JP7366961B2 - Method and device for driving illusionary tactile force sense - Google Patents
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Description
本発明は、概して、錯覚及び感覚特性を利用したバーチャルリアリティ環境生成装置及びコントローラ装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention generally relates to virtual reality environment generation devices and controller devices that utilize illusions and sensory properties.
さらに詳述すると本発明は、VR(Virtual Reality)の分野において用いられる機器,ゲームの分野において用いられる機器、携帯電話機、PDA(携帯情報端末)などに搭載されるマン・マシン・インタフェースを提供するための錯触力覚インタフェース装置、錯触力覚情報提示方法、及びバーチャルリアリティ環境生成装置に関するものである。 More specifically, the present invention provides a man-machine interface installed in devices used in the field of VR (Virtual Reality), devices used in the field of games, mobile phones, PDAs (personal digital assistants), etc. The present invention relates to an illusion tactile force sensation interface device, an illusion tactile force sensation information presentation method, and a virtual reality environment generation device.
従来のVRにおける触力覚インタフェース装置として、張力、ないし反力の力覚提示において、人間の感覚器官に接した触力覚デバイスと触力覚インタフェース装置本体とがワイヤーやアームでつながったものがある(非特許文献1)。また、非接地型で身体内にベースがない非ベース型の力覚インタフェース装置として、3軸直交座標に配置された3つのフライホイールの回転を独立に制御することで任意の方向、ないし任意の大きさでトルクを提示することができる非ベース型の触力覚インタフェース装置が提案されている(非特許文献2)。また、人に仮想物体の存在や反力を与える非ベース型マン・マシン・インタフェースにおいて、触力覚インタフェース装置の物理的特性だけでは提示し得ない感覚、例えば、トルク及び力などの触力覚感覚を同一方向に連続的に知覚させる装置及び方法が提案されている(特許文献1)。この触力覚インタフェース装置は、人間の感覚特性を利用して適切に物理量を制御することにより、物理的には存在し得ない力を人に体感させる。 Conventional tactile interface devices in VR are those in which the tactile device in contact with human sensory organs and the tactile interface device are connected by wires or arms in the presentation of tension or reaction forces. There is (Non-patent Document 1). In addition, as a non-ground type haptic interface device that does not have a base inside the body, it can be used in any direction or in any direction by independently controlling the rotation of three flywheels arranged in three-axis orthogonal coordinates. A non-based tactile interface device that can present torque in terms of size has been proposed (Non-Patent Document 2). In addition, in non-based man-machine interfaces that provide a person with the presence of virtual objects and reaction forces, tactile sensations such as torque and force that cannot be presented solely by the physical characteristics of the haptic interface device can be used. A device and method for continuously perceiving sensations in the same direction have been proposed (Patent Document 1). This tactile interface device allows people to experience forces that cannot physically exist by appropriately controlling physical quantities using human sensory characteristics.
また、トルク発生用フライホイールの代わりに2つの偏心回転子からなる“ツイン偏心回転子方式”を用いることで、回転力感覚に加えて並進力感覚も同時に提示できる3自由度のハイブリッド型力覚インタフェース装置(非特許文献3)が開発されている。一つのインタフェースで平面内の任意の方向に並進力及び回転力の両方の感覚を連続的に提示できるハイブリッド機能を備えた力覚インタフェース装置である。人間の非線形感覚特性を巧みに利用することにより、手に持ったジャイロ キューブ センサスが重くなったり、軽くなったり、ついには、浮き上がって感じられる、力感覚のイリュージョン効果を実現している。 In addition, by using a "twin eccentric rotor system" consisting of two eccentric rotors in place of the torque-generating flywheel, a three-degree-of-freedom hybrid force sense that can simultaneously present the sensation of translational force in addition to the sensation of rotational force. An interface device (Non-Patent Document 3) has been developed. This is a haptic interface device with a hybrid function that can continuously present the sensations of both translational force and rotational force in any direction within a plane with a single interface. By skillfully utilizing the nonlinear sensory characteristics of humans, the Gyro Cube Census in your hand becomes heavier, lighter, and finally feels like it is floating, creating the illusion of a force sensation.
ワイヤーやアームを用いると、その存在が人間の動きを拘束するし、また、力覚提示システム本体と力覚提示部がワイヤーやアームでつながる有効空間でしか使用できないため、使用できる空間的広がりに制限がある。3つのジャイロモータによって発生された角運動量合成ベクトルを制御することでトルクを発生させる方法は、ワイヤーやアームによる拘束がなく、構造が比較的簡単であり、制御も容易である。しかし、触力覚感覚を連続的に提示する事や、トルク以外の力感覚の提示ができないという問題点もある。 When wires and arms are used, their presence restricts human movement, and they can only be used in an effective space where the force sense presentation system body and the force sense presentation unit are connected by wires or arms, so it is difficult to expand the usable space. There is a limit. The method of generating torque by controlling the angular momentum resultant vector generated by three gyro motors does not require restraint by wires or arms, has a relatively simple structure, and is easy to control. However, there are also problems in that it is not possible to continuously present tactile sensations or to present force sensations other than torque.
更に、従来の力覚インタフェース装置は、ユーザの動きに対するインタフェースの応答が悪かったり、バーチャル物体の形状や質感を表現できるインタラクションが十分に得られていないなどの問題があった。また、モータを利用した従来の偏心回転子による加減速機構では発熱及びエネルギー消費の低減は実用化及び製品化における大きな課題であり、感覚特性や手の大きさ、嗜好に対するユーザごとの個人差に対応し、操作性・使いやすさを向上させることも不可欠な課題である。 Furthermore, conventional haptic interface devices have problems such as poor interface response to user movements and insufficient interaction to express the shape and texture of virtual objects. In addition, in the conventional acceleration/deceleration mechanism using an eccentric rotor using a motor, reducing heat generation and energy consumption is a major issue in practical application and commercialization, and due to individual differences among users in sensory characteristics, hand size, and preferences. It is also essential to improve operability and ease of use.
上述の点に鑑み、本発明の第1の目的は、非ベース型インタフェースにおいてバーチャル物体やゲームのキャラクタに触覚的に触れるフル体感が体験できるように、錯触力覚を利用し指及び体の動きに合わせて錯触力覚による抗力を制御することにより、立体映像や立体音像に加えて、バーチャル物体の存在及び形状、質感である摩擦感覚や粗さ感覚を表現することができるバーチャルリアリティ環境生成装置及び方法を提供することである。 In view of the above, the first object of the present invention is to utilize illusionary tactile force sensation to provide a full experience of tactile contact with virtual objects and game characters in a non-based interface. A virtual reality environment that can express the presence, shape, and texture of virtual objects, such as friction and roughness, in addition to 3D images and 3D sound by controlling the drag caused by illusionary tactile force according to movement. An object of the present invention is to provide a generating device and method.
本発明の第2の目的は、日常生活で利用できる仮想空間及び実空間が融合された視聴触覚によるバーチャルリアリティ環境を実現するために、インタフェースの実用化・製品化に当たり、加減速機構での発熱及びエネルギー消費を抑え、小型化・モバイル化が容易となる装置及び方法を提供することである。また、ユーザの手の大きさや嗜好及び感覚における大きな個人差に対して、ユーザ個人の特性や用途に合わせたインタフェースを自在にデザインしながらも、操作性及び応答性が良い装置及び方法を提供することである。 The second purpose of the present invention is to reduce the heat generated by the acceleration/deceleration mechanism in the practical application and commercialization of the interface in order to realize a virtual reality environment with audio and tactile sensations that combines virtual space and real space that can be used in daily life. It is also an object of the present invention to provide a device and method that reduce energy consumption and are easily miniaturized and mobile. In addition, we provide a device and method with good operability and responsiveness while freely designing an interface that matches the user's individual characteristics and uses, considering the large individual differences in user hand size, preferences, and sensations. That's true.
上記の目的を達成するために、本発明に係る第1の形態は、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置と、を備えるバーチャルリアリティ環境生成装置である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides an illusion tactile force sense interface device including an illusion tactile force sense device, and an illusion tactile force sense device drive control that drives and controls the illusion tactile force sense device. A virtual reality environment generation device includes:
本発明に係る第2の形態は、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数を錯触力覚データを用いて生成する錯触力覚誘起装置と、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置と、を備えるバーチャルリアリティ環境生成装置である。 A second embodiment of the present invention provides an illusion tactile force sensation inducing device that generates an illusion tactile force sensation induction function tailored to content using illusion tactile force sensation data, and an illusion tactile force sensation device that includes an illusion tactile force sensation device. This is a virtual reality environment generation device that includes an interface device and an illusion tactile force sense device drive control device that drives and controls an illusion tactile force sense device.
本発明に係る第3の形態は、各種センサからの情報及びコンテンツデータをもとにコンテンツを作成するコンテンツ作成装置と、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数を錯触力覚データを用いて生成する錯触力覚誘起装置と、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置とを備えるバーチャルリアリティ環境生成装置である。 A third aspect of the present invention includes a content creation device that creates content based on information from various sensors and content data, and an illusionary tactile force sensation induction function tailored to the content using illusionary tactile force sensation data. A virtual reality environment generation device that includes an illusion tactile force sensation inducing device that generates an illusion tactile force sensation, an illusion tactile force sensation interface device that includes an illusion tactile force sensation device, and an illusion tactile force sensation device drive control device that drives and controls the illusion tactile force sensation device. It is.
本発明に係る第4の形態は、各種センサからの情報及びコンテンツデータをもとにコンテンツを作成するコンテンツ作成装置と、学習器及び/又は補正器を備え、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数を錯触力覚データを用いて生成する錯触力覚誘起装置と、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置と、を備えるバーチャルリアリティ環境生成装置である。 A fourth embodiment of the present invention includes a content creation device that creates content based on information and content data from various sensors, and a learning device and/or a corrector, and induces illusionary tactile force sensations tailored to the content. An illusion tactile force sensation induction device that generates a function using illusion tactile force sensation data, an illusion tactile force sensation interface device that includes an illusion tactile force sensation device, and an illusion tactile force sensation device drive that drives and controls the illusion tactile force sensation device. A virtual reality environment generation device includes a control device.
本発明に係る第5の形態は、各種センサからの情報及びコンテンツデータをもとにコンテンツを作成するコンテンツ作成装置と、学習器及び/又は補正器を備え、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数を錯触力覚データを用いて生成する錯触力覚誘起装置と、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置と、を備え、錯触力覚誘起装置は、学習用のインストラクションの後、学習用錯触力覚誘起関数を生成し、この関数に従い提示された錯触力覚情報に対するユーザの反応・行動をセンシングし、ユーザの錯触力覚感覚特性を錯触力覚感覚量として推定し、錯触力覚誘起関数及び制御に関する個人差補正用データを算出するバーチャルリアリティ環境生成装置である。 A fifth embodiment of the present invention is provided with a content creation device that creates content based on information and content data from various sensors, and a learning device and/or a corrector, which induces illusionary tactile force sensations tailored to the content. An illusion tactile force sensation induction device that generates a function using illusion tactile force sensation data, an illusion tactile force sensation interface device that includes an illusion tactile force sensation device, and an illusion tactile force sensation device drive that drives and controls the illusion tactile force sensation device. and a control device, the illusionary tactile force sensation inducing device generates a learning illusionary tactile force sensation induction function after a learning instruction, and according to this function, the user's reaction to the presented illusionary tactile force sensation information. This is a virtual reality environment generation device that senses the user's behavior, estimates the user's illusionary tactile force sensation characteristics as an amount of illusionary tactile force sensation, and calculates data for correcting individual differences regarding the illusionary tactile force sensation induction function and control.
本発明に係る第6の形態は、各種センサからの情報及びコンテンツデータをもとにコンテンツを作成するコンテンツ作成装置と、学習器及び/又は補正器を備え、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数を錯触力覚データを用いて生成する錯触力覚誘起装置と、錯触力覚デバイスを備える錯触力覚インタフェース装置と、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置と、を備え、錯触力覚誘起装置は、各コンテンツにおける錯触力覚情報に対するユーザの反応・行動をセンシングし、コンテンツ内の特徴量に対するユーザの錯触力覚感覚特性を推定し、錯触力覚誘起関数及び制御に関する個人差補正用データを算出及び利用するバーチャルリアリティ環境生成装置である。 A sixth embodiment of the present invention is provided with a content creation device that creates content based on information and content data from various sensors, and a learning device and/or a corrector, which induces illusionary tactile force sensations tailored to the content. An illusion tactile force sensation induction device that generates a function using illusion tactile force sensation data, an illusion tactile force sensation interface device that includes an illusion tactile force sensation device, and an illusion tactile force sensation device drive that drives and controls the illusion tactile force sensation device. The illusionary tactile force sensation inducing device senses the user's reaction/behavior to the illusionary tactile force sensation information in each content, and estimates the user's illusionary tactile force sensation characteristics with respect to the feature amount in the content. , a virtual reality environment generation device that calculates and uses data for correcting individual differences regarding illusionary tactile force sensation induction functions and control.
本発明に係る第7の形態によると、錯触力覚デバイスは、加減速機構を備える。 According to the seventh aspect of the present invention, the illusionary tactile force sensing device includes an acceleration/deceleration mechanism.
本発明に係る第8の形態によると、錯触力覚デバイス駆動制御装置は、発振回路を介して加減速機構の速度を制御する。 According to the eighth aspect of the present invention, the illusionary tactile force sense device drive control device controls the speed of the acceleration/deceleration mechanism via the oscillation circuit.
本発明に係る第9の形態によると、錯触力覚デバイス駆動制御装置は、前記錯触力覚誘起装置で生成された錯触力覚誘起関数に従い、前記錯触力覚デバイスが備えるモータの位相、方向、回転速度、又はアクチュエータの位相、方向、速度を制御する。 According to the ninth aspect of the present invention, the illusion tactile force sensation device drive control device controls the motor of the illusion tactile force sensation device according to the illusion tactile force sensation induction function generated by the illusion tactile force sensation inducing device. Control the phase, direction, rotation speed, or phase, direction, speed of an actuator.
本発明に係る第10の形態によると、バーチャルリアリティ環境生成装置はセンサを備え、センサは、錯触力覚インタフェース装置が装着された部位の動きを検知・測定する位置センサ、実物体の形状及び表面形状を測定する形状センサ、実物体とユーザとの接触・把持力を検知・測定する圧力センサ、生体信号センサ、加速度センサの少なくとも1つである。 According to the tenth aspect of the present invention, the virtual reality environment generation device includes a sensor, and the sensor includes a position sensor that detects and measures the movement of the part to which the illusion tactile force interface device is attached, and a position sensor that detects and measures the shape and shape of the real object. The sensor is at least one of a shape sensor that measures the surface shape, a pressure sensor that detects and measures the contact and grip force between the real object and the user, a biological signal sensor, and an acceleration sensor.
本発明に係る第11の形態によると、錯触力覚インタフェース装置は装着部を有し、前記錯触力覚デバイスと前記装着部との間に非線形応力特性を有する部材を備える。 According to the eleventh aspect of the present invention, the illusion tactile force sense interface device has a mounting section, and includes a member having nonlinear stress characteristics between the illusion tactile force sensation device and the mounting section.
本発明に係る第12の形態によると、前記錯触力覚インタフェース装置は、前記錯触力覚デバイスと前記加速度センサとの間に耐震部材を備える。 According to a twelfth aspect of the present invention, the illusion tactile force sense interface device includes an earthquake-resistant member between the illusion tactile force sense device and the acceleration sensor.
本発明に係る第13の形態によると、錯触力覚インタフェース装置は、加速度センサを備え、前記錯触力覚デバイスと前記加速度センサとの間に指装着部を備える。 According to a thirteenth aspect of the present invention, the illusion tactile force sense interface device includes an acceleration sensor, and a finger attachment part between the illusion tactile force sense device and the acceleration sensor.
本発明に係る第14の形態によると、錯触力覚インタフェース装置は、CPU、メモリ、通信装置の少なくとも1つを備える。 According to the fourteenth aspect of the present invention, the illusionary tactile force sense interface device includes at least one of a CPU, a memory, and a communication device.
本発明に係る第15の形態によると、コンテンツ作成装置は、センサからの情報を基に物理シミュレーション計算、バーチャルリアリティ空間の生成及び更新、コンピュータグラフィックスの作成及び表示、錯触力覚情報の情報処理を行う。 According to the fifteenth aspect of the present invention, the content creation device performs physical simulation calculations based on information from the sensor, generates and updates a virtual reality space, creates and displays computer graphics, and information on illusionary tactile haptic information. Perform processing.
本発明に係る第16の形態によると、錯触力覚インタフェース装置は、異なる周波数及び/又は異なる加減速で駆動する2組又は複数組の錯触力覚デバイスを備える。 According to the sixteenth aspect of the present invention, the illusion tactile force sense interface device includes two or more sets of illusion tactile force sense devices driven at different frequencies and/or different accelerations and decelerations.
本発明に係る第17の形態によると、錯触力覚インタフェース装置は、指又は身体に装着するための装着部を有する。 According to the seventeenth aspect of the present invention, the illusionary tactile force sense interface device has a mounting section for mounting on a finger or body.
本発明に係る第18の形態は、変形可能な手段を備える基部と、錯触力覚デバイス装置を備える錯触力覚インタフェース装置と、を備えるコントローラ装置である。 An eighteenth aspect of the present invention is a controller device including a base portion including deformable means and an illusion tactile force sense interface device including an illusion tactile force sense device device.
本発明に係る第19の形態は、バーチャルな動作を作り出してバーチャルな存在、触感、ボタン操作感覚を提供する錯触力覚インタフェース装置と、バーチャル物体を提示する視聴覚ディスプレイと、を備えるバーチャル・コントローラ装置である。 A nineteenth aspect of the present invention is a virtual controller comprising: an illusionary tactile force interface device that creates a virtual motion and provides a virtual presence, tactile sensation, and button operation sensation; and an audiovisual display that presents a virtual object. It is a device.
本発明に係るバーチャルリアリティ環境生成装置及び方法を実施することにより、以下に列挙する格別な効果を得ることができる。 By implementing the virtual reality environment generation device and method according to the present invention, the following special effects can be obtained.
(1)従来の非ベース型触力覚インタフェースでは、振動のような周期的な運動の繰り返しからは振動感しか知覚できなく、バーチャル物体の形状や質感がわかるくらいの力フィードバックによる十分なインタラクションが得られなかった。これに対して、本発明では、錯触力覚を利用することで、物理的には存在していない力及び運動成分を知覚させることにより、心理物理的に一定方向に連続的に力が働く感覚を知覚させることができる。更に、この錯覚により、力の支えなしに宙に把持した状態で利用する非ベース型インタフェースにも関わらず、重力に逆らってインタフェースを持った腕が持ち上がってしまう物理的な現象も実際に引き起こされる。 (1) With conventional non-based haptic interfaces, only the sensation of vibration can be perceived from the repetition of periodic motion such as vibration, and there is not enough interaction through force feedback to understand the shape and texture of virtual objects. I couldn't get it. In contrast, in the present invention, by using illusionary tactile force sense, force and motion components that do not physically exist are perceived, so that force acts continuously in a certain direction psychophysically. It can cause sensations to be perceived. Furthermore, this illusion actually causes a physical phenomenon in which the arm holding the interface lifts up against gravity, even though it is a non-based interface that is used while being held in the air without any force support. .
(2)錯触力覚インタフェース装置を装着した指及び体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力を制御することにより、バーチャル物体の存在及び形状、質感である摩擦感覚や粗さ感覚を表現することができる。特に、動きに対する負の抗力(加速)を提示することによって、氷上を滑るような滑らか感が実現される。また、実物体との把持圧をモニタしながら錯触力感覚を制御することで、実物体の感触の編集やバーチャル物体の感触との置換が可能となる。 (2) By controlling the drag caused by the illusion tactile force sense according to the movement of the finger and body wearing the illusion tactile force interface device, the presence, shape, and texture of virtual objects such as friction and roughness can be sensed. can be expressed. In particular, by presenting negative drag (acceleration) against movement, a smooth feeling as if sliding on ice is achieved. Furthermore, by controlling the sense of illusionary tactile force while monitoring the grip pressure with the real object, it becomes possible to edit the feel of the real object or replace it with the feel of a virtual object.
(3)錯触力覚に同期させて錯触力覚インタフェース装置の形状が変形することで、錯触力覚によって誘起された力感覚が強調され、リアリティが向上する。 (3) By deforming the shape of the illusion tactile force sense interface device in synchronization with the illusion tactile force sense, the force sensation induced by the illusion tactile force sense is emphasized and reality is improved.
(4)錯触力覚はユーザごとの感覚特性が異なり知覚される強度及び質感に大きな個人差があるが、学習器及び補正器を有することで、錯触力覚インタフェース装置を従来の触力覚インタフェース装置と同じように扱うことができる。また、筋電反応を測定することで個人差をリアルタイムに補正できるため、錯触力覚の学習の向上及びユーザごとの制御の最適化が行える。 (4) Although the sensory characteristics of illusionary tactile force sense differ from user to user, and there are large individual differences in the perceived intensity and texture, by having a learning device and a corrector, the illusionary tactile force interface device can be used to It can be handled in the same way as a physical interface device. Furthermore, since individual differences can be corrected in real time by measuring myoelectric responses, learning of illusionary tactile force sensations can be improved and control can be optimized for each user.
(5)モータを利用した従来の偏心回転子による加減速機構では発熱及びエネルギー消費が大きな問題であった。これに対して、発振回路によって加減速機構の速度を制御したり、異なる周波数で駆動する複数組の錯触力覚デバイスを用いることで定速度回転でありながら加減速機構と同じような錯触力覚を実現することで、発熱及びエネルギー消費が抑えられ、小型化・モバイル化が容易となる。 (5) In the conventional acceleration/deceleration mechanism using an eccentric rotor using a motor, heat generation and energy consumption are major problems. On the other hand, by controlling the speed of the acceleration/deceleration mechanism using an oscillation circuit or by using multiple sets of illusion tactile force sensing devices driven at different frequencies, it is possible to achieve the same illusion of tactile sensation as the acceleration/deceleration mechanism while rotating at a constant speed. By realizing force sensation, heat generation and energy consumption can be suppressed, making it easier to downsize and become mobile.
(6)従来のアーム型の触力覚インタフェース装置では、指先につけたアームの角度で位置・姿勢が計測され、微小な指先の動きに対してバーチャル物体との接触・干渉判定及び提示すべき応力の再計算が繰り返されるために、応答遅れが発生する問題点があった。これに対して、本発明では、中枢部であるコンテンツ生成装置ではなく、抹消部である錯触力覚インタフェース装置にCPU及びメモリを搭載してリアルタイム制御を行うことで、バーチャル・ボタンの押込みなどの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。 (6) In conventional arm-type tactile interface devices, the position and orientation are measured by the angle of the arm attached to the fingertip, and the contact/interference with a virtual object and the stress to be presented are determined in response to minute movements of the fingertip. There was a problem in that response delays occurred due to repeated recalculations. In contrast, in the present invention, the CPU and memory are installed in the illusionary tactile force interface device, which is the erasing part, rather than the content generation device, which is the central part, and performs real-time control, such as pressing a virtual button. The responsiveness is improved, and the reality and operability are improved.
(7)従来のドライビング・シミュレータでは重力を利用する以外の方法では連続的加速感を体験することができなかったため、周囲が視覚的に見えて自分の体が斜めに傾けられた状態が知覚される環境では加速感に違和感がある。これに対して、本発明では、台座上の狭い空間で周期的な動きを繰り返すアーケード型ゲーム機でも連続的加速感が体感できたり、モバイルやゲーム・コントローラなどの非ベース型インタフェースでも連続的な力を体感することができる。 (7) In conventional driving simulators, it was not possible to experience a continuous sense of acceleration other than by using gravity, so the user could visually see the surroundings and perceive that his or her body was tilted diagonally. In such an environment, the feeling of acceleration feels strange. In contrast, with the present invention, even arcade-type game machines that repeat periodic movements in a narrow space on a pedestal can experience a continuous acceleration sensation, and even non-based interfaces such as mobile devices and game controllers can experience continuous acceleration. You can feel the power.
(8)従来のゲーム・コントローラはユーザ自身の身体を動かすことによる「疑似体感型」ゲームであり、振動による力フィードバックでは十分なインタラクションが得られなかった。これに対して、本発明では、錯触力覚インタフェース装置を用いることで、バーチャル物体やゲームのキャラクタに触覚的に触れることができる「フル体感型コントローラ」が実現される。 (8) Conventional game controllers are "pseudo-experience" games that involve moving the user's own body, and force feedback through vibrations does not provide sufficient interaction. In contrast, in the present invention, by using an illusionary tactile force interface device, a "full tactile controller" that can haptically touch virtual objects and game characters is realized.
(9)さまざまな形や大きさ、ボタン配置のゲーム・コントローラが販売されているが、ユーザの手の大きさや嗜好に合った使いやすいコントローラが見つからないことが多い。これに対して、本発明では、個人の掌に合わせたコントローラの形状やボタン配置を自在にデザインするバーチャル・コントローラの技術により、ゲームの内容に合わせた専用のコントローラの購入が不要だったり、コンテンツ内のシーンやストーリーに合わせてコントローラを自在に変形・変化させることができる。 (9) Game controllers of various shapes, sizes, and button arrangements are on sale, but it is often difficult to find an easy-to-use controller that matches the user's hand size and preferences. In contrast, the present invention utilizes virtual controller technology that freely designs the shape and button layout of the controller to suit the palm of the individual's palm, eliminating the need to purchase a dedicated controller to suit the content of the game and allowing the content to be adjusted. You can freely transform and change the controller to suit the scenes and stories within.
(10)従来の視聴覚に偏っていたバーチャルリアリティに対して、非ベース型による実用的なバーチャル物体の可触化技術が提供され、日常生活で利用できる仮想空間及び実空間が融合された視聴触覚によるバーチャルリアリティ環境が提供される。 (10) In contrast to conventional virtual reality, which was biased toward audiovisual, a non-based practical technology for making virtual objects tangible has been provided, and audio-tactile technology that combines virtual space and real space that can be used in daily life A virtual reality environment is provided.
以下、本発明による実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
図1は、バーチャルリアリティ環境生成装置(VR環境生成装置)100において用いられる錯触力覚インタフェース装置101のハードウェア・ブロック図を示している。ここでは指先533に錯触力覚インタフェース装置101を装着した場合を例にとって説明するが、錯触力覚インタフェース装置101の装着場所は指先に限られない。また、図には、加速度センサ108、圧力センサ109、筋電センサ110が、錯触力覚デバイス107と一体となって、指先533に装着された錯触力覚インタフェース装置101内に配置された例を示しているが、これらのセンサは錯触力覚デバイス107とは別の身体位置に装着されていてもよい。本明細書では、錯触力覚デバイス107とセンサとが別体となってそれぞれ身体の別の部位に装着された場合でも、それらを合わせて錯触力覚インタフェース装置101という。 FIG. 1 shows a hardware block diagram of an illusionary tactile force sensation interface device 101 used in a virtual reality environment generation device (VR environment generation device) 100. Here, an example will be described in which the illusion tactile force sensation interface device 101 is attached to the fingertip 533, but the attachment location of the illusion tactile force sensation interface device 101 is not limited to the fingertip. The figure also shows an acceleration sensor 108, a pressure sensor 109, and a myoelectric sensor 110, which are integrated with an illusion tactile force sense device 107 and arranged in an illusion tactile force sense interface device 101 attached to a fingertip 533. Although an example is shown, these sensors may be worn at a different body location than the illusionary tactile force sensing device 107. In this specification, even when the illusionary tactile force sensing device 107 and the sensor are separately attached to different parts of the body, they are collectively referred to as the illusionary tactile force sensing interface device 101.
各種センサからの情報及びコンテンツデータ104をもとにコンテンツが作成され、このコンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数1713が錯触力覚誘起関数生成器115において錯触力覚データ106を用いて生成され、錯触力覚デバイス駆動制御装置112によって錯触力覚デバイス107が制御される。 Content is created based on information from various sensors and content data 104, and an illusionary tactile force sensation induction function 1713 tailored to this content is generated by an illusionary tactile force sensation induction function generator 115 using illusionary tactile force sensation data 106. The illusion tactile force sense device 107 is controlled by the illusion tactile force sense device drive control device 112.
錯触力覚誘起関数生成器115で生成された錯触力覚誘起関数に従い、錯触力覚デバイス107の偏心モータ815の位相、方向、回転速度が制御される。錯触力覚デバイス107において偏心モータによる偏心錘814の回転によって生成された運動量の変化(加減速パターン)により、触力覚に関する錯覚(錯触力覚)が誘起される。この錯触力覚誘起関数を用いれば、非線形感覚特性である錯覚を利用して、提示された運動量の変化によって発生する力(物理情報)とは異なる感覚を知覚させることができる。つまり、物理的には存在していない力及び運動成分を知覚させることができる。例えば、物理的には周期的に繰り返される振動は、周期的に力の方向が変わるため一定方向のみの力情報を持たないものであるが、本錯触力覚誘起関数に従って運動量の加減速パターンを制御することにより、心理物理的には、錯触力覚によって一方向にだけ連続的な力を知覚させることができる。錯触力覚誘起装置103は、学習器116及び補正器117を有しており、ユーザ個人の特性に合わせて最適化が行われる。 According to the illusion tactile force sensation induction function generated by the illusion tactile force sensation induction function generator 115, the phase, direction, and rotational speed of the eccentric motor 815 of the illusion tactile force sensation device 107 are controlled. The change in momentum (acceleration/deceleration pattern) generated by the rotation of the eccentric weight 814 by the eccentric motor in the illusion tactile force sensation device 107 induces an illusion related to the tactile force sensation (illusory tactile force sensation). By using this illusionary tactile force sensation induction function, it is possible to make the user perceive a sensation different from the force (physical information) generated by a change in the amount of momentum presented, by utilizing an illusion that is a nonlinear sensory characteristic. In other words, forces and motion components that do not physically exist can be perceived. For example, physically, periodically repeated vibrations do not have force information only in a fixed direction because the direction of the force changes periodically, but the momentum acceleration/deceleration pattern according to the illusionary tactile force sensation induction function Psychophysically, by controlling the tactile force sensation, it is possible to perceive a continuous force in only one direction. The illusionary tactile force sensation inducing device 103 includes a learning device 116 and a corrector 117, and is optimized according to the user's individual characteristics.
錯触力覚インタフェースを装着する指先533の動きは、位置センサ111及び加速度センサ108によってセンシングされ、位置センサ及び加速度センサで得られた位置・速度・加速度の情報からコンテンツ作成装置102における物理シミュレータ113によって生成されるバーチャル物体と指533との接触判定及びバーチャル物体に働く力が計算される。また、実物体とユーザとの接触・把持力は、圧力センサ109及び筋電センサ110によって検出される。コンテンツは、コンピュータグラフィックス114及び音源シミュレータ119で映像・音像化され視聴覚ディスプレイ105で表示される。これにより、従来、視聴覚に偏っていたバーチャルリアリティに対して、実用的な非ベース型触力覚インタフェースを提供し、日常生活で利用できる視聴触覚によるバーチャルリアリティ環境が提供される。 The movement of the fingertip 533 wearing the illusionary tactile force interface is sensed by the position sensor 111 and the acceleration sensor 108, and the physical simulator 113 in the content creation device 102 uses the position, velocity, and acceleration information obtained by the position sensor and the acceleration sensor. The contact determination between the virtual object generated by the finger 533 and the finger 533 and the force acting on the virtual object are calculated. Further, the contact/grip force between the real object and the user is detected by the pressure sensor 109 and the myoelectric sensor 110. The content is converted into a video/sound image by a computer graphics 114 and a sound source simulator 119 and displayed on an audiovisual display 105. This provides a practical non-based tactile interface for virtual reality, which has traditionally been biased toward audiovisuals, and provides an audiotactile virtual reality environment that can be used in daily life.
コンテンツ作成装置を使用せずに、別の装置(例えば、従来のゲーム機)の物理シミュレータのシミュレーション・データを用いたり、ユーザがマニュアル的に物理量を設定して、錯触力覚誘起装置103を制御して利用することもできる。 The illusionary tactile force sensation inducing device 103 can be created by using simulation data from a physics simulator of another device (for example, a conventional game console) or by manually setting physical quantities without using a content creation device. It can also be controlled and used.
また、一般に中枢部であるコンテンツ生成装置を経由して制御を行うが、コンテンツ生成装置及び錯触力覚誘起装置103を使用することなく、抹消部である錯触力覚インタフェース装置に搭載したCPU及びメモリを使用しリアルタイム制御を行うことで、バーチャル・ボタンの押込みなどの応答性、リアリティ及び操作性が向上される。これを従来の装置に接続して利用することもできる。 Although control is generally performed via the content generation device which is the central part, the CPU installed in the illusion tactile force sensation interface device which is the cancellation part does not use the content generation device and the illusion tactile force sensation induction device 103. By performing real-time control using memory and memory, the responsiveness, reality, and operability of virtual button presses, etc., are improved. It can also be used by connecting it to conventional equipment.
なお、錯触力覚インタフェース装置101を用いれば、従来の触力覚に関する情報も提示できる。 Note that if the illusionary tactile force sense interface device 101 is used, information regarding conventional tactile force senses can also be presented.
装置、周辺機器、データベース、センサといった各機器間の情報の受け渡し及び又は接続は、有線で行ってもよいし、無線で行ってもよい。 Information exchange and/or connections between devices such as devices, peripheral devices, databases, and sensors may be performed by wire or wirelessly.
図2(a)は、VR環境生成装置100の処理フローチャートを示している。VR環境生成装置100では、キャリブレーションが行われ、接続された周辺機器118及びセンサからのセンシング情報をもとに、仮想空間及び仮想物体を形成するモデリングによってVR環境のコンテンツが生成され、コンテンツ情報及びセンシングされたユーザの動きと周辺機器118からの情報にもとづきコンテンツが生成・更新され、コンテンツにもとづいた情報がユーザに提示される。この提示情報をユーザが知覚・認識し、反応・行動した結果が更にセンシングによってモニタされる。 FIG. 2A shows a processing flowchart of the VR environment generation device 100. In the VR environment generation device 100, calibration is performed, content of the VR environment is generated by modeling to form a virtual space and virtual objects based on sensing information from the connected peripheral devices 118 and sensors, and content information is generated. Content is generated and updated based on the sensed movement of the user and information from the peripheral device 118, and information based on the content is presented to the user. The user perceives and recognizes this presented information, and the results of his/her reactions and actions are further monitored by sensing.
キャリブレーションは、錯触力覚インタフェース装置及び錯触力覚誘起装置で実行される。センシングは、錯触力覚インタフェース装置(加速度センサ、圧力センサ、筋電センサ)及び位置センサで行われる。コンテンツ生成は、コンテンツ生成装置で実行される。
提示は、錯触力覚インタフェース装置及び錯触力覚誘起装置で実行される。
Calibration is performed on the illusion tactile force sensation interface device and the illusion tactile force sensation inducing device. Sensing is performed using an illusionary tactile force interface device (acceleration sensor, pressure sensor, myoelectric sensor) and a position sensor. Content generation is performed by a content generation device.
The presentation is performed by an illusion tactile force sensation interface device and an illusion tactile force sensation inducing device.
周辺機器118を通して実空間との情報交換も行われ、仮想空間と実空間とを複合的に取り扱うバーチャルリアリティ環境が生成・制御される。 Information is also exchanged with the real space through the peripheral device 118, and a virtual reality environment that handles the virtual space and real space in a composite manner is generated and controlled.
図2(b)は、VR環境生成装置100が通信器を有し、複数のユーザが所有するそれぞれのVR環境生成装置100、及び離れた空間にあるVR環境生成装置100が通信を行い、一つの大きなVR環境を生成することを示している。通信によってコンテンツ及びセンシング情報が共有されることにより、遠隔地にいる複数のユーザが同一VR環境における共存及び情報共有を行い、同一バーチャル物体の操作・感触の共有が行われる。また、同一ユーザに装着された複数の錯触力覚インタフェース装置101が協調的に動作することによりウェアラブルなVR環境が形成される。 In FIG. 2(b), the VR environment generation device 100 has a communication device, and each VR environment generation device 100 owned by a plurality of users and the VR environment generation device 100 located in a separate space communicate with each other. It is shown that two large VR environments are generated. By sharing content and sensing information through communication, multiple users in remote locations can coexist and share information in the same VR environment, and can operate and feel the same virtual object. In addition, a wearable VR environment is created by cooperatively operating a plurality of illusion tactile force sense interface devices 101 worn by the same user.
図3は、各種センサ、触力覚インタフェース装置、及び錯触力覚インタフェース装置101に関するキャリブレーション処理のフローチャートを示している。 FIG. 3 shows a flowchart of calibration processing for various sensors, the tactile interface device, and the illusion tactile interface device 101.
各キャリブレーション・フローにおいて、キャリブレーション用信号が発生され、これに従って各種センサ、触力覚インタフェース、及び錯触力覚インタフェース装置101が制御されて、その制御結果をセンシングすることでキャリブレーションが行われる。 In each calibration flow, a calibration signal is generated, various sensors, tactile force interface, and illusion tactile force interface device 101 are controlled according to the signal, and calibration is performed by sensing the control results. be exposed.
図4は、センシング処理のフローチャートを示している。センシングでは、錯触力覚インタフェース装置101の位置、姿勢、加速度、及びインタフェースと皮膚間の圧力、筋電が測定される。これらの情報は、キャリブレーション、学習、コンテンツ作成、提示において利用される。この筋電センサの代わりに、脳波、心拍、呼吸、血圧、血流、血中ガス、皮膚抵抗といった生体信号を測定する生体信号センサを利用してもよく、生体信号に対する錯触力覚インタフェース装置101の制御及びバイオフィードバック制御によって、キャリブレーション、学習及び効果的な錯覚誘起が促進される。生体信号センサ及びバイオフィードバック制御は、医療などで用いられている既存の計測センサ及び制御法を利用すればよい。なお、生体信号センサは、錯触力覚デバイスとは離れた位置において身体に装着してもよい。例えば、錯触力覚インタフェース装置の一部を構成する生体信号センサとしての脳波センサを頭部に装着し、同時に、錯触力覚インタフェース装置の一部を構成する錯触力覚デバイスを指先に装着するような形態をとってもよい。 FIG. 4 shows a flowchart of sensing processing. In sensing, the position, posture, and acceleration of the illusion tactile force interface device 101, as well as the pressure between the interface and the skin, and myoelectricity are measured. This information is used in calibration, learning, content creation, and presentation. Instead of this myoelectric sensor, a biosignal sensor that measures biosignals such as brain waves, heartbeat, respiration, blood pressure, blood flow, blood gas, and skin resistance may be used, and an illusionary tactile force sensing interface device for biosignals may be used. 101 control and biofeedback control facilitate calibration, learning and effective illusion induction. For the biosignal sensor and biofeedback control, existing measurement sensors and control methods used in medical care etc. may be used. Note that the biosignal sensor may be attached to the body at a location apart from the illusion tactile force sensing device. For example, an electroencephalogram sensor as a biosignal sensor that forms part of an illusion tactile force interface device is attached to the head, and at the same time, an illusion tactile force sensor that forms part of the illusion tactile force interface device is attached to the fingertip. It may also take the form of being worn.
図5(a)は、コンテンツ生成の処理フローチャートを示している。コンテンツ作成では、読み込んだコンテンツデータ104及びセンシング情報をもとに、物理シミュレーションの計算、及びその他のモデル計算にもとづいて、VR空間が生成・更新され、CGが作成・表示され、錯触力覚及び触力覚情報が情報処理される。 FIG. 5(a) shows a processing flowchart for content generation. In content creation, based on the loaded content data 104 and sensing information, physical simulation calculations, and other model calculations, a VR space is generated and updated, CG is created and displayed, and an illusionary tactile force sensation is generated. and haptic information are processed.
図5(b)は、コンテンツの一例として、自由変形する中空球体をワイヤフレーム表現を用いて、バネ・ダンパ物理モデル528でモデル化した物理シミュレーション520を示している。 FIG. 5B shows, as an example of content, a physical simulation 520 in which a freely deforming hollow sphere is modeled using a spring-damper physical model 528 using a wire frame representation.
格子点p1は隣接する格子点p2~格子点p4と結合している場合、格子点p1が格子点p2から受ける力ベクトルf12は
f12 =-k×(∥p2-p1∥-L0)×(p2-p1)/∥p2-p1∥-c×(v2-v1) (1)
と表わされる。ただし、
pi:格子点piの位置ベクトル
vi:格子点piの速度ベクトル
k:バネの弾性係数、
c:ダンパの粘性係数、
L0:平衡状態のバネの長さ
質量m1の格子点p1が周囲の格子点p2~格子点p4から受けた力の合力をf1とすると、格子点p1の運動方程式は
m1×d2p1/dt2=f1=f12+f13+f14 (2)
と表わされる。
When grid point p1 is connected to adjacent grid points p2 to p4, the force vector f12 that grid point p1 receives from grid point p2 is
f12 =−k×(∥p2−p1∥−L 0 )×(p2−p1)/∥p2−p1∥−c×(v2−v1) (1)
It is expressed as however,
pi: Position vector of grid point pi
vi: Velocity vector of grid point pi
k: elastic modulus of spring,
c: Damper viscosity coefficient,
L 0 : Length of the spring in equilibrium If f1 is the resultant force of the forces that lattice point p1 of mass m1 receives from surrounding lattice points p2 to p4, then the equation of motion of lattice point p1 is
m1×d 2 p1/dt 2 =f1=f12+f13+f14 (2)
It is expressed as
錯触力覚インタフェース装置101が装着された指先533がこのバーチャル物体・物理モデル520の格子点p1に接触した場合は、格子点p1は指先の位置p’1に変化し、指先に働く反力(-f)は、
-f=(f12+f13+f14)-m1×d2p’1/dt2 (3)
と表わされる。接触を判定するための指先533の動きは、位置センサ111、加速度センサ108によってセンシングされる。
When the fingertip 533 on which the illusionary tactile force interface device 101 is attached comes into contact with the grid point p1 of this virtual object/physical model 520, the grid point p1 changes to the fingertip position p'1, and the reaction force acting on the fingertip (-f) is
-f=(f12+f13+f14)-m1×d 2 p'1/dt 2 (3)
It is expressed as Movement of the fingertip 533 for determining contact is sensed by the position sensor 111 and the acceleration sensor 108.
実際の数値シミュレーションでは、時刻t’の格子点p1の位置p’1、速度v’1、力f’1は、ひと時刻前tの変数p1,v1,f1から求められる。 In the actual numerical simulation, the position p'1, velocity v'1, and force f'1 of the grid point p1 at time t' are determined from the variables p1, v1, and f1 at the previous time t.
つまり、
速度ベクトル:v’1=v1+(f1/m1)×Δt (4)
位置ベクトル:p’1=p1+v1×Δt (5)
同様に質量m2のp2の位置、速度が計算される。
In other words,
Velocity vector: v'1=v1+(f1/m1)×Δt (4)
Position vector: p'1=p1+v1×Δt (5)
Similarly, the position and velocity of p2 of mass m2 are calculated.
速度ベクトル:v’2=v2+(f2/m2)×Δt (6)
位置ベクトル:p’2=p2+v2×Δt (7)
最後に、格子点p1及び格子点p2の間に働く力ベクトル
f’12=-k×(∥p’2-p’1∥-L0)×(p’2-p’1)/∥p’2-p’1∥-c×(v’2-v’1) (8)
が算出される。
Velocity vector: v'2=v2+(f2/m2)×Δt (6)
Position vector: p'2=p2+v2×Δt (7)
Finally, the force vector acting between grid point p1 and grid point p2
f'12=-k×(∥p'2-p'1∥-L 0 )×(p'2-p'1)/∥p'2-p'1∥-c×(v'2-v '1) (8)
is calculated.
毎計算毎に各格子点の位置、速度、力が計算されて、メモリに保存される。この保存された値を用いて、次の時間の位置、速度、力が計算される。これらにより、指先533への反力が提示され、視聴覚ディスプレイで立体音像及び立体映像化されたバーチャル物体の可触化が実現される。 For each calculation, the position, velocity, and force of each grid point are calculated and stored in memory. These stored values are used to calculate the position, velocity, and force for the next time. As a result, a reaction force is presented to the fingertip 533, and a virtual object converted into a three-dimensional sound image and a three-dimensional image can be made tangible on an audiovisual display.
VR環境は、上記のバーチャル物体531に関する物理シミュレーションと同様に、周辺機器によってセンシングされた実空間の実物体、及び位置センサ111、加速度センサ108によってセンシングされたユーザの動き情報をもとに、両者が同一のVR環境においてモデル化され、コンテンツとの接触・把持力が計算されて、仮想空間及び実空間が融合されたVR空間が生成される。 Similar to the physical simulation regarding the virtual object 531 described above, the VR environment is created based on the real object in the real space sensed by the peripheral device and the user's movement information sensed by the position sensor 111 and the acceleration sensor 108. are modeled in the same VR environment, and the force of contact and grip with the content is calculated to generate a VR space that is a fusion of virtual space and real space.
図5(c)は、指先533に装着した錯触力覚インタフェース装置101を動かした時のバーチャル物体531の変形を示している。錯触力覚インタフェース装置101の動きはセンサによってモニタされ、バーチャル物体531との接触が検出され、バーチャル物体・物理モデル520の物理シミュレーションにより、モデルの変形、変形力及び指先に伝わる反力が計算されて、錯触力覚インタフェース装置101を通して、その触感が提示される。物理シミュレータ113の計算結果にもとづき、指533の動きに合わせて変形するバーチャル物体531から指先533への錯触力覚が制御されるため、例えば、バーチャル物体531の材質を表すゴムのような弾力感やスライムを引きのばした時のような粘性感を感じながら、バーチャル物体531を変形・移動することができる。 FIG. 5C shows the deformation of the virtual object 531 when the illusionary tactile force sensation interface device 101 attached to the fingertip 533 is moved. The movement of the illusionary tactile force interface device 101 is monitored by a sensor, contact with the virtual object 531 is detected, and the deformation of the model, the deformation force, and the reaction force transmitted to the fingertip are calculated by physical simulation of the virtual object/physical model 520. and the tactile sensation is presented through the illusionary tactile force interface device 101. Based on the calculation results of the physical simulator 113, the illusion of tactile force from the virtual object 531 that deforms according to the movement of the finger 533 to the fingertip 533 is controlled. The virtual object 531 can be deformed and moved while feeling a viscous sensation similar to when slime is stretched.
図6(a)及び図6(b)は、提示処理のフローチャートを示している。 FIGS. 6(a) and 6(b) show flowcharts of the presentation process.
コンテンツ作成装置102で作成されたVR空間の錯触力覚及び触力覚に関するコンテンツデータ104が読み込まれ、錯触力覚誘起関数及び触力覚関数が生成され、センシングで得られた情報及び各ユーザの特性に合わせて補正器117で補正が行われる。この関数に従って、錯触力覚デバイス107がフィードバック制御される。 The content data 104 related to the illusionary tactile force sensation and tactile force sensation in the VR space created by the content creation device 102 is read, the illusionary tactile force sensation induction function and the tactile force sensation function are generated, and the information obtained by sensing and each Correction is performed by a corrector 117 according to the user's characteristics. According to this function, the illusion tactile force sensing device 107 is feedback-controlled.
錯触力覚インタフェース装置は錯覚を利用しているため、錯触力覚に対する感度及び学習による感度の向上には、大きな個人差がある。そのため、同じ刺激を提示しても、ユーザによって感じ方の強度が異なる。そのため、ユーザに依存せず同じ強度の刺激を知覚させるには、刺激に対する学習及び補正が必要となる。 Since the illusion tactile force interface device uses illusion, there are large individual differences in sensitivity to illusion tactile force sensation and improvement in sensitivity through learning. Therefore, even if the same stimulus is presented, the intensity of sensation differs depending on the user. Therefore, in order to make the user perceive a stimulus of the same intensity regardless of the user, learning and correction for the stimulus are required.
図7(a)及び図7(b)は、学習器116の処理フローチャートを示しており、能動的学習、及び無自覚的学習がある。能動的学習方法では、学習用のインストラクションの後、以下に示す学習用の錯触覚誘起関数が生成される。この関数に従い提示された錯触力覚情報に対するユーザの反応・行動がセンシングされて求められた錯触力覚感覚の強度がユーザの錯触力覚感覚特性を示している。事前に多数の被験者に対して測定された錯触力覚感覚特性のデータをもとに錯触力覚誘起関数が作成される。この錯触力覚誘起関数と各ユーザの錯触力覚感覚特性が比較されて個人差を示す補正データ1714が算出され、メモリもしくはユーザ特性データベースに保存される。 7(a) and 7(b) show processing flowcharts of the learning device 116, which include active learning and unconscious learning. In the active learning method, after a learning instruction is given, the following learning illusion tactile sensation induction function is generated. The intensity of the illusionary tactile force sensation obtained by sensing the user's reactions and actions to the illusionary tactile force information presented according to this function indicates the user's illusionary tactile force sensation characteristics. An illusion tactile force sensation induction function is created based on data of illusion tactile force sensation characteristics measured in advance on a large number of subjects. This illusionary tactile force sensation induction function is compared with the illusionary tactile force sensation characteristics of each user, and correction data 1714 indicating individual differences is calculated and stored in the memory or user characteristic database.
具体的には、能動的学習においては、錯触力覚インタフェース装置101を装着した後、インストラクションに従い、順次、0°、180°、90°、270°の方向に錯触力覚による一定の力が提示される。錯触力覚は触力覚とは異なり、提示方向を離散的に変えながら提示することにより錯触力覚への慣れ・学習が進み、提示時間の経過とともに閾値の低下及び感覚感度が増し、力の方向がはっきりとしてくる。1分間の学習の後、錯触力覚の強度を徐々に弱めていき、知覚ができなかった強度を錯触力覚の感覚閾値として推定する。この感覚閾値は、提示した方向、ユーザ毎に異なり、この感覚閾値が個人の静特性を補正する補正データとしてメモリもしくはデータベースに保存される。学習が進むに従い閾値が錯触力覚感覚特性であるある一定値に収束するが、学習度は、その収束率である収束時定数によって判断される。次に、心理物理的一対比較法により、等感レベル曲線が求められる。 Specifically, in active learning, after wearing the illusion tactile force interface device 101, a constant force is applied by illusion tactile force sense in the directions of 0°, 180°, 90°, and 270° sequentially according to the instructions. is presented. The illusionary tactile force sense is different from the tactile sense; by presenting the illusionary tactile force sensation while discretely changing the presentation direction, habituation and learning to the illusionary tactile force sense progresses, and as the presentation time progresses, the threshold decreases and the sensory sensitivity increases. The direction of the force becomes clear. After 1 minute of learning, the intensity of the illusionary tactile force sensation is gradually weakened, and the intensity at which no perception is possible is estimated as the sensory threshold of the illusionary tactile force sensation. This sensory threshold value differs depending on the presenting direction and each user, and this sensory threshold value is stored in a memory or database as correction data for correcting individual static characteristics. As learning progresses, the threshold value converges to a certain value, which is the illusionary tactile force sensation characteristic, and the degree of learning is determined by the convergence time constant, which is the rate of convergence. Next, the iso-sensitivity level curve is determined by the psychophysical paired comparison method.
同様に、無自覚的学習方法では、各コンテンツにおける錯触力覚情報に対するユーザの反応・行動がセンシングされて、コンテンツ内の錯触力覚情報に関する特徴量(錯触力覚強度及び時間パターン)に対するユーザの錯触力覚感覚特性が測定されて、伝達関数の推定により応答特性(動特性)が推定される。各ユーザに対する応答特性が錯触力覚誘起関数として個人差補正用データとしてメモリもしくはデータベースに保存される。 Similarly, in the unconscious learning method, the user's reaction/behavior to the illusionary tactile force information in each content is sensed, and the features (illusory tactile force intensity and time pattern) related to the illusionary tactile force information in the content are sensed. The illusionary tactile force sensation characteristics of the user are measured, and the response characteristics (dynamic characteristics) are estimated by estimating the transfer function. The response characteristics for each user are stored in a memory or database as data for individual difference correction as an illusionary tactile force sensation induction function.
このように、錯触力覚は個人差が大きな特性であるが、学習及び補正を用いることで、錯触力覚インタフェース装置を利用しても、従来の触力覚インタフェース装置と同じ刺激強度を提示する装置として扱える。 In this way, the characteristics of illusionary tactile force sensation vary greatly between individuals, but by using learning and correction, even when using an illusionary tactile force interface device, it is possible to achieve the same stimulation intensity as a conventional tactile force interface device. It can be treated as a presentation device.
以下に、錯触力覚の特徴を示す。
従来の触力覚インタフェース装置では、触力覚に関する物理現象を物理的に再現した力・運動を指先や掌に提示・知覚されるものであったが、本発明では、物理的に与えた力・運動とは異なる、もしくは存在しない力・運動が知覚・認識される現象である。例えば、インタフェースが現実には(物理的には)浮き上がらないのにも関わらず、浮き上がるような感覚が知覚される。
The characteristics of illusionary tactile force sensation are shown below.
In conventional tactile interface devices, forces and movements that physically reproduce the physical phenomena related to tactile sensation are presented and perceived at the fingertips and palms, but with the present invention・It is a phenomenon in which a force or motion that is different from motion or does not exist is perceived or recognized. For example, a sensation of floating is perceived even though the interface does not actually (physically) float.
従来の触力覚インタフェース装置では、外部から力が働くように感じさせるために、指先などに力を提示した時の反力を支えるベースが不可欠であった。これに対して、ベースのない非ベース型の振動モータを利用した触覚インタフェース装置では、振動平衡点であり重心周りにブルブルと振動するだけであり、外部から押されたような力を感じることはできなかった。これに対して、本発明である錯触力覚インタフェース装置101は、非ベース型でありながら、外部から押された感覚が提示可能な、錯覚を利用した触力覚の感覚を提示する装置である(非特許文献3)。 In conventional tactile interface devices, a base is essential to support the reaction force when force is applied to a fingertip or the like in order to give the user the feeling that an external force is being applied. On the other hand, with a haptic interface device that uses a non-base type vibration motor, the device only vibrates around the center of gravity, which is the vibration equilibrium point, and you do not feel any external pushing force. could not. In contrast, the optical illusion tactile force interface device 101 of the present invention is a device that uses an illusion to present a tactile force sensation that can present the sensation of being pressed from the outside, although it is of a non-based type. There is (Non-patent Document 3).
錯触力覚とは、錯覚による感覚知覚にとどまらず、インタフェースを持った腕が実際に持ち上がってしまう物理的な現象をも引き起こす。これは、錯覚によって騙された感覚によってユーザ自らが無自覚的に腕を動かしたり、反射によって腕の筋肉が動いてしまうことによる。この点で、物体と人間の体との間に働く物理的な力を再現しようとして発明・開発されてきた従来の触力覚インタフェースとは大きく異なり、本発明は、触力覚に関する錯覚を誘起する装置に関するものであり、効果的に錯触力覚を誘起させる装置に関する発明である。 Illusionary tactile force sensation is not only an illusory sensory perception, but also causes a physical phenomenon in which the arm holding the interface actually lifts up. This is because the user moves his or her arm unconsciously due to the senses deceived by the illusion, or the muscles of the arm move due to reflexes. In this respect, the present invention is significantly different from conventional haptic interfaces that have been invented and developed to reproduce the physical forces that act between objects and the human body. This invention relates to a device that effectively induces an illusionary tactile force sensation.
また、本発明である錯触力覚インタフェース装置101は、従来型の触力覚インタフェース装置としての機能・効果も有しており、両方の提示感覚の相乗効果を図ることができる。 Furthermore, the illusionary tactile force interface device 101 of the present invention also has the functions and effects of a conventional tactile force interface device, and can achieve a synergistic effect between both presentation sensations.
図8-1(a)~図8-1(d)は、錯触力覚を誘起するデバイスの制御方法の一例を示している。 FIGS. 8-1(a) to 8-1(d) show an example of a method for controlling a device that induces an illusionary tactile force sensation.
図8-1(a)は加減速機構であり、2つの偏心回転子A及び偏心回転子Bから構成されている。図8-1(b)は、この2つの偏心回転子を反対方向に同期回転させた場合を模式化したものである。この反対方向の同期回転の結果、平面内で任意の方向に直線的に加速・減速する力を合成することができる。図8-1(c)は振動、力、トルクなどの感覚特性が対数関数的な特性の場合を模式化したものである。この感覚特性上の、動作点Aで正の力を発生し、動作点Bで逆方向の負の力を発生した場合を考えると、力感覚は図8-1(d)のように表わされる。2つの偏心回転子の合成運動量の大きさは偏心回転子A及び偏心回転子Bの角運動量の合成であり、力は2つの偏心回転子の合成運動量の大きさの時間微分に比例する。 FIG. 8-1(a) shows an acceleration/deceleration mechanism, which is composed of two eccentric rotors A and B. FIG. 8-1(b) schematically shows a case where these two eccentric rotors are synchronously rotated in opposite directions. As a result of this synchronous rotation in opposite directions, forces that linearly accelerate and decelerate in any direction within a plane can be synthesized. FIG. 8-1(c) schematically shows a case where sensory characteristics such as vibration, force, and torque are logarithmic characteristics. Based on this sensory characteristic, if we consider the case where a positive force is generated at operating point A and a negative force in the opposite direction is generated at operating point B, the force sensation is expressed as shown in Figure 8-1 (d). . The magnitude of the composite momentum of the two eccentric rotors is the composite of the angular momentums of eccentric rotor A and eccentric rotor B, and the force is proportional to the time derivative of the magnitude of the composite momentum of the two eccentric rotors.
図8-2(a)~図8-2(c)は偏心錘の形状を示しており、図8-2(b)のように流線形にしたり、図8-(c)のように比重が異なる材質を不均質に配置することにより、回転による抵抗が減り、大きな回転加減速を得ることができる。 Figures 8-2(a) to 8-2(c) show the shapes of eccentric weights. By arranging materials with different values in a non-uniform manner, rotational resistance is reduced and large rotational acceleration/deceleration can be obtained.
図9は、この図8の現象及びその効果を模式的に示している。錯触力覚に関する感覚特性を考慮して、偏心モータ815の回転パターンを制御して2つの偏心回転子の合成運動量を時間的に変化させることにより、平衡点周りに周期的に加減速する振動904から、一定方向に連続的に働く力が知覚される錯覚905を誘起させることができる。つまり、物理的には一定方向に働く力のような成分は存在していないが、一定方向に力が働いているように知覚される錯覚が誘起される。 FIG. 9 schematically shows the phenomenon shown in FIG. 8 and its effects. By controlling the rotation pattern of the eccentric motor 815 and temporally changing the combined momentum of the two eccentric rotors, taking into account the sensory characteristics related to illusionary tactile force sensation, vibrations that periodically accelerate and decelerate around the equilibrium point are generated. From 904, it is possible to induce an illusion 905 in which a force acting continuously in a certain direction is perceived. In other words, although physically there is no such component as a force acting in a fixed direction, an illusion is induced in which the force is perceived as acting in a fixed direction.
動作点A、及び動作点Bで位相180°毎に交互に加減速させると、一定方向の力感覚905が連続的に知覚される。力は、物理的に1サイクルで初期状態に戻り、その運動量及び力の積分値はゼロとなっている。つまり、平衡点周りに留まり、加減速機構が左側に移動することはない。しかし、感覚量である力感覚の感覚的積分値はゼロにならない。この時、正の方向の力の積分908の知覚は低下し、負の方向の力の積分909だけが知覚される。 When acceleration and deceleration are alternately performed at each phase of 180° at operating points A and B, a force sensation 905 in a fixed direction is continuously perceived. The force physically returns to its initial state in one cycle, and the integral value of the momentum and force is zero. In other words, it remains around the equilibrium point and the acceleration/deceleration mechanism does not move to the left. However, the sensory integral value of force sensation, which is a sensory quantity, does not become zero. At this time, the perception of the positive force integral 908 is reduced and only the negative force integral 909 is perceived.
ここで、角運動量の時間微分がトルク、運動量の時間微分が力であり、一定方向に連続してトルク及び力を発生し続けるためには、モータの回転数もしくはリニアモータを連続的に加速し続ける必要があり、そのため、回転体などを周期的に回転させ方法は力覚を一定方向に連続的に提示するのに適していない。特に、モバイル等で利用される非ベース型インタフェースでは、一方向への連続的な力の提示は物理的には不可能である。 Here, the time derivative of angular momentum is torque, and the time derivative of momentum is force, and in order to continuously generate torque and force in a fixed direction, the rotation speed of the motor or the linear motor must be continuously accelerated. Therefore, the method of periodically rotating a rotating body or the like is not suitable for continuously presenting a force sensation in a fixed direction. In particular, with non-based interfaces used in mobile devices, it is physically impossible to present continuous force in one direction.
しかし、人は非線形感覚特性を有しており、本発明の手法を用いれば、錯触力覚特性に関する知覚感度の利用や運動量の加減速パターン制御によって、物理特性とは異なった力・力パターンを錯覚的に知覚させることができる。例えば、与えた刺激強度に対する感じられた刺激の大きさの比が感度であるが、人間の感覚特性は与えた刺激の強度に対して感度が異なっており、弱い刺激にはより敏感であり、強い刺激には鈍感である。そこで、モータ回転の加減速の位相を制御し周期的に加減速を繰り返すことで、弱い刺激を提示した方向に連続的な力覚を提示させることに成功している。また、感覚特性の適切な動作点A及びBを選択することにより、強い刺激を提示した方向にも連続的な力覚を提示させることもできる。 However, humans have non-linear sensory characteristics, and by using the method of the present invention, it is possible to create force/force patterns that differ from physical characteristics by utilizing perceptual sensitivity related to illusionary tactile force sensing characteristics and controlling acceleration/deceleration patterns of momentum. can be perceived as an illusion. For example, sensitivity is the ratio of the magnitude of the perceived stimulus to the intensity of the stimulus given, but human sensory characteristics differ in sensitivity to the strength of the stimulus given, and are more sensitive to weak stimuli. Insensitive to strong stimuli. Therefore, by controlling the phase of acceleration and deceleration of the motor rotation and repeating the acceleration and deceleration periodically, we succeeded in presenting a continuous force sensation in the direction in which weak stimulation was presented. Furthermore, by selecting operating points A and B with appropriate sensory characteristics, it is also possible to present a continuous force sensation in the direction in which strong stimulation is presented.
類似の装置としてドライビング・シミュレータが連想されるが、ドライビング・シミュレータでは、目的の力(加速感)を与えた後に気付かれない程度の小さな加速度で元の位置にゆっくりと戻すことで車の加速感を提示している。そのため力の提示は断続的になり、このような偏加速型方式では、一定方向の力感覚や加速感を連続的に提示することはできない。従来型である触力覚インタフェース装置でも同様である。しかし、本発明では、例えば50Hzという短い周期で感覚閾値上での順方向・逆方向への加減速を連続に繰り返す駆動方法904にも関わらず、錯覚を利用することで、一定方向に連続的な並進力感覚905が提示される。特に、物理的な手法による上記ドライビング・シミュレータで提示される断続的な力の方向とは反対方向に連続的な力が知覚される点が、錯覚を用いた錯触力覚インタフェース装置101の特徴である。 Driving simulators are associated with similar devices, but in driving simulators, after applying a desired force (feeling of acceleration), the vehicle is slowly returned to its original position with a small acceleration that is unnoticeable. is presenting. Therefore, the presentation of force becomes intermittent, and in such a biased acceleration type method, it is not possible to continuously present the sensation of force or acceleration in a fixed direction. The same applies to conventional tactile interface devices. However, in the present invention, despite the driving method 904 that continuously repeats acceleration and deceleration in the forward and reverse directions above the sensory threshold at a short cycle of 50 Hz, for example, by using an illusion, the A translational force sensation 905 is presented. In particular, a feature of the illusion-based tactile force sense interface device 101 is that a continuous force is perceived in the opposite direction to the direction of the intermittent force presented in the driving simulator using a physical method. It is.
つまり、この強度によって感度が異なるという人間の非線形感覚特性を利用することで、周期的な加減速や振動で発生する力の積分が物理的にはゼロであるにも関わらず、感覚的には相殺されないばかりか、正の方向の力908は知覚されず、目的の方向である負の方向909に並進力的な力覚905やトルク感が連続的に提示できる。(連続的なトルク感覚の生成方法は、図20(c)を参照)これらの現象は、感覚特性831が刺激である物理量832に対してその感覚量が対数以外の場合でも、非線形特性であれば同じ効果が得られる。本効果は、非ベース型に限らず、ベース型においても効果が得られる。 In other words, by utilizing the human nonlinear sensory characteristic that sensitivity varies depending on the intensity, even though the integral of the force generated by periodic acceleration/deceleration or vibration is physically zero, it can be perceived as Not only are they not canceled out, but the force 908 in the positive direction is not perceived, and a translational force sensation 905 or torque sensation can be continuously presented in the negative direction 909, which is the desired direction. (See Fig. 20(c) for the method of generating a continuous torque sensation.) These phenomena occur even if the sensory characteristic 831 is non-logarithmic with respect to the physical quantity 832 that is the stimulus, or is a nonlinear characteristic. The same effect can be obtained if This effect can be obtained not only in the non-base type but also in the base type.
図9において、動作点Aでの回転継続時間Taをゼロに近づけることにより、回転継続時間Taと回転継続時間Tbのそれぞれの区間での運動量が等しいことから、回転継続時間Taの区間での合成運動量は大きくなり力も大きくなるが、力感覚は対数的に変化し感度が低下するために、回転継続時間Taの区間での感覚値の積分はゼロに近づく。このため、回転継続時間Tbの区間での力感覚が相対的に大きくなり、一方向への力の感覚905の連続性が向上していく。その結果、動作点A及び動作点Bを適切に選択して、動作点A継続時間及び動作点B継続時間を適切に設定し、2つの偏心回転子A及び偏心回転子Bの同期位相を調整することで、任意の方向に自在に力感覚を提示し続けることができる。 In Fig. 9, by bringing the rotation duration Ta at the operating point A close to zero, the momentum in each section of the rotation duration Ta and rotation duration Tb is equal, so the combination in the section of the rotation duration Ta is The momentum increases and the force also increases, but the force sensation changes logarithmically and the sensitivity decreases, so the integral of the sensation value in the interval of rotation duration Ta approaches zero. Therefore, the force sensation in the period of rotation duration Tb becomes relatively large, and the continuity of the force sensation 905 in one direction improves. As a result, the operating point A and the operating point B are appropriately selected, the operating point A duration time and the operating point B duration time are appropriately set, and the synchronous phase of the two eccentric rotors A and B is adjusted. By doing so, it is possible to continue to freely present the sensation of force in any direction.
図10(a)~図10(c)に示した感覚特性のように、ユーザごとの感覚特性は異なる。このため、錯触力覚がはっきりと知覚される人や知覚されにくい人、学習によって知覚されやすさが向上する人がいる。本発明では、この個人差を補正する装置を有する。また、同じ刺激が持続的に提示される場合、その刺激に対して感覚が鈍化してしまうこともある。そのため、刺激の強度・周期や方向に揺らぎを与えたりすることで慣れを防止することは効果的である。 As shown in the sensory characteristics shown in FIGS. 10(a) to 10(c), the sensory characteristics differ from user to user. For this reason, some people are able to clearly perceive the illusionary tactile force sensation, others are less able to do so, and some people's ability to perceive it improves through learning. The present invention includes a device that corrects this individual difference. Furthermore, if the same stimulus is continuously presented, the sensitivity to that stimulus may become dull. Therefore, it is effective to prevent habituation by varying the intensity, period, and direction of stimulation.
図10(d)に錯触力覚を用いた一定方向の力の提示手法の一例を示す。2つの偏心振動子を反対回転方向に回転させて振動成分を合成する方法において、動作点Aでの高速回転数ω1(高周波f1)1002aと動作点Bでの低速回転数ω2(低周波f2)1002bを位相180°毎に交互に提示した場合、錯触力覚強度(II)は、偏心回転子の回転速度である周波数の加減速比Δf/fの対数に比例する(図10(e))。ただし、(f=(f1+f2)/2、Δf=f1-f2)。錯触力覚強度とΔf/fの対数値をプロットした時の傾きnが、個人差を示す。 FIG. 10(d) shows an example of a method of presenting force in a fixed direction using illusionary tactile force sensation. In a method of combining vibration components by rotating two eccentric vibrators in opposite rotational directions, a high rotational speed ω1 (high frequency f1) 1002a at operating point A and a low rotational speed ω2 (low frequency f2) at operating point B are used. When 1002b is presented alternately at every 180° phase, the illusionary tactile force sensation intensity (II) is proportional to the logarithm of the frequency acceleration/deceleration ratio Δf/f, which is the rotational speed of the eccentric rotor (Fig. 10(e) ). However, (f=(f1+f2)/2, Δf=f1-f2). The slope n when the logarithm value of the illusionary tactile force sensation intensity and Δf/f is plotted indicates individual differences.
また、振動感強度(VI)は、錯覚による一定方向の力感覚と同時に知覚される振動成分の強度を示し、振動成分の強度と物理量f(対数)とはおおよそ反比例の関係にあり、周波数fを大きくすることで振動感強度(VI)は相対的に低下する(図10(f))。この振動成分の含有強度を制御することにより、錯触力覚を提示したときの力の質感が変わる。対数でプロットした場合の傾きmは個人差を示す。なお、個人差を示すn、mは、学習が進むに従って変化し、学習が飽和した時に一定の値に収束する。 In addition, the vibration sensation intensity (VI) indicates the strength of a vibration component that is perceived at the same time as a force sensation in a certain direction due to an illusion.The strength of the vibration component and the physical quantity f (logarithm) are approximately inversely proportional, and the frequency f By increasing , the vibration sensitivity intensity (VI) is relatively reduced (FIG. 10(f)). By controlling the intensity of this vibration component, the texture of the force when presenting an illusionary tactile force sensation changes. The slope m when plotted logarithmically indicates individual differences. Note that n and m, which indicate individual differences, change as learning progresses, and converge to a constant value when learning is saturated.
図11(a)~図11(c)は、仮想平板1100の質感表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置101が、センシングによってモニタされた錯触力覚インタフェース装置101の動き(位置・姿勢角度、速度、加速度)が仮想物体の動き1101を表しており、この仮想物体の動きに合わせて、錯触力覚による抗力1102の方向・強度及び質感パラメタ(含有振動成分)を制御することにより、仮想平板の質感である摩擦感覚1109や粗さ感覚1111及び形状が制御される。 FIGS. 11(a) to 11(c) show a method of expressing the texture of the virtual flat plate 1100. The movement (position/posture angle, velocity, acceleration) of the illusion tactile force sense interface device 101 monitored by sensing represents the movement 1101 of the virtual object, and the movement of the virtual object In addition, by controlling the direction and strength of the drag force 1102 and the texture parameters (contained vibration components) due to the illusionary tactile force sensation, the friction sensation 1109 and roughness sensation 1111, which are the textures of the virtual flat plate, and the shape are controlled.
図11(a)は、仮想平板1100上で仮想物体(錯触力覚インタフェース装置101)を移動させた時に働く仮想平板から仮想物体への抗力1103及び移動に対する抗力1102を示している。 FIG. 11A shows a drag force 1103 from the virtual plate to the virtual object that acts when the virtual object (illusory tactile force sensation interface device 101) is moved on the virtual plate 1100, and a drag force 1102 against the movement.
図11(b)は、錯触力覚インタフェース装置101と仮想平板1100とが接した時に両物体の間に働く摩擦力1104が、動摩擦及び静摩擦を振動的に繰り返すことを示している。また、仮想平板の誤差厚内1107に錯触力覚インタフェース装置101が留まるように押し戻す抗力1106をフィードバック制御して提示することで、仮想平板の存在・形状を知覚させる。錯触力覚インタフェース装置101が仮想平板内1100に存在しない時は押し戻す抗力を提示せず、存在する時だけ提示することにより壁の存在が知覚される。 FIG. 11(b) shows that when the illusionary tactile force sense interface device 101 and the virtual flat plate 1100 come into contact with each other, the frictional force 1104 that acts between the two objects repeats dynamic friction and static friction in an oscillatory manner. Further, by feedback-controlling and presenting a drag force 1106 that pushes back the illusionary tactile force sense interface device 101 so that it remains within the error thickness 1107 of the virtual flat plate, the existence and shape of the virtual flat plate are perceived. When the illusionary tactile force sense interface device 101 does not exist in the virtual flat plate 1100, it does not present a pushing-back force, but only when it exists, the presence of the wall is perceived.
図11(c)は、表面粗さの表現方法を示している。錯触力覚インタフェース装置101を移動させた方向1101とは反対方向に、移動速度・加速度に合わせて抗力を提示することによって、抵抗感や粘性感1108を知覚させる。移動方向と同じ方向に負の抗力を提示(加速力1113)することによって、氷上を滑るような仮想平板の滑らか感1110を強調することができる。この加速感・滑らか感1110は、従来の振動子を使った非ベース型触力覚インタフェース装置では提示することが困難であり、錯覚を使った錯触力覚インタフェース装置101で実現された質感及び効果である。また、抗力を振動的に変化させること(振動的抗力1112)により、仮想平板の表面粗さ感覚1111を知覚させる。 FIG. 11(c) shows a method of expressing surface roughness. By presenting a drag force in a direction opposite to the direction 1101 in which the illusionary tactile force sense interface device 101 is moved, in accordance with the moving speed and acceleration, a feeling of resistance or viscosity 1108 is caused to be perceived. By presenting a negative drag force (acceleration force 1113) in the same direction as the moving direction, it is possible to emphasize the smooth feeling 1110 of the virtual flat plate as if it were sliding on ice. This sensation of acceleration and smoothness 1110 is difficult to present with a conventional non-based tactile interface device using a vibrator, and the texture and smoothness achieved by the illusion tactile interface device 101 that uses an illusion is difficult to provide. It is an effect. Furthermore, by vibratingly changing the drag force (vibratory drag force 1112), a surface roughness sensation 1111 of the virtual flat plate is perceived.
図12(a)は、位相パターンの初期位相(θi)によって誘起・知覚される錯触力覚の方向を示している。 FIG. 12(a) shows the direction of the illusionary tactile force sensation induced and perceived by the initial phase (θi) of the phase pattern.
錯触力覚デバイス107は、図12(b)の回転開始の初期位相(θi)を変えることにより、偏心回転子で合成される運動量の変化によって誘起される錯触力覚の方向1202を、初期位相(θi)の方向に制御することができる。例えば、図12(c)のように初期位相(θi)を変えることにより、平面内360°の任意の方向に誘起できる。 The illusionary tactile force sensation device 107 changes the direction 1202 of the illusionary tactile force sensation induced by the change in momentum synthesized by the eccentric rotor by changing the initial phase (θi) of the rotation start in FIG. 12(b). It can be controlled in the direction of the initial phase (θi). For example, by changing the initial phase (θi) as shown in FIG. 12(c), it is possible to induce the light in any direction within the plane of 360°.
このとき、錯触力覚インタフェース装置101自身の重さが重い場合、錯触力による上向きの力感覚1202と重力による下向きの力感覚1204とが打ち消されて浮き上がる浮力感覚1202が得られにくく、重く感じられてしまうことがある。その時には、錯触力覚による上向き方向を重力方向の反対方向から僅かにずらして錯触力覚1203を誘起させることで、重力による浮上感覚の減少・阻害を抑制することができる。 At this time, if the illusionary tactile force interface device 101 itself is heavy, the upward force sensation 1202 due to the illusionary tactile force and the downward force sensation 1204 due to gravity are canceled out, making it difficult to obtain the buoyancy sensation 1202 of floating. Sometimes I can feel it. At that time, by inducing the illusion tactile force sensation 1203 by slightly shifting the upward direction caused by the illusion tactile force sense from the direction opposite to the direction of gravity, it is possible to suppress the decrease or inhibition of the sensation of floating due to gravity.
重力方向と反対方向に提示したい場合には、重力方向と180°+α°及び180°-α°とわずかに鉛直からずれた方向に交互に錯触力覚を誘起する方法もある。 If it is desired to present the object in a direction opposite to the direction of gravity, there is also a method of inducing the illusionary tactile force sensation alternately in directions slightly deviated from the vertical direction, such as 180°+α° and 180°−α° from the direction of gravity.
図13-1(a)~図13-2(g)は、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示している。 FIGS. 13-1(a) to 13-2(g) show implementation examples of the illusionary tactile force sensation interface device 101.
図13-1(a)や図13-1(b)のように、接着テープ1301やハウジング1302の指挿入部1303を用いて指先533に装着する。また、指533の間に装着したり(図13-1(c)、図13-1(e))、指533で挟んで(図13-1(d))使用してもよい。ハウジング1302は、変形が少ない硬い材料でもよいし、変形が容易な材料でもよいし、粘弾性を持ったスライム状でもよい。これらの装着方法の変形態として、図13-2(a)~図13-2(g)も考えられる。図13-2(e)~図13-2(g)においては、柔軟な接着及びハウジングによって、錯触力覚デバイスの2つの基本ユニットの位相を制御することにより、左右上下の力覚に加え、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚も表現することができる。このように、接着テープ、指挿入部を有するハウジングのように、錯触力覚インタフェース装置101を身体などに装着させるものを装着部と呼ぶ。装着部は、上記の接着テープ、指挿入部を有するハウジングの他に、シート型、ベルト型、タイツのように、物や身体に装着できるものならばどのような形態のものでもよい。同様な方法で、指先、掌、腕、大腿など、体の至る所に装着される。 As shown in FIGS. 13-1(a) and 13-1(b), it is attached to the fingertip 533 using the adhesive tape 1301 and the finger insertion part 1303 of the housing 1302. Further, it may be used by being worn between the fingers 533 (FIG. 13-1(c), FIG. 13-1(e)) or by being held between the fingers 533 (FIG. 13-1(d)). The housing 1302 may be made of a hard material that hardly deforms, a material that is easily deformed, or a slime-like material having viscoelasticity. As modifications of these mounting methods, FIGS. 13-2(a) to 13-2(g) can also be considered. In Figures 13-2(e) to 13-2(g), by controlling the phase of the two basic units of the illusion tactile force sensing device using flexible adhesive and housing, It can also express sensations of expansion, compression, and pressure. As described above, a component such as an adhesive tape or a housing having a finger insertion part, which allows the illusionary tactile force sense interface device 101 to be mounted on the body, is called a mounting part. In addition to the above-mentioned adhesive tape and the housing having the finger insertion part, the attachment part may be of any type, such as a sheet type, a belt type, or tights, as long as it can be attached to an object or the body. In a similar way, it can be worn anywhere on the body, including the fingertips, palms, arms, and thighs.
なお、本明細書で扱う粘弾性材料及び粘弾性特性という用語は、粘性及び又は弾性の特性を有するものを示す。 Note that the terms viscoelastic material and viscoelastic properties used in this specification refer to materials having viscous and/or elastic properties.
図14に、その他の、錯触力覚インタフェース装置101の実装例を示す。 FIG. 14 shows another implementation example of the illusion tactile force sense interface device 101.
図14(a)では、振動を発生する錯触力覚デバイス107が加速度センサ108にノイズ振動として検出されてしまうため、これらを指533に対して反対方向に配置することで、振動の加速度センサ108への影響を低減させている。また、錯触力覚デバイス107の制御信号をもとに加速度センサ108で検出されるノイズ振動をキャンセリングすることによってもノイズ混入の低減を図っている。 In FIG. 14A, since the illusionary tactile force sensing device 107 that generates vibrations is detected as noise vibration by the acceleration sensor 108, by arranging them in the opposite direction to the finger 533, the vibration acceleration sensor 108 is reduced. Furthermore, noise contamination is also reduced by canceling noise vibrations detected by the acceleration sensor 108 based on the control signal of the illusionary tactile force sensing device 107.
図14(c)~図14(e)では、錯触力覚デバイス107と加速度センサ108の間に耐震材料1405を介在させることで、ノイズ振動の混入を抑えさせている。 In FIGS. 14(c) to 14(e), an earthquake-resistant material 1405 is interposed between the illusionary tactile force sensing device 107 and the acceleration sensor 108 to suppress the incorporation of noise vibrations.
図14(d)では、実物体を触りながら錯触力感覚をも知覚する錯触力覚インタフェース装置101である。実物体との触感に錯触力覚の感覚を付加している。従来のデータグローブでは、触力覚の提示に指にワイヤーを装着して指を引っ張ることにより力覚を提示していた。データグローブを用いて実物体を触りながらも触力覚提示を行うと、実物体から指が離れてしまったり、把持が阻害されるなど、実物体とバーチャル物体の感触を複合することが難しい。錯触力覚インタフェース装置101では、このようなことがなく、実物体をしっかりと把持・触れながらもバーチャルな感触も付加する複合感覚(ミックス・リアリティ)を実現している。 FIG. 14(d) shows an illusionary tactile force interface device 101 that also senses an illusionary tactile force sensation while touching a real object. It adds the sensation of illusionary tactile force to the tactile sensation of a real object. In conventional data gloves, tactile sensations are presented by attaching wires to the fingers and pulling the fingers. If a data glove is used to present a tactile sensation while touching a real object, it is difficult to combine the sensations of the real object and the virtual object, as the fingers may move away from the real object or the grip may be inhibited. The illusionary tactile force interface device 101 eliminates this problem and realizes a mixed sensation (mixed reality) in which a virtual sensation is added while firmly grasping and touching a real object.
図14(e)では、さらに、圧力センサ109によって測定された実物体との接触及び把持圧に従い錯触力感覚を付加することで、その実物体の把持・接触感触を編集したり、バーチャル物体531の感触に置換する。図14(f)では、図14(e)の圧力センサの代わりに表面形状や形状変形を測定する形状センサ(例えば、フォトセンサ)を用いて、触感に係る把持物体の形状・表面形状の測定、及び変形による把持力・歪せん弾力・接触の測定を行っている。これらによって、測定された応力・せん弾力及び表面形状を強調した触覚拡大鏡が実現される。顕微鏡のようにディスプレイで微細な表面形状を視覚的に確認するとともに、その形状を触覚的にも確認することができる。また、形状センサにフォトセンサを使用すれば、接触しなくても形状を測定できるため、離れた物体に手をかざすことで物体の形状を体感することができる。 In FIG. 14(e), by adding an illusionary tactile force sensation according to the contact and grip pressure with the real object measured by the pressure sensor 109, the grip and contact feel of the real object can be edited, and the virtual object 531 Replace it with the feeling of In FIG. 14(f), a shape sensor (for example, a photo sensor) that measures the surface shape and shape deformation is used instead of the pressure sensor in FIG. 14(e) to measure the shape and surface shape of the gripped object related to tactile sensation. , and measuring the gripping force, strain shear elasticity, and contact caused by deformation. These provide a tactile magnifier that emphasizes the measured stress, shear force, and surface shape. Not only can you visually check the minute surface shape on a display like a microscope, you can also check the shape tactilely. In addition, if a photo sensor is used as a shape sensor, the shape can be measured without contact, so you can experience the shape of a distant object by placing your hand over it.
また、使用状況やコンテキスト(文脈)によってタッチパネル上のコマンドが変化する可変型タッチボタンの場合、特に、携帯電話のようにボタンを押すときに指で隠れてしまう場合などでは、可変型ボタンのコマンドが隠れてしまい読めなくなる。同様に、VRコンテンツにおける仮想空間内の可変型ボタンの場合、メニュー表記やコマンドがコンテキストで変化するため、ボタンを押す場合には今押そうとするボタンの内容がわからなくなる。そのために、図14(e)のように、錯触力覚インタフェース装置101上のディスプレイ1406にそれを表示することで、ボタンのコマンド内容を確認しながら錯触力覚ボタンを押し込むことができる。 In addition, in the case of variable touch buttons whose commands on the touch panel change depending on the usage situation and context, especially when the button is hidden by your finger like on a mobile phone, the command of the variable button is hidden and cannot be read. Similarly, in the case of a variable button in a virtual space in VR content, the menu notation and commands change depending on the context, so when pressing the button, it becomes unclear what the button is about to be pressed. For this purpose, by displaying it on the display 1406 on the illusion tactile force interface device 101 as shown in FIG. 14(e), the user can press the illusion tactile force button while confirming the command content of the button.
バーチャル物体531やバーチャル・コントローラでのバーチャル・ボタンの押込み情報及び押込み反力が実物体と同様に違和感なく感じ操作できるためには、押込みと押込み反力の提示との間の時間遅れが問題となる。例えば、アーム型の接地型力覚インタフェースの場合、把持指の位置がアームの角度等で計測され、デジタルモデルとの接触・干渉判定が行われた後、提示すべき応力が計算され、モータの回転が制御され、アームの動き・応力が提示されるため、応答遅れが発生することがある。特に、ゲーム時のボタン操作は反射的に高速に行われるため、コンテンツ側でモニタ・制御していたのでは間に合わないことがある。そこで、錯触力覚インタフェース装置側101にも、センサ(108,109,110)をモニタし、錯触力覚デバイス107及び粘弾性材料1404を制御するCPU、メモリを搭載して、リアルタイム制御を行うことでバーチャル・ボタンの押込みなどの応答性が向上し、リアリティ及び操作性が向上する。 In order for the virtual object 531 or the virtual button push information and push reaction force on the virtual controller to be felt and operated without any discomfort in the same way as the real object, the time delay between the push and the presentation of the push reaction force is a problem. Become. For example, in the case of an arm-type ground-type haptic interface, the position of the grasping finger is measured by the angle of the arm, etc., contact/interference with the digital model is determined, and the stress to be presented is calculated. Since rotation is controlled and arm movement/stress is presented, a response delay may occur. In particular, button operations during games are reflexively performed at high speed, so monitoring and controlling the content on the content side may not be enough. Therefore, the illusion tactile force sense interface device side 101 is also equipped with a CPU and memory that monitors the sensors (108, 109, 110) and controls the illusion tactile force sense device 107 and the viscoelastic material 1404 to perform real-time control. By doing so, the responsiveness of virtual button presses, etc. will be improved, and the reality and operability will be improved.
また、通信器205を有し、他の錯触力覚インタフェース装置101との通信を行う。例えば、錯触力覚インタフェース装置101を指5本に装着した場合、それぞれの指の動きに連動して、錯触力覚インタフェース装置が形状変形材(図14(b)の1403)で変形したり、バーチャル・コントローラの形状変形や感触、バーチャル・ボタン操作をリアルタイムに行うことで、リアリティ及び操作性が向上する。 It also has a communicator 205 and communicates with other illusionary tactile force sense interface devices 101 . For example, when the illusion tactile force interface device 101 is attached to five fingers, the illusion tactile force interface device deforms with the shape deforming material (1403 in FIG. 14(b)) in conjunction with the movement of each finger. Reality and operability are improved by changing the shape and feel of the virtual controller, and operating virtual buttons in real time.
図14(a)では、感覚・筋肉のヒステリシス特性を効果的に利用するために、筋電センサ110で筋電反応を測定し、筋肉が縮小する時間及び強度が大きくなるように錯触力覚誘起関数がフィードバック的に補正される。錯触力覚の誘起に影響する要因のひとつに、錯触力覚インタフェース装置101の指や掌への装着仕方(挟み方・挟む強さ)、錯触力覚インタフェース装置101からの力を受け止める腕へのユーザによる力の入れ方がある。錯触力覚の感度には個人差があり、軽く握った方が錯触力覚を感度良く感じる人もいるし、強く握った方が感度良く感じる人がいる。同様に、装着時の締め付け方によっても感度が変わる。この個人差を吸収するために、圧力センサ109や筋電センサ110で握りの状態をモニタして、個人差を測定するとともに錯触力覚誘起関数をリアルタイムで補正する。人はコンテンツ中の物理シミュレーションに慣れる・学習することで握り方が適切な方向に学習が進むが、本補正はこれを促進する効果を有している。 In FIG. 14(a), in order to effectively utilize the hysteresis characteristics of the senses and muscles, a myoelectric sensor 110 measures myoelectric responses, and an illusionary tactile force sensation is created to increase the time and strength of muscle contraction. The induced function is corrected in a feedback manner. One of the factors that influences the induction of illusionary tactile force sensation is how the illusionary tactile force interface device 101 is attached to the fingers or palm (how to pinch and how hard to pinch), and how the force from the illusionary tactile force interface device 101 is received. There is a way for the user to apply force to the arm. There are individual differences in the sensitivity of the illusionary tactile force sensation, with some people feeling the illusionary tactile force sensation more sensitive when gripping the object lightly, and others feeling it more sensitive when gripping the object tightly. Similarly, the sensitivity changes depending on how you tighten it when wearing it. In order to absorb this individual difference, the state of the grip is monitored by the pressure sensor 109 and the myoelectric sensor 110 to measure the individual difference and correct the illusionary tactile force sensation induction function in real time. As people get used to and learn from the physical simulations in the content, they learn to grip the grip more appropriately, and this correction has the effect of promoting this.
図14(a)~図14(e)では、部品構成を示すために、錯触力覚インタフェース装置101が厚くなっているが、各部品はシート状の薄型にも対応できる。 In FIGS. 14(a) to 14(e), the illusionary tactile force sense interface device 101 is thick to show the component configuration, but each component can also be made thin in the form of a sheet.
図15に、5本指の指先533へ装着した場合の実装例を示す。 FIG. 15 shows an example of implementation when the device is attached to the fingertips 533 of five fingers.
本実装例の特徴は、従来のゲーム機などのコントローラに実装されている触力覚インタフェース装置では、単に振動の強弱・周波数を変化させるだけであるが、本実装方式では、錯触力覚提示手法により、一定の方向に連続的に力を知覚させることが可能な点にある。これを用いて、指533及び掌の動きに合わせて図11に示される方法により錯触覚の力の方向・大きさをフィードバック制御することにより、指先・掌の中にバーチャルな物体531の存在や感触を提示する。また、加速度センサ108や位置センサ111などにより指533の動きを検出して錯触力覚をフィードバック制御することにより、重力感覚や質量感及び力を一定の方向に連続的に提示できるため、非ベース型インタフェースでありながら、バーチャル物体531の存在感、形状、触感を提示することができる。 The feature of this implementation example is that the haptic interface device implemented in the controller of conventional game consoles simply changes the strength and frequency of vibration, but this implementation method can present illusionary tactile force sensation. The point is that it is possible to continuously perceive force in a fixed direction using this method. Using this, the direction and magnitude of the illusionary tactile force are feedback-controlled according to the movement of the fingers 533 and palm using the method shown in FIG. Present the feel. In addition, by detecting the movement of the finger 533 using the acceleration sensor 108, position sensor 111, etc. and controlling the illusionary tactile force sensation as feedback, the sensation of gravity, mass, and force can be continuously presented in a fixed direction. Although it is a base type interface, it is possible to present the presence, shape, and tactile sensation of the virtual object 531.
図16は、図15とは別の実装例を示したものであり、それぞれの錯触力覚インタフェース装置101に、CPU・メモリ、及び通信器205が装備されている。それぞれの錯触力覚インタフェース装置101は、お互いに高速に通信を行い、お互いの錯触力覚の情報提示を連携して行うことができる。 FIG. 16 shows a different implementation example from that shown in FIG. 15, in which each illusion tactile force sense interface device 101 is equipped with a CPU, a memory, and a communication device 205. The respective illusion tactile force sense interface devices 101 can communicate with each other at high speed and cooperate to present information on each other's illusion tactile force sense.
ジェスチャーによる選択・意図を入力する装置として使用する場合、バーチャル物体531とのインタラクティブなジェスチャー入力により、直感的なジェスチャー入力や操作が可能となる。 When used as a device for inputting selections and intentions using gestures, interactive gesture input with the virtual object 531 enables intuitive gesture input and operation.
指533や人以外にも、鉛筆や毛筆などの筆記用具、歯ブラシなどの日用雑貨品、ぬいぐるみやおもちゃ等の玩具など、すべての物に装着することができる。例えば、ぬいぐるみの手に装着もしくは内蔵することにより、ぬいぐるみの手を握ったときに、引っ張られたり押される感覚を提示できる。また、鉛筆や毛筆の使い方・動かし方のトレーニングにも利用できる。 In addition to the finger 533 and people, it can be attached to all kinds of objects, such as writing utensils such as pencils and brushes, daily necessities such as toothbrushes, and toys such as stuffed animals and toys. For example, by attaching it to or incorporating it into a stuffed animal's hand, it is possible to present the feeling of being pulled or pushed when the stuffed animal's hand is held. It can also be used for training on how to use and move pencils and brushes.
個々がコントローラでもあり、また、集合体もひとつの大きなコントローラになるため、様々な形態のコントローラを実現することができる。 Each controller is also a controller, and the aggregate also becomes one large controller, so various types of controllers can be realized.
図17(a)は、錯触力覚インタフェース装置101の制御システムの一例を示している。 FIG. 17(a) shows an example of a control system for the illusionary tactile force sensation interface device 101.
コンテンツ情報の提示すべき触感に合わせて、錯触力覚データベース1710に蓄積された情報をもとに、錯触力覚誘起関数が生成される。生成された関数は、補正器1702
においてユーザ特性、及び、錯触力覚インタフェース装置101の位置・加速度・圧力情報にもとづいて補正が行われたのちに、錯触力覚デバイス107の制御器であるモータ制御器1703で制御用信号に変換されて偏心錘に接続されたモータ1704が駆動される。エンコーダ1705で回転位相がモニタされ、モータ制御器1703においてモータの回転が適正回転になるようにフィードバック制御される。この回転・位相パターンにより錯触力覚の感覚が誘起される。
An illusionary tactile force sensation induction function is generated based on information accumulated in the illusionary tactile force sensation database 1710 in accordance with the tactile sensation to be presented in the content information. The generated function is used by the corrector 1702
After correction is performed based on the user characteristics and the position, acceleration, and pressure information of the illusion tactile force sense interface device 101, the motor controller 1703, which is the controller of the illusion tactile force sense device 107, outputs a control signal. The motor 1704 connected to the eccentric weight is driven. The rotational phase is monitored by an encoder 1705, and feedback control is performed by a motor controller 1703 so that the rotation of the motor becomes an appropriate rotation. This rotation/phase pattern induces an illusionary tactile force sensation.
また、錯触力覚の誘起効果を向上させるために、加減速パターンを生成する錯触力覚デバイス107の代替方法として、粘弾性特性制御器1706で制御用信号に変換されて、粘弾性材料1407の特性が制御される。粘弾性材料1407の粘弾性特性を時間的に変化させることにより、等速回転した偏心回転子でも粘弾性材料1407を介した運動特性によって、上記の回転・位相パターンと同じ効果が誘起される。 In addition, in order to improve the effect of inducing the illusion tactile force sensation, as an alternative method for the illusion tactile force sensation device 107 that generates an acceleration/deceleration pattern, the viscoelastic property controller 1706 converts the signal into a control signal to 1407 characteristics are controlled. By temporally changing the viscoelastic properties of the viscoelastic material 1407, the same effect as the rotational/phase pattern described above is induced by the motion characteristics via the viscoelastic material 1407 even in an eccentric rotor rotating at a constant speed.
上記の2つの方式に限らず、錯触力覚を誘起する制御パターンで振動・運動量を変化させ得るものならば、材料・方法は問わない。 The method is not limited to the above two methods, but any material or method may be used as long as it can change the vibration and momentum with a control pattern that induces an illusionary tactile force sensation.
図17(b)は、錯触力覚データベース1710に記録された錯触力覚に関する等感レベル曲線を示している。コンテンツにおける物理シミュレーションにおいて求められた反力(-f)に対する感覚量、例えば、30dBに対して、錯触力覚データベースに保管されている錯触力覚等感レベル曲線を用いて、これと等価な錯触力覚感覚レベルを誘起させる物理強度15dB(1725)が算定され、錯触力覚誘起関数Fが生成される。 FIG. 17B shows an isosensory level curve related to the illusionary tactile force sensation recorded in the illusionary tactile force sensation database 1710. The sensory amount for the reaction force (-f) found in the physical simulation of the content, for example, 30 dB, is equivalent to this using the illusion tactile force sensation isosensory level curve stored in the illusion tactile force sensation database. A physical strength of 15 dB (1725) that induces an illusionary tactile force sensation level is calculated, and an illusionary tactile force sensation induction function F is generated.
錯触力覚誘起関数生成器で生成される錯触力覚誘起関数F1713は、力を提示すべき方向ベクトルu(x,y,z)、錯触力覚強度II、振動感強度VI、応答特性R(P,I,D)から求められ、偏心回転子の回転加減速を制御するための位相パターン θ(t)=F(u, II, VI, R) が計算される。ただし、P,I,Dは、PID制御の比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを示す(具体的な計算方法は、図35の実施例で示す)。
上記錯触力覚・等感レベル曲線及びユーザ個人の錯触力覚・等感レベル曲線から求められた補正データ1714がユーザ特性データベース1711に保存されており、これを用いて補正器1702で読み出して個人差が補正される。また、錯触力覚は、指先と錯触力覚インタフェース装置101との接触圧力CP、姿勢による重力の影響PG、及び装置を移動させた時の加速度による慣性力FIによって、感度S(S=S(CP,PG,FI))が異なる。この感度Sは事前の被験者実験によって求められて錯触力覚データ1710に保存されており、感度S及び補正データ1714が錯触力覚・等感レベル曲線の閾値上昇として足されることにより補正が行われ、その結果、補正された錯触力覚誘起関数が求められる。
The illusion tactile force sensation induction function F1713 generated by the illusion tactile force sensation induction function generator includes the direction vector u(x,y,z) in which force should be presented, the illusion tactile force sensation intensity II, the vibration sensation intensity VI, and the response. The phase pattern θ(t)=F(u, II, VI, R) is obtained from the characteristic R(P, I, D) and is used to control the rotational acceleration/deceleration of the eccentric rotor. However, P, I, and D indicate the proportional gain, integral gain, and differential gain of PID control (the specific calculation method is shown in the example of FIG. 35).
Correction data 1714 obtained from the above-mentioned illusion tactile force sensation/isosensory level curve and the user's individual illusion tactile force sensation/isosensory level curve is stored in the user characteristics database 1711, and is read out by the corrector 1702 using this data. individual differences are corrected. In addition, the illusionary tactile force sensation is determined by the sensitivity S (S= S (CP, PG, FI)) are different. This sensitivity S is obtained through a prior subject experiment and stored in the illusion tactile force sensation data 1710, and is corrected by adding the sensitivity S and correction data 1714 as a threshold increase of the illusion tactile force sensation/isosensory level curve. is performed, and as a result, a corrected illusionary tactile force sensation induction function is obtained.
図18は、錯触力覚デバイス及び触力覚デバイスの処理フローチャートを示している。 FIG. 18 shows a processing flowchart of the illusionary tactile force sensing device and the haptic force sensing device.
錯触力覚デバイス107は、錯触力覚誘起関数及び錯触力覚関数データ1710をもとに、錯触力覚情報提示を行うモータ1704がフィードバック制御され、所望の感覚が提示される。 In the illusion tactile force sensation device 107, a motor 1704 that presents illusion tactile force sensation information is feedback-controlled based on the illusion tactile force sensation induction function and the illusion tactile force sensation function data 1710, and a desired sensation is presented.
錯触力覚デバイス107は、触力覚を提示する機能(触力覚デバイス)も有している。錯触力覚及び触力覚を同時に提示することで質感が向上する相乗効果が得られる。 The illusionary tactile force sense device 107 also has a function of presenting a tactile sense (tactile force sense device). By simultaneously presenting the illusionary tactile force sensation and the tactile force sensation, a synergistic effect of improving the texture can be obtained.
図19は、錯触力覚インタフェース装置101の制御の一例を示している。 FIG. 19 shows an example of control of the illusion tactile force sense interface device 101.
本装置では、モータ1704の制御を、モータ1704のフィードバック特性を制御するモータフィードバック(FB)特性制御器と錯触力覚誘起パターンをモータ制御信号に変換する制御信号生成器に分けて制御する。本発明では、モータ回転の位相パターンθ(t)=F(u, II, VI, R) の同期を制御することが肝要であり、時間的に高精度に同期制御する必要がある。そのため手法の一例として、ここではサーボモータの制御用パルス列による位置制御を示す。位置制御としてステップモータを用いた場合には、急な加減速のために簡単に脱調・制御不能になることが多い。そこで、ここではサーボモータによるパルス位置制御を説明する。モータフィードバック(FB)制御特性の制御とパルス位置制御法によるモータ制御に分離することで、錯触力覚インタフェース装置101を多数同期制御して利用する本発明では、異なるモータを使用した場合のモータ制御信号の一貫性、錯触力覚誘起パターン生成の高速化、及び同期制御すべき制御モータ数の増加に容易に対応ができるスケーラビリティが確保される。また、個人差の補正も容易となる。 In this device, the control of the motor 1704 is divided into a motor feedback (FB) characteristic controller that controls the feedback characteristics of the motor 1704 and a control signal generator that converts the illusionary tactile force sensation induction pattern into a motor control signal. In the present invention, it is important to control the synchronization of the motor rotation phase pattern θ(t)=F(u, II, VI, R), and it is necessary to perform synchronization control with high temporal accuracy. Therefore, as an example of the method, position control using a control pulse train of a servo motor is shown here. When a step motor is used for position control, it often easily loses synchronization and becomes uncontrollable due to sudden acceleration/deceleration. Therefore, pulse position control using a servo motor will be explained here. In the present invention, in which a large number of illusion tactile force sense interface devices 101 are synchronously controlled and utilized by separating control of motor feedback (FB) control characteristics and motor control using a pulse position control method, motor control when using different motors is possible. Consistency of control signals, high-speed generation of illusionary tactile force sensation-inducing patterns, and scalability that can easily cope with an increase in the number of control motors to be synchronously controlled are ensured. In addition, it becomes easy to correct individual differences.
錯触力覚誘起関数生成器1701において、モータFB特性制御器及びモータ制御信号生成器を制御するための制御信号に分離され、モータ制御信号生成器においてモータの位相位置を制御するパルス信号列 gi(t)=gi(f(t)) が生成され、モータの位相パターンθ(t)が制御される。 In the illusionary tactile force sensation induction function generator 1701, a pulse signal train is separated into a control signal for controlling a motor FB characteristic controller and a motor control signal generator, and a pulse signal train for controlling the phase position of the motor in the motor control signal generator. (t)=gi(f(t)) is generated, and the motor phase pattern θ(t) is controlled.
本方式では、パルス数によってモータの回転位相をフィードバック制御しており、例えば、1パルスによって1.8°モータが回転する。なお、回転方向は、方向制御信号により、正転・反転が選択される。このパルス制御手法を用いることにより、2つ以上のモータの位相関係を保ちながら、任意の加減速パターン(回転速度、回転加速度)を任意の位相のタイミングで制御する。 In this method, the rotation phase of the motor is feedback-controlled by the number of pulses, and for example, one pulse rotates the motor by 1.8 degrees. Note that the rotation direction is selected between normal rotation and reverse rotation by a direction control signal. By using this pulse control method, any acceleration/deceleration pattern (rotational speed, rotational acceleration) can be controlled at any phase timing while maintaining the phase relationship between two or more motors.
図20(a)~図20(f)は、基本的な触力覚の感覚、錯触力覚の感覚を提示する、錯触力デバイス(触力デバイス)の制御の一例を示している。 FIGS. 20(a) to 20(f) show an example of control of an illusion tactile force device (tactile force device) that presents a basic tactile sensation and an illusion tactile force sensation.
図20(a)は、錯触力覚デバイス107において回転力を発生する方法を模式的に示したものであり、図20(d)は、並進力を発生する方法を模式的に示したものである。図20(a)の2つの偏心錘814の回転は、位相180°遅れて同じ方向に回転している。これに対して、図20(d)では、お互いに反対方向に回転している。 FIG. 20(a) schematically shows a method of generating rotational force in the illusion tactile force sense device 107, and FIG. 20(d) schematically shows a method of generating a translational force. It is. The two eccentric weights 814 in FIG. 20(a) rotate in the same direction with a phase delay of 180°. On the other hand, in FIG. 20(d), they are rotating in opposite directions.
(1) 図20(b)のように、2つの偏心回転子を180度の位相遅れで同方向に同期回転させた場合、2つの偏心回転子が点対称となり重心と回転軸中心が一致することにより、偏心のない等トルクの回転が合成される。これにより、回転力感覚を提示することができる。しかし、角運動量の時間微分がトルクであり、一定方向に連続してトルクを提示し続けるためには、モータの回転数を連続的に加速し続ける必要があり、現実的には連続的に提示することは困難である。 (1) As shown in Fig. 20(b), when two eccentric rotors are rotated synchronously in the same direction with a phase lag of 180 degrees, the two eccentric rotors become point symmetrical and the center of gravity and the center of the rotation axis coincide. As a result, rotations with equal torque without eccentricity are synthesized. This makes it possible to present the sensation of rotational force. However, the time derivative of angular momentum is torque, and in order to continuously present torque in a certain direction, it is necessary to continue accelerating the rotational speed of the motor, and in reality, it is necessary to continuously accelerate the rotation speed of the motor. It is difficult to do so.
(2) 図20(c)のように、角速度ω1及び角速度ω2によって同期制御することにより、一定方向に連続的な回転力の錯触力覚感覚(連続トルク感覚)が誘起される。 (2) As shown in FIG. 20(c), by performing synchronous control using the angular velocity ω1 and the angular velocity ω2, an illusionary tactile force sensation (continuous torque sensation) of continuous rotational force in a fixed direction is induced.
(3) 図20(e)のように、反対方向に一定角速度で同期回転させた場合、初期位相θi1201を制御することで任意の方向に直線的に振動する力(単振動)が合成できる。 (3) As shown in FIG. 20(e), when synchronously rotating in opposite directions at a constant angular velocity, a linearly vibrating force (simple harmonic motion) in any direction can be synthesized by controlling the initial phase θi 1201.
(4) 図20(f)のように、錯触力覚に関する感覚特性に従い、角速度ω1及び角速度ω2によって反対方向に同期回転させた場合、一定方向に連続的な並進力の錯触力覚感覚(連続力感覚)が誘起される。 (4) As shown in Figure 20(f), when synchronously rotated in opposite directions with angular velocity ω1 and angular velocity ω2, according to the sensory characteristics related to illusionary tactile force sensation, the illusionary tactile force sensation of continuous translational force in a certain direction (continuous force sensation) is induced.
錯触力覚インタフェース装置101において、図20(c)及び図20(f)のように、人間の感覚特性に合わせて回転速度(角速度)及び位相同期を的確に制御すれば、2種類の角速度(ω1、ω2)の組み合わせだけでも錯触力覚を誘起できるため、制御回路を簡潔にすることができる。 In the illusion tactile force interface device 101, as shown in FIGS. 20(c) and 20(f), if the rotation speed (angular velocity) and phase synchronization are accurately controlled according to the human sensory characteristics, two types of angular velocities can be achieved. Since it is possible to induce an illusionary tactile force sensation just by combining (ω1, ω2), the control circuit can be simplified.
図21は、錯触力覚デバイス107の偏心錘814の初期位相遅れを変化させた時の錯触力覚に関する感覚強度の変化を示している。図21(a)及び図21(b)は初期位相遅れがない場合、図21(d)及び図21(e)は初期位相遅れがある場合を示しており、図21(a)及び図21(d)は2つの偏心錘814の位相関係を模式的に示している。図21(c)は、錯触力デバイスで生成する振動振幅に対して錯触力デバイスによって誘起される錯触力覚の感覚強度の関係を示す感覚特性である。 FIG. 21 shows changes in the sensory intensity regarding the illusion tactile force sensation when the initial phase delay of the eccentric weight 814 of the illusion tactile force sensation device 107 is changed. 21(a) and 21(b) show the case where there is no initial phase lag, and FIGS. 21(d) and 21(e) show the case where there is an initial phase lag. (d) schematically shows the phase relationship between two eccentric weights 814. FIG. 21(c) is a sensory characteristic showing the relationship between the vibration amplitude generated by the illusion tactile force device and the sensory intensity of the illusion tactile force sensation induced by the illusion tactile force device.
図21(b)と図21(e)は、各偏心回転子の加速・減速時の初期位相遅れが0°及び-90°の場合であり、合成される加減速のパターンが異なり、図21(e)の方が大きな加減速の強度変化(物理量(振幅))を発生できるために大きな錯触力覚の感覚強度が提示される。図21(f)ように、初期位相遅れを制御することにより、錯触力覚の感覚強度を制御することができる。 21(b) and 21(e) are cases where the initial phase delay during acceleration/deceleration of each eccentric rotor is 0° and -90°, and the combined acceleration/deceleration patterns are different. Since (e) can generate a larger change in acceleration/deceleration intensity (physical quantity (amplitude)), a larger sensory intensity of the illusionary tactile force sensation is presented. As shown in FIG. 21(f), the sensory intensity of the illusionary tactile force sensation can be controlled by controlling the initial phase delay.
図22は、錯触力覚インタフェース装置で利用される非線形特性を示しており、それぞれ、感覚特性(図22(a)及び図22(b))、粘弾性材料の非線形特性(図22(c))、粘弾性材料のヒステリシス特性(図22(d))を示している。 Figure 22 shows the nonlinear characteristics used in the illusionary tactile force interface device, including the sensory characteristics (Figs. 22(a) and 22(b)) and the nonlinear characteristics of the viscoelastic material (Fig. 22(c)). )), which shows the hysteresis characteristics of the viscoelastic material (FIG. 22(d)).
図22(b)は、図8と同様に、振動や力などの物理量に対して閾値2206を有する人間の感覚特性を示した模式図であり、この特性を考慮して錯触力覚インタフェース装置を制御することにより、物理的には存在していない感覚が錯触力覚として誘起されることを示している。 Similar to FIG. 8, FIG. 22(b) is a schematic diagram showing human sensory characteristics that have a threshold value 2206 for physical quantities such as vibration and force. It has been shown that by controlling this, a sensation that does not physically exist can be induced as an illusionary tactile force sensation.
図22(c)のように、加えた力に対する応力特性が非線形特性を示す物性を有する材料を振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも、同様な錯触力覚が誘起される。 As shown in Figure 22(c), a material with physical properties that exhibits nonlinear stress characteristics with respect to applied force is sandwiched between a device that generates driving force such as vibration, torque, and force, and the human skin and sensory organs. Similar tactile force sensations are sometimes induced.
また、図22(d)のように、感覚特性は、筋肉を伸ばす時と縮める時など、変位が増加する時と減少する時において等方的でなく、ヒステリシス的感覚特性を示す場合が多い。筋肉が引っ張られるとその直後に筋肉が強く収縮する。このように強いヒステリシス特性を発生させることで、同様な錯触力覚の誘起が促進される。 Further, as shown in FIG. 22(d), the sensory characteristics are not isotropic when the displacement increases and decreases, such as when the muscle is lengthened and contracted, but often exhibit hysteretic sensory characteristics. When a muscle is pulled, it immediately contracts strongly. By generating such a strong hysteresis characteristic, induction of a similar illusionary tactile force sensation is promoted.
図23は、錯触力覚デバイス107の代替デバイスを示している。 FIG. 23 shows an alternative device to illusion tactile force sensing device 107.
図23(a)の偏心回転子の偏心錘814とそれを駆動する偏心モータ815の代わりに、図23(b)~図23(e)では錘2302と伸縮材2303を使用している。例えば、図23(b)及び図23(d)は、錘2302を支える伸縮材2303が、それぞれ、8つの場合と、4つの場合の平面図、正面図、側面図を示している。それぞれ図において、対となる伸縮材2303を収縮・膨張させることにより、錘を任意の方向に移動させることができる。その結果、並進的及び回転的な振動を発生させることができる。重心の並進移動や回転トルクを発生・制御できる加減速機構を有するものならば、どのような構造でも代替品として利用できる。 Instead of the eccentric weight 814 of the eccentric rotor in FIG. 23(a) and the eccentric motor 815 that drives it, a weight 2302 and an elastic member 2303 are used in FIGS. 23(b) to 23(e). For example, FIGS. 23(b) and 23(d) show a plan view, a front view, and a side view of cases in which the number of elastic members 2303 supporting the weights 2302 is eight and four, respectively. In each figure, the weight can be moved in any direction by contracting and expanding the pair of elastic members 2303. As a result, translational and rotational vibrations can be generated. Any structure can be used as a substitute as long as it has an acceleration/deceleration mechanism that can generate and control translational movement of the center of gravity and rotational torque.
図24は、異なる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している。 Figure 24 shows a control algorithm using different viscoelastic materials.
図24(g)のように、加えた力に対する応力特性が非線形特性(図24(c))を示す物性を有する材料(2403、2404)を振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挟んだ時にも、同様な錯触力覚905が発生する。 As shown in Figure 24(g), materials (2403, 2404) having physical properties whose stress characteristics with respect to applied force exhibit nonlinear characteristics (Figure 24(c)) are used as devices that generate driving forces such as vibrations, torque, and force. A similar illusionary tactile force sensation 905 occurs when it is sandwiched between human skin and sensory organs.
例えば、図24(a)のように、錯触力覚デバイス表面の位相-90~90°領域及び90~270°領域に異なる応力-変形特性の材質(2403、2404)を貼り付けることにより、偏心回転子は定角速度で回転(図24(b))していても、粘弾性変形材料を通して伝わる力を非線形に伝達(図24(d))することができる。その結果、偏心回転子を加減速した時と同じように、位相-90~90°領域及び90~270°領域において異なる力(物理量)が提示され、偏った重心位置x(2402)の変化が発生され、感覚特性の非線形(図24(f))が加わって、一方向に錯触力覚の力905を感じる(図24g)ことができる。錯触力覚による力の方向は、異なる粘弾性変形材料を張り付ける位置によって定まる。これにより、回転数を加減速した方法に比べ、消費エネルギーを抑えることができる。また、回転数を一定にせずに加減速した場合、粘弾性材料(2403、2404)によって錯触力覚の効果が増すことができる。なお、図24(d)と図24(e)は同じ図である。 For example, as shown in FIG. 24(a), by pasting materials (2403, 2404) with different stress-deformation characteristics on the phase -90 to 90° region and 90 to 270° region of the surface of the illusionary tactile force sense device, Even if the eccentric rotor rotates at a constant angular velocity (FIG. 24(b)), it can nonlinearly transmit the force transmitted through the viscoelastic deformable material (FIG. 24(d)). As a result, just like when accelerating or decelerating the eccentric rotor, different forces (physical quantities) are presented in the phase -90 to 90° region and 90 to 270° region, and the biased change in the center of gravity position x (2402) is With the addition of nonlinear sensory characteristics (FIG. 24(f)), an illusionary tactile force 905 can be felt in one direction (FIG. 24g). The direction of the force caused by the illusionary tactile force sensation is determined by the position at which different viscoelastic deformable materials are pasted. This makes it possible to reduce energy consumption compared to a method in which the rotational speed is accelerated or decelerated. Furthermore, when the rotational speed is not kept constant and is accelerated or decelerated, the effect of the illusionary tactile force sensation can be increased by the viscoelastic materials (2403, 2404). Note that FIG. 24(d) and FIG. 24(e) are the same diagram.
図25は、図24において異なる2つの粘弾性変形材料の貼りつけた部位の方向と知覚される錯触力覚の方向を示している。 FIG. 25 shows the directions of the parts to which two different viscoelastic deformable materials are attached in FIG. 24 and the direction of the perceived illusionary tactile force sensation.
図25(a)(b)(c)(d)は、図24(c)動作点A及び動作点Bで作用する粘弾性特性を有する材料A及びBを、図24(a)において(1)材料Aを位相180~360°領域及び材料Bを0~180°領域で使用した場合、(2)材料Aを位相90~270°領域及び材料Bを-90~90°領域で使用した場合、(3)材料Aを位相0~180°領域及び材料Bを180~360°領域で使用した場合、(4)材料Aを位相-90~90°領域及び材料Bを90~270°領域で使用した場合に対応している。図25(a)では、上向きの錯触力が働き、インタフェースが浮き上がる感覚を得ることができる。図25(b)では、左向きの錯触力が働き、インタフェースが左側に引っ張られる感覚を得ることができる。図25(c)では、下向きの錯触力が働き、インタフェースの重さが重くなったような感覚を得ることができる。図25(d)では、右向きの錯触力が働き、インタフェースが右側に引っ張られる感覚を得ることができる。 25(a)(b)(c)(d) shows materials A and B having viscoelastic properties acting at operating points A and B in FIG. 24(a). ) When material A is used in a phase range of 180 to 360° and material B is used in a phase range of 0 to 180°. (2) When material A is used in a phase range of 90 to 270° and material B is used in a -90 to 90° range. , (3) When material A is used in the phase 0 to 180° region and material B is used in the 180 to 360° region, (4) Material A is used in the phase -90 to 90° region and material B is used in the 90 to 270° region. Compatible when used. In FIG. 25(a), an upward illusionary tactile force acts, giving the user the sensation that the interface is floating. In FIG. 25(b), a leftward illusionary tactile force acts, and the user can feel that the interface is being pulled to the left. In FIG. 25(c), a downward illusionary tactile force acts, giving the user a feeling that the weight of the interface has increased. In FIG. 25(d), a rightward illusionary tactile force acts, and the user can feel that the interface is being pulled to the right.
図26は、ヒステリシス材料を用いた制御アルゴリズムを示している。 FIG. 26 shows a control algorithm using hysteresis material.
図26(c)のように、力が増加する動作点Bと減少する動作点Aにおいて力-変位のヒステリシス応力特性が異なる場合、ヒステリシス応力特性材料(2601、2602)を通して伝わる力の伝達もこの応力特性に従い異なる。その結果、図26(b)のように偏心回転子を加減速した時、図26(a)でのヒステリシス応力特性材料2601及び2602は、図26(c)の動作点B及び動作点Aに従った変位を示し加減速運動を発生させ、この加減速運動により図26(d)の感覚特性を持ったユーザが錯触力覚を知覚する。これにより、それぞれの非線形効果により、システム全体としての非線形効果が増強され、大きな錯触力覚が得られる。このように、ヒステリシス特性を有する材料を振動・トルク・力といった駆動力を発生する装置と人間の皮膚・感覚器官との間に挿入することにより加減速の効果が増強されて、錯触力覚の誘起効果が増す。図26(e)のようなヒステリシス応力特性を有する場合も、図26(c)の場合と同様である。また、図26(a)のように錯触力覚デバイス表面にヒステリシス応力特性材料を貼り付けた場合と同様に、図26(f)のようにヒステリシス応力特性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。 As shown in FIG. 26(c), when the force-displacement hysteresis stress characteristics are different at the operating point B where the force increases and the operating point A where the force decreases, the force transmitted through the hysteresis stress characteristic material (2601, 2602) also has this property. Varies according to stress characteristics. As a result, when the eccentric rotor is accelerated or decelerated as shown in FIG. 26(b), the hysteresis stress characteristics materials 2601 and 2602 in FIG. 26(a) reach operating point B and operating point A in FIG. 26(c). The user with the sensory characteristics shown in FIG. 26(d) perceives an illusionary tactile force sensation due to the acceleration/deceleration motion. As a result, each nonlinear effect enhances the nonlinear effect of the system as a whole, and a large illusionary tactile force sensation can be obtained. In this way, by inserting a material with hysteresis characteristics between a device that generates driving force such as vibration, torque, or force and human skin and sensory organs, the effect of acceleration and deceleration is enhanced, creating an illusionary tactile force sensation. inducing effect increases. The case of having hysteresis stress characteristics as shown in FIG. 26(e) is also similar to the case of FIG. 26(c). In addition, similar to the case where a hysteresis stress characteristic material is attached to the surface of an illusion tactile force sense device as shown in Fig. 26(a), a hysteresis stress characteristic material is attached to a fingertip or body as shown in Fig. 26(f). Good too.
図27は、印加電圧で特性が変わる粘弾性材料を用いた制御アルゴリズムを示している。 FIG. 27 shows a control algorithm using a viscoelastic material whose properties change depending on the applied voltage.
図24における粘弾性材料を用いた手法では異なる応力-変形特性の材質(2403,2404)を張り付けたが、図27(a)のように、印加電圧で粘弾性特性が変化する材料1707を用いてもよい。印加電圧を制御することで粘弾性係数を変化(図27(b))させて、偏心回転子によって発生された周期的に変化する運動量の掌への伝達率を、偏心回転子の回転位相と同期させて変化させることで、偏心回転子が図27(c)のように一定の回転速度で回転(定速度回転)していたとしても、図27(d)のように粘弾性の特性を時間的に動作点B及び動作点Aにおける特性値になるように変化させることで掌・指先に伝わる運動量を制御できるため、偏心回転子の回転速度を加減速したことと同じ効果が得られる。また、本手法は、皮膚の物理特性を疑似的に変えることと同じ効果を有し、感覚特性曲線(図27(e)を擬似的に変化させる効果を持つ。そのため、感覚特性の個人差を吸収したり、錯触力覚の誘起効率を高める制御に利用できる。また、図27(a)のように錯触力覚デバイス表面に粘弾性材料を貼り付けた場合と同様に、図27(f)のように粘弾性材料を指先や身体に貼り付けてもよい。ここで、粘弾性材料は、印加電圧によって応力-歪特性を非線形に制御することができるものであれば、材質・特性を問わない。また、非線形制御ができれば、制御方法も印加電圧による制御に限られない。 In the method using a viscoelastic material in FIG. 24, materials (2403, 2404) with different stress-deformation characteristics were pasted, but as shown in FIG. 27(a), a material 1707 whose viscoelastic characteristics change depending on the applied voltage was used. It's okay. By controlling the applied voltage, the viscoelastic coefficient is changed (Fig. 27(b)), and the transmission rate of the periodically changing momentum generated by the eccentric rotor to the palm is determined by the rotation phase of the eccentric rotor. By synchronizing the changes, even if the eccentric rotor is rotating at a constant rotation speed (constant speed rotation) as shown in Fig. 27(c), the viscoelastic characteristics can be changed as shown in Fig. 27(d). Since the momentum transmitted to the palm and fingertips can be controlled by temporally changing the characteristic values at operating points B and A, the same effect as accelerating or decelerating the rotational speed of the eccentric rotor can be obtained. In addition, this method has the same effect as changing the physical properties of the skin in a pseudo manner, and has the effect of pseudo changing the sensory characteristic curve (Fig. 27(e). Therefore, individual differences in sensory characteristics are It can be used for control to increase the efficiency of inducing illusionary tactile force sensation.Also, as in the case where a viscoelastic material is attached to the surface of the illusionary tactile force sensation device as shown in Fig. 27(a), A viscoelastic material may be attached to the fingertips or body as in f).Here, the viscoelastic material is a material whose material/characteristics can be controlled non-linearly by the applied voltage. In addition, as long as nonlinear control is possible, the control method is not limited to control using applied voltage.
図26(b)のようにモータの回転の加減速を繰り返すと大きなエネルギーのロス及び発熱が起こるが、本手法は、モータの回転速度は一定(図27(c))、もしくは、加速度比f1/f2が1に近い値であり、印加電圧による特性の変化を行うため本手法のエネルギー消費は、モータの加減速によるエネルギー消費よりも小さく抑え得る。 As shown in Fig. 26(b), repeated acceleration and deceleration of the motor rotation causes large energy loss and heat generation, but in this method, the motor rotational speed is constant (Fig. 27(c)) or the acceleration ratio f1 /f2 is a value close to 1, and since the characteristics are changed depending on the applied voltage, the energy consumption of this method can be suppressed to be smaller than the energy consumption due to acceleration and deceleration of the motor.
図28は、発振回路を用いた制御アルゴリズムを示している。 FIG. 28 shows a control algorithm using an oscillation circuit.
図28(a)は、発振回路を用いたエネルギー効率の良い錯触力覚インタフェース装置の一例を示している。一般にモータを高速回転1002a及び低速回転1002bを繰り返すなど、加減速を繰り返す時には大きなエネルギーのロス及び発熱が生じる。エネルギーロス及び発熱は、モバイルやワイヤレスでの利用を考えた時、大きな障害となる。そこで、コイル、コンデンサ、抵抗を組み合わせた発振回路を介して、錯触力覚を生成するように偏心回転モータの回転速度を制御(図28(b))することにより、エネルギーの消費を抑えることが可能となる。特に、非線形特性及びヒステリシス性を持った発振が望ましい。図28(a)に示した発信回路は一例であり、並列回路などによる組み合わせ、電力制御用の半導体素子による発信回路でもよい。 FIG. 28(a) shows an example of an energy-efficient optical illusion tactile force interface device using an oscillation circuit. Generally, when a motor is repeatedly accelerated or decelerated, such as repeatedly rotating at high speed 1002a and low speed rotation 1002b, large energy loss and heat generation occur. Energy loss and heat generation are major obstacles when considering mobile and wireless usage. Therefore, energy consumption can be reduced by controlling the rotational speed of the eccentric rotary motor to generate an illusionary tactile force sensation (Fig. 28(b)) through an oscillation circuit that combines a coil, a capacitor, and a resistor. becomes possible. In particular, oscillation with nonlinear characteristics and hysteresis is desirable. The transmitting circuit shown in FIG. 28(a) is an example, and the transmitting circuit may be a combination of parallel circuits or the like, or a transmitting circuit using a semiconductor element for power control.
図29-1から図29-3に、アプリケーションやコントローラの使用目的に合わせ、錯触力覚デバイスの基本ユニットを複数用いた装置を示す。 Figures 29-1 to 29-3 show devices that use a plurality of basic units of illusionary tactile force sensing devices depending on the purpose of use of the application and controller.
図29-1(a)は、対向型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(a) shows the basic unit of an illusion tactile force sense device arranged in a facing manner.
図29-1(b)は、対向型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(b) shows the basic units of the illusionary tactile force sensing device arranged to face each other.
図29-1(c)は、並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(c) shows the basic unit of the illusionary tactile force sensing device arranged in parallel.
図29-1(d)は、対向型かつ並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(d) shows the basic unit of an illusion tactile force sensing device arranged in a facing and parallel manner.
図29-1(e)は、対向型かつ並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。
図29-1(f)は、並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。
FIG. 29-1(e) shows the basic unit of an illusion tactile force sensing device arranged in a facing and parallel manner.
FIG. 29-1(f) shows the basic unit of the illusionary tactile force sense device arranged in parallel.
図29-1(g)は、並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(g) shows the basic unit of the illusionary tactile force sensing device arranged in parallel.
図29-1(h)は、正四面体の頂点に3次元に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(h) shows the basic unit of the illusionary tactile force sense device arranged three-dimensionally at the vertices of a regular tetrahedron.
図29-1(i)は、対向型かつ並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(i) shows the basic unit of an illusion tactile force sensing device arranged in a facing and parallel manner.
図29-1(j)は、対向型かつ並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(j) shows the basic unit of an illusion tactile force sense device arranged in a facing and parallel manner.
図29-1(k)は、並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-1(k) shows the basic unit of the illusionary tactile force sensing device arranged in parallel.
図29-2(a)は、対向型を2次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(a) shows a basic unit of an illusion tactile force sensing device in which opposing types are arranged two-dimensionally.
図29-2(b)は、対向型・並行型を2次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(b) shows a basic unit of an illusion tactile force sensing device in which facing and parallel types are arranged two-dimensionally.
図29-2(c)は、対向型・並行型を2次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(c) shows a basic unit of an illusion tactile force sense device in which facing and parallel types are arranged two-dimensionally.
図29-2(d)は、対向型を3次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(d) shows a basic unit of an illusion tactile force sensing device in which facing types are arranged three-dimensionally.
図29-2(e)は、対向型・並行型を3次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(e) shows a basic unit of an illusion tactile force sense device in which facing types and parallel types are arranged three-dimensionally.
図29-2(f)は、対向型・並行型を3次元的に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-2(f) shows a basic unit of an illusion tactile force sensing device in which facing and parallel types are arranged three-dimensionally.
図29-3(a)及び図29-3(b)は、筒型ゲーム・コントローラ内に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIGS. 29-3(a) and 29-3(b) show the basic unit of the illusionary tactile force sensing device placed in a cylindrical game controller.
図29-3(c)及び図29-3(d)は、ねじれの位置に3次元に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIGS. 29-3(c) and 29-3(d) show the basic unit of the illusionary tactile force sense device three-dimensionally arranged in a twisted position.
図29-3(e)は、ゲーム・コントローラ内に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。 FIG. 29-3(e) shows the basic unit of the illusionary tactile force sensing device placed within the game controller.
図30(a)は、錯触力覚デバイスによって誘起される錯触力感覚に加えて、錯触力に同期させて形状変形用モータ3002によって錯触力覚インタフェース装置の形状3001を変形させることによって、誘起される錯触力覚905を強調する装置を示している。 FIG. 30(a) shows that in addition to the illusionary tactile force sensation induced by the illusionary tactile force sensation device, the shape 3001 of the illusionary tactile force interface device is deformed by the shape deforming motor 3002 in synchronization with the illusionary tactile force. shows a device that emphasizes the induced illusionary tactile force sensation 905.
例えば図30(b)のように、釣りゲームに応用した場合、魚による釣り竿の引っ張りに合わせてインタフェースの形状3001を反らせることにより、錯触力覚905によって誘起された釣り糸の張力感覚が更に強調される。このときに錯触力覚なしにインタフェースを変形しただけでは、このようなリアルな魚の引きを体感することはできなく、錯触力覚にインタフェースの変形が加わることでリアリティが向上する。また、図30(c)のように錯触力覚デバイスの基本ユニットを空間的に並べることにより、形状変形用モータ3002なしに変形効果を生じさせることができる。 For example, when applied to a fishing game as shown in FIG. 30(b), by warping the interface shape 3001 in accordance with the pulling of the fishing rod by the fish, the feeling of tension in the fishing line induced by the illusionary tactile force sense 905 is further emphasized. be done. At this time, if the interface is simply deformed without the illusionary tactile force sensation, it is not possible to experience such a realistic fish pull, but the reality is improved by adding the deformation of the interface to the illusionary tactile force sensation. Furthermore, by spatially arranging the basic units of the illusionary tactile force sensing device as shown in FIG. 30(c), a deformation effect can be produced without the need for the shape deformation motor 3002.
形状の変形は、形状変形用モータ3002に限らず、形状記憶合金や圧電素子を用いた駆動装置といった形状を変化させることができる機構ならばどんなものでもよい。 The shape deformation is not limited to the shape deformation motor 3002, but any mechanism that can change the shape may be used, such as a drive device using a shape memory alloy or a piezoelectric element.
図31は、錯触力覚インタフェース装置101を用いたバーチャル・コントローラ3101を示している。 FIG. 31 shows a virtual controller 3101 using the illusionary tactile force sense interface device 101.
コンテンツ作成装置102において生成されたバーチャル・コントローラ3101は、視覚的には、ホログラム、裸眼立体視ディスプレイ、ヘッドマントディスプレイといった視聴覚ディスプレイ105を用いて掌の中にバーチャル・コントローラ3101が映像化され、触力覚的には、錯触力覚インタフェース装置101を用いてバーチャル・コントローラ3101が作り出され、バーチャル・コントローラの存在、触感、ボタン操作感覚が提示される。従来の振動を使った方法ではバーチャル物体の形状を触覚的に表現することができなかったが、錯触力覚インタフェース装置を用いることで、バーチャル・ボタン3102の存在、ボタンを押した時、押し返される反力が表現される。 Visually, the virtual controller 3101 generated in the content creation device 102 is visualized in the palm of the hand using the audiovisual display 105 such as a hologram, an autostereoscopic display, or a head mantle display. In terms of haptics, a virtual controller 3101 is created using the illusionary tactile haptic interface device 101, and the presence, tactile sensation, and button operation sensation of the virtual controller are presented. Conventional methods using vibrations have not been able to haptically express the shape of virtual objects, but by using an illusion tactile force interface device, it is possible to detect the presence of the virtual button 3102, when the button is pressed, and when the button is pressed. The returned reaction force is expressed.
従来のゲーム・コントローラは、ユーザ自身の身体を動かすことによって体感ゲームを楽しむものであり、振動を除けば、力覚情報によるフィードバックがない「疑似体感型」であった。これに対して、錯触力覚インタフェース装置101を用いれば、バーチャル物体531やゲームのキャラクタに触覚的に触れることができる「フル体感型コントローラ」を実現することができる。 Conventional game controllers allow users to enjoy tactile games by moving their own bodies, and are ``pseudo-tactile'' types that do not provide feedback through haptic information, except for vibrations. On the other hand, if the illusionary tactile force interface device 101 is used, it is possible to realize a "full tactile controller" that can haptically touch the virtual object 531 or the game character.
錯触力覚インタフェース装置101を用いたバーチャル・コントローラ3101の効果は、ゲームの内容によってコントローラの形状、ボタン配置を自在に設計することができる点である。特に、男女老若によって掌及び指の長さが異なるため、個人の掌に合わせた形状のバーチャル・コントローラ3101をデザイン・変形することができる。また、コンテンツに合わせた形状を形成したり、ストーリー展開に合わせて形状を変化させることができる。例えば、従来のゲーム・コントローラでは、ゲーム・コンテンツに合わせたゲーム・コントローラが発売された。反対に、ひとつのゲーム・コントローラで多種なコンテンツを操作する場合は、コンテンツに最適なコントローラでないために直観的に操作できなかったり、ゲーム・コントローラに合わせてコンテンツの作成内容が制限されるなどの問題があった。これに対して、本実装例では、コンテンツに合わせたコントローラをバーチャルに作成させることができるため、専用のコントローラの再購入が不要だったり、コンテンツ内のシーンやストーリーに合わせてコントローラを自在に変形・変化させることができる。 The effect of the virtual controller 3101 using the illusionary tactile force interface device 101 is that the shape and button arrangement of the controller can be freely designed depending on the content of the game. In particular, since the length of the palm and fingers differs between men and women of all ages, it is possible to design and transform the virtual controller 3101 in a shape that matches the palm of the individual. In addition, it is possible to form a shape that matches the content or change the shape to match the development of the story. For example, in conventional game controllers, game controllers tailored to game content have been released. On the other hand, when operating a variety of content with a single game controller, it may not be possible to operate it intuitively because it is not the best controller for the content, or the content creation content may be limited depending on the game controller. There was a problem. In contrast, in this implementation example, it is possible to virtually create a controller that matches the content, so there is no need to repurchase a dedicated controller, and the controller can be freely transformed to match the scene or story within the content.・Can be changed.
特に、新しいゲームソフトが発売された時に、そのソフト内にバーチャル・コントローラの情報を内包できるため、そのゲーム内容に最適化されたバーチャル・コントローラを利用することができる。ネットワークを介してバーチャル・コントローラをアイテムとして配布できるため、バージョンアップ、販売が低価格・手軽に行える。 In particular, when new game software is released, virtual controller information can be included in the software, so a virtual controller optimized for the game content can be used. Since virtual controllers can be distributed as items via the network, version upgrades and sales can be done easily and at low cost.
実際のゲーム・コントローラの場合、薬指と小指でハウジングを把持しながら、複数のボタンを連続的に素早く押し込む作業は困難であるが、バーチャル・コントローラであれば、ハウジングの把持が不要となる。また、ゲーム・コントローラの重さによる慣性力がないため、素早くコントローラを動かすことができる。逆に、錯触力覚によるバーチャル・コントローラ3101ならば、必要に応じて、コントローラの重さや慣性力を生成することができる。 In the case of a real game controller, it is difficult to press multiple buttons in quick succession while holding the housing with the ring finger and little finger, but with a virtual controller, there is no need to hold the housing. Additionally, since there is no inertia due to the weight of the game controller, the controller can be moved quickly. On the other hand, if the virtual controller 3101 uses illusionary tactile force sensation, the weight and inertial force of the controller can be generated as necessary.
従来のゲーム・コントローラでは、入力のすべてがコントローラのボタンなどで行われていた。そのため、VR空間内のスウィッチやドア・ノブなどを操作する場合は、それらを選択してコントローラのボタンで操作していた。そのため、ゲームに慣れていないユーザは、ゲーム・コントローラのボタンに割り振られた機能や操作方法の習得、ゲームごとの操作方法の習得に時間が掛かる。しかし、バーチャル・コントローラ3101では、ゲーム・コントローラの機能を本来のVR空間内のバーチャル・ボタン3102に配置することができるため、ユーザが親しみ慣れている操作方法でVR空間内のボタンを直接操作できるため、習得時間が不要な上、直観的な操作が可能となる。 With conventional game controllers, all input is done using buttons on the controller. Therefore, when operating switches, door knobs, etc. in the VR space, they were selected and operated using buttons on the controller. Therefore, it takes time for users who are not accustomed to games to learn the functions and operating methods assigned to the game controller buttons, and to learn the operating methods for each game. However, with the virtual controller 3101, the functions of the game controller can be placed on the virtual buttons 3102 in the original VR space, so the buttons in the VR space can be directly operated using the operation method that the user is familiar with. Therefore, there is no need for learning time, and intuitive operation is possible.
図32-1~図32-8及び図33は、1組のユニットあるいは複数組のユニットを用いた錯触力覚デバイス及び制御方法を示している。図32-1~図32-3は1組のユニットを使用した場合、図32-4、図32-5、図32-7、図32-8及び図33は2組のユニットを使用した場合を示している。 FIGS. 32-1 to 32-8 and 33 show an illusionary tactile force sense device and control method using one set of units or multiple sets of units. Figures 32-1 to 32-3 are when one set of units is used, Figures 32-4, Figure 32-5, Figure 32-7, Figure 32-8, and Figure 33 are when two sets of units are used. It shows.
図32-1(a)は、偏心錘の位相関係を模式的に示している。図32-1(b)は、偏心錘の回転の位相パターンを示している。図32-1(c)は、図32-1(b)の位相パターンで合成される錯触力覚デバイスの重心変位の時間的な変化を示している。図32-1(c)に示されるように、回転数を加速するタイミングを示す位相遅れθdを変化させることで、振動の基本周期(動作点Aの継続時間+動作点Bの継続時間)を一定のまま、図32-1(c)に示されるように重心変位のプラス側及びマイナス側の加減速の比率を制御する。ただし、θdが負の場合に位相遅れを意味し、正の場合に位相進みを意味する。その結果、図32-1(d)に示されるように、振動の周期が一定のままでも、錯触力覚の感覚強度及び方向を変化させることができる。位相遅れθd=0及びπの場合は、錯触力覚の力の方向は感じられず、単なる振動として知覚される。 FIG. 32-1(a) schematically shows the phase relationship of eccentric weights. FIG. 32-1(b) shows the phase pattern of rotation of the eccentric weight. FIG. 32-1(c) shows a temporal change in the displacement of the center of gravity of the illusion tactile force sense device synthesized using the phase pattern of FIG. 32-1(b). As shown in Figure 32-1(c), the fundamental period of vibration (duration of operating point A + duration of operating point B) can be controlled by changing the phase delay θd, which indicates the timing of accelerating the rotation speed. The ratio of acceleration/deceleration on the plus side and minus side of the displacement of the center of gravity is controlled as shown in FIG. 32-1(c) while remaining constant. However, when θd is negative, it means a phase lag, and when it is positive, it means a phase lead. As a result, as shown in FIG. 32-1(d), even if the period of vibration remains constant, the sensory intensity and direction of the illusionary tactile force sensation can be changed. When the phase delay θd=0 and π, the direction of the force of the illusionary tactile force sense is not felt and is perceived as mere vibration.
また、図32-1(e)に示されるように、動作点Aの継続時間及び動作点Bの継続時間の比率(動作点Aの継続時間/動作点Bの継続時間)を変化させることで、図32-1(f)に示されるように重心変位の時間的な推移を変化させる。つまり、角速度の比(動作点Bの継続時間/動作点Aの継続時間)を変化させることによって、振動の基本周期及び重心変位の最大振幅が一定のままでも、図32-1(g)に示されるように錯触力覚の感覚強度を変化させることができる。以上のように、周期、偏心振幅、加速・減速を独立に制御しながら、錯触力覚の感覚強度及び質感を変化させることができる。 Furthermore, as shown in Figure 32-1(e), by changing the ratio of the duration of operating point A to the duration of operating point B (duration of operating point A/duration of operating point B), , changes the temporal transition of the center of gravity displacement as shown in FIG. 32-1(f). In other words, by changing the angular velocity ratio (duration of operating point B/duration of operating point A), even if the fundamental period of vibration and the maximum amplitude of the center of gravity displacement remain constant, the The sensory intensity of the illusionary force sensation can be changed as shown. As described above, the sensory intensity and texture of the illusionary tactile force sensation can be changed while independently controlling the period, eccentric amplitude, and acceleration/deceleration.
図32-2(a)~(h)は、図32-1において、0°及び180°方向を振動方向とする場合の偏心錘の位相関係(位相θ:0~7π/4)であり、回転振動を含まない直線振動である。これに対して、図32-3(a)~(h)は、90°及び270°方向を振動方向とする場合の偏心錘の位相関係(位相θ:π/2~9π/4)であり、回転振動を含んだ直線振動である。この回転振動は、錯触力覚の誘起において方向感覚を鈍らせる。 32-2 (a) to (h) are the phase relationships (phase θ: 0 to 7π/4) of the eccentric weight when the 0° and 180° directions are the vibration directions in FIG. 32-1, This is a linear vibration that does not include rotational vibration. On the other hand, Figures 32-3(a) to (h) show the phase relationship (phase θ: π/2 to 9π/4) of the eccentric weight when the 90° and 270° directions are the vibration directions. , is a linear vibration that includes rotational vibration. This rotational vibration dulls the sense of direction in inducing the illusionary tactile force sensation.
そこで、図32-4に示されるように2組のユニットを使用することによって、この回転振動を軽減することできる。図32-4(a)は、0°方向を錯触力覚の方向とする場合の位相関係を示している。図32-4(b)は、90°方向を錯触力覚の方向とする場合の位相関係を示している。図32-4(c)は、180°方向を錯触力覚の方向とする場合の位相関係を示している。図32-4(d)は、270°方向を錯触力覚の方向とする場合の位相関係を示している。同様に、ユニット数を増やすことで回転振動を低減することができる。 Therefore, by using two sets of units as shown in FIG. 32-4, this rotational vibration can be reduced. FIG. 32-4(a) shows the phase relationship when the 0° direction is the direction of the illusionary tactile force sensation. FIG. 32-4(b) shows the phase relationship when the 90° direction is the direction of the illusionary tactile force sensation. FIG. 32-4(c) shows the phase relationship when the 180° direction is the direction of the illusionary tactile force sensation. FIG. 32-4(d) shows the phase relationship when the 270° direction is the direction of the illusionary tactile force sensation. Similarly, rotational vibration can be reduced by increasing the number of units.
ここで、2組のユニット間の位相θ1及びθ2を変化させた場合、図32-5(c)及び図32-5(d)に示されるように、位相差θ2-θ1を調整することによって、錯触力覚の感覚強度を変化させることができる。 Here, when changing the phases θ1 and θ2 between the two sets of units, as shown in Figure 32-5(c) and Figure 32-5(d), by adjusting the phase difference θ2-θ1, , the sensory intensity of illusionary tactile force sensation can be changed.
図32-6に示されるように、複数ユニットの位相関係を調整することによって、並進的な錯触力覚(図32-6(a)及び図32-6(b))、回転的な錯触力覚(図32-6(c)及び図32-6(d))を提示することができる。 As shown in Figure 32-6, by adjusting the phase relationship of multiple units, translational illusion tactile force sensation (Figure 32-6 (a) and Figure 32-6 (b)), rotational illusion A tactile sensation (FIGS. 32-6(c) and 32-6(d)) can be presented.
複数組のユニットを使用することでもエネルギー効率の良い錯触力覚制御装置も可能であり、この一例を図32-7~図32-8に示している。 An energy-efficient illusion tactile force sense control device is also possible by using multiple sets of units, and an example of this is shown in FIGS. 32-7 and 32-8.
図32-7(a)のように2つの偏心回転子から構成された錯触力覚デバイス107a,107bを2組用意して、図32-7(b)のようにそれぞれの組の回転速度をω0及び2ω0で回転させた場合、図32-7(c)のような重心変位が合成される。特に位相を90°ずらした場合(3203)、最大値と最小値の差が最大となる。これにより、図28(a)で示したような発振回路を用いず、それぞれのモータは一定速度で回転を続けても、錯触力覚を誘起するような加減速振動を合成することができる。 Two pairs of illusion tactile force sensing devices 107a and 107b each composed of two eccentric rotors are prepared as shown in FIG. 32-7(a), and the rotational speed of each pair is as shown in FIG. 32-7(b). When rotated by ω 0 and 2ω 0 , the displacement of the center of gravity as shown in FIG. 32-7(c) is synthesized. In particular, when the phase is shifted by 90 degrees (3203), the difference between the maximum value and the minimum value becomes maximum. As a result, even if each motor continues to rotate at a constant speed, acceleration and deceleration vibrations that induce an illusion of tactile force can be synthesized without using an oscillation circuit as shown in Figure 28(a). .
ここで、このような合成方法は、2つの基本ユニットの回転速度がω0、2ω0の場合に限らず、mω0、nω0(m、nは自然数)のような自然数比の関係をもっていればよい。 Here, such a synthesis method is applicable not only when the rotational speeds of the two basic units are ω 0 and 2ω 0 but also when they have a natural number ratio relationship such as mω 0 and nω 0 (m and n are natural numbers). Bye.
これに対して、図32-7(d)~図32-7(f)に示されるように、モータの回転速度ω及び2ωを時間的に変化させることにより、図32-1と同じ効果も得ることができる。また、図32-4と同じく、図32-8に示されるように錯触力覚の方向を選択することができる。 On the other hand, as shown in Figures 32-7(d) to 32-7(f), by temporally changing the motor rotational speeds ω and 2ω, the same effect as in Figure 32-1 can be obtained. Obtainable. Further, as in FIG. 32-4, the direction of the illusionary tactile force sensation can be selected as shown in FIG. 32-8.
図33は、異なる重さの偏心錘を有する複数ユニットを用いた錯触力覚デバイス及び制御方法を示している。図32-7(d)では同じ偏心錘を複数個使用しているが、図33(a)のように、偏心錘の重さや形状は2組の間で異なっても良い。更に、先述の方法についても、2組の錯触力覚デバイスを用いた本方式を用いることで、エネルギー効率の良い錯触力覚制御が可能となる。 FIG. 33 shows an illusion tactile force sense device and control method using multiple units having eccentric weights of different weights. In FIG. 32-7(d), a plurality of the same eccentric weights are used, but as shown in FIG. 33(a), the weights and shapes of the eccentric weights may be different between the two sets. Furthermore, regarding the above-mentioned method, by using this method using two sets of illusion tactile force sense devices, energy efficient illusion tactile force sense control becomes possible.
図34に示すように、錯触力覚インタフェース装置101は、接着テープ、指挿入部を有するハウジングのような装着部により、体の至る所3400に装着することができる。 As shown in FIG. 34, the illusionary tactile force interface device 101 can be attached to any part of the body 3400 using an attachment part such as an adhesive tape or a housing having a finger insertion part.
図35は、バーチャルリアリティ環境生成装置を用いた実施例として、遠隔地間において、複数のユーザが協力してバーチャル陶芸を行う場合を示している。 FIG. 35 shows a case where a plurality of users cooperate to perform virtual pottery in remote locations as an example using a virtual reality environment generation device.
VR環境生成装置A及びVR環境生成装置Bのすべての装置類のキャリブレーションが行われた後に、VR環境生成装置間の通信が確保される。それぞれVR環境生成装置に対応した異なる空間にユーザが存在しており、お互いのVR環境の情報は通信装置を介して共有されている。 After all the devices of VR environment generation device A and VR environment generation device B are calibrated, communication between the VR environment generation devices is ensured. Users exist in different spaces corresponding to respective VR environment generation devices, and information about each other's VR environments is shared via communication devices.
以下、センサによるセンシングは、図1に基づいて、説明する。 Hereinafter, sensing by the sensor will be explained based on FIG. 1.
データコンテンツデータとして、バーチャル粘土塊に関するモデルの初期情報(モデル頂点の位置Po)がコンテンツデータ104から読み込まれる。 As data content data, the initial information of the model regarding the virtual clay lump (the position Po of the model vertex) is read from the content data 104.
次に、複数の位置センサ111及び加速度センサ108によってユーザの体の各部に関する情報ベクトル群Mu’(位置Xu’、姿勢Pu’、速度Vu’、角速度Ru’、加速度Au’、角加速度Tu’)が測定される。ここで、位置センサは、姿勢情報も測定できるものを使用する。速度、角速度、加速度、角加速度は位置情報の微分、2階微分により求められると同時に、速い動きに対しては、加速度センサの情報を使用する。また、物理シミュレータ113において、バーチャル粘土の物理モデルの頂点に関する情報ベクトル群Mo(位置Xo、速度Vo、加速度Ao、各頂点間に働く力Fo)、ユーザから頂点に働くバーチャルな力ベクトル群Fuo、音源データ、ユーザ・モデル(バーチャル・ユーザ)に関する情報ベクトル群Mu(位置Xu、姿勢Pu、速度Vu、角速度Ru、加速度Au、角加速度Tu)、及びバーチャル粘土の頂点からバーチャル・ユーザに働くバーチャルな力ベクトル群Fouを記憶するメモリ空間がコンテンツ作成装置102に確保される。時々刻々と更新されるメモリ空間の情報ベクトル群をもとに、コンテンツであるバーチャル粘土及びバーチャル・ユーザの物理シミュレーションが繰り返され、メモリ空間の情報が更新される。 Next, a group of information vectors Mu' (position Xu', posture Pu', velocity Vu', angular velocity Ru', acceleration Au', angular acceleration Tu') regarding each part of the user's body is generated by the plurality of position sensors 111 and acceleration sensor 108. is measured. Here, the position sensor used is one that can also measure posture information. Velocity, angular velocity, acceleration, and angular acceleration are obtained by differential and second-order differential of position information, and at the same time, for fast movements, information from the acceleration sensor is used. In addition, in the physics simulator 113, a group of information vectors Mo regarding the vertices of the physical model of virtual clay (position Xo, velocity Vo, acceleration Ao, force Fo acting between each vertex), a group of virtual force vectors Fuo acting on the vertices from the user, Sound source data, information vector group Mu (position Xu, posture Pu, velocity Vu, angular velocity Ru, acceleration Au, angular acceleration Tu) regarding the user model (virtual user), and the virtual information that acts on the virtual user from the top of the virtual clay. A memory space for storing the force vector group Fou is secured in the content creation device 102. Based on the information vector group in the memory space that is updated every moment, the physical simulation of the virtual clay that is the content and the virtual user is repeated, and the information in the memory space is updated.
以下、物理シミュレーションは、図5のモデルを用いて説明する。 The physical simulation will be explained below using the model shown in FIG.
物理シミュレータにおいては、バーチャル・粘土が図5(b)に示されるバネ・ダンパモデルによって表現され、上記情報ベクトル群Mu及びMoが計算・更新される。バーチャル・ユーザの1番目の測定点p1(例えば、指先)の姿勢Pu1、及びこの指に働くバーチャルな力ベクトルFou1から、錯触力覚インタフェースで提示すべき力の方向ベクトルu1は、
u1=Fou1/∥Fou1∥-Pu1
と求められる。その他の測定点piにおいても同様に計算される。
In the physical simulator, the virtual clay is represented by the spring-damper model shown in FIG. 5(b), and the information vector groups Mu and Mo are calculated and updated. From the posture Pu1 of the first measurement point p1 (for example, fingertip) of the virtual user and the virtual force vector Fou1 acting on this finger, the direction vector u1 of the force to be presented in the illusion tactile force sensation interface is:
u1=Fou1/∥Fou1∥-Pu1
is required. It is calculated similarly at other measurement points pi.
図12のように、初期位相θiと力を提示すべき方向ベクトルuの間にある関係 u= (cosθi, sinθi, 0) を用いて、初期位相θiが求められる。初期位相遅れθdは最大感覚強度を与える-90°に設定する。なお、初期位相遅れθdは提供したい感覚強度のダイナミックレンジに合わせて調整してもよい。 As shown in FIG. 12, the initial phase θi is determined using the relationship u= (cosθi, sinθi, 0) between the initial phase θi and the direction vector u in which force should be presented. The initial phase lag θd is set at −90°, which gives the maximum sensory intensity. Note that the initial phase delay θd may be adjusted according to the dynamic range of sensory intensity that is desired to be provided.
以上は、1組の錯触力覚デバイスを用いて、指先の輪切り断面内において任意の方向に力を提示する場合であったが、これは3組の錯触力覚デバイスを用いることで、全方位の任意の方向に力を提示する方法に拡張することができる。 The above was a case in which force was presented in an arbitrary direction within the cross-section of the fingertip using one set of illusion tactile force sense devices, but in this case, by using three sets of illusion tactile force sense devices, It can be expanded to a method that presents force in any direction in all directions.
提示すべき物理的強度は、図17(b)の錯触力覚・等感レベル曲線を表す数値表を用いて、提示したい錯触力覚強度IIに対応する物理的強度が参照される。図10(e)の錯触力覚強度の特性グラフから、物理量Δf/fが求められる。質感として、図11(c)の粗さ感覚1111を表す振動感強度VIは、図10(f)の振動感強度の特性グラフから、物理量fが求められる。これら物理量Δf/f及び物理量fから角速度ω1及びω2が求められる。上記の特性曲線から値を求める時には、スプライン関数などの補間関数を用いる。角速度ω1及びω2は、以下のように求められる。
ω1= 2π/f1、ω2= 2π/ f2 ただし、f1= f+Δf/2、f2= f-Δf/2
位相パターンθ(t)は、図12(b)により、初期位相θi、角速度ω1及びω2を用いて表わされる。
As for the physical strength to be presented, the physical strength corresponding to the illusionary tactile force sensation intensity II to be presented is referred to using the numerical table representing the illusionary tactile force sensation/isosensory level curve shown in FIG. 17(b). The physical quantity Δf/f is determined from the characteristic graph of the illusionary tactile force sensation intensity shown in FIG. 10(e). As for the vibration sensation intensity VI representing the roughness sensation 1111 in FIG. 11(c) as a texture, the physical quantity f is obtained from the characteristic graph of the vibration sensitivity intensity in FIG. 10(f). Angular velocities ω1 and ω2 are obtained from these physical quantities Δf/f and physical quantity f. When obtaining values from the above characteristic curve, an interpolation function such as a spline function is used. The angular velocities ω1 and ω2 are obtained as follows.
ω1= 2π/f1, ω2= 2π/ f2 However, f1= f+Δf/2, f2= f-Δf/2
The phase pattern θ(t) is expressed using the initial phase θi and the angular velocities ω1 and ω2 as shown in FIG. 12(b).
モータの応答特性Rはオーバーシュートによる振動を起こさず収束応答が良いP,I,Dパラメータが選択される。P,I,Dパラメータによる制御方法は、当該同業者が一般に利用しているサーボモータの制御方法であり、モータ・メーカーが提供する選定方法に従い、P,I,Dパラメータが選定される。粗さ感覚1111を表す振動感強度VIを強調したい場合には、振動が発生するように、P及びDパラメータが大きくなるように加速度センサでモニタしながらモータFB特性制御器においてパラメータがフィードバック的に設定される。 For the response characteristic R of the motor, P, I, and D parameters are selected that provide a good convergence response without causing vibration due to overshoot. The control method using P, I, and D parameters is a servo motor control method commonly used by those in the same industry, and the P, I, and D parameters are selected according to the selection method provided by the motor manufacturer. If you want to emphasize the vibration sensitivity intensity VI that represents the roughness sensation 1111, change the parameters in the motor FB characteristic controller in a feedback manner while monitoring with the acceleration sensor so that the P and D parameters become large so that vibration occurs. Set.
以上のように、位相パターンθ(t)は、錯触力覚誘起関数Fからf(t)=F(u,II,VI,R)として求められる。 As described above, the phase pattern θ(t) is obtained from the illusionary tactile force sensation induction function F as f(t)=F(u, II, VI, R).
モータ制御の分解能を1.8°にした場合、上記位相パターンθ(t)を用いて、縦軸の位相360°を1.8°刻みで200個に分解して、この200個の点に対応する横軸の時間を求める。この時間が、制御用パルス列を発生させるタイミングとなる。以上、位相パターンθ(t)から制御用パルス列g(t)が求められる。 When the motor control resolution is 1.8°, using the above phase pattern θ(t), the 360° phase on the vertical axis is divided into 200 points in 1.8° increments, and these 200 points are Find the corresponding time on the horizontal axis. This time becomes the timing for generating the control pulse train. As described above, the control pulse train g(t) is obtained from the phase pattern θ(t).
変形型ダンパモデルと図5(b)のバネ・ダンパモデルの相違点は、図5(b)が表面だけの中空モデルなのに対して、本件は、構造バネ及びせん断バネに対応したソリッドモデルを用いる点である。 The difference between the deformable damper model and the spring/damper model in Figure 5(b) is that Figure 5(b) is a hollow model with only the surface, whereas this case uses a solid model that supports structural springs and shear springs. It is a point.
もう一つの相違点は、図5(b)における平衡状態のバネの長さL0が固定値ではなく、物理シミュレーションの計算において、時刻Δt後の格子点間の距離が平衡状態のバネの長さとして更新されていくことである。しかし、この過程を何度も繰り返し、粘土のように複雑に折り重ねられて変形していく場合は、バネの長さが無限に伸びていってしまう。
そこで、変形の度に、バネの長さが均等になるように、モデリング時における格子点分割を再度行うことにする。
Another difference is that the length L 0 of the spring in the equilibrium state in Fig. 5(b) is not a fixed value, and in the physical simulation calculation, the distance between the grid points after time Δt is the length of the spring in the equilibrium state. It will be updated accordingly. However, if this process is repeated many times and the material is folded and deformed in a complex manner like clay, the length of the spring becomes infinitely long.
Therefore, we will re-divide the lattice points during modeling so that the lengths of the springs are equal each time the model is deformed.
格子点1が隣接する格子点2~格子点4と結合している場合、格子点1が格子点2から受ける力ベクトルf12は
f12 =-k×(∥p2-p1∥- L12)×(p2-p1)/∥p2-p1∥-c×(v2-v1) (9)
と表わされる。ただし、
pi:格子点piの位置ベクトル
vi:格子点piの速度ベクトル
k:バネの弾性係数、
c:ダンパの粘性係数、
Lij:格子点iと格子点jの間のバネの自然長
質量m1の格子点1が周囲の格子点2~格子点4から受けた力の合力をf1とすると、格子点1の運動方程式は
m1×d2p1/dt2=f1=f12+f13+f14 (10)
と表わされる。
When grid point 1 is connected to adjacent grid points 2 to 4, the force vector f12 that grid point 1 receives from grid point 2 is
f12 =−k×(∥p2−p1∥− L12)×(p2−p1)/∥p2−p1∥−c×(v2−v1) (9)
It is expressed as however,
pi: Position vector of grid point pi
vi: Velocity vector of grid point pi
k: elastic modulus of spring,
c: Damper viscosity coefficient,
Lij: Natural length of the spring between lattice point i and lattice point j If f1 is the resultant force of the forces that lattice point 1 of mass m1 receives from surrounding lattice points 2 to 4, then the equation of motion of lattice point 1 is
m1×d 2 p1/dt 2 =f1=f12+f13+f14 (10)
It is expressed as
錯触力覚インタフェース装置が装着された指先がこのバーチャル物体・物理モデルの格子点1(p1)に接触した場合は、格子点1(p1)は指先の位置1(p’1)に変化し、指先に働く反力(-f)は、
-f=(f12+f13+f14)-m1×d2p’1/dt2 (11)
と表わされる。接触を判定するための指先の動きは、位置センサ、加速度センサによってセンシングされる。
When the fingertip equipped with the illusionary tactile force interface device touches grid point 1 (p1) of this virtual object/physical model, grid point 1 (p1) changes to fingertip position 1 (p'1). , the reaction force (-f) acting on the fingertip is
-f=(f12+f13+f14)-m1×d 2 p'1/dt 2 (11)
It is expressed as The movement of the fingertip for determining contact is sensed by a position sensor and an acceleration sensor.
実際の数値シミュレーションでは、時刻t’の格子点1の位置p’1、速度v’1、力f’1は、ひと時刻前tの変数p,1 v1, f1から求められる。つまり、
速度ベクトル:v’1=v1+(f1/m1)×Δt (12)
位置ベクトル:p’1=p1+v1×Δt (13)
In the actual numerical simulation, the position p'1, velocity v'1, and force f'1 of grid point 1 at time t' are obtained from the variables p,1 v1, f1 one time t before. In other words,
Velocity vector: v'1=v1+(f1/m1)×Δt (12)
Position vector: p'1=p1+v1×Δt (13)
同様に質量m2の格子点2の位置、速度が計算される。
速度ベクトル:v’2=v2+(f2/m2)×Δt (14)
位置ベクトル:p’2=p2+v2×Δt (15)
最後に、格子点1及び格子点2の間に働く力は図5(b)とは異なり
f’12=0 (16)
と算出される。
Similarly, the position and velocity of grid point 2 with mass m2 are calculated.
Velocity vector: v'2=v2+(f2/m2)×Δt (14)
Position vector: p'2=p2+v2×Δt (15)
Finally, the force acting between lattice point 1 and lattice point 2 is different from that in Fig. 5(b).
f'12=0 (16)
It is calculated as follows.
以上の物理シミュレーションにより、バーチャル・ユーザの指先からバーチャル粘土に働く力が計算され、バーチャル粘土が変形される。また、バーチャル粘土からバーチャル・ユーザの指先へ働く応力も計算される。この応力の計算結果をもとに、提示において、錯触力覚インタフェース装置が錯触力覚誘起装置及び錯触力覚デバイス駆動制御装置によって制御されることで、ユーザ(実体)は視聴覚ディスプレイでの立体映像及び立体音像に合わせてバーチャル粘土の感触を体感するとともに、感触によってバーチャル物体の形状を確認しながらバーチャル粘土の変形を行い、バーチャル花瓶を完成する。この時、バーチャル物体Aとバーチャル物体BがVR空間上で同一物の場合、共同作業によりバーチャル花瓶を完成させることになる。 Through the above physical simulation, the force acting on the virtual clay from the fingertips of the virtual user is calculated, and the virtual clay is deformed. Also, the stress exerted from the virtual clay on the virtual user's fingertips is calculated. Based on the calculation results of this stress, in the presentation, the illusion tactile force sensation interface device is controlled by the illusion tactile force sensation inducing device and the illusion tactile force sensation device drive control device, so that the user (entity) can see the audiovisual display. The user experiences the feel of the virtual clay in conjunction with the 3D video and 3D sound image, and transforms the virtual clay while confirming the shape of the virtual object through the touch to complete the virtual vase. At this time, if virtual object A and virtual object B are the same in the VR space, the virtual vase will be completed through collaboration.
なお、バーチャル物体A及びバーチャル物体Bは実物体でもよく、周辺機器によって実物体の映像及び形状が測定されて、その結果が通信機器を介して、VR環境生成装置A及びVR環境生成装置Bにおいてデータ共有される。バーチャル物体Aが実物体の時は、ユーザAの陶芸体験を、ユーザBが体験共有することになる。 Note that virtual object A and virtual object B may be real objects, and the images and shapes of the real objects are measured by peripheral equipment, and the results are transmitted to VR environment generation device A and VR environment generation device B via communication equipment. Data is shared. When virtual object A is a real object, user B will share user A's pottery experience.
毎計算毎に各格子点の位置、速度、力が計算されて、メモリに保存される。この保存された値を用いて、次の時間の位置、速度、力が計算される。これらにより、指先への反力が提示され、バーチャル物体の可触化が実現される。 For each calculation, the position, velocity, and force of each grid point are calculated and stored in memory. These stored values are used to calculate the position, velocity, and force for the next time. These present a reaction force to the fingertip and make the virtual object tangible.
VR環境は、上記のバーチャル物体に関する物理シミュレーションと同様に、周辺機器によってセンシングされた実空間の実物体、及び位置センサ・加速度センサによってセンシングされたユーザの動き情報をもとに、両者が同一のVR環境においてモデル化され、コンテンツの接触・把持力が計算されて、仮想空間及び実空間が融合されたVR空間が生成される。 Similar to the above-mentioned physical simulation regarding virtual objects, the VR environment is based on real objects in real space sensed by peripheral devices and user movement information sensed by position sensors and acceleration sensors. The content is modeled in a VR environment, the contact/grip force of the content is calculated, and a VR space is generated that is a fusion of virtual space and real space.
図31に示されたバーチャル・コントローラも、上記バーチャル陶芸と同じ方法で実現することができる。 The virtual controller shown in FIG. 31 can also be realized in the same manner as the virtual pottery described above.
本装置は、バーチャルリアリティ分野以外の様々な分野への応用が考えられる。 This device can be applied to various fields other than the virtual reality field.
バーチャルリアリティ技術による情報提示及び表現においては、実物の乗り物では乗り物酔いを起こさない人がシミュレータでは乗り物酔いを起こしたり、立体視用バーチャルリアリティで立体感が感じられない人も少なくなく、同じバーチャルリアリティでもリアリティの感じ方が人によって大きく異なる。これに加えて、掌の大きさや筋肉の強さなどの身体的な差異、インタフェースの重さ・形状の差異、インタフェースの扱い方のユーザ習熟度によって、バーチャルリアリティ技術による騙され易さ、つまり、感じ方が、老若男女、個人で大きく異なる。そのため、用途によって、学習及び補正の効果が異なってくる。 In the presentation and expression of information using virtual reality technology, there are many people who do not get motion sickness when using a real vehicle but get motion sickness when using a simulator, and there are many people who cannot feel the three-dimensional effect when using stereoscopic virtual reality. However, the perception of reality differs greatly from person to person. In addition, physical differences such as the size of the palm and muscle strength, differences in the weight and shape of the interface, and user proficiency in how to use the interface can reduce the susceptibility to being deceived by virtual reality technology. Feelings vary greatly between men and women of all ages. Therefore, the effects of learning and correction differ depending on the application.
携帯電話・PDA等の情報端末へ応用すれば、個人特性に合わせることで触力覚情報の情報量・わかりやすさ及び操作性が向上する。 If applied to information terminals such as mobile phones and PDAs, the amount of haptic information, ease of understanding, and operability will be improved by matching it to individual characteristics.
例えば、マナーモード用バイブレータの代わりに本装置を用いることで、従来の方向情報のない振動に対して、ナビゲーションにおける進行方向、見落としやすい注意喚起を触力覚で効果的に提示できることが可能になる。 For example, by using this device in place of a vibrator for silent mode, it is possible to effectively present the direction of travel in navigation and warnings that are easily overlooked using tactile sensation, in contrast to conventional vibrations that do not provide direction information. .
情報端末に錯触力覚デバイス及び触力覚デバイスを内蔵させた場合、端末の重さ及び形状と掌の大きさ及び筋力との相対的な関係で、触力覚の強度や感じ方が異なってくる。また、掌に持って振ったりして使う非ベース型の場合、質量・慣性モーメントによる慣性力によって、同じ触力覚情報を提示しても異なって感じられる。そのため、本装置の補正の機能が、触力覚情報を適切に提示するために効果的である。 When an illusionary tactile force sensing device or a tactile force sensing device is built into an information terminal, the strength and sensation of the tactile force will differ depending on the relative relationship between the weight and shape of the terminal and the size and muscle strength of the palm. It's coming. Furthermore, in the case of a non-base type device that is held in the palm of the hand and shaken, the same tactile information may be perceived differently due to the inertial force caused by the mass and moment of inertia. Therefore, the correction function of the present device is effective for appropriately presenting haptic information.
モーションセンサを用いた携帯電話用ゲームに利用すれば、力によるインプットに対して力によるアウトプットが効果的に得られることで、インタラクティブ性、リアリティが向上し、直感的な操作性が向上する。タッチペン(スタイラス)やタブレットPCに利用すれば、指やタッチペンでアイコンをクリックしたときのクリック感の向上、ディスプレイ内のWindow毎に摩擦抵抗を変えることで重なり合ったWindowの識別が可能となり、視覚障害者へのユーザビリティが向上する。 When used in mobile phone games using motion sensors, force output can be effectively obtained in response to force input, improving interactivity, realism, and intuitive operability. When used with a touch pen (stylus) or tablet PC, it improves the click feeling when clicking on icons with a finger or touch pen, and by changing the frictional resistance for each window in the display, it is possible to distinguish between overlapping windows, thereby reducing visual impairment. Improves usability for users.
また、手術シミュレータなどの各種トレーニング装置へ応用すれば、個人特性や学習度に合わせて調整し、学習すべき特徴的なポイント、見落としやすいポイントなどの情報を力覚的に強調して表現することで、操作性、わかりやすさ、学習効果が向上する。 In addition, if applied to various training devices such as surgical simulators, it can be adjusted according to individual characteristics and learning level, and information such as characteristic points to be learned and points that are easily overlooked can be haptically emphasized and expressed. This improves operability, ease of understanding, and learning effectiveness.
錯覚による強調が含まれるために、力覚情報提示のように単に物理量を増加させたりコントラストを強めればよいのでなく、人の感覚特性に基づいて強調補正する必要がある。また、術具の多様さや、入門者用や熟練者用に分かれる工具類を表現するためには、使用頻度や習熟度によって変化するリアリティ感、バーチャルリアリティ技術による騙され易さに合わせて補正を行う。 Since it involves emphasis due to an illusion, it is not enough to simply increase the physical quantity or strengthen the contrast as in the presentation of haptic information, but it is necessary to correct the emphasis based on the human sensory characteristics. In addition, in order to express the variety of surgical tools and the tools that are divided into those for beginners and those for experts, we have adjusted the sense of reality that changes depending on the frequency of use and level of proficiency, and the ease of being fooled by virtual reality technology. conduct.
101 錯触力覚インタフェース装置
102 コンテンツ作成装置
103 錯触力覚誘起装置
104 コンテンツデータ
105 視聴覚ディスプレイ
106 触力覚データ及び錯触力覚データ
107 錯触力覚デバイス
107a 錯触力覚デバイス
107b 錯触力覚デバイス
108 加速度センサ
109 圧力センサ
110 筋電センサ
111 位置センサ
112 制御器
113 物理シミュレータ
114 コンピュータグラフィックス
115 錯触力覚誘起関数生成器
116 学習器
117 補正器
118 周辺機器
119 音源シミュレータ
205 通信器
520 バーチャル物体(物理モデル)
528 バネ・ダンパ物理モデル
531 バーチャル物体
533 指
535 バーチャル物体から働く応力
814 偏心錘
815 偏心モータ
901 物理現象
902 非線形感覚特性
903 心理現象
904 左右の振動
905 錯触力覚
908 動作点Aの継続時間Taにおける力感覚の積分量
909 動作点Bの継続時間Tbにおける力感覚の積分量
1002a 高速回転数ω1
1002b 低速回転数ω2
1100 仮想平板
1101 仮想物体の動き
1102 移動に対する抗力
1103 仮想平板からの抗力
1104 摩擦力
1105 粘性抗力
1106 仮想平板を表面内に押し戻す抗力
1107 仮想平板の誤差厚
1108 抵抗感・粘性感
1109 摩擦感
1110 滑らか感・加速感
1111 粗さ感覚
1112 振動的抗力
1113 加速力(負の抗力)
1201 初期位相θi
1202 錯触力覚による浮上感覚
1203 錯触力覚による浮上感覚
1204 錯触力覚による重力感覚
1301 接着テープ
1302 ハウジング
1303 指挿入部
1403 形状変形材
1404 粘弾性材料
1405 耐震材料
1406 ディスプレイ
1702 補正器
1703 モータ制御器
1704 モータ
1705 エンコーダ
1706 粘弾性特性制御器
1707 粘弾性材料
1713 錯触力覚誘起関数
1714 補正データ
1725 物理強度15dB
1901 モータFB特性制御器
1902 制御信号生成器
2206 閾値
2302 錘
2303 伸縮材
2400 定速度回転
2403 粘弾性材料A
2404 粘弾性材料B
2601 ヒステリシス材料A
2602 ヒステリシス材料B
3001 錯触力覚インタフェース装置の形状
3002 形状変形用モータ
3003 柔軟変形材料
3101 バーチャル・コントローラ
3102 バーチャル・ボタン
3202 重心変位(位相差0°)
3203 重心変位(位相差180°)
101 Illusionary tactile force sensation interface device 102 Content creation device 103 Illusionary tactile force sensation inducing device 104 Content data 105 Audiovisual display 106 Haptic force sensation data and illusion tactile force sensation data 107 Illusionary tactile force sensation device 107a Illusionary tactile force sensation device 107b Illusionary touch Force device 108 Acceleration sensor 109 Pressure sensor 110 Myoelectric sensor 111 Position sensor 112 Controller 113 Physical simulator 114 Computer graphics 115 Illusionary tactile force sensation induction function generator 116 Learning device 117 Corrector 118 Peripheral device 119 Sound source simulator 205 Communication device 520 Virtual object (physical model)
528 Spring damper physical model 531 Virtual object 533 Finger 535 Stress acting from virtual object 814 Eccentric weight 815 Eccentric motor 901 Physical phenomenon 902 Nonlinear sensory characteristics 903 Psychological phenomenon 904 Lateral vibration 905 Illusionary tactile force sensation 908 Duration of operating point A Ta Integral amount of force sensation at 909 Integral amount of force sensation at duration Tb of operating point B 1002a High speed rotation speed ω1
1002b Low speed rotation speed ω2
1100 Virtual flat plate 1101 Movement of virtual object 1102 Resistance against movement 1103 Resistance from virtual flat plate 1104 Frictional force 1105 Viscous drag 1106 Resistance force pushing virtual flat plate back into the surface 1107 Error thickness of virtual flat plate 1108 Resistance/viscous feeling 1109 Frictional feeling 1110 Smooth Sensation/Acceleration 1111 Roughness Sensation 1112 Vibratory Drag 1113 Acceleration Force (Negative Drag)
1201 Initial phase θi
1202 Floating sensation due to illusionary tactile force sensation 1203 Floating sensation due to illusionary tactile force sensation 1204 Gravity sensation due to illusionary tactile force sensation 1301 Adhesive tape 1302 Housing 1303 Finger insertion portion 1403 Shape deformable material 1404 Viscoelastic material 1405 Earthquake-resistant material 1406 Display 1702 Corrector 1703 Motor controller 1704 Motor 1705 Encoder 1706 Viscoelastic property controller 1707 Viscoelastic material 1713 Illusory tactile force sensation induction function 1714 Correction data 1725 Physical strength 15 dB
1901 Motor FB characteristic controller 1902 Control signal generator 2206 Threshold 2302 Weight 2303 Elastic material 2400 Constant speed rotation 2403 Viscoelastic material A
2404 Viscoelastic material B
2601 Hysteresis material A
2602 Hysteresis material B
3001 Shape of illusionary tactile force interface device 3002 Shape deformation motor 3003 Flexible deformation material 3101 Virtual controller 3102 Virtual button 3202 Center of gravity displacement (phase difference 0°)
3203 Center of gravity displacement (phase difference 180°)
Claims (6)
前記錯触力覚は、異なる複数の粘弾性材料を介して、誘起され、
前記異なる複数の粘弾性材料は、前記錯触力覚デバイス又は錯触力インターフェースの表面の位相-90~90°領域及び 90~270°領域に設けられている、方法。 The illusion tactile force sensation device or the illusion tactile force interface is driven by a control algorithm to induce an illusion tactile force sensation by changing the physical quantity of the driving device of the illusion tactile force sensation device or the illusion tactile force interface,
The illusionary tactile force sensation is induced through a plurality of different viscoelastic materials,
The method, wherein the plurality of different viscoelastic materials are provided in the -90 to 90° phase region and the 90 to 270° phase region of the surface of the illusionary tactile force sensation device or illusionary tactile force interface.
前記錯触力覚は、異なる複数の粘弾性材料を介して、誘起され、
前記異なる複数の粘弾性材料は、前記錯触力覚デバイス又は錯触力インターフェースの表面の位相-90~90°領域及び 90~270°領域に設けられている、装置。 The illusion tactile force sensation device or the illusion tactile force interface is driven by a control algorithm to induce an illusion tactile force sensation by changing the physical quantity of the driving device of the illusion tactile force sensation device or the illusion tactile force interface,
The illusionary tactile force sensation is induced through a plurality of different viscoelastic materials ,
The device, wherein the plurality of different viscoelastic materials are provided in a phase range of -90 to 90° and a phase range of 90 to 270° on the surface of the illusionary tactile force sense device or illusionary tactile force interface.
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