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非接地型力覚提示装置 コモンズ

国内特許コード P140010654
整理番号 09-06
掲載日 2014年6月17日
出願番号 特願2009-207062
公開番号 特開2011-059862
登録番号 特許第5352813号
出願日 平成21年9月8日(2009.9.8)
公開日 平成23年3月24日(2011.3.24)
登録日 平成25年9月6日(2013.9.6)
発明者
  • 中山 功一
出願人
  • 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明の名称 非接地型力覚提示装置 コモンズ
発明の概要 【課題】物体を把持した状態で手を動かした際の慣性力の感覚を人の手に提示するための力覚提示装置を提供する。
【解決手段】力覚提示装置100は、ガイド部102と保持用取手部104とがT字型に組み合わされている。押圧部110aと110bとは、それぞれ、スライダ112aと112bと
によりガイド部102に沿って移動可能なようにガイド部102に取り付けられている。力覚提示装置100の位置および加速度がマーカ204~208を用いたモーションキャプチャにより検知される。押圧部110aと110bとが、ユーザの把持に応じて、力覚付与部120に接すると、以後は、力覚付与部120は、押圧部110aと110bとに対して、仮想物体からの手の運動に伴う慣性力に対応した反力を加える。
【選択図】図4
従来技術、競合技術の概要



近年、仮想現実感を人に提示する技術の研究が盛んに行なわれている。このような技術の代表的なものに、バーチャルリアリティ(Virtual Reality)やミクストリアリティ(Mixed Reality)がある。バーチャルリアリティとは、コンピュータグラフィックスや音響効果を組み合わせて、 人工的に現実感を作り出す技術で

ある。ミクストリアリティとは、インタラクティブな3次元コンピュータグラフィックスと実空間を融合させる技術である。





これらの仮想現実感を提示する技術は、たとえば、業務用や家庭用のゲーム機などでの利用の他、たとえば、医学教育の分野でも力覚提示デバイスを応用して、触診により病巣を発見するための練習機器としての利用のなどのために研究が進められている。





仮想現実感の提示にあたっては、実際に物体があるかのように人の五感に刺激を与える必要がある。特に、力覚の提示は、仮想現実感の生成に重要である。力覚提示の研究は、これまでからなされており、力覚を提示するデバイスは、すでにいくつか開発されている。





図1は、力覚提示デバイスの代表的なものである、PHANTOM(登録商標)(例えば、非特許文献1を参照)の外観を示す図である。図1を参照して、PHANTOM(登録商標)は、ペン形のスタイラス2000を備える。また、PHANTOM(登録商標)は、スタイラス2000に力を与えるモータを備える。モータがスタイラス2000に与える力は、スタイラス2000の位置に応じて定められている。したがって、PHANTOM(登録商標)のユーザは、スタイラス2000をつかんで動かすと、スタイラスの位置に応じて、硬い、柔らかいなどの力覚を感じる。





これまでに、PHANTOM(登録商標)を用いた仮想現実感の提示について様々な研究がなされている。例えば、非特許文献2には、力覚提示装置PHANTOM(登録商標)で提示する力覚情報と、物に触れたときに発生する音声情報とをユーザに同時に提示し触ったときの臨場感を高める研究についての開示がある。非特許文献2には、様々なものに触れたときの触れ方をPHANTOM(登録商標)が検知し、それに適合する音を自動生成するプログラムが開示されている。





PHANTOM(登録商標)と同様によく知られている力覚提示デバイスに、SPIDARがある(例えば、非特許文献3、非特許文献4を参照)。SPIDARの外観を図2に示す。SPIDARは、力覚ポインタ3100と、力覚ポインタ3100に接続された複数のワイヤ3200とを備える。SPIDARは、各ワイヤ3200の長さから力覚ポインタ3100の位置および姿勢を計算し、位置および姿勢に応じた力覚をワイヤ3200の張力により提示する。





ここで、非特許文献5では、SPIDARのようなワイヤ駆動型力覚ディスプレイにおいて、安定な力覚提示を実現するために、提示力の正確性とともに、ワイヤ張力の連続性を考慮して、張力を計算するアルゴリズムについて開示されている。





一方、ジャイロモーメントを利用した回転トルクを提示するデバイス(非特許文献6を参照)や、知覚の非線形性を利用した不連続的な力覚提示デバイス(非特許文献7を参照)なども開発されている。

産業上の利用分野



本発明は、人に力覚を提示する力覚提示装置に関し、特に、仮想物体を把持した状態で仮想物体から受ける慣性力(慣性質量)の感覚を人の手に提示するための非接地型力覚提示装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ユーザの手によって支持されるものと想定される仮想物体からの慣性力を前記ユーザに提示するための非接地型力覚提示装置であって、
前記仮想物体の質量の情報および前記仮想物体の固さの情報を含む、前記仮想物体の属性に関する情報を格納するための記憶部と、
前記非接地型力覚提示装置の把持を前記ユーザから受け付けて、前記把持を受け付けた部分において前記ユーザに反力を提示するための把持部と、
前記非接地型力覚提示装置の加速度の向きおよび大きさを検出するための運動検出手段と、
前記把持部に提示される前記反力の源となる駆動力を発生する駆動部と、
前記仮想物体の固さに応じて、静止状態の前記仮想物体を前記ユーザが把持することによる前記仮想物体からの反力を示す第1の反力を算出し、前記運動検出手段により検出される前記加速度の情報と、前記記憶部に格納される前記仮想物体の質量の情報とに基づいて、前記仮想物体の運動に相当する慣性力を算出し、前記慣性力に対応する第2の反力を算出して、前記第1の反力に前記第2の反力を重畳させた反力を発生するように前記駆動部を制御する反力制御部とを備える、非接地型力覚提示装置。

【請求項2】
前記把持部は、前記ユーザが前記非接地型力覚提示装置の把持に使用するための2つのうちいずれか一方からの押圧力を受けるための第1の押圧部と、
前記2つの指のうちもう一方からの押圧力を受けるための第2の押圧部と、
前記第1および第2の押圧部に対して力を与える力覚提示部と、を含み、
前記力覚提示部が前記反力に応じた力を前記第1および第2の押圧部に与えることにより、前記第1および第2の押圧部において前記ユーザに反力を提示し、
前記第1および第2の押圧部は、対向する位置に配置され、
前記第1の押圧部は、第1の方向に前記反力を提示し、前記第2の押圧部は、前記第1の方向の逆方向である第2の方向に前記反力を提示し、
前記駆動部は、
前記第1の押圧部において前記ユーザに提示するための反力の源となる第1の駆動力と、前記第2の押圧部において前記ユーザに提示するための反力の源となる第2の駆動力とをそれぞれ独立に制御し、
前記反力制御部は、
前記算出した前記慣性力に対応して、前記第1の駆動力と前記第2の駆動力とを不均一とするよう前記第1の押圧部と前記第2の押圧部における反力を発生させることにより、前記慣性力に対応した反力を前記ユーザに提示するよう前記駆動部を制御する、請求項1に記載の非接地型力覚提示装置。

【請求項3】
前記運動検出手段は、加速度センサである、請求項1記載の非接地型力覚提示装置。

【請求項4】
前記運動検出手段は、モーションキャプチャ装置である、請求項1記載の非接地型力覚提示装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009207062thum.jpg
出願権利状態 登録
※ 詳細内容の開示にあたっては、別途、JSTと秘密保持契約を締結していただくことが必要となります。


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