Using a 3D hand motion controller for reaching tasks in a powered wheelchair simulator

Reaching for objects is essential in powered wheelchair (PW) mobility. For PW users, learning how to navigate their PW to reach for objects safely, as in daily activities, is crucial to their quality of life. Training for such PW use is limited due to lack of dedicated space, time, or equipment. Addressing these issues, the McGill Immersive Wheelchair (miWe) simulator is a virtual reality (VR) system for teaching PW driving skills that runs on an ordinary computer. However, a practical and low-cost training tool for reaching tasks does not exist for the miWe or any other PW simulator. Objective: The purpose of this study was to evaluate a $150 3D hand motion controller (Razer Hydra, Sixense, USA), as an interface for training reaching tasks within the miWe. This device allows 3D control of a virtual cursor with hand/arm movements. Method: Twelve experienced PW users performed three combined PW navigation and reaching tasks both in the real world (RW) and in the miWe: working at a desk, operating an elevator, and opening a door. First, we determined concordance of task performance in VR with that in the RW. Total task time, time spent reaching, number of joystick movements, and number of reaching movements were measured. A video task analysis was also performed. Second, the sense of presence in VR was assessed using the iGroup Presence Questionnaire (IPQ). Third, participants gave feedback in an open questionnaire. Results: Tasks performed in VR demonstrated significantly (p<0.05, Wilcoxon Sign-Rank) longer task times and greater number of movements for the elevator and desk tasks but not the door task. Task analysis revealed significantly greater (p<0.05) risk of collisions and reaching errors in VR compared to RW tasks. The majority of navigation and reaching behaviours showed moderate to excellent (K > 0.4, Cohen's Kappa) agreement between the two environments. IPQ scores demonstrated a significant (p < 0.05) increase in "involvement" while "general sense of presence", "spatial presence", and "realism" remained the same compared to previously collected miWe data. Participants generally perceived the tasks and the reaching component to be useful, but noted difficulties with joystick control and software glitches. Conclusions: Task performance showed poorer kinematic performance in VR than RW overall, but similar strategies. While the reaching component represents a promising addition to the miWe simulator, important limitations must be addressed for this VR simulator to be an effective tool for training PW navigation-reaching tasks.La préhension d'objets est essentielle à la mobilité en fauteuil roulant électrique (FRE). Pour les utilisateurs (de FRE), apprendre à diriger leur FRE pour attraper des objets de façon sûre dans leurs activités quotidiennes est crucial pour leur qualité de vie. L'entraînement pour une telle utilisation des FRE est limitée à cause du manque d'espace dédié, de temps ou d'équipement. Examinant ces questions, le simulateur de Fauteuil roulant immersif de McGill (Frim) est un système de réalité virtuelle (RV) dont l'objectif est d'enseigner les compétences de conduite d'un FRE et qui fonctionne sur un ordinateur ordinaire. Il n'existe cependant pas d'outil d'entraînement pratique et abordable pour les tâches de préhension, ni pour le Frim ni pour aucun autre simulateur de FRE. Objectif : Le but de cette étude est d'évaluer un controlleur de mouvements manuels 3D à $150 (Razer Hydra, Sixense, USA) en tant qu'interface d'entraînement pour les tâches de préhension au sein du Frim. Cet appareil permet le contrôle 3D d'un curseur virtuel par des mouvements des mains/bras. Méthode : Douze utilisateurs expérimentés de FRE ont réalisé trois tâches associant conduite d'un FRE et préhension, à la fois dans le monde réel (MR) et au sein du Frim : travailler à un bureau, faire fonctionner un ascenseur et ouvrir une porte. D'abord, nous avons déterminé la concordance de l'éxecution d'une tâche dans la RV avec celle dans le MR. Ont été mesurés la durée totale de la tâche, le temps passé pour attraper, le nombre de mouvements du manche à balai et le nombre de mouvements de préhension. Une analyse vidéo des tâches a également été réalisée. Ensuite, la sensation de présence dans la RV a été évaluée à l'aide du Questionnaire Présence iGroupe (QPI). Enfin, les participants ont fait part de leurs commentaires dans un questionnaire ouvert. Résultats : Les tâches réalisées dans la RV ont présenté des durées totales significativement (p<0.05, test de Wilcoxon) plus longues et une plus grand nombre de mouvements pour les tâches de l'ascenseur et du bureau mais pas pour celle de la porte. L'analyse des tâches a révélé un risque de collisions et d'erreur de préhension significativement (p<0.05) plus grand dans la RV comparé aux tâches dans le MR. La majorité des comportements de conduite et de préhension ont fait preuve d'une concordance modérée à excellente (K > 0.4, Kappa de Cohen) entre les deux environnements. Les scores de QPI ont révélés une hausse significative (p