DextrEMS：通过结合制动器实现肌肉电刺激的灵活性

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肌肉电刺激（EMS）是一种新兴的微型化力反馈技术，广泛应用于移动游戏、VR或AR等无束缚触觉设备。然而，基于EMS的交互系统所实现的运动控制较为粗糙且精度不足。EMS系统主要侧重于诱导大腿、手臂和手腕等大肌肉群的运动，而无法实现单个手指姿态，例如驱动用户手指进行手语字母的手指拼写。EMS缺乏灵活性的原因来自两个基本限制：（1）独立性缺失：当EMS驱动特定手指时，电流会穿过附近肌肉，导致相邻手指出现非预期的运动；（2）非预期振荡：EMS容易启动手指运动，但很难停止并将手指保持在精确角度，因为停止手指几乎所有EMS系统都需要收缩对抗肌肉，通常通过控制器（如PID）实现——不幸的是，即使调整到最佳控制器参数，这通常仍会导致非预期振荡。为了解决这些限制，我们提出了dextrEMS，这是一款基于EMS的触觉设备，每个手指关节都装有机械制动器。dextrEMS的核心思想是：虽然由EMS驱动手指，但由机械制动器将手指精确停在指定位置。此外，制动器还允许dextrEMS选择哪些手指被EMS驱动，通过防止相邻手指移动来消除非预期运动。我们将dextrEMS实现为一款仅重68g的无束缚触觉设备，可独立驱动八个手指关节（四个手指的掌指关节和近端指间关节），并在辅助手指拼写、钢琴教程、吉他教程和VR游戏等多种触觉应用中进行了演示。最后，在技术评估中，我们发现dextrEMS的性能优于单独使用EMS，独立性和非预期振荡均有所改善。