JP2014052975A - Touch sense and force sense presenting device, and touch sense and force sense presenting system using the device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力帰還器具(ハプティック・デバイス(Haptics Device) )と、それを用いた触覚・力覚提示システムに関する。
特に、本発明は、平面近似による繊細な、および/または、微妙な、触覚・力覚を提示することが可能な触覚・力覚提示デバイスと、それを用いた触覚・力覚提示システムに関する。
The present invention relates to a force feedback device (Haptics Device) and a tactile / force sense presentation system using the same.
In particular, the present invention relates to a tactile / force sense presentation device capable of presenting a delicate and / or subtle tactile / force sense by plane approximation and a tactile / force sense presentation system using the tactile / force sense presentation system.
人に仮想物体の存在や衝撃を提示する力帰還装置(ハプティック・デバイス)は知られている(たとえば、特許文献1(特開2005−190465号公報))。
また、たとえば、医療の分野、アミューズメントの分野などにおいて、遠隔地相互間での操作や会議の場において、仮想現実(VR:Virtual Reality)や、仮想現実のバリエーションとしての拡張現実(AR:Argumented Reality)に基づくコンピュータグラフィック(CG)を恰も同一の空間で共有し、そのCGの物体に触れて、触覚による感覚が伝達することにより、ユーザ(操作者)にとって直観的で、かつ、3次元的に物体を操作することが可能となることが知られている(たとえば、特許文献2:特開平11−219100号公報)。
このような技術を用いると、恰も、同一空間で複数の人間が共同で作業をしている感覚で操作したり、議論をすることができる。
A force feedback device (haptic device) that presents the presence or impact of a virtual object to a person is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-190465).
Also, for example, in the fields of medical care and amusement, virtual reality (VR) or augmented reality (AR) as a variation of virtual reality is used in operations and conferences between remote locations. ) Based computer graphics (CG) are shared in the same space, touching the object of the CG, and transmitting tactile sensations, it is intuitive for the user (operator) and three-dimensionally It is known that an object can be operated (for example, Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 11-219100).
Using such a technique, the kite can operate and discuss as if multiple people are working together in the same space.
また、視覚と聴覚の呈示と、力覚・触覚の呈示を統合して呈示してアクチュエータと、ディスプレイを配置して、簡潔で臨場感の高い装置が知られている(たとえば、特許文献3、特開2004−54694号公報)。 Also, a simple and highly realistic device is known in which visual and auditory presentations and force / tactile presentations are integrated and an actuator and a display are arranged (for example, Patent Document 3, JP 2004-54694 A).
さらに、このような技術の他の例として、地面を支点としてモータやワイヤによって手と接触点であるペンやボールが駆動し、力や触覚を提示できる、設置型の力触覚ディスプレイ」が知られている(たとえば、PHANToM、SPIDAR−G)。 Furthermore, as another example of such technology, there is known an “installable force / tactile display” in which a pen or a ball, which is a contact point with a hand, is driven by a motor or a wire with a ground as a fulcrum, and a force or a tactile sensation can be presented. (For example, PHANToM, SPIDAR-G).
図1はそのような力覚・触覚デバイスの第1例として、東京工業大学で開発した、SPIDERと命名されている装置の1例を図解している。
この装置は、たとえば、表示器に仮想物体をCGを表示し、ユーザがグリップを操作したとき、複数のワイヤと複数のモータによりユーザが操作するグリップの位置と姿勢を検出し、コンピュータに伝達する。仮想空間上の接触も衝突の情報は、SPIDERにより力覚に変換される。
FIG. 1 illustrates an example of a device named SPIDE developed by Tokyo Institute of Technology as a first example of such a force / tactile device.
For example, this device displays a virtual object CG on a display, and when the user operates the grip, detects the position and posture of the grip operated by the user with a plurality of wires and a plurality of motors, and transmits them to the computer. . Information on contact and collision in the virtual space is converted into force sense by SPIDER.
図2はそのような力覚・触覚デバイスの第2例として、PHANToMと呼ばれる装置を図解している。
この装置は、たとえば、手術のシミュレーションを行う場合などにおいて、表示器に表示されたCGを見ながら、ペン型のロボートアームをユーザが握って操作した場合、装置からロボートアームにCG物体に触れた際の物体から手に対する力が伝えられる。
FIG. 2 illustrates a device called PHANToM as a second example of such a force / tactile device.
In this apparatus, for example, when performing a simulation of surgery, when a user grips and operates a pen-type robot arm while viewing the CG displayed on the display, the CG object is transferred from the apparatus to the robot arm. The force on the hand is transmitted from the object when touched.
このように、図1、図2において、力覚・触覚デバイスは机の上に配置されており、操作者は表示器に表示されたCGを見ながら、所望の操作を行う。
SPIDER、PHANToMなどの力触覚デバイスからは、CGの物体に触れた際の物体から手に対する力で伝達される。
このように、力覚・触覚デバイスは、基本的には、CG物体に触れた際にその物体からの弾力を伝達する。
As described above, in FIG. 1 and FIG. 2, the force / tactile device is arranged on the desk, and the operator performs a desired operation while viewing the CG displayed on the display.
From a force / tactile device such as SPIDER or PHANToM, a force applied to the hand is transmitted from the object when the CG object is touched.
In this way, the haptic / tactile device basically transmits elasticity from a CG object when it is touched.
しかしながら、従来の力覚・触覚デバイスでは、さらに微妙な触覚、たとえば、「なぞり動作」や「撫で動作」などの提示ができない。
また、従来の力覚・触覚デバイスでは、「すべすべした,または、ざらざらした」などの肌触り、「ふわふわした」などの繊細な触感、弾力感を提示することができない。
However, the conventional haptic / tactile device cannot present even more delicate tactile sensations, such as “tracing action” or “sliding action”.
In addition, the conventional haptic / tactile device cannot present a touch such as “smooth or rough”, or a delicate touch or elasticity such as “fluffy”.
以上から、微妙な触覚、繊細な触感、弾力感も提供することが望まれている。
すなわち、ARに基づくCG物体をあたかも同一の空間で共有し、「なぞり動作」や「撫で動作」などの微妙な触覚、あるいは、「すべすべした、または、ざらざらした」などの肌触り、「ふわふわした」などの繊細な触感、弾力感を感じながら、CG物体を実際に触れるような感覚および触覚をより現実的に表現することにより、CG物体の形状をより直観的に表現して提示することができ、その結果、操作者が直観的に実際に物体に触れているような触覚を提示(呈示)することが望まれている。
From the above, it is desired to provide a delicate tactile sensation, delicate tactile sensation, and elasticity.
In other words, CG objects based on AR are shared in the same space, and a subtle tactile sense such as “race movement” or “movement with a heel”, or a touch such as “smooth or rough”, “fluffy” By expressing the sensation and tactile sensation of actually touching a CG object more realistically while feeling a delicate touch and elasticity, such as the above, the shape of the CG object can be expressed and presented more intuitively. As a result, it is desired to present (present) a tactile sensation as if the operator is actually touching an object.
本発明によれば、天板と、前記天板を支持し、CG画像化されたCG物体の表面の法線力の提示を可能とするため前記天板を前記CG物体の表面の接平面に傾斜可能とする、少なくとも直交方向に回転可能な第1および第2の回転機構を有する、天板駆動機構と、前記第1および第2の回転機構を回転駆動させる、回転機構アクチュエータと、前記アクチュエータを駆動制御する制御手段とを有する、触覚・力覚提示デバイスが提供される。 According to the present invention, the top plate is supported on the tangential plane of the surface of the CG object in order to support the top plate and to present the normal force of the surface of the CG object that has been CG imaged. A top plate drive mechanism having first and second rotation mechanisms rotatable at least in an orthogonal direction, capable of tilting, a rotation mechanism actuator for rotating the first and second rotation mechanisms, and the actuator There is provided a tactile / force sense presentation device having a control means for driving and controlling.
触覚・力覚提示デバイスを用いた触覚・力覚提示システムにおいて、表示装置に表示されている、撮像手段で撮影した操作者の指先と信号処理手段によるARによるCG物体が触れたとき、触れた指先に対して、天板が物体の接平面の傾きを提示して、物体からの衝撃、すなわち、法線方向の反力を返す。
その理由は、人の触知覚動作の押し込み、つかみ、叩き、撫でる動作は、指の接触面に対して垂直方向の相対運動が大きくなるため、触知覚動作を体験するには法線力の提示が必要となるため、本発明においては、天板による接平面の傾きを用いた。
In a tactile / force-sensing presentation system using a tactile / force-sensing presentation device, touched when a fingertip of an operator photographed by an imaging means displayed on a display device and a CG object by AR by a signal processing means touched The top plate presents the inclination of the tangent plane of the object to the fingertip, and returns the impact from the object, that is, the reaction force in the normal direction.
The reason for this is that when you push, grab, strike, or stroke a person's tactile perception, the relative movement in the direction perpendicular to the contact surface of the finger increases. In the present invention, the inclination of the tangential plane by the top plate is used.
上記天板を使用すると、操作者は、CG物体を実際に掴んだり、押し返したりする感覚が手元で生じるため、より直観的になり、表示装置に表示されているCG物体を操作することが容易になる。
また、上記天板を用いると、感覚が伝わりやすくなるため、表示装置に表示されているCG物体の細かい作業にも適する。
When the top plate is used, the operator feels that the CG object is actually grasped or pushed back at hand, so that it becomes more intuitive and easy to operate the CG object displayed on the display device. become.
Further, when the top plate is used, it is easy to transmit a sense, and therefore, it is suitable for fine work of a CG object displayed on the display device.
好ましくは、前記天板駆動機構は、基台に立設している支持部と、前記第1の回転機構によって前記支持部に対して回転自在に連結された第1の節と、前記第2の回転機構によって前記第1の節に対して回転自在に連結された第2の節とを有し、前記天板が前記第2の節に固定されている。 Preferably, the top plate drive mechanism includes a support portion standing on a base, a first node rotatably connected to the support portion by the first rotation mechanism, and the second And a second node rotatably connected to the first node by the rotation mechanism, and the top plate is fixed to the second node.
また好ましくは、前記基台には、各々が当該基台を二次元方向に移動可能にする、少なくとも1つの2方向移動可能な車輪が設けられており、前記車輪を駆動する車輪アクチュエータを有する。 Preferably, the base is provided with at least one wheel that can move in two directions, each of which can move the base in a two-dimensional direction, and has a wheel actuator that drives the wheel.
前記天板の表面が、平坦な面を有する、または、ふわふわしている、または、ざらざらした、ちくちくしたという触感を与えるように形成されている。 The surface of the top plate has a flat surface, is fluffy, or is formed so as to give a tactile sensation of being rough or crisp.
また本発明によれば、上記触覚・力覚提示デバイスと、当該触覚・力覚提示デバイスを撮像する撮像手段と、当該撮像手段の撮像結果を入力し、ARによるCG画像を生成して表示装置に表示するとともに、前記天板駆動機構における、CG画像化されたCG物体の表面の法線力の提示を可能とするため前記天板を前記CG物体の表面の接平面に傾斜可能とする、少なくとも直交方向に回転可能な第1および第2の回転機構を回転駆動させる、回転機構アクチュエータを制御する制御信号を生成して、前記制御手段に出力する信号処理手段と、を有する触覚・力覚提示システムが提供される。 According to the invention, the tactile / force-sensing presentation device, the imaging unit for imaging the tactile / force-sensing presentation device, the imaging result of the imaging unit are input, and the CG image by the AR is generated to display the display device. The top plate can be tilted to the tangential plane of the surface of the CG object in order to enable the display of the normal force of the surface of the CG object imaged in the CG image in the top plate drive mechanism. A tactile / force sensation comprising: a signal processing means for generating a control signal for controlling the rotation mechanism actuator for rotating the first and second rotation mechanisms rotatable at least in the orthogonal direction and outputting the control signal to the control means. A presentation system is provided.
好ましくは、前記信号処理手段は、前記基台に前記2方向移動可能な車輪が設けられているとき、前記車輪を駆動する制御信号を生成して、前記制御手段に出力し、前記制御手段は、前記車輪アクチュエータを駆動制御する。 Preferably, the signal processing means generates a control signal for driving the wheel when the wheel that is movable in the two directions is provided on the base, and outputs the control signal to the control means. The wheel actuator is driven and controlled.
本発明によれば、微妙な触覚、たとえば、たとえば、「なぞり動作」や「撫で動作」などの提示することができる。
また、本発明によれば、天板の表面を、「すべすべした、または、ざらざらした」などの肌触り、「ふわふわした」などの繊細な触感、弾力感を提示する状態にすることができる。
According to the present invention, it is possible to present a delicate tactile sensation such as, for example, “race movement” or “brow movement”.
In addition, according to the present invention, the surface of the top board can be brought into a state in which a touch such as “smooth or rough”, a delicate touch such as “fluffy”, and a feeling of elasticity are presented.
すなわち、本発明によれば、ARに基づくCG物体をあたかも同一の空間で共有し、「なぞり動作」や「撫で動作」などの微妙な触覚、あるいは、「すべすべした、または、ざらざらした」などの肌触り、「ふわふわした」などの繊細な触感、弾力感を感じながら、CG物体を実際に触れるような感覚および触覚をより現実的に表現することにより、CG物体の形状をより直観的に表現して提示することができ、その結果、操作者が直観的に実際に物体に触れているような触覚を提示(呈示)することができる。 That is, according to the present invention, CG objects based on AR are shared as if in the same space, and a subtle tactile sensation such as “tracing motion” or “sliding motion” or “smooth or rough” Expressing the shape of a CG object more intuitively by expressing the touch and sensation of touching a CG object more realistically while feeling a delicate touch such as “fluffy” and elasticity. As a result, it is possible to present (present) a tactile sensation as if the operator is actually touching the object intuitively.
以下、本発明の触覚・力覚提示デバイスとそれを用いた実施の形態について述べる。
第1実施の形態
図3〜図8を参照して本発明の触覚・力覚提示器具(デバイス)およびそれを用いた触覚・力覚提示装置(システム)の第1実施の形態について述べる。
図3は本発明の第1実施の形態の力覚・触覚システムの概略構成を示す図である。
図4は図3に図解した触覚・力覚提示システムに用いる触覚・力覚提示デバイスの斜視図である。
図5は図3に図解した触覚・力覚提示システムにおいて、例示的なCGとして表示装置に表示した例を示す図である。
図6は触覚・力覚提示デバイスの天板を操作したとき、横から見た図である。
図7は、図6に図解した天板を操作したときの触覚・力覚提示デバイスの機構の動きを横から見た図である。
図8は図4に図解した触覚・力覚提示デバイスの駆動機構の2軸を同時に回転させたときの斜視図である。
図9は触覚・力覚提示デバイスの駆動機構の2軸を動作させる、サーボコントローラ60を含む制御系統を示す図である。
Hereinafter, a tactile and force sense presentation device of the present invention and an embodiment using the device will be described.
First Embodiment A first embodiment of a haptic / force-sensing presentation device (device) and a haptic / force-sensing presentation apparatus (system) using the same will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the haptic / tactile sensation system according to the first embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a tactile / force sense presentation device used in the tactile / force sense presentation system illustrated in FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of display on the display device as an exemplary CG in the tactile / force sense presentation system illustrated in FIG. 3.
FIG. 6 is a side view when the top plate of the tactile / force-sensing device is operated.
FIG. 7 is a side view of the movement of the mechanism of the tactile / force-sensing device when the top plate illustrated in FIG. 6 is operated.
FIG. 8 is a perspective view when two axes of the drive mechanism of the tactile / force sense presentation device illustrated in FIG. 4 are simultaneously rotated.
FIG. 9 is a diagram showing a control system including a
触覚・力覚提示システムの構成
図3において、触覚・力覚提示システム1は、ウェブ・カメラ20と、触覚・力覚提示デバイス30と、統括コンピュータ40と、表示装置50と、サーボコントローラ60とを有する。
本明細書において、図4を参照して詳述する触覚・力覚提示デバイス30を含む全体を、触覚・力覚提示システムと呼ぶ。
ウェブ・カメラ20は、本発明の撮像手段に対応する。触覚・力覚提示デバイス30は、本発明の触覚・力覚提示器具に対応する。統括コンピュータ40は、本発明の信号処理手段に対応する。表示装置50は本発明の表示手段に対応する。サーボコントローラ60は本発明の制御手段に対応する。
Configuration of Tactile / Force Display System In FIG. 3, the tactile /
In this specification, the whole including the haptic / force-sensing
The
ウェブ・カメラ
ウェブ・カメラ20は、触覚・力覚提示システム全体を撮像可能に配設されている。
特に、ウェブ・カメラ20は、図4に例示した触覚・力覚提示デバイスの全体、および、基台31に配設された第1〜第4の位置基準マーカ33−1〜33−4を撮像可能に配設されている。
Web Camera The
In particular, the
触覚・力覚提示デバイスの構成
図4に図解した、触覚・力覚提示デバイス30は、たとえば、平坦な机の上に、二次元状に移動可能に置かれており、操作者(ユーザ)10が操作する。
触覚・力覚提示デバイス30は、基台31と、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4と、第1〜第4の基準位置マーカ33−1〜33−4と、天板駆動機構34と、第1、第2回転軸36−1、36−2と、天板38とを有する。
4. Configuration of Tactile / Force Display Device The tactile /
The tactile / force
なお、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4は、本発明に必須の構成要件ではない。 In addition, the 1st-4th omnibus wheel 32-1-32-4 is not a component essential to this invention.
天板
触覚・力覚提示デバイス30には、操作者10が触れる、平坦な天板38が設けられている。
天板38は、天板駆動機構34に支持されて、自在に傾斜できる。
The top board tactile / force
The
以下、天板38および天板駆動機構34を用いた理由を述べる。
図5に例示したように、表示装置50に表示されている、ウェブ・カメラ20で撮影した操作者10の指先と統括コンピュータ40によるARによるCG画像として表示されている物体(CG物体)が触れたとき、触れた指先に対して、天板38がCG物体の表面の接平面の傾きを提示して、CG物体からの衝撃、すなわち、CG物体の表面の法線方向の反力を返す。その理由は、人の触知覚動作の押し込み、つかみ、叩き、撫でる動作は、指の接触面に対して垂直方向の相対運動が大きくなるため、触知覚動作を体験するには法線力の提示が必要となるため、天板38による接平面の傾きを用いた。
なお、接平面とは、Sをなめらかな曲面とし、PをS上の点とする。このとき、Pを通るS上の曲線を任意にとり、Pにおけるこの曲線の接線をつくれば、これらはすべて同一平面上にある。この平面を点Pにおける曲面Sの接平面と呼ぶ。
Hereinafter, the reason for using the
As illustrated in FIG. 5, the fingertip of the
The tangent plane is defined as a smooth curved surface S and a point on S. At this time, if a curve on S passing through P is arbitrarily taken and a tangent of this curve in P is made, they are all on the same plane. This plane is called a tangent plane of the curved surface S at the point P.
上記天板38を使用すると、操作者10は、CG物体を実際に掴んだり、押し返したりする感覚が手元で生じるため、より直観的になり、表示装置50に表示されているCG物体を操作することが容易になる。
また、天板38を用いると、感覚が伝わりやすくなるため、表示装置50に表示されているCG物体の細かい作業にも適する。
When the
Further, when the
基準位置マーカ
第1〜第4の基準位置マーカ33−1〜33−4は、基台31の位置を検出するためのマークであり、基台31の4隅に配設されている。
The reference position markers first to fourth reference position markers 33-1 to 33-4 are marks for detecting the position of the
ウェブ・カメラ
ウェブ・カメラ20は、基台31の第1〜第4の位置基準マーカ33−1〜33−4を含み、触覚・力覚提示デバイス30全体を撮像する。
ウェブ・カメラ20によって撮像され、撮像結果がウェブ・カメラ20から統括コンピュータ40に出力され、統括コンピュータ40は、撮像結果から基台31の4隅の位置を検出する。
またウェブ・カメラ20で撮像した結果は、図5に例示したように、統括コンピュータ40を介して表示装置50にCGとして表示される。
表示装置50は、たとえば、液晶表示装置である。
Web Camera The
Images are captured by the
Further, the result of imaging by the
The
天板の駆動機構
天板38は、たとえば、図6に図解したように、自在に傾斜可能に天板駆動機構34に支持されている。
天板駆動機構34は、基台31から立設されており、図7に図解したように、第1の柱34−1、第2の柱34−2、第3の柱34−3で構成されている。
第1の柱34−1が本発明の基台に立設している支持部に対応し、第2の柱34−2が本発明の第1の回転機構によって支持部に対して回転自在に連結された第1の節に対応し、第3の柱34−3が本発明の第2の回転機構によって第1の節に対して回転自在に連結された第2の節に対応している。
天板38が第2の節(第3の柱34−3)に固定されている。
The top plate drive mechanism The
The top
The first column 34-1 corresponds to the support unit standing on the base of the present invention, and the second column 34-2 is rotatable with respect to the support unit by the first rotation mechanism of the present invention. Corresponding to the connected first node, the third column 34-3 corresponds to the second node rotatably connected to the first node by the second rotating mechanism of the present invention. .
The
第1、第2回転軸36−1、36−2が、天板駆動機構34の垂直軸に沿って、直交する向きに回転可能となっている。
第1の柱34−1と第2の柱34−2との間が第1の回転軸36−1によって回転可能に連結されている。同様に、第2の柱34−2と第3の柱34−3とが第2の回転軸36−2によって回転可能に連結されている。
第1、第2回転軸36−1、36−2は、図9に図解した、サーボコントローラ60、サーボモータ70−1、70−2によって、駆動される。
The first and second rotating shafts 36-1 and 36-2 are rotatable in the orthogonal direction along the vertical axis of the top
The first column 34-1 and the second column 34-2 are rotatably connected by a first rotating shaft 36-1. Similarly, the 2nd pillar 34-2 and the 3rd pillar 34-3 are connected rotatably by the 2nd axis of rotation 36-2.
The first and second rotating shafts 36-1 and 36-2 are driven by a
図6および図7に図解した例は、第2の回転軸36−2の回転動作により、第3の柱34−3が回転され、その結果、天板38が右側に傾斜した例を示している。
他方、図8は、第1、第2の回転軸36−1、36−2を同時に駆動した場合を示している。第1、第2の回転軸36−1、36−2を同時にかつ適宜駆動することにより、天板38を所望の傾きに傾けることができる。
The example illustrated in FIGS. 6 and 7 shows an example in which the third column 34-3 is rotated by the rotation operation of the second rotation shaft 36-2, and as a result, the
On the other hand, FIG. 8 shows a case where the first and second rotating shafts 36-1 and 36-2 are driven simultaneously. By driving the first and second rotating shafts 36-1 and 36-2 simultaneously and appropriately, the
以上の構成により、天板38が、図5に例示したように、表示装置50に表示されている、ウェブ・カメラ20で撮影した操作者10の指先と統括コンピュータ40によるARによるCG物体が触れたとき、触れた指先に対して、図9に示したサーボコントローラ60およびサーボモータによって駆動される、天板38が物体の接平面の傾きを提示して、物体からの衝撃、すなわち、法線方向の反力を返す。
With the above configuration, the
このように、天板38を使用すると、操作者10は、CG物体を実際に掴んだり、押し返したりする感覚が手元で生じるため、より直観的になり、表示装置50に表示されているCG物体を操作することが容易になる。また、天板38を用いると、感覚が伝わりやすくなるため、表示装置50に表示されているCG物体の細かい作業にも適する。
As described above, when the
上述した力覚・触覚の提示方法は、統括コンピュータ40が、ウェブ・カメラ20の撮像結果を参照して、天板38の傾きの提示内容を決定し、さらに、第1、第2回転軸36−1、36−2の駆動量を決定して、サーボコントローラ60に指示する。
サーボコントローラ60は、統括コンピュータ40からの指令に応じて、第1のサーボモータ70−1、および/または、第2のサーボモータ70−2を駆動制御することにより、上述した天板38の駆動による力覚・触覚の提示を実現する。
In the haptic / tactile sensation presentation method described above, the
The
統括コンピュータ40は、さらに、サーボコントローラ60を介して、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4を駆動することにより、上述した天板38への力覚・触覚の提示に加えて、二次元平面方向への力覚・触覚の提示を加えることができる。
The
基台の移動、オムニバス車輪
好ましくは、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4が、各々基台31の各側辺の中心部に配設されている。
第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4は、基台31を机の上を平面(2次元)上、自由な方向に移動にする車輪である。
たとえば、第1のオムニバス車輪32−1を例示してその動作を述べる。図4において、オムニバス車輪32−1〜32−4全体が第1の回転方向Rに回転すると、基台31はY方向に移動する。なお、第1のオムニバス車輪32−1には、第1の回転方向Rに沿って、第1の回転方向Rと直交する方向rに回転する第2の車輪(図示せず)が複数配設されており、これら第2の車輪を回転させると、すなわち、第1の回転方向と直交する第2の回転方向rに回転させると、基台31はX方向に移動する。
オムニバス車輪32−1を第1の回転方向Rに回転させ、同時に、第2の車輪を第2の回転方向rに回転すると、基台31は、両者のベクトル和に沿った方向と速度で移動する。
Movement of base, omnibus wheel Preferably, the 1st-4th omnibus wheel 32-1-32-4 is arrange | positioned in the center part of each side of the
The first to fourth omnibus wheels 32-1 to 32-4 are wheels that move the
For example, the operation of the first omnibus wheel 32-1 will be described as an example. In FIG. 4, when the entire omnibus wheels 32-1 to 32-4 rotate in the first rotation direction R, the base 31 moves in the Y direction. The first omnibus wheel 32-1 is provided with a plurality of second wheels (not shown) that rotate in the direction r orthogonal to the first rotation direction R along the first rotation direction R. When the second wheels are rotated, that is, when the second wheels are rotated in the second rotation direction r orthogonal to the first rotation direction, the base 31 moves in the X direction.
When the omnibus wheel 32-1 is rotated in the first rotation direction R and at the same time the second wheel is rotated in the second rotation direction r, the base 31 moves in a direction and speed along the vector sum of both. To do.
このように、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4を適宜動作させると、基台31は二次元平面を自在に移動可能となる。
As described above, when the first to fourth omnibus wheels 32-1 to 32-4 are appropriately operated, the
上述した操作を可能とするため、各オムニバス車輪32−1〜32−4は、たとえば、図9に例示したように、第1の回転方向に回転させるための第1のモータMと、第2の回転方向rに回転させるための複数の第2のモータm1〜mnとによって駆動される。
各オムニバス車輪32の第1のモータMと、複数の第2のモータm1〜mnとは、サーボコントローラ60によって駆動制御される。
サーボコントローラ60は、統括コンピュータ40の指示のもとで、各オムニバス車輪32についての第1のモータMと複数の第2のモータm1〜mnとを制御する。
In order to enable the above-described operation, each of the omnibus wheels 32-1 to 32-4 is, for example, as illustrated in FIG. 9, the first motor M for rotating in the first rotation direction, and the second Are driven by a plurality of second motors m1 to mn for rotating in the rotation direction r.
The first motor M of each omnibus wheel 32 and the plurality of second motors m <b> 1 to mn are driven and controlled by a
The
このように、第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4の駆動制御も、第1、第2回転軸36−1、36−2の駆動制御と同様、統括コンピュータ40が、ウェブ・カメラ20の撮像結果を参照して、天板38の傾きの提示内容に加えて、基台31の移動(方向、量)を決定し、さらに、各オムニバス車輪の第1のモータ、複数の第2のモータの各々の駆動量を決定して、サーボコントローラ60に指示する。サーボコントローラ60は、統括コンピュータ40からの指令に応じて、サーボモータ71−0、71−1〜71−nを駆動制御することにより実現する。
As described above, in the drive control of the first to fourth omnibus wheels 32-1 to 32-4, as in the drive control of the first and second rotary shafts 36-1 and 36-2, the
第1〜第4のオムニバス車輪32−1〜32−4を動作させると、天板38が平面方向にも移動できて、操作者10の指でなぞられるなどの効果を付加することができる。
When the first to fourth omnibus wheels 32-1 to 32-4 are operated, the
第2の実施の形態
図10は、用途に応じた表面の天板を使用することを示す図である。
第1実施の形態において、天板38は表面が平坦なものを使用した場合について述べた。
天板38は、用途および目的に応じて、操作者10がその表面にふれたとき、たとえば、図10(a)に図解した表面が毛皮、ベルベットのように「ふわふわ」した、図10(b)に図解した表面がサンドペーパーのように「ざらざら」した、図10(c)に図解した表面に指を刺すような「チクチク」した、触感を与える形状のものを用いることができる。
このような表面の天板38を用いると、CG物体を操作者10がなぞる動作をしたとき、CG物体を、撫でた、あるいは、なぞったときのような、ざらざら、ふわふわ、チクチクなどの触感を再現することができる。したがって、操作者10はより正確な触感を知覚することができる。
Second Embodiment FIG. 10 is a diagram showing the use of a top plate according to the application.
In the first embodiment, the case where the
When the
When the
第3実施の形態
図11はカラーグローブを使用した場合を示す図である。
本実施の形態においては、カラーグローブを用いて操作者10の指の位置を取得する。また、2本の手と5本の指によって操作を2つの触覚・力覚提示デバイスに応用することが可能となる。
Third Embodiment FIG. 11 is a diagram showing a case where a color glove is used.
In the present embodiment, the position of the finger of the
応用例
本発明の実施の形態の触覚・力覚提示デバイスおよびその触覚・力覚提示デバイスを用いた触覚・力覚提示システムは種々の分野に適用することができる。
Application Examples The tactile / force sense presentation device and the tactile / force sense presentation system using the tactile / force sense presentation device according to the embodiment of the present invention can be applied to various fields.
第1応用例
たとえば、美術館も博物館において、実際には手を触れてはいけない展示品が多数展示されている。そのような場合に、本発明に基づく触覚・力覚提示デバイスおよびそれを用いた触覚・力覚提示システムを適用すると、表示装置50に表示されたARによって表示された展示品のCG物体を触り、あたかも、実際の展示品に触れているような体験をすることができる。
First application example For example, in museums, there are many exhibits that should not be touched. In such a case, when the tactile / force sense presentation device and the tactile / force sense presentation system using the tactile / force sense presentation system according to the present invention are applied, the CG object of the exhibit displayed by the AR displayed on the
第2応用例
遠隔地における会議において、本発明の触覚・力覚提示デバイスと触覚・力覚提示システムを用いて、ARによって表示されたCG物体を操作したとき、その物体の触感が天板38を介して伝わってくることにより、より直観的にそのCG物体を操作することができる。
Second Application Example When a CG object displayed by AR is operated using a tactile / force-sensing presentation device and a tactile / force-sensing presentation system according to the present invention in a conference in a remote place, the tactile sensation of the object is the
第3応用例
粘土や紙、ボンドを使用する美術の学習や趣味でも、本発明の触覚・力覚提示デバイスおよび遺体1を適用して、ARを用いたCG物体を操作して、感覚が伝わりながら操作することにより、操作者10が実際に物体に触れているような感触でCGより美術品を創作することができる。
なお、この場合、創作が失敗しても、現実の空間(実在する世界)には失敗した作品が残らないので、廃棄処分を考慮する必要はない。
Third application example Even in the learning and hobbies of art using clay, paper, and bond, the haptic / force-sensing presentation device and the
In this case, even if the creation fails, there is no need to consider disposal because no failed works remain in the real space (the real world).
このように、本発明の触覚・力覚提示デバイスと、それを用いた触覚・力覚提示システムを応用例は、その他種々存在する。 As described above, there are various other application examples of the haptic / force-sensing presentation device of the present invention and the haptic / force-sensing presentation system using the device.
1・・・触覚・力覚提示システム
10・・・操作者、20・・・ウェブ・カメラ、30・・・触覚・力覚提示デバイス、40・・・統括コンピュータ、50・・・表示装置、60・・・サーボコントローラ
31・・・基台、32−1〜32−4・・・第1〜第4のオムニバス車輪、33−1〜33−4・・・第1〜第4の位置基準マーカ、34・・・天板駆動機構、38・・・天板。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
基台に配設されて、前記天板を支持し、CG画像化されたCG物体の表面の法線力の提示を可能とするため前記天板を前記CG物体の表面の接平面に傾斜可能とする、少なくとも直交方向に回転可能な第1および第2の回転機構を有する、天板駆動機構と、
前記第1および第2の回転機構を回転駆動させる、回転機構アクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動制御する制御手段と、
を有する、
触覚・力覚提示デバイス。 With the top plate,
The top plate can be tilted to the tangential plane of the surface of the CG object so as to support the top plate and be able to present the normal force of the surface of the CG object imaged by CG. A top plate drive mechanism having first and second rotation mechanisms rotatable at least in the orthogonal direction;
A rotation mechanism actuator that rotationally drives the first and second rotation mechanisms;
Control means for driving and controlling the actuator;
Having
Tactile / force-sensing device.
前記基台に立設されている支持部と、
前記第1の回転機構によって前記支持部に対して回転自在に連結された第1の節と、
前記第2の回転機構によって前記第1の節に対して回転自在に連結された第2の節と
を有し、
前記天板が前記第2の節に固定されている、
請求項1に記載の触覚・力覚提示デバイス。 The top plate drive mechanism is
A support portion erected on the base;
A first node rotatably connected to the support portion by the first rotation mechanism;
A second node rotatably connected to the first node by the second rotation mechanism;
The top plate is fixed to the second node;
The tactile / force sense presentation device according to claim 1.
前記車輪を駆動する車輪アクチュエータを有する、
請求項1または2に記載の触覚・力覚提示デバイス。 The base is provided with at least one two-way movable wheel, each enabling the base to move in a two-dimensional direction,
A wheel actuator for driving the wheel;
The tactile / force-sensing device according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載の触覚・力覚提示デバイス。 The top plate has a flat surface.
The tactile / force sense presentation device according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載の触覚・力覚提示デバイス。 The surface of the top plate is formed to give a fluffy touch,
The tactile / force sense presentation device according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載の触覚・力覚提示デバイス。 The surface of the top plate is formed to give a rough tactile sensation,
The tactile / force sense presentation device according to claim 1.
請求項1〜3のいずれかに記載の触覚・力覚提示デバイス。 The surface of the top plate is formed to give a tactile sensation,
The tactile / force sense presentation device according to claim 1.
当該触覚・力覚提示デバイスを撮像する撮像手段と、
当該撮像手段の撮像結果を入力し、ARによるCG画像を生成して表示装置に表示するとともに、前記天板駆動機構における、CG画像化されたCG物体の表面の法線力の提示を可能とするため前記天板を前記CG物体の表面の接平面に傾斜可能とする、少なくとも直交方向に回転可能な第1および第2の回転機構を回転駆動させる、回転機構アクチュエータを制御する制御信号を生成して、前記制御手段に出力する信号処理手段と、
を有する触覚・力覚提示システム。 Tactile / force-sensing presentation device according to any one of claims 1 to 7,
Imaging means for imaging the haptic / force-sensing device;
The imaging result of the imaging means is input, a CG image by AR is generated and displayed on the display device, and the normal force of the surface of the CG object that has been converted to a CG image can be presented in the top plate driving mechanism. Therefore, a control signal for controlling the rotation mechanism actuator is generated, which allows the top plate to be inclined to the tangential plane of the surface of the CG object, which rotates the first and second rotation mechanisms which can rotate at least in the orthogonal direction. And signal processing means for outputting to the control means;
A tactile and haptic presentation system.
前記制御手段は、前記車輪アクチュエータを駆動制御する、
請求項8に記載の触覚・力覚提示システム。 The signal processing means generates a control signal for driving the wheel when the base is provided with a wheel capable of moving in the two directions, and outputs the control signal to the control means.
The control means drives and controls the wheel actuator;
The tactile / force sense presentation system according to claim 8.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190069887A (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 주식회사 제이케이덴스 | Dental care simulation apparatus using haptic interface |
CN111599237A (en) * | 2020-04-09 | 2020-08-28 | 安徽佐标智能科技有限公司 | Intelligent traffic programming simulation system based on AR |
JP2020194465A (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 学校法人立命館 | Tactile sense presentation system, tactile sense presentation device, controller, and method of presenting tactile sense in virtual world to user in real world |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1133937A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-09 | Yaskawa Electric Corp | Force tactile sense display method |
JP2000267784A (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Device for presenting tactile sense |
JP2011115936A (en) * | 2009-11-04 | 2011-06-16 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Robot with tactile sense presentation |
-
2012
- 2012-09-10 JP JP2012198778A patent/JP2014052975A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1133937A (en) * | 1997-07-18 | 1999-02-09 | Yaskawa Electric Corp | Force tactile sense display method |
JP2000267784A (en) * | 1999-03-16 | 2000-09-29 | Fuji Xerox Co Ltd | Device for presenting tactile sense |
JP2011115936A (en) * | 2009-11-04 | 2011-06-16 | Advanced Telecommunication Research Institute International | Robot with tactile sense presentation |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6016016139; 赤澤和伸 他: '"高分子ゲルアクチュエータを用いた触感ディスプレイによる手触りの柔らかさの呈示"' 日本バーチャルリアリティ学会第8回大会論文集 , 20030930, pp.221-224 * |
JPN6016016141; 横小路泰義: '"力覚提示と複合現実感"' 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.97,No.324, 19971016, pp.49-50 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190069887A (en) * | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 주식회사 제이케이덴스 | Dental care simulation apparatus using haptic interface |
KR102060865B1 (en) * | 2017-12-12 | 2020-02-11 | 주식회사 제이케이덴스 | Dental care simulation apparatus using haptic interface |
JP2020194465A (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-03 | 学校法人立命館 | Tactile sense presentation system, tactile sense presentation device, controller, and method of presenting tactile sense in virtual world to user in real world |
JP7442778B2 (en) | 2019-05-30 | 2024-03-05 | 学校法人立命館 | Haptic presentation system, tactile presentation device, controller, and method for presenting tactile sensations in a virtual world to a user in the real world |
CN111599237A (en) * | 2020-04-09 | 2020-08-28 | 安徽佐标智能科技有限公司 | Intelligent traffic programming simulation system based on AR |
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