸覺上的力回饋反應。

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圖4.12 PHANToM Omni® 的抓取邏輯判斷步驟圖

Start

End If button is on?

Check if previous button state is off?

Check If the object is Grabbable?

If grabbing mode is tool ? If phantom touch an object?

Count the angles of the tool

Scanner Screw driver

If the tool has correct manipulated angle ? Check which tool is it

Change color to blue

Grab

If button state is off NO

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