無障礙生活環境科技輔具之研發-子計劃三:供殘障者使用之簡易鍵盤研製(II)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫進度報告

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無障礙生活環境科技輔具之研發-

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子計劃三:供殘障者使用之簡易鍵盤研製(II)　

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計畫類別：□個別型計畫　　

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整合型計畫 計畫編號：NSC90－2614－E－002－003－ 執行期間：89 年 8 月 1 日至 90 年 7 月 31 日 計畫主持人：郭德盛 教授 計畫共同主持人：陳友倫 副教授 計畫研究助理:吳漢章 研究生 楊立平 研究生 陳淑芳 研究生 本成果報告包括以下應繳交之附件： □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份 執行單位：國立台灣大學 電機工程系

中華民國 九十 年 五 月

摘 要

為 因 應 上 肢 ( 手 部 ) 肌 肉 神 經 傳 導 障 礙、外 傷 及 協 調 能 力 不 佳 的 患 者 日 益 激 增 ， 造 成 此 類 患 者 日 常 生 活 及 工 作 不 便 , 急 需 整 合 、 設 計 一 套 簡 易 電 腦 輸 入 系 統 ， 以 克 服 此 類 患 者 在 操 作 電 腦 時 的 障 礙 ， 同 時 藉 由 此 系 統 幫 助 他 們 達 到 易 於 控 制 電 腦 、 環 境 及 參 與 工 作 的 機 會 。 本 研 究 針 對 一 般 單 一 按 鍵 的 列 - 行 掃 描 方 式 加 以 改 良 。 將 列 - 行 掃 描 鍵 盤 字 元 加 以 分 類 以 加 快 輸 入 速 度 ; 利 用 多 重 選 擇 的 輸 入 方 式 包 括 ： 表 面 肌 電 圖 感 測 、 口 吹 氣 氣 壓 感 測、壓 力 感 測、紅 外 線 感 測、單 一 按 鍵 等 輸 入 方 式 ; 同 時 ， 在 軟 體 上 也 加 強 列 - 行 掃 描 鍵 盤 的 完 整 性 ， 以 利 身 心 障 礙 者 操 作 。 研究地點:國立台灣大學 電機工程學系

Abstr act

The number of patients with upper extremity impairment due to either neurological disorders or musculoskeletal trauma has been increased recently in Taiwan. The conventional computer keyboard is difficulty to be controlled by those disabled. It is imperative to create and develop a simple keyboard for them to be competent to operate a computer. Using the system, the patients will adapt environment easier and have ample job opportunities.

In this study, a categorized row-column scanning computer interface is developed to improve the conventional single key-in row-column scanning method. The beneficial developments include: speed enhancement by categorizing radicals of keyboard, and multiple selection of input methods such as surface electromyographic (SEMG) control, breath pressure sensibility control with puff, force sensibility control, infrared sensibility control and single key-in control. Meanwhile, an enhancement software package is developed to increase the row-column scanning keyboard capabilities for the disabled persons to control the operation of data entry.

Keywords: Categorized row-column scanning, Surface electromyographic (SEMG), Computer keyboard, Disabled people

簡 介

由 於 科 技 日 新 月 異 ， 電 腦 已 成 為 人 類 生 活 的 一 部 份 。 然 而 ， 對 於 身 心 障 礙 者 由 於 肢 體 功 能 的 喪 失 ， 促 使 他 們 減 少 了 使 用 尖 端 科 技 的 機 會 ， 有 鑑 於 此 ， 電 腦 輔 具 ( c o m p u t e r a s s i s t a n t t e c h n o l o g y ) 的 設 計 、 研 究 ， 已 是 一 刻 不 容 緩 的 課 題 ， 同 時 ， 也 是 世 界 各 國 施 政 的 焦 點 。 一 般 電 腦 的 輸 入 輔 具 ， 不 外 乎 是 使 用 口 含 棒 （ m o u t h s t i c k ） ， 頭 控 棒 （ h e a d s t i c k ） ， 眼 球 移 動 控 制 ( e y e t r a c k i n g ) ， 眼 球 成 像 輸 入 ( e y e b a l l i m a g e d ) ， 腦 波 圖 （ e l e c t r o e n c e p h l o g r a p h i c , E E G ） 控 制 、 語 言 辨 識 控 制 ( s p e e c h r e c o g n i t i o n ) 或 頭 部 轉 動 ( h e a d c o n t r o l ) 控 制 （ 如 ： 紅 外 線 ， 超 音 波 ） 等 的 方 式 ﹝ 1 ~ 7 ﹞ 。 然 而 ， 對 於 肢 體 嚴 重 傷 害 如 脊 髓 損 傷 ( s p i n a l c o r d i n j u r e d ) 的 患 者 而 言，上 述 的 各 種 輸 入 方 式 ， 不 是 操 作 不 易 就 是 單 價 過 高 。 然 而 ， 對 於 此 類 患 者 雖 有 已 開 發 的 另 類 輔 具 如 ： 設 計 於 螢 幕 上 以 二 維 矩 陣 排 列 字 元 ， 以 列 - 行 掃 描 （ r o w - c o l u m n s c a n n i n g ） 的 方 式 ， 透 過 單 鍵 等 的 輸 入 ， 選 擇 想 輸 入 的 字 元 ， 此 種 輸 入 方 式 雖 已 減 化 患 者 操 作 傳 統 鍵 盤 的 複 雜 程 序 ， 但 其 輸 入 一 個 字 元 的 操 作 時 間 明 顯 增 加 ( 輸 入 一 個 字 元 ， 需 按 單 鍵 2 ~ 3 次 ) ， 即 使 是 採 用 改 變 鍵 盤 字 元 的 排 列 方 式 或 字 元 輸 入 順 續 預 測 等 方 式 ， 其 輸 入 速 度 約 6 ~ 8 字 / 分 ( w o r d s / m i n )。 針 對 上 述 文 獻 回 顧 ， 本 研 究 將 針 對 一 般 單 一 按 鍵 的 列 - 行 掃 描 方 式 加 以 改 良 ， 包 括 ： 將 列 - 行 掃 描 鍵 盤 字 元 加 以 分 類 以 加 快 輸 入 速 度 、 多 重 選 擇 的 輸 入 方 式 （ 例 ： 表 面 肌 電 圖 ( s u r f a c e

e l e c t r o m y o g r a p h i c ， S E M G ) 感 測 、 口 吹 氣 氣 壓 感 測 、 壓 力 感 測 、 紅 外 線 感 測 、 單 一 按 鍵 等 輸 入 方 式 ） ， 同 時 ， 在 軟 體 上 除 了 使 列 - 行 掃 描 鍵 盤 完 整 性 加 強 外 ， 也 加 上 使 用 者 能 線 上 自 行 設 定 系 統 參 數 及 中 / 英 文 字 母 切 換 輸 入 的 功 能 ， 供 亞 洲 地 區 廣 大 的 身 心 障 礙 者 可 採 用 漢 字 拼 音 的 方 式 輸 入 漢 文 ， 以 補 其 因 不 熟 悉 英 文 而 無 法 操 作 電 腦 的 缺 憾 。

材 料 方 法

A . 硬 體 設 計 多 重 選 擇 輸 入 部 份 主 要 包 括：( a ) 表 面 肌 電 圖 輸 入 感 測 ( b ) 口 吹 氣 氣 壓 感 測 輸 入 ( c ) 壓 力 感 測 輸 入 ( d ) 紅 外 線 感 測 輸 入 ( e ) 單 一 按 鍵 輸 入 等 方 式 ， 其 系 統 架 構 如 圖 1 . 所 示 。 透 過 上 述 各 種 多 重 輸 入 的 選 擇 電 路 ， 擇 其 一 感 測 操 作 者 所 剩 餘 的 肢 體 功 能 以 為 控 制 輸 入 訊 號 ， 再 將 該 控 制 訊 號 透 過 主 控 制 器 電 路 的 轉 換 處 理 ， 由 其 串 列 埠 將 該 訊 號 傳 至 電 腦 的 通 訊 埠 （ C O M p o r t ） ， 再 由 自 行 開 發 的 程 式 軟 體 讀 取 該 控 制 訊 號 以 為 選 擇 列 - 行 掃 描 鍵 盤 字 元 輸 入 控 制 之 用 。 以 下 就 該 上 述 多 重 選 擇 輸 入 電 路 部 份 加 以 說 明 ： ( a ) 表 面 肌 電 圖 感 測 輸 入 控 制 方 式 ： 如 圖 1 ( a ) 所 示 ，利 用 具 有 前 級 放 大 器 ( p r e - a m p l i f i e r ) 的 電 極 片 ( e l e c t r o d e ) 貼 至 操 作 者 穩 定 的 肌 肉 群 ( m u s c l e g r o u p s ) ， 如 上 肢 截 肢 ( u p p e r e x t r e m i t y ) 後 的 肌 群 或 頸 部 ， 臉 頰 等 相 關 肌 群 ， 取 得 患 者 動 作 的 表 面 肌 電 訊 號 ， 經 過 放 大 電 路 ( a m p l i f i e r c i r c u i t ) （ A D 6 2 1 , g a i n : 5 0 0 ）濾 波 電 路（ b a n d p a s s f i l t e r， 5 0 ~ 5 0 0 H z ） 等 ， 當 患 者 該 肌 群 動 作（ 用 力 ）時 即 可 取 得 表 面 肌 電 訊 號 ， 但 由 於 肌 電 訊 號 為 隨 時 間 變 化 快 且 複 雜 的 訊 號 ， 難 以 用 作 為 控 制 輸 入 訊 號 ， 所 以 取 得 的 肌 電 訊 號 再 經 由 所 設 計 的 不 可 再 觸 發 電 路 （ n o n - r e t r i g g e r a b l e ） ， 其 不 可 再 被 觸 發 時 間 是 為 可 調 整 ， 透 過 公 式 ( 1 ) 當 調 整 電 路 中 的 電 阻 ( R ) 及 電 容 ( C ) ， 即 可 得 到 不 同 的 不 可 再 觸 發 時 間 ( τ ) ， 經 過 該 電 路 的 處 理 後 ， 即 可 在 操 作 者 肌 肉 動 作 （ 用 力 ） 一 次 ， 即 輸 出 一

穩 定 脈 波 至 控 制 器 ， 而 該 不 可 再 觸 發 電 路 的 設 計 如 圖 2 . 所 示 ， 而 其 輸 入 及 輸 出 波 形 分 別 為 圖 2 ( a ) 及 圖 2 ( b ) 中 所 示 。 而 為 因 應 肌 電 訊 號 的 個 別 差 異 性 大 ， 此 電 路 放 大 器 部 分 也 設 計 一 肌 電 訊 號 參 考 電 壓 準 位 調 整 器 ( r e f e r e n c e v o l t a g e r e g u l a t o r ) ， 以 利 不 同 患 者 操 作 時 ， 只 要 設 定 好 該 患 者 的 無 動 作 時 的 表 面 肌 電 信 號 ， 以 為 參 考 點 ， 即 可 以 準 確 操 作 該 系 統 。 ( b ) 氣 壓 感 測 輸 入 控 制 方 式 ： 如 圖 1 ( b ) 所 示 ， 利 用 氣 壓 力 感 測 器 （ 型 號 H o n e y w e l l P C 2 6 0 0 0 ） 連 接 細 管 供 操 作 者 吹 氣 ， 利 用 該 氣 壓 感 測 器 取 得 患 者 吹 氣 的 壓 力 訊 號 經 過 放 大 器 （ A D 6 2 0 , g a i n = 5 0 ） 、 低 通 濾 波 器 （ L o w - p a s s f i l t e r c u t o f f : 2 H z ） 、 比 較 器 等 電 路 ， 促 使 該 電 路 只 要 接 收 到 患 者 一 吹 氣 訊 號 ， 可 輸 出 一 固 定 脈 波 予 主 控 制 器 。 ( c ) 力 感 測 輸 入 控 制 方 式 ： 如 圖 1 ( c ) 所 示 ， 利 用 力 感 測 器 應 變 器 及 力 量 感 測 電 阻 透 過 類 似 於 氣 壓 感 測 輸 入 控 制 的 電 路 ， 即 可 輸 出 一 固 定 脈 波 予 主 控 制 。 ( d ) 紅 外 線 感 測 輸 入 控 制 方 式 ： 如 圖 1 ( d ) 所 示 ， 該 電 路 包 括 一 紅 外 線 發 射 及 一 紅 外 線 接 收 兩 部 份 ， 本 研 究 採 用 型 號 為 E L - 1 K L 3 及 H C - 3 T T M 的 紅 外 線 發 射 器 及 紅 外 線 接 收 器 ， 透 過 一 般 的 紅 外 線 發 射 ， 接 收 電 路 即 可 完 成 ， 而 該 發

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射 器 可 置 於 操 作 者 頭 套 ， 鏡 架 或 手 腕 義 肢 等 處 ， 以 利 控 制 使 用 。 ( e ) 單 鍵 輸 入 方 式 ： 如 圖 1 ( e ) 所 示 ， 即 採 用 一 種 按 下 後 可 自 動 回 復 之 按 鍵 ， 再 加 上 相 關 去 除 彈 跳 電 路 （ r e m o v e b o u n c e ） 即 可 在 操 作 者 每 按 下 - 放 開 按 鍵 一 次 後 ， 即 輸 出 一 脈 波 予 主 控 制 器 。 。 本 研 究 中 所 採 用 的 主 控 制 器 為 I n t e l 8 9 C 5 1 微 處 理 器 ， 其 程 式 控 制 流 程 如 圖 3 所 示 ， 利 用 其 埠 口 1 接 收 圖 1 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) 、 ( d ) 、 ( e ) 中 任 一 個 電 路 所 輸 出 的 控 制 信 號 以 選 取 電 腦 螢 幕 上 列 - 行 掃 描 鍵 盤 中 字 元 之 用 。 而 其 p o r t 2 ， 用 以 一 指 撥 開 關 輸 入 用 以 選 擇 圖 1 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) 、 ( d ) 、 ( e ) 中 任 一 個 電 路 的 輸 入 有 效 ， 其 功 能 如 T a b l e 1 . 所 示 。 而 該 微 處 理 器 的 埠 口 2 即 連 接 至 圖 1 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) 、 ( d ) 、 ( e ) 等 各 電 路 的 輸 出 控 制 信 號 ， 以 為 螢 幕 上 列 行 掃 描 ( o n s c r e e n r o w -c o l u m n s -c a n n i n g ) 鍵 盤 中 字 元 或 功 能 的 選 取 之 用 。 B . 軟 體 設 計 軟 體 設 計 之 螢 幕 上 列 - 行 掃 描 鍵 盤 如 圖 4 . 所 示 ， 該 已 分 類 掃 描 鍵 盤 是 以 V i s u a l B a s i c 程 式 語 言 所 撰 寫 的 程 式 ， 編 譯 成 執 行 檔 後 ， 再 將 該 程 式 架 構 於 作 業 系 統 的 次 一 層 ， 意 即 當 電 腦 開 機 進 入 W i n d o w s 視 窗 後 ， 該 程 式 即 自 動 執 行 啟 動 以 供 身 心 障 礙 者 使 用 。 而 圖 中 所 示 之 鍵 盤 視 窗 中 特 殊 按 鍵 功 能 如 下 ：

K e y b o a r d : : 模 擬 鍵 盤 按 下 P a g e U p 可 使 目 前 畫 面 的 資 料 向 上 移 動 一 頁 。 : 模 擬 鍵 盤 按 下 P a g e D o w n 可 使 目 前 畫 面 的 資 料 向 下 移 動 一 頁 。 : 模 擬 鍵 盤 按 下 B a c k S p a c e 可 刪 除 游 標 前 的 一 個 字 元 。 : 使 用 者 設 定 鍵，選 擇 此 鍵 可 進 入 使 用 者 自 訂 系 統 參 數 的 選 項 ， 使 用 者 依 序 設 定 適 合 自 己 的 行 - 列 掃 描 速 度 和 螢 幕 鍵 盤 顯 示 大 小 ， 且 該 參 數 的 設 定 同 樣 利 用 掃 描 的 方 式 完 成 。 : 切 換 鍵 盤 中 英 文 輸 入 模 式，供 目 前 工 作 視 窗 使 用 於 中 文 或 英 文 的 輸 入 的 模 式 切 換 鍵 。 : 關 閉 微 電 腦 單 鍵 輸 入 系 統，當 使 用 者 不 需 要 使 用 此 系 統 時 可 將 其 關 閉 。 複 合 鍵 ： C a p s L o c k ， S h i f t ， C t r l ， A l t 均 會 影 響 鍵 盤 的 輸 入 ， 若 有 按 下 上 述 四 鍵 ， 系 統 會 將 此 四 鍵 的 顏 色 改 變 ， 同 時 ， 並 執 行 複 合 鍵 的 功 能 。 C a p s L o c k 必 須 由 使 用 者 自 行 清 除 按 下 的 動 作 （ 再 選 擇 一 次 ）， s h i f t， C t r l 與 A l t 則 會 在 輸 入 一 字 元 完 成 後 ， 自 行 清 除 按 下 的 動 作 。

此 種 分 類 列 - 行 掃 描 的 輸 入 方 式 ， 可 提 供 使 用 者 當 其 輸 入 大 量 相 同 性 質 的 資 料 時 ， 例 如 ： 大 量 的 數 值 或 文 字 ， 該 方 式 應 能 有 效 的 縮 減 輸 入 字 元 的 時 間 。 而 系 統 一 開 始 的 掃 描 ， 會 停 頓 於 鍵 盤 第 一 列 進 行 分 類 列 的 行 掃 描 ， 被 選 擇 到 所 分 類 功 能 其 輸 入 按 鍵 即 會 加 深 亮 度 ( h i g h l i g h t ) 且 開 始 列 -行 掃 描 ， 以 進 -行 字 元 輸 入 或 功 能 控 制 ， 若 選 擇 分 類 功 能 中 的 “ 數 字 ” 分 類 ， 並 只 進 行 鍵 盤 中 數 字 部 份 的 掃 描 ， 以 避 免 掃 描 非 必 要 字 元 所 浪 費 的 時 間 。 本 系 統 所 設 計 之 輸 入 字 元 分 類 包 括 ： 數 字 、 大 寫 英 文 字 母 、 小 寫 英 文 字 母 、 中 文 、 符 號 及 系 統 參 數 設 定 等 按 鍵 。 而 若 系 統 偵 測 到 操 作 者 有 按 鍵 未 放 的 情 形 ， 則 會 自 動 再 回 至 鍵 盤 視 窗 第 一 列 進 行 分 類 列 的 行 掃 描 。

結 果

A . 系 統 測 試 ： 該 系 統 軟 、 硬 體 設 計 實 作 完 成 ， 包 括 ： 多 重 輸 入 選 擇 功 能 ， 軟 體 掃 描 鍵 盤 視 窗 等 的 設 計 。 身 心 障 礙 者 只 要 選 擇 其 中 一 種 輸 入 設 備 ， 配 置 於 適 合 自 己 操 作 的 身 體 部 位 ， 即 可 順 利 操 作 該 系 統 。 而 以 表 面 肌 電 圖 的 操 作 為 例 ， 操 作 者 只 需 置 帶 具 有 前 級 放 大 器 的 電 極 片 於 其 頸 部 斜 方 肌 （ t r a p e z i u s ） 、 上 肢 肱 二 頭 肌 （ b i c e p s b r a c h i i ） 或 其 他 相 關 肌 群 擷 取 其 動 作 時 （ 用 力 ） 的 表 面 肌 電 信 號 （ E M G ） 即 可 達 到 控 制 電 腦 輸 入 的 目 的 。 圖 2 ( a ) 中 所 示 為 操 作 者 動 作 時 的 表 面 肌 電 信 號 ， 經 過 電 路 處 理 ， 轉 換 後 產 生 圖 2 ( b ) 中 所 示 的 脈 波 觸 發 信 號 。 而 針 對 該 電 路 的 評 估 ， 選 擇 一 3 7 歲 ， 雙 手 掌 截 肢 ， 已 出 院 6 個 月 ， 無 肌 肉 痙 攣 ( m u s c l e s p a s y ) 現 象 的 操 作 者 ， 將 電 極 片 貼 置 於 其 右 上 臂 肱 二 頭 肌 ， 經 過 3 0 分 鐘 的 訓 練 ， 再 由 臨 床 人 員 給 予 2 0 次 的 命 令 動 作 （ 右 上 肢 用 力 隨 即 放 鬆 ）， 而 其 產 生 脈 波 觸 發 信 號 的 次 數 達 1 8 次 ， 準 確 率 達 9 0 % 。 B . 臨 床 測 試 ： 本 研 究 選 擇 以 表 面 肌 電 信 號 感 測 輸 入 一 項 ， 進 行 臨 床 測 試 評 估 ： ( a ) 表 面 肌 電 信 號 輸 入 測 試 ： 收 集 6 位 上 肢 手 掌 截 肢 或 功 能 不 全 的 自 願 受 測 者 ， 其 平 均 年 紀 為 3 8 . 4±5 . 2 歲 ， 且 無 非 自 主 性 痙 攣 現 象 ， 其 表 面

肌 電 信 號 能 穩 定 者 ， 受 傷 前 皆 曾 使 用 過 個 人 電 腦 ， 給 予 每 人 3 0 m i n 的 操 作 訓 練 ， 以 熟 悉 系 統 的 功 能 。 接 著 ， 以 列 -行 掃 描 間 隔 為 0 . 7 s e c，給 予 每 人 一 段 已 分 類 的 字 元（ 包 括 ： 數 字 、 英 文 字 母 共 2 0 個 字 元 ）操 作 者 根 據 臨 床 人 員 的 命 令 逐 字 的 輸 入 ， 每 當 操 作 者 輸 入 一 個 字 元 後 ， 臨 床 人 員 隨 即 讀 出 下 一 個 字 元 命 令 ， 所 以 ， 輸 入 字 元 的 速 度 ， 由 操 作 者 決 定 ， 而 其 操 作 平 均 準 確 率 為 9 3 . 1 ± 4 . 2 % ， 而 操 作 平 均 時 間 為 1 2 1 . 3±8 . 9 s e c 。 而 若 以 相 同 的 已 分 類 的 字 元 用 傳 統 未 分 類 的 鍵 盤 作 輸 入 ， 則 輸 入 字 元 的 正 確 率 為 9 0 . 3±5 . 5 %， 所 花 費 的 平 均 時 間 約 為 2 0 8 . 6 . 3±1 0 . 7 s e c 。

討 論

由 上 述 的 實 驗 結 果 得 知 ， 系 統 工 作 的 功 能 完 善 ， 而 在 表 面 肌 電 圖 的 測 試 方 面，也 顯 示 工 作 相 當 正 常，而 其 中 1 0 % 的 誤 差 ， 並 非 是 系 統 功 能 上 的 誤 差 ， 而 是 操 作 者 對 系 統 熟 練 程 度 不 佳 而 衍 生 ， 應 仍 可 在 加 強 病 患 操 作 訓 練 後 以 降 低 誤 差 。 而 就 結 果 中 臨 床 評 估 的 數 據 得 知 ， 用 分 類 鍵 盤 作 輸 入 ， 對 於 輸 入 相 同 性 質 的 資 料 可 以 減 少 輸 入 的 時 間 ， 有 助 於 身 心 障 礙 者 操 作 電 腦 速 度 的 提 升 ， 約 1 0 ~ 1 2 字 / 分 ， 比 傳 統 列 - 行 掃 描 鍵 盤 的 輸 入 方 式 快 約 5 0 %。 而 該 系 統 更 以 人 性 化 的 設 計 ， 對 於 不 同 的 族 群 的 身 心 障 礙 者 ， 在 硬 體 上 提 供 各 種 不 同 輸 入 方 式 的 選 擇 ; 在 軟 體 上 提 供 掃 描 鍵 盤 字 幕 大 、 中 、 小 的 選 擇 ， 掃 描 速 度 的 選 擇 ， 分 類 / 未 分 類 鍵 盤 的 選 擇 ， 電 腦 鍵 盤 功 能 選 擇 等 ， 志 在 研 究 一 適 合 身 心 障 礙 者 最 佳 操 作 電 腦 的 環 境 。

結 論

由 於 各 種 意 外 傷 害 的 比 例 逐 年 增 高 ， 造 成 殘 障 人 口 的 急 速 上 升 ， 雖 在 市 面 上 有 一 些 生 活 輔 具 供 身 心 障 礙 者 使 用 ， 但 就 其 使 用 的 方 便 、 準 確 性 而 言 仍 有 相 當 大 的 落 差 。 就 殘 障 者 使 用 的 電 腦 操 作 輔 具 而 言 ， 大 都 使 用 口 、 頭 控 長 棒 、 眼 球 運 動 等 方 式 來 完 成 按 鍵 的 動 作 [ 1 ~ 7 ] ； 雖 都 是 不 錯 且 可 完 成 電 腦 輸 入 的 方 式 。 但 就 口 控 長 棒 的 方 式 而 言 其 衛 生 、 方 便 性 仍 未 盡 人 性 化 。 而 對 眼 球 運 動 或 眼 球 成 像 的 方 式 雖 是 高 水 準 的 影 像 分 析 研 究 ， 但 仍 具 準 確 度 較 差 、 儀 器 成 本 高 及 需 長 時 間 操 作 訓 練 的 缺 點 。 而 傳 統 的 列 - 行 掃 描 輸 入 ， 一 方 面 未 有 完 整 的 鍵 盤 及 滑 鼠 功 能 ， 另 一 方 面 又 因 未 具 分 類 的 功 能 ， 需 浪 費 許 多 非 必 要 字 元 列 - 行 掃 描 的 時 間 ， 間 接 降 低 身 心 障 礙 者 操 作 電 腦 的 效 益 。 在 今 日 電 子 、 電 腦 視 窗 科 技 突 飛 猛 進 的 時 代 中 ， 吾 等 乃 希 望 殘 障 者 不 成 為 科 技 時 代 的 孤 兒 。 希 望 就 以 最 低 成 本 的 電 路 設 計 ， 以 及 準 確 性 極 高 的 控 制 系 統 ， 以 為 殘 障 者 克 服 日 常 生 活 不 便 的 利 器 。 而 本 研 究 的 目 的 在 於 使 用 者 無 需 使 用 口 含 棒 或 其 它 高 成 本 的 儀 器 ， 只 須 利 用 殘 障 者 所 剩 餘 的 肢 體 功 能 ， 直 接 利 用 表 面 肌 電 圖 、 口 吹 氣 氣 壓 感 測 等 硬 體 ， 再 透 過 所 設 計 的 完 整 鍵 盤 功 能 ， 除 加 強 了 其 人 性 化 的 功 能 外 ， 也 能 確 實 彌 補 過 去 輔 具 的 缺 點 。 另 外 ， 除 對 於 脊 髓 損 傷 四 肢 癱 瘓 者 給 予 頭 戴 鏡 架 式 的 紅 外 線 控 制 方 式 外 ， 對 於 肢 體 殘 障 （ 上 肢 截 肢 ） 的 使 用 者 也 能 將 系 統 中 的 紅 外 線 發 射 模 組 裝 置 於 義 肢 ( p r o s t h e s i s ) 護 具 ( o r t h e s i s ) 或 電 動 輪

椅 上 以 達 到 控 制 的 目 的 。 本 研 究 中 所 新 設 計 的 電 腦 介 面 ， 能 利 用 現 今 電 路 的 技 術 能 有 效 的 達 的 到 電 腦 鍵 盤 功 能 的 控 制 ， 而 殘 障 人 士 也 能 藉 由 此 系 統 擔 任 公 司 電 腦 操 作 的 工 作 ， 重 拾 自 給 自 足 獨 立 生 活 的 尊 嚴 。 未 來 必 能 將 此 介 面 植 入 其 他 的 環 境 控 制 系 統 ， 以 造 福 眾 多 的 殘 障 人 士 。

參 考 文 獻

[1] R. Damper, “Text composition by the physically disabled: A rate prediction model for scanning input,” Appl. Ergonom., vol.12, pp.289-296, 1984.

[2] H. Koester and S. Levine, “Learning and performance of able-bodied individuals using scanning systems with and without word prediction,” Assist. Technol., vol.6, no.1, pp.42-53, 1994.

[3] P. Demasco, “Human factors considerations in the design of language interfaces in AAC,” Assist. Technol., vol.6, no.1, pp.10-25, 1994.

[4] H. Koester, “User performance with augmentative communication systems: Measurements and models,” Ph.D. dissertation, Univ. of Michigan, Ann Arbor, 1994.

[5] S. Cronk and R. Schubert, “Development of a real time expert system for automatic adaptation of scanning rates,” in Proc. 10th

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[6] E. Charniak, “Bayesian networks without tears,” AI Mag., vol.12, no.4, pp.50-63, 1991. [7] Y.L. Chen, Y.Y. Shih, W.H. Chang, F.T. Tang, M.K. Wong, T.S. Kuo, “The New Design

of an Infrared-controlled Telephone Communication Interface for the Disabled”, IEICE Trans. on Information and Systems, vol.e82d, no.10, pp.1417-1424, 1999.

Figure 1. The configuration of the categorized row-column scanning computer interface with multiple selective inputs, (a)surface EMG control, (b)breath pressure sensibility control with puff, (c)force sensibility control, (d)infrared sensibility control, (e)single key-in control.

Table1. The function table of multiple selective inputs of the categorized row-column scanning computer interface

SW2 SW1 SW0

0 0 0 →EMG circuit active

0 0 1 →Breath pressure sensibility circuit active

0 1 0 →Force sensibility circuit active

0 1 1 →Infrared sensibility circuit active

(a)

(b)

Figure 2. (a)The raw SEMG of the subject, (b) the waveform output from the non-retriggerable circuit.

Figure 3. The software control flow chart of the Intel89C51 microprocessor Start Initialized Port0 = FFh Port1 = FFh Port2 = FFh Port3 = FFh Port2.0 =? "0"

Emitting the control code by Port3 (Port3.0 & Port3.1) to PC (VB program) Y N &Buffer = control code End