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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 資訊工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/92400
標題: 旋擊:設計基於飛輪的瞬時衝擊力反饋裝置
SpinShot: Exploring Flywheel-based Instantaneous Impact Force Feedback Device Designs
作者: 范嘉安
Chia-An Fan
指導教授: 陳彥仰
Mike Y. Chen
關鍵字: 觸覺回饋,系統,實作,
Haptics,System,Implementation,Virtual Reality,
出版年 : 2023
學位: 碩士
摘要: 現實世界中的撞擊事件,例如打網球或棒球,受力落在在400-40,000N,且持續時間僅為1-5毫秒。然而,目前的移動方向力回饋技術,如氣流噴射和螺旋槳,僅能產生4N的力量,並且持續時間明顯較長,為50-500毫秒。我們提出了「旋擊」,這是一種基於飛輪的裝置,具有電磁鐵驅動的制動器,能夠瞬間停止飛輪,並在1毫秒內產生22Nm的脈衝。此外,我們提出了一種新穎的控制設計,在初始硬碰撞後立即使飛輪反向旋轉,從而顯著增加了感知到的幅度(p < 0.05),並透過14人感知實驗證實。為了進行使用者體驗評估,我們進行了一項16人研究,比較了 「旋擊」與移動質量(電磁鐵)和氣流噴射在 VR 棒球場景中的表現,結果顯示其在真實感、沉浸感和幅度方面有顯著的改善(p < 0.01)。儘管這個裝置比噴氣裝置重得多,明顯降低了舒適度,但整體上有63-75%的參與者更喜歡它。
Real-world impact, such as hitting a tennis or a baseball, generates impact forces that are 400-40,000𝑁 in magnitude and 1-5𝑚𝑠 in duration. However, current mobile directional force feedback technologies, such as air jets and propellers, can only generate forces of up to 1.6𝑁𝑚 with substantially slower durations of 50-500𝑚𝑠. We present SpinShot, a flywheel-based device with a solenoid-actuated stopper capable of instantaneously stopping the flywheel to generate an impulse of 22𝑁𝑚 within 1𝑚𝑠. Furthermore, we present a novel actuation design that reverses the flywheel immediately after the initial hard stopping, to significantly increase the perceived magnitude (𝑝<.05), shown through a 14-person perceptual study. For user experience evaluation, we conducted a 16-person study to compare SpinShot vs. moving mass (solenoid) and air jets in a VR baseball scenario, which showed significantly improved realism, immersion, and magnitude (𝑝<.01). Despite its weight significantly reducing comfort, it was preferred by 63-75% of the participants.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/92400
DOI: 10.6342/NTU202304572
全文授權: 未授權
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