Advisor: Prof. Chin-Shyurng Fahn

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Location: RB307-3

Designer: Yu-Ta Lin

手部追蹤感測器之研製及其應用

 

  本論文提出一種可用於建造感測資料手套、虛擬鍵盤、或其他需追蹤手指方位的輸入裝置之新型感測器技術。此感測器將由具有高準確度的電磁感應零件所構成。該零件包含了磁場發射與感應線圈。本論文發展出兩種感測模組,分別為:單感測線圈與雙感測線圈感測模組。單感測線圈感測模組將被應用於簡化型資料手套(data glove-I)與虛擬鍵盤之研製,而雙感測線圈感測模組將被使用在基於手指尖位置追蹤之感測資料手套(data glove-II)的研發上。理論上,經由追蹤手指尖之相對位置可改善在虛擬環境中抓取物件動作的準確度,因為在大部分的物件抓取動作中,手指尖往往是接觸物件表面的首要部位。論文中所提的兩種感測模組其實際應用之安裝方式並非直接接觸到手指關節部位,因此量測之訊號品質與其感測器壽命亦不會隨著使用時間而降低。在data glove-I之研製上,為了能有效降低感測器數量,本論文提出能利用一個感測器同時測量出兩個手指關節彎曲之設計方法。此感測器在資料手套上的實際位置須經謹慎的配置並且配合手指關節之間的手部移動限制學理(motion-constraints)之應用與探討可簡化其硬體複雜度。為了提升此資料手套的便利性,本論文亦提出一個簡易且有效率的校準方式。該校準方式將包含兩個手勢,然而用來計算手指彎曲所需之參數都經由此手勢推算出來。在發展虛擬鍵盤的過程中我們使用單感測線圈之感測模組來量測出鍵盤按鍵的平面位置。該虛擬鍵盤包含了手靠板(keyboard panel)、按鍵配置圖(keyboard layout)、及鍵盤控制單元(keyboard control unit)。手靠板的用途除了打字時可用來墊手腕之外,其內部還裝了感測線圈、前置放大電路、發射線圈及其驅動電路。按鍵配置圖的主要用途為指引並協助使 用者完成訓練程序。鍵盤控制單元的功能則為調協鍵盤的運作流程並且將輸出資料傳送到主機。論文中提出此虛擬鍵盤之按鍵訓練與辨識的操作流程與演算法,以便能夠提升其使用彈性。在訓練的過程中,我們發展出一種既強化又便利且以向量量化(vector quantization)程序為基礎的訓練演算法。既使訓練資料中含有25%雜訊,該演算法仍可訓練出擁有高辨識率的按鍵辨識模型。在辨識的過程中,我們也發展出基於距離量測方式的辨識演算法。該資料手套與虛擬鍵盤所進行的實驗都獲得相當不錯的結果。因此,驗證了我們所發展出來的新型感測模組適合應用於手指追蹤裝置之研製。