JP2002304246A - Tactile presenting device, and imaginary space system - Google Patents

Tactile presenting device, and imaginary space system

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JP2002304246A
JP2002304246A JP2001105691A JP2001105691A JP2002304246A JP 2002304246 A JP2002304246 A JP 2002304246A JP 2001105691 A JP2001105691 A JP 2001105691A JP 2001105691 A JP2001105691 A JP 2001105691A JP 2002304246 A JP2002304246 A JP 2002304246A
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JP
Japan
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virtual
force sense
unit
haptic
grip
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Application number
JP2001105691A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuriko Suzuki
由里子 鈴木
Takashi Kono
隆志 河野
Satoshi Ishibashi
聡 石橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To permit the tactile presentation to an operator under the environment of an imaginary space by fitting a lightweight and wearable device to a wrist or the like of the operator. SOLUTION: A tactile presenting means having a holding part, a supporting point part and a variable length connection part under the environment for expressing the imaginary space is fitted to the operator, and the tactility is given to the operator according to an imaginary tactile reception object in the imaginary space and/or the state of the imaginary object.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、操作者が自分の意
志で自由に動作(操作)できる二次元又は三次元の仮想
空間を表現する画像表示端末装置を備え、その仮想空間
において任意に表示した仮想オブジェクトと、操作者の
分身または操作者の把持物として表示した仮想力覚受信
オブジェクトとの仮想接触により与えられた力覚を、操
作者に提示するようにした力覚提示装置及び仮想空間シ
ステムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention comprises an image display terminal device for expressing a two-dimensional or three-dimensional virtual space in which an operator can freely operate (operate) on his / her own will, and arbitrarily displays images in the virtual space. Force sense presentation device and virtual space for presenting a force sense provided by virtual contact between a virtual object and a virtual force sense reception object displayed as an alter ego of the operator or a grasped object of the operator to the operator It is about the system.

【0002】[0002]

【従来の技術】仮想環境において操作者に力覚を与える
装置としては、(i)マニピュレータの各関節軸にモー
タを取り付け、モータを駆動して各関節軸の反力を制御
し力覚を提示するマニピュレータ式(PHANTOM:
http://www.sensable.com/) 、(ii)操作者の指に糸を
張ったリングをはめ、糸の他端を天井・床等に設置した
モータにとりつけ糸の張力の制御で力覚を提示するSP
IDAR(佐藤,他:「空間インターフェース装置SP
IDERの提案」,信学論,74, D-2,7,887/897(199
1))、操作者に糸を張ったペンを持たせ、糸の他端を背
中にしょったモータにとりつけ糸の張力の制御で力覚を
提示するHapticGear(廣瀬,他:「ワイヤーテンション
を用いたウェアラブルフォースディスプレイの開発」,
バーチャルリアリティ学会大会論文集,Vol.3pp1-4,(19
98.8))等がある。
2. Description of the Related Art As a device for giving a force sense to an operator in a virtual environment, (i) a motor is attached to each joint axis of a manipulator, and the motor is driven to control a reaction force of each joint axis to present a force sense. Manipulator type (PHANTOM:
http://www.sensable.com/), (ii) Fit a ring with a thread on the operator's finger, attach the other end of the thread to a motor installed on the ceiling, floor, etc., and control the thread tension to control the force. SP that presents senses
IDAR (Sato, et al .: "Spatial Interface Device SP
Proposal of IDER ”, IEICE, 74, D-2, 7, 887/897 (199
1)) HapticGear (Hirose, et al .: Using Wire Tension), which allows the operator to hold a threaded pen, attach the other end of the thread to the motor on the back, and control the thread tension to present a force sensation Development of Wearable Force Display ",
Transactions of the Virtual Reality Society of Japan, Vol.3pp1-4, (19
98.8)).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は、装備の
重さなどによる装着の負荷や、操作者に力覚を提示する
可動範囲が狭いため自由に動けない等の操作制限が問題
となる。
In the conventional apparatus, there are problems such as mounting load due to the weight of the equipment, and operational restrictions such as being unable to move freely because the movable range for presenting a force sense to the operator is narrow. .

【0004】本発明は、操作者の手首等に軽量で、駆動
部分を含め一体化したウェアラブルな装置を取り付ける
ことから、操作者は自由に動き回わり自由に腕を動かす
ことができ、動きの制限が少なく、操作者への力覚提示
を可能にすることを目的としている。
According to the present invention, a lightweight, integrated wearable device including a driving part is attached to the operator's wrist or the like, so that the operator can freely move around and freely move his / her arm. The purpose is to enable the presentation of force sense to the operator with few restrictions.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の第lの発明は、仮想力覚受信オブジェクトと仮想オブ
ジェクトとを仮想空間内に表現し、かつ前記仮想力覚受
信オブジェクトと前記仮想オブジェクトとの状態に応じ
て前記仮想空間を制御するようにした仮想空間を表現す
る環境において用いられ、操作者が把持し力覚を提示す
る把持部と、操作者に取り付け前記把持部より複数本の
ワイヤーによって直線的に張られた複数個の支点からな
る支点部と、前記把持部から前記支点部に張られた前記
ワイヤー長を変化させ前記支点部に対する前記把持部の
位置を変化させることが可能な可変長連結部とを有する
力覚提示手段を備えると共に、前記把持部から前記支点
部に張られた前記可変長のワイヤーの長さを計測する計
測手段と、前記計測手段より計測されたワイヤーの長さ
に応じて、前記支点部に対する前記把持部の少なくとも
位置と向きとを計算する把持部位置算出手段と、前記力
覚提示手段の少なくとも位置と向きとを検出する力覚提
示部検出手段と、前記把持部位置算出手段または前記力
覚提示部検出手段により算出された少なくとも位置と向
きとに応じて、前記力覚提示手段の前記把持部を前記仮
想空間に前記仮想力覚受信オブジェクトとして、および
/または前記把持部を把持している操作者または操作者
の身体の一部を前記仮想空間に前記仮想力覚受信オブジ
ェクトとして、投影する力覚受信部投影手段と、前記仮
想力覚受信オブジェクトと前記仮想オブジェクトとの状
態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する仮想接
触計算手段と、前記仮想接触計算手段の計算結果に応じ
て、前記力覚提示手段の可変長連結部のワイヤー長を算
出する連結部算出手段と、前記連結部算出手段により算
出されたワイヤー長より、またはワイヤー長を制御する
ことができる連結部制御手段と、を備えるように構成し
た。
According to a first aspect of the present invention, a virtual force sense receiving object and a virtual object are expressed in a virtual space, and the virtual force sense receiving object and the virtual object are expressed in a virtual space. It is used in an environment that represents a virtual space in which the virtual space is controlled in accordance with the state of, and a gripper that is gripped by an operator and presents a sense of force, and a plurality of grippers attached to the operator from the gripper. It is possible to change the position of the grip portion with respect to the fulcrum by changing the length of the fulcrum composed of a plurality of fulcrums linearly stretched by wires and the length of the wire stretched from the grip to the fulcrum. Measuring means for measuring a length of the variable-length wire stretched from the gripping portion to the fulcrum portion, and A grip position calculating unit that calculates at least a position and an orientation of the grip with respect to the fulcrum according to the length of the wire measured by the unit; and detecting at least a position and an orientation of the force sense presentation unit. According to at least a position and an orientation calculated by the force sense presentation unit detection means and the grip position calculation unit or the force sense presentation unit detection unit, the grip unit of the force sense presentation unit is placed in the virtual space. A haptic receiving unit projecting means for projecting a virtual haptic receiving object and / or an operator or a part of the body of the operator holding the grip as the virtual haptic receiving object in the virtual space; Virtual contact calculation means for calculating a virtual contact state between the virtual force sense receiving object and the virtual object in accordance with a state of the virtual force reception object and the virtual object; According to the calculation result, the connection length calculation means for calculating the wire length of the variable length connection portion of the force sense presentation means, and from the wire length calculated by the connection portion calculation means, or to control the wire length. And a connecting portion control means that can be provided.

【0006】第2の発明は、第1の発明において、前記
力覚提示手段が、前記仮想力覚受信オブジェクトまたは
前記仮想オブジェクトの状態に応じて、前記把持部の太
さ又は形状を制御する把持形状制御部を備えるように構
成した。
In a second aspect based on the first aspect, the force sense presenting means controls a thickness or a shape of the grip portion in accordance with a state of the virtual force sense reception object or the virtual object. It was configured to include a shape control unit.

【0007】第3の発明は、第1または第2の発明にお
いて、前記仮想力覚受信オブジェクトまたは前記仮想オ
ブジェクトの状態に応じて、前記仮想オブジェクトを前
記仮想力覚受信オブジェクトに切替えまたは前記仮想力
覚受信オブジェクトを仮想オブジェクトに切替えること
ができる仮想力覚受信オブジェクト切替え手段を備える
ように構成した。
In a third aspect based on the first or second aspect, the virtual object is switched to the virtual force sense receiving object or the virtual force sensed object is switched according to the state of the virtual force sense receiving object or the virtual object. The virtual haptic reception object switching means capable of switching the haptic reception object to the virtual object is provided.

【0008】第4の発明は、第1の発明に対応する仮想
空間システムを対象としている。第5の発明は、仮想空
間システムをネットワークを介して連繋したシステムを
対象としている。
[0008] A fourth invention is directed to a virtual space system corresponding to the first invention. The fifth invention is directed to a system in which virtual space systems are linked via a network.

【0009】第6の発明は、前記力覚提示手段が、前記
仮想力覚受信オブジェクトまたは前記仮想オブジェクト
の状態に応じて、前記把持部の太さ又は形状を制御する
把持形状制御部を備えるものを用いるものとしている。
In a sixth aspect, the force sense presentation means includes a grip shape control unit that controls a thickness or a shape of the grip portion according to a state of the virtual force sense reception object or the virtual object. Is used.

【0010】また第7の発明は、前記力覚提示手段が、
前記仮想力覚受信オブジェクトまたは前記仮想オブジェ
クトの状態に応じて、前記仮想オブジェクトを前記仮想
力覚受信オブジェクトに切替えまたは前記仮想力覚受信
オブジェクトを仮想オブジェクトに切替えることができ
る仮想力覚受信オブジェクト切替え手段を備えるものを
用いるものとしている。
According to a seventh aspect of the present invention, the force sense presenting means includes:
A virtual haptic reception object switching unit that can switch the virtual object to the virtual haptic reception object or switch the virtual haptic reception object to a virtual object according to the state of the virtual haptic reception object or the virtual object. The one provided with

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の実施例
を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】[第1の実施形態]図1は本発明の力覚提
示手段の概念図であり、図2は本発明の第1の実施形態
の概念図である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a conceptual diagram of force sense presentation means of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram of a first embodiment of the present invention.

【0013】図中の符号1は把持部、2は可変長連結
部、3は支点部、10は力覚提示手段、20は画像表示
端末、30は仮想空間、40は仮想オブジェクト、50
は仮想力覚受信オブジェクトを表している。
In the figure, reference numeral 1 denotes a gripping portion, 2 denotes a variable length connecting portion, 3 denotes a fulcrum portion, 10 denotes a force sense presentation means, 20 denotes an image display terminal, 30 denotes a virtual space, 40 denotes a virtual object, and 50 denotes a virtual object.
Represents a virtual force sense receiving object.

【0014】この第1の実施形態の力覚提示装置は、画
像表示端末20で表示される三次元の仮想空間30内に
おける操作者の分身または操作者の所持するものとして
の仮想力覚受信オブジェクト50と仮想オブジェクト4
0との仮想接触に対して、本発明の力覚手段10によっ
て力覚を提示する。
The haptic device according to the first embodiment is a virtual haptic receiving object as an alter ego of the operator or possessed by the operator in the three-dimensional virtual space 30 displayed on the image display terminal 20. 50 and virtual object 4
A force sense is presented by the force sense means 10 of the present invention in response to a virtual contact with zero.

【0015】図3は本発明の第1の実施形態の構成図で
ある。図中の符号10は力覚提示手段、60は計測手
段、61は把持部位置算出手段、62は力覚提示部検出
手段、63は力覚受信部投影手段、64は仮想接触計算
手段、65は連結部算出手段、66は連結部制御手段、
67は仮想空間システム、68は画像表示端末装置、6
9は仮想空間制御手段を表している。
FIG. 3 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 10 denotes a force sense presentation unit, 60 denotes a measurement unit, 61 denotes a grip part position calculation unit, 62 denotes a force sense presentation unit detection unit, 63 denotes a force sense reception unit projection unit, 64 denotes a virtual contact calculation unit, 65 Is a connection part calculation means, 66 is a connection part control means,
67 is a virtual space system, 68 is an image display terminal device, 6
Reference numeral 9 denotes virtual space control means.

【0016】仮想空間システム67は、操作者が自分の
意思で自由に動作(操作)ができる三次元の仮想空間を
表現する画像表示端末装置68を持つと共に、仮想オブ
ジェクト40と仮想力覚受信オブジェクト50との状態
に応じて仮想空間(の映像)を制御する仮想空間制御手
段69を持っている。
The virtual space system 67 has an image display terminal device 68 for expressing a three-dimensional virtual space in which the operator can freely operate (operate) on his / her own will, and also has a virtual object 40 and a virtual force sense receiving object. A virtual space control means 69 for controlling (a video of) the virtual space in accordance with the state of 50.

【0017】なお、仮想オブジェクト40とは、仮想空
間を構成しているオブジェクトであり、lつ以上の仮想
オブジェクト40を仮想空間30内に生成することがで
きる。画像表示端末装置68としては、標準的大きさの
又は等身大のディスプレイや、HMD等に映し出すもの
が使用でき、単眼視や多眼視(立体視)するものも利用
することができる。
The virtual object 40 is an object constituting a virtual space, and one or more virtual objects 40 can be generated in the virtual space 30. As the image display terminal device 68, a standard-sized or life-size display, an image projected on an HMD or the like can be used, and a monocular or multi-view (stereoscopic) display can also be used.

【0018】力覚提示手段10は、図1に示す如く、操
作者が把持し力覚を提示する把持部1と、操作者の腕の
手首近くの位置に取り付け前記把持部1の両端より4本
のワイヤー等で直線的に張られた4つの支点からなる支
点部3と、前記把持部1から前記支点部3に張られた前
記ワイヤー長を変化させることが可能な可変長連結部2
とを有している。そしてワイヤー長を制御し前記支点部
3に対する前記把持部1の位置を変化させて、それを取
り付けている腕と把持している手首の位置を変化させる
ことで、手首の曲げに対する力を提示する。
As shown in FIG. 1, the force sensation presentation means 10 is provided with a grip portion 1 which is gripped by an operator and presents a force sensation, and is attached at a position near the wrist of the operator's arm, and is provided with four points from both ends of the grip portion 1. A fulcrum 3 composed of four fulcrums linearly stretched by a wire or the like, and a variable-length connecting part 2 capable of changing the length of the wire stretched from the grip 1 to the fulcrum 3
And By controlling the wire length and changing the position of the grip 1 with respect to the fulcrum 3 and changing the position of the arm to which it is attached and the position of the wrist being gripped, the force against bending of the wrist is presented. .

【0019】この可変長連結部2としては、手で把持し
ている把持部1から腕に取り付けた支点部3に直線的に
張られたそれぞれ4本のワイヤーを、支点部3等に取り
付けたモータにより引くことで、ワイヤー長を変化させ
ることが考えられる。
As the variable length connecting portion 2, four wires, each of which is linearly stretched from the grip portion 1 gripped by hand to the fulcrum portion 3 attached to the arm, are attached to the fulcrum portion 3 and the like. It is conceivable to change the wire length by pulling with a motor.

【0020】図4は、図1に示す力覚装置の実施例を示
す。図中の符号4はワイヤーであり前記可変長連結部2
に相当するもの、5はエンコーダ、6はプーリ、7はモ
ータを表している。
FIG. 4 shows an embodiment of the haptic device shown in FIG. Reference numeral 4 in the drawing denotes a wire,
5 is an encoder, 6 is a pulley, and 7 is a motor.

【0021】ワイヤー長が変わると支点部3が取り付け
られた腕の部分から手首までの長さと把持している手や
手首の長さとは変わらないので、例えば手の親指側また
は小指側2本のワイヤーが引かれると、手が手のひらに
対して左または右に倒される力が加えられ(図5参
照)、また手のひら側2本のワイヤーが引かれると、手
が腕に対して前に倒される力が加えられることになる
(図6参照)。
If the length of the wire changes, the length from the arm to which the fulcrum 3 is attached to the wrist and the length of the hand or wrist that is being gripped do not change. When the wire is pulled, a force is applied which causes the hand to fall left or right with respect to the palm (see FIG. 5), and when the two wires on the palm side are pulled, the hand falls forward with respect to the arm. Force will be applied (see FIG. 6).

【0022】把持部1の持ち方としては、手首に対して
平行に把持部1を持つことが考えられるが、手首に対し
て把持部1を傾かせ、親指側を高くしてから小指側へと
傾ける持ち方も考えられる(図7参照)。
The grip 1 may be held in parallel with the wrist. The grip 1 may be tilted with respect to the wrist, the thumb may be raised, and the finger may be moved toward the little finger. (See FIG. 7).

【0023】計測手段60としては、前記把持部1から
前記支点部3に張られた可変長のワイヤー4のワイヤー
長を計測する。支点部3に取り付けたモータ7で引くこ
とでワイヤー4を可変長にしている場合、モータ7に取
り付けられたプーリ6にワイヤー4を巻きつけ、プーリ
6の回転角をエンコーダ5でカウントすることで、変化
したワイヤーの長さを算出する方法が考えられる。
The measuring means 60 measures the length of the variable-length wire 4 stretched from the grip 1 to the fulcrum 3. When the wire 4 is made to have a variable length by being pulled by the motor 7 attached to the fulcrum 3, the wire 4 is wound around the pulley 6 attached to the motor 7, and the rotation angle of the pulley 6 is counted by the encoder 5. A method of calculating the length of the changed wire can be considered.

【0024】把持部位置算出手段61としては、計測手
段60より計測されたワイヤー長に応じて、前記支点部
3に対する前記把持部1の位置や向き等を算出する。
The grip position calculating means 61 calculates the position and orientation of the grip 1 with respect to the fulcrum 3 in accordance with the wire length measured by the measuring means 60.

【0025】ワイヤー長による把持部1の位置の算出式
を図8を参照しつつ説明する。図8のように手のひらを
手前にして把持部1を持ち、手首を伸ばした状態を基本
姿勢とした時、手のひらを親指から小指へ横切る右から
左方向をx(左手に取り付ける場合は左から右)、手前
から奥への方向をy、下から上への方向をzとし、支点
部3と可変長連結部2とがつながった支点である4つの
座標を、 Pa=(xa,ya,za) Pb=(xb,yb,zb) Pc=(xc,yc,zc) Pd=(xd,yd,zd) とし、把持部の長さをsと設定する。このとき、力覚提
示手段10の把持部1両端の位置 P=(x,y,z)、PP=(xx,yy,zz) と把持部1につながった可変長連結部2の長さla,l
b,lc,ldにおいて、次式(1)が成り立つ。
An equation for calculating the position of the gripper 1 based on the wire length will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, when holding the grip 1 with the palm facing forward and the wrist extended, the basic posture is x. ), The direction from the front to the back is y, and the direction from the bottom to the top is z, and the four coordinates that are the fulcrum where the fulcrum 3 and the variable-length connecting part 2 are connected are Pa = (xa, ya, za). Pb = (xb, yb, zb) Pc = (xc, yc, zc) Pd = (xd, yd, zd), and the length of the grip portion is set to s. At this time, positions P = (x, y, z) and PP = (xx, yy, zz) at both ends of the gripper 1 of the force sense presentation means 10, and the length la of the variable length connecting part 2 connected to the gripper 1. , L
The following equation (1) holds for b, lc, and ld.

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】また、手は手首中央を中心として回転する
ことから(図9参照)、把持部1を手で持ち直さないと
すると、把持部1両端はその回転中心点 P0 =(x0 ,y0 ,z0 ) において半径rp ,rppで回転することになり、次式
(2)が成り立つ。
Also, since the hand rotates around the center of the wrist (see FIG. 9), if the gripper 1 is not re-held by hand, both ends of the gripper 1 will have their rotation center points P 0 = (x 0 , In y 0 , z 0 ), the rotation is performed with radii r p and r pp , and the following expression (2) holds.

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】この(1)(2)式を解くことで、把持部
1両端の位置 P=(x,y,z)、PP=(xx,yy,zz) が可変長連結部2の長さla,lb,lc,ldと支点
部座標等との定数によって表され、算出できる。
By solving the equations (1) and (2), the positions P = (x, y, z) and PP = (xx, yy, zz) at both ends of the gripper 1 are determined by the length of the variable-length connector 2. It can be represented and calculated by constants of la, lb, lc, ld and the fulcrum coordinates.

【0030】例えば、4つの支点を Pa=(0,0,0) Pb=(0,m,0) Pc=(n,0,0) Pd=(n,m,0) とした場合、上記(1)(2)式より、 Pi =(xi ,yi ,zi ) PPi =(xxi ,yyi ,zzi ) は、lai ,lbi ,lci ,ldi より以下のように
表すことができる。
For example, if the four fulcrums are Pa = (0,0,0) Pb = (0, m, 0) Pc = (n, 0,0) Pd = (n, m, 0) (1) (2) from the equation, P i = (x i, y i, z i) PP i = (xx i, yy i, zz i) is, la i, lb i, lc i, following from ld i Can be expressed as

【0031】[0031]

【数3】 (Equation 3)

【0032】なお、上式で使用する、回転半径rp ,r
pp、回転中心点P0 =(x0 ,y0,z0 )は、いくつ
かの手の形でのキャリブレーションを行い、把持部1の
位置を算出すること等によって算出可能である。まず、
力覚提示手段10を取り付ける際、x軸上において支点
Pa,Pcの中心となる位置に、手首の回転中心点x o
が一致するように手首に取り付ける。これよりxo は以
下のように表される。なお、取付け位置は既知となる点
であれば中心でなくてもよい。
The radius of gyration r used in the above equationp, R
pp, Rotation center point P0= (X0, Y0, Z0) Is how many
Calibration in the form of a hand
It can be calculated by calculating the position. First,
When attaching the force sense presentation means 10, a fulcrum on the x-axis
The wrist rotation center point x is located at the center of Pa and Pc. o
Attach it to your wrist so that it matches. XoIs
It is represented as below. Note that the mounting position is known.
If it is, it does not have to be the center.

【0033】 xo =n/2 (4) 次に、回転中心点P0 が手首中央にあることから、図1
0のように手首を伸ばして、把持部1片端のPのy座標
が手首の回転中心点y0 と一致するように手の形をと
る。これをキャリブレーション#1とし、このときの把
持部1両端の座標をP1 =(x1 ,y1 ,z1 )、PP
1 =(xx1 ,yy1 ,zz1 )として表す。キャリブ
レーション#1の可変長連結部2のワイヤー長la1
lb1 ,lc1 ,ld1 から、式(1)よりy1 ,yy
1 が算出でき、y0 =y1 であることからy0 が以下で
表される。
X o = n / 2 (4) Next, since the rotation center point P 0 is located at the center of the wrist, FIG.
The wrist is stretched as shown at 0, and the hand is shaped so that the y coordinate of P at one end of the gripper 1 coincides with the rotation center point y0 of the wrist. This is referred to as calibration # 1, and coordinates of both ends of the gripper 1 at this time are represented by P 1 = (x 1 , y 1 , z 1 ), PP
1 = (xx 1 , yy 1 , zz 1 ). The wire length la 1 of the variable length connection part 2 of the calibration # 1
From lb 1 , lc 1 , and ld 1 , y 1 , yy can be obtained from equation (1).
Since 1 can be calculated and y 0 = y 1 , y 0 is expressed as follows.

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】次に、キャリブレーション#1の状態から
x座標をx1 のまま90度手首を倒して(x2
1 )、把持部1片端Pのz座標が手首回転中心点z0
と一致するような手の形をとる。これをキャリブレーシ
ョン#2とし、座標P2 =(x2 ,y2 ,z2 )で表
す。このときz0 =z2 となり、以下の関係となる。
[0035] Next, the x coordinate from the state of calibration # 1 to defeat the 90-degree wrist remains of x 1 (x 2 =
x 1), the grip portion 1 at one end z coordinate wrist rotation center point z 0 of P
Take a hand shape that matches. This is referred to as calibration # 2, and is represented by coordinates P 2 = (x 2 , y 2 , z 2 ). In this case z 0 = z 2, and becomes the following relation.

【0036】 z1 −z2 =y1 −y2 (6) キャリブレーション#2での可変長連結部2のワイヤー
長la2 ,lb2 から、式(3)よりy2 が算出でき
る。またP1 ,P2 における式(1)にy1 ,y 2 を代
入し、式(6)の関係からz1 ,z2 が算出できる。こ
れよりz0 =z2であることから、z0 が以下で表され
る。
Z1-ZTwo= Y1-YTwo (6) Wire of variable length connection part 2 in calibration # 2
Long laTwo, LbTwoFrom equation (3), yTwoCan be calculated
You. Also P1, PTwoIn equation (1)1, Y TwoFor
From the relation of equation (6)1, ZTwoCan be calculated. This
More than z0= ZTwo, Z0Is represented by
You.

【0037】[0037]

【数5】 (Equation 5)

【0038】上記より、手首回転中心点P0 =(x0
0 ,z0 )が既知となり、式(1)を使ってx1 ,x
2 が算出できるので式(2)から把持部1片端Pの回転
半径rp が以下で表される。
From the above, the wrist rotation center point P 0 = (x 0 ,
y 0 , z 0 ) are known, and x 1 , x 0 is calculated using equation (1).
Rotation radius r p of the grip portion 1 at one end P from equation (2) is represented by the following since 2 can be calculated.

【0039】[0039]

【数6】 (Equation 6)

【0040】さらに先に求めたx1 ,y1 ,z1 ,yy
1 を式(1)に代入することで、xx1 ,zz1 が算出
できるので、同様に式(2)より把持部1片端PPの回
転半径rppが以下で表される。
X 1 , y 1 , z 1 , yy obtained earlier
Since xx 1 and zz 1 can be calculated by substituting 1 into Expression (1), the rotation radius r pp of one end PP of the gripper 1 is similarly expressed by Expression (2) from Expression (2).

【0041】[0041]

【数7】 (Equation 7)

【0042】また、別のキャリブレーション方法とし
て、同様に前記手の形をキャリブレーションとして把持
部1の座標を P1 =(x1 ,y1 ,z1 )、PP1 =(xx1 ,yy
1 ,zz1 ) とし、さらに把持部1のx座標について基本形から
1 ,xx1 のまま手首を倒した状態、つまり座標 P2 =(x2 ,y2 ,z2 )、PP2 =(xx2 ,yy
2 ,zz2 ) をキャリブレーション#2として、(1)(2)式を使
用し、(y0 ,z0 )等を算出することも可能である。
As another calibration method, similarly, the coordinates of the gripper 1 are set to P 1 = (x 1 , y 1 , z 1 ) and PP 1 = (xx 1 , yy) using the hand shape as a calibration.
1 , zz 1 ), and the wrist is tilted with x 1 , xx 1 from the basic form with respect to the x coordinate of the gripper 1, that is, coordinates P 2 = (x 2 , y 2 , z 2 ), PP 2 = ( xx 2 , yy
(2 , zz 2 ) can be used as the calibration # 2 to calculate (y 0 , z 0 ) and the like using the equations (1) and (2).

【0043】さらに、x軸上の回転原点x0 をキャリブ
レーションで求めるため、キャリブレーション#3とし
て把持部1の座標を P3 =(x3 ,y3 ,z3 )、PP3 =(xx3 ,yy
3 ,zz3 ) とした時、x3 ≠x1 となるように、x軸方向に回転す
る点を計測する。
Further, in order to obtain the rotation origin x 0 on the x-axis by calibration, the coordinates of the gripper 1 are set as P 3 = (x 3 , y 3 , z 3 ) and PP 3 = (xx 3 , yy
3 , zz 3 ), a point rotating in the x-axis direction is measured so that x 3 ≠ x 1 .

【0044】式(1)、(2)より、 x3 2 +y3 2 +z3 2 =la3 2 3 2 +(y3 −m)2 +z3 2 =lb3 2 (xx3 −n)2 +yy3 2 +zz3 2 =lc3 2 (xx3 −n)2 +(yy3 −m)2 +zz3 2 =ld3 2 (x3 −xx3 2 +(yy3 −y3 2 +(z3 −zz3 2 =S2 (x3 −x0 2 +(y3 −y0 2 +(z3 −z0 2 =(x1 −x0 2 +(y1 −y0 2 +(z1 −z0 2 (xx3 −x0 2 +(yy3 −y0 2 +(zz3 −z0 2 =(xx1 − x0 2 +(yy1 −y0 2 +(zz1 −z0 2 上式の7つの式をとくことで、変数x3 ,y3 ,z3
xx3 ,yy3 ,zz 3 ,x0 の7つの変数が求まり、
これによって、x0 が算出される。
From equations (1) and (2), xThree Two+ YThree Two+ ZThree Two= LaThree Two xThree Two+ (YThree-M)Two+ ZThree Two= LbThree Two (XxThree-N)Two+ YyThree Two+ ZzThree Two= LcThree Two (XxThree-N)Two+ (YyThree-M)Two+ ZzThree Two= LdThree Two (XThree-XxThree)Two+ (YyThree-YThree)Two+ (ZThree-ZzThree)Two= STwo (XThree-X0)Two+ (YThree-Y0)Two+ (ZThree-Z0)Two= (X1-X0)Two + (Y1-Y0)Two+ (Z1-Z0)Two (XxThree-X0)Two+ (YyThree-Y0)Two+ (ZzThree-Z0)Two= (Xx1−x0)Two+ (Yy1-Y0)Two+ (Zz1-Z0)Two By taking the above seven equations, the variable xThree, YThree, ZThree.
xxThree, YyThree, Zz Three, X0Are obtained, and
This gives x0Is calculated.

【0045】力覚提示部検出手段62は、空間全体に対
する力覚提示手段10の把持部1または支点部3などの
位置や向きを検出する。この力覚提示部検出手段62と
しては、磁気センサーや赤外線を利用した検出手段、マ
ーキングによる映像解析を利用する検出手段などがあ
る。またこの力覚提示剖検出手段62により検出する位
置情報、向き情報を使用して、移動速度、移動方向、加
速度などを算出し力覚提示手段10の状態値として利用
することもできる。
The force sense presentation part detection means 62 detects the position and orientation of the gripping part 1 or the fulcrum part 3 of the force sense presentation means 10 with respect to the entire space. Examples of the force sense presentation unit detection unit 62 include a detection unit using a magnetic sensor and infrared rays, and a detection unit using video analysis by marking. Further, by using the position information and the direction information detected by the force sense presentation autodetection means 62, the moving speed, the movement direction, the acceleration, and the like can be calculated and used as the state value of the force sense presentation means 10.

【0046】力覚受信部投影手段63は、力覚提示手段
10の支点部3に対する前記把持部1の位置や向き等を
算出する前記把持部位置算出手段61、または空間全体
に対する力覚提示手段10の把持部1または支点部3な
どの位置や向きを検出する前記力覚提示部検出手段62
により算出された位置や向きより、空間全体に対する力
覚提示手段10の把持部1が算出されその値に応じて、
力覚提示手段10の前記把持部1、または前記把持部1
を把持している操作者または操作者の身体の一部を、前
記仮想空間30に前記仮想力覚受信オブジェクト50と
して投影する。力覚提示手段10の支点部3を腕の手首
近くに取り付け把持部1を手で把持しているとき、前記
把持部1や、操作者または操作者の把持している手を仮
想空間30内に仮想力覚受信オブジェクト50として投
影する。
The force sense receiving unit projection means 63 is a grip position calculation means 61 for calculating the position and orientation of the grip 1 with respect to the fulcrum 3 of the force sense presenting means 10, or a force sense presenting means for the entire space. The force sense presentation unit detection means 62 for detecting the position and orientation of the grip unit 1 or the fulcrum unit 3
The gripper 1 of the force sense presentation unit 10 for the entire space is calculated from the position and orientation calculated by
The gripper 1 of the force sense presentation means 10 or the gripper 1
The operator or a part of the body of the operator holding the object is projected on the virtual space 30 as the virtual force sense receiving object 50. When the fulcrum 3 of the force sense presentation means 10 is attached near the wrist of the arm and the grip 1 is gripped by hand, the grip 1 or the operator or the hand gripped by the operator is in the virtual space 30. As a virtual force sense receiving object 50.

【0047】仮想空間30内の仮想オブジェクト40と
仮想力覚受信オブジェクト50との仮想接触を算出する
ことで、仮想空間30内の操作者や操作者の手への接触
が提示できる。また把持部1を仮想力覚受信オブジェク
ト50として投影することで、操作者が指示棒やラケッ
トを持っているなど仮想空間30内でも操作者の手が仮
想物体を把持している場合に、その把持物体との仮想接
触を算出し力覚を提示することで、間接的に操作者に力
覚を提示することが考えられる。
By calculating the virtual contact between the virtual object 40 in the virtual space 30 and the virtual force sense receiving object 50, a contact with the operator or the operator's hand in the virtual space 30 can be presented. Also, by projecting the gripper 1 as a virtual force sense receiving object 50, when the operator's hand is gripping the virtual object even in the virtual space 30, such as when the operator has a pointing stick or a racket, By calculating virtual contact with a grasped object and presenting a force sense, a force sense may be indirectly presented to the operator.

【0048】仮想接触計算手段64は、仮想空間30内
における仮想力覚受信オブジェクト50と仮想オブジェ
クト40の状態に応じて、仮想空間30内での両者の仮
想接触状態を計算する。すなわち、仮想接触内で接触が
発生したか、またそれぞれの位置や移動軌道から接触の
可能性があるか、どのように接触するか、などの状態を
算出する。
The virtual contact calculation means 64 calculates a virtual contact state between the virtual force sense receiving object 50 and the virtual object 40 in the virtual space 30 according to the state of the virtual force sense receiving object 50 and the virtual object 40 in the virtual space 30. That is, a state such as whether a contact has occurred within the virtual contact, whether there is a possibility of contact from each position or movement trajectory, how the contact is made, and the like are calculated.

【0049】連結部算出手段65は、仮想接触計算手段
64の計算結果に応じて、力覚提示手段10の可変長連
結部2のワイヤー長を算出する。例えば力覚提示手段1
0の支点部3を腕の手首近くに取り付け、把持部1を手
で把持しているとき、手の甲側の2本のワイヤーを引く
ことで、手のひら側への接触を提示でき、または小指側
の2本のワイヤーを引くことで、親指側への接触を提示
できる。またこの時他のワイヤーも少なくともたるまな
いように引く必要がある。そのための各ワイヤーの長さ
または張力を算出する。
The connecting part calculating means 65 calculates the wire length of the variable length connecting part 2 of the force sense presenting means 10 according to the calculation result of the virtual contact calculating means 64. For example, force sense presentation means 1
When the fulcrum 3 is attached near the wrist of the arm and the grip 1 is gripped by hand, the two wires on the back of the hand can be pulled to present contact with the palm or the little finger. By pulling two wires, a contact on the thumb side can be presented. At this time, it is necessary to draw other wires at least so as not to sag. The length or tension of each wire for that purpose is calculated.

【0050】連結部制御手段66は、連結部算出手段6
5により算出されたワイヤー長より、力覚提示手段10
の可変長連結部2であるワイヤーのワイヤー長またはワ
イヤー張力を制御する。すなわち、算出したワイヤー長
や張力になるようにワイヤーを引く。さらにこの時、把
持している手からの引く力などが発生することから、提
示したいワイヤーの長さや張力の値に近づけるまたは維
持するために、提示するワイヤー長や張力を逐次現状と
比較しフィードバック制御するようにする。
The connecting part control means 66 is provided with the connecting part calculating means 6.
From the wire length calculated by step 5, the force sense presentation means 10
The wire length or wire tension of the wire, which is the variable-length connecting portion 2 of, is controlled. That is, the wire is drawn so as to have the calculated wire length and tension. Further, at this time, a pulling force from the grasping hand is generated, so that the presented wire length and tension are sequentially compared with the current state in order to approach or maintain the length and tension value of the wire to be presented, and feedback is performed. Take control.

【0051】次に、本実施形態による力覚提示装置の処
理の流れについて詳しく説明する。図11はその処理の
流れを説明するための図である。
Next, the processing flow of the haptic device according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 11 is a diagram for explaining the flow of the processing.

【0052】ステップ(S101):まず、操作者の腕
の手首近くに力覚提示手段の支点部を取り付け、同じ側
の手で把持部を把持し、ワイヤーを弛まない程度に、し
かし自由に動かせる程度に、常に弱い張力で張った状態
に保つ。
Step (S101): First, the fulcrum of the force sense presentation means is attached near the wrist of the operator's arm, the grip is gripped by the hand on the same side, and the wire can be freely moved but not loosened. To the extent, always keep it in tension at low tension.

【0053】次に、把持部を把持し、キャリブレーショ
ンを行うためいくつかの手の形でのワイヤー長を検出す
る。この時のワイヤー長を元に、その後の把持部位置の
算出を求めるため、それに必要な初期値を求める。
Next, the wire length in the form of several hands is detected in order to hold the grip and perform calibration. On the basis of the wire length at this time, an initial value necessary for the subsequent calculation of the gripping portion position is obtained.

【0054】ステップ(S102):また常に計測手段
よりワイヤー長を計測し、最初に求めた初期値から、把
持部位置算出手段によって、支点部に対する把持部の位
置を算出する。
Step (S102): Also, the wire length is always measured by the measuring means, and the position of the gripping part with respect to the fulcrum is calculated by the gripping part position calculating means from the initial value obtained first.

【0055】ステップ(S103):次に、力覚提示部
検出手段により、空間全体に対する力覚提示手段の把持
部または支点部などの位置や向きを検出する。また、力
覚提示手段の支点部に対する前記把持部の位置や向き等
を算出する前記把持部位置算出手段、または空間全体に
対する力覚提示手段の把持部または支点部などの位置や
向きを検出する前記力覚提示部検出手段により算出され
た位置や向きにより、力覚提示手段の前記把持部、また
は前記把持部を把持している操作者または操作者の身体
の一部を、前記仮想空間に前記仮想力覚受信オブジェク
トとして投影する。
Step (S103): Next, the position and orientation of the grip portion or the fulcrum portion of the force sense presentation unit with respect to the entire space are detected by the force sense presentation unit detection unit. Further, the grip part position calculation means for calculating the position and orientation of the grip part with respect to the fulcrum part of the force sense presentation means, or the position and orientation of the grip part or the fulcrum part of the force sense presentation means with respect to the entire space are detected. Depending on the position and orientation calculated by the force sense presentation unit detection means, the grip of the force sense presentation means, or the operator holding the grip or a part of the body of the operator, in the virtual space. The projection is performed as the virtual force sense receiving object.

【0056】ステップ(S104):次に、仮想空間シ
ステムにより仮想オブジェクトを生成し、仮想空間内に
表現する。
Step (S104): Next, a virtual object is generated by the virtual space system and expressed in the virtual space.

【0057】ステップ(S105):次に、仮想接触計
算手段により、仮想力覚受信オブジェクトと仮想オブジ
ェクトとの状態に応じて、前記仮想空間内での両者の仮
想接触状態を計算する。すなわち、仮想オブジェクトの
仮想空間内の位置や軌道と、操作者が把持している把持
部や把持している手等の位置や向きとにより、仮想接触
計算手段は、仮想空間内において仮想オブジェクトと仮
想力覚受信オブジェクトとの仮想接触が発生したかを計
算する。
Step (S105): Next, the virtual contact calculation means calculates a virtual contact state between the virtual force sense receiving object and the virtual object in the virtual space according to the state of the virtual force sense receiving object and the virtual object. In other words, depending on the position or the trajectory of the virtual object in the virtual space and the position or orientation of the gripping portion or the hand gripped by the operator, the virtual contact calculation means It calculates whether virtual contact with the virtual force sense receiving object has occurred.

【0058】ステップ(S106):仮想接触があるか
否かを調べる。 ステップ(S107):この計算の結果、仮想接触が発
生していた時は、連結部算出手段により、仮想接触計算
手段の計算結果に応じて力覚提示手段の可変長連結部の
ワイヤー長や張力を算出する。
Step (S106): It is checked whether or not there is a virtual contact. Step (S107): As a result of this calculation, when a virtual contact has occurred, the connecting part calculating means calculates the wire length or tension of the variable length connecting part of the force sense presenting means according to the calculation result of the virtual contact calculating means. Is calculated.

【0059】ステップ(S108):連結部制御手段に
より、力覚提示手段の可変長連結部であるワイヤー長や
張力を出力する。
Step (S108): The connecting part control means outputs the wire length and the tension which are the variable length connecting parts of the force sense presentation means.

【0060】ステップ(S109):提示したいワイヤ
ーの長さや張力の値に近づけるまたは維持するために、
提示するワイヤー長や張力を逐次現状と比較しフィード
バック制御する。
Step (S109): In order to approach or maintain the length and tension of the wire to be presented,
Feedback control is performed by sequentially comparing the presented wire length and tension with the current status.

【0061】ステップ(S110):さらに、連結部制
御手段によりワイヤーが制御された時の、仮想オブジェ
クトまたは投影した仮想力覚受信オブジェクトの状態に
応じて、仮想空間を仮想空間制御手段によって、制御す
る。
Step (S110): Further, the virtual space is controlled by the virtual space control means according to the state of the virtual object or the projected virtual force sense receiving object when the wire is controlled by the connection control means. .

【0062】ステップ(S111):さらに、前記仮想
空間システムは表現された仮想空間に応じて、再度操作
者に対する仮想力覚受信オブジェクトヘの接触イベント
を生成させるならば、再びそれらが繰り返される。
Step (S111): Further, if the virtual space system causes the operator to generate a contact event with the virtual force sense receiving object again according to the represented virtual space, these are repeated again.

【0063】以上説明した力覚提示装置の具体的利用方
法としては、図12のように把持部1を把持している操
作者の手を仮想力覚受信オブジェクト50として投影
し、仮想オブジェクト40による接触イベントを仮想空
間内の操作者の手(またはそれに見立てたもの)で受け
取らせることが考えられる。また止まっている物体を動
かす、動いている物体を止める、動かしている時の抵抗
など、物体の移動に対する慣性を提示することで物体操
作時の力覚を提示したり、動いている物体との衝突など
の力覚の提示が考えられ、例えば物の移動や操作、障子
の開閉(図13参照)等が考えられる。
As a specific method of using the haptic device described above, the hand of the operator holding the grip 1 is projected as a virtual haptic reception object 50 as shown in FIG. It is conceivable that the touch event is received by the operator's hand in the virtual space (or similar one). In addition, by presenting inertia to the movement of an object, such as moving a stationary object, stopping a moving object, or resisting when moving, it can present a force sense when operating an object, or Presentation of a force sense such as a collision can be considered, for example, movement or operation of an object, opening and closing of a shoji (see FIG. 13), and the like.

【0064】また、図14のように利用者が物体を把持
していることを前提としてあえて利用者の身体を仮想力
覚受信オブジェクトしては投影せず、操作者が把持して
いる把持部1を仮想力覚受信オブジェクトとして投影
し、仮想オブジェクトによる接触イベントを仮想空間内
の操作者の把持物で受け取らせることが考えられる。例
えばテニスやゴルフ(図15参照)、指示棒や調理器具
等、把持している棒を介して、物体との衝突等の力覚を
提示し、テニス等のスポーツや、調理器具を使っての混
ぜる、きる、掬う等が考えられる。
As shown in FIG. 14, it is assumed that the user is holding the object, and the user's body is not projected as a virtual force sense receiving object, but is held by the operator. It is conceivable to project 1 as a virtual force sense receiving object, and to receive a contact event by the virtual object with an object held by the operator in the virtual space. For example, a force sense such as a collision with an object is presented through a gripping rod such as tennis or golf (see FIG. 15), a pointing stick, a cooking utensil, etc. Mixing, cutting, scooping, etc. are conceivable.

【0065】具体的な処理の流れを示すと次のようにな
る。まず、操作者の腕の手首近くに力覚提示手段10の
支点部3を取り付け、同じ側の手で把持部1を把持し、
常に弱い張力で張った状態に保つ。常に計測手段60よ
りワイヤー長を計測し、最初にいくつかの手の形から求
めた初期値から、把持部位置算出手段61によって、支
点部3に対する把持部1の位置を算出する。
The specific processing flow is as follows. First, the fulcrum 3 of the force sense presentation means 10 is attached near the wrist of the operator's arm, and the grip 1 is gripped by the hand on the same side.
Always keep it under tension. The wire length is always measured by the measuring means 60, and the position of the grip 1 with respect to the fulcrum 3 is calculated by the grip position calculating means 61 from the initial values obtained from some hand shapes first.

【0066】また力覚提示部検出手段62により、磁気
センサー等を操作者の手首近くの腕に取り付けた力覚提
示手段10の支点部3や、またはその支点部3が算出で
きる操作者の腕等の位置にとりつけるか、操作者が把持
している力覚提示手段10の把持部1に取り付けること
で、仮想空間30内での位置が検出される。把持部位置
算出手段61によって得られた値と、力覚提示部検出手
段62によって得られた値とから、力覚提示手段10の
把持部1と支点部3の位置が検出されるため、操作者の
手首近くの腕の位置と、把持している操作者の手の位置
が検出される。なお、この手の位置は把持部1の位置と
等価としているが、予めとった手の大きさや、把持部1
の持ち方から、手の位置を算出しそれを手の位置として
利用することもできる。
Further, the fulcrum presentation unit detecting means 62 detects the fulcrum 3 of the haptic presentation means 10 in which a magnetic sensor or the like is attached to the arm near the wrist of the operator, or the operator's arm from which the fulcrum 3 can be calculated. The position in the virtual space 30 is detected by attaching to the gripper 1 of the force sense presentation means 10 held by the operator. Since the positions of the grip 1 and the fulcrum 3 of the haptic presentation unit 10 are detected from the value obtained by the grip unit position calculation unit 61 and the value obtained by the haptic presentation unit detection unit 62, The position of the arm near the wrist of the user and the position of the hand of the gripping operator are detected. Note that the position of this hand is equivalent to the position of the grip 1, but the size of the hand taken in advance and the grip 1
It is also possible to calculate the position of the hand from the way of holding and use it as the position of the hand.

【0067】前記の把持部1の算出値より、力覚提示手
段10の前記把持部1、または前記把持部1を把持して
いる操作者または操作者の身体の一部を、前記仮想空間
30に前記仮想力覚受信オブジェクト50として投影す
る。仮想空間での操作者の手による障子の開閉等の場
合、力覚受信部投影手段63は、仮想力覚受信オブジェ
クト50として操作者の手を仮想の手として投影、また
はテニス等把持物による操作の場合、仮想力覚受信オブ
ジェクト50として操作者が把持している把持部1を、
仮想のテニスラケットとして投影する。
Based on the calculated value of the gripper 1, the gripper 1 of the force sense presentation means 10, the operator holding the gripper 1, or a part of the operator's body is moved to the virtual space 30. To the virtual force sense receiving object 50. In the case of opening / closing a shoji by an operator's hand in a virtual space, the force sense receiving unit projecting means 63 projects the operator's hand as a virtual hand as the virtual force sense receiving object 50, or operates with a gripping object such as tennis. In the case of, the grip 1 held by the operator as the virtual force sense receiving object 50 is
Project as a virtual tennis racket.

【0068】仮想空間30では、障子やボール等仮想オ
ブジェクト40が生成される。仮想接触計算手段64
は、仮想力覚受信オブジェクト50と仮想オブジェクト
40との状態を算出する。例えば、仮想力覚受信オブジ
ェクト50である仮想の手や仮想のラケットが、仮想オ
ブジェクト40である仮想空間内の障子やボールに接触
した状態を算出する。
In the virtual space 30, a virtual object 40 such as a shoji or a ball is generated. Virtual contact calculation means 64
Calculates the state of the virtual force sense receiving object 50 and the virtual object 40. For example, a state is calculated in which a virtual hand or a virtual racket, which is the virtual force sense receiving object 50, contacts a shoji or a ball in the virtual space, which is the virtual object 40.

【0069】仮想空間内の操作者の手が仮想障子と接触
し、またはさらに仮想障子に食い込む方向に仮想の手が
動いた場合、物体を動かす時の慣性力や地面と物体との
摩擦から受ける力を提示するため、仮想接触計算手段6
4は仮想力覚受信オブジェクト50と仮想オブジェクト
40との接触状態として、仮想力覚受信オブジェクト5
0の仮想オブジェクト40への食い込み幅やその速度な
どを算出する。
When the hand of the operator in the virtual space comes into contact with the virtual shoji or moves in a direction in which the operator enters the virtual shoji, the hand is affected by inertia force when moving the object or friction between the ground and the object. Virtual contact calculation means 6 to present force
Reference numeral 4 denotes a virtual haptic reception object 5 as a contact state between the virtual haptic reception object 50 and the virtual object 40.
It calculates the biting width of the zero virtual object 40 and its speed.

【0070】これより連結部算出手段65は、仮想力覚
受信オブジェクト50が仮想オブジェクト40に食い込
まないように、またはその時の衝撃力を提示するため、
力覚提示手段10の可変長連結部2の引く長さ、または
引く力などを算出し、連結部制御手段66は力覚提示手
段10の可変長連結部2のワイヤー長や張力になるよう
に、ワイヤーを引く。例えば手のひら側で接触した場
合、手の甲側の2本のワイヤ各々を引くことになる。手
のひら側の2本のワイヤーについては、弛まない程度の
弱い張力で張ってあり自由に動かすことができるため、
甲側に引かれたことによって手のひら側のワイヤーは伸
びることになる。
From this, the connection unit calculating means 65 prevents the virtual force sense receiving object 50 from digging into the virtual object 40 or presents the impact force at that time.
The pulling length or the pulling force of the variable length connecting portion 2 of the force sense presenting means 10 is calculated, and the connecting portion control means 66 sets the wire length and the tension of the variable length connecting portion 2 of the force sense presenting means 10 to be equal. Draw the wire. For example, in the case of contact on the palm side, two wires on the back side of the hand are pulled. Since the two wires on the palm side are stretched with a weak tension that does not loosen and can be moved freely,
The wire on the palm side is stretched by being pulled on the back side.

【0071】さらに、仮想力覚受信オブジェクト50と
仮想オブジェクト40の状態に応じて再度力覚提示が必
要であれば、フィードバックを行う。つまり提示時に操
作者自身の力によって、提示したいワイヤー長にならな
かったり、または逆に長すぎてしまったり、力を持続さ
せるなどの時、再度提示が必要となる。これは提示した
い値と実際の値の差がある範囲内になった時や、または
指定回数繰り返したり、または接触していなくなった時
などに繰り返すのを終了する。
Further, if it is necessary to present force sense again according to the states of the virtual force sense receiving object 50 and the virtual object 40, feedback is performed. In other words, when the wire length to be presented does not become the desired length due to the operator's own force at the time of presentation, or when the wire length is too long, or when the force is maintained, the presentation is necessary again. This ends the repetition when the difference between the value to be presented and the actual value falls within a certain range, or when the specified number of repetitions or when the contact is stopped.

【0072】さらに、仮想空間30内では仮想空間制御
手段69により、仮想の手や仮想のラケット等の仮想力
覚受信オブジェクト50と、仮想空間内の障子やボール
等の仮想オブジェクト40とが、それらの状態に応じて
表現されている。
Further, in the virtual space 30, the virtual force control object 69 causes the virtual force sense receiving object 50 such as a virtual hand or a virtual racket and the virtual object 40 such as a shoji or a ball in the virtual space to be displayed. Is expressed according to the state of

【0073】さらに、例えばそのまま仮想の手で仮想の
障子を明けている途中など再度接触イベントがあれば、
再度処理を実行する。
Further, if a contact event occurs again, for example, while a virtual shoji is being opened with a virtual hand,
Execute the process again.

【0074】〔第2の実施形態〕図16は本発明の第2
の実施形態の構成図である。図16における符号は図3
に対応しており、遠隔仮想空間反映手段70と通信ネッ
トワーク71とが付加されている。
[Second Embodiment] FIG. 16 shows a second embodiment of the present invention.
It is a lineblock diagram of an embodiment. The reference numerals in FIG.
And a remote virtual space reflection unit 70 and a communication network 71 are added.

【0075】ここでは図3に示した力覚提示装置を2台
具備し、各力覚提示装置の仮想空間システムは通信ネッ
トワークを介して接続されている。各力覚提示装置は、
通信ネットワーク71を介して操作者間で双方向に仮想
的に反力をやり取りするよう双方の操作者に力覚を提示
するものである。そして、ここでも各力覚提示装置に操
作者の分身を表示できるようにし、操作者は自分の分身
を操作することで自分の意志で自由に動作(操作)がで
きる三次元の仮想空間を表現する。この仮想空間には、
他の力覚提示装置を操作する操作者の分身も表現させ
る。
Here, two force sense presentation devices shown in FIG. 3 are provided, and the virtual space system of each force sense presentation device is connected via a communication network. Each haptic device is
A force sensation is presented to both operators so as to virtually exchange a reaction force bidirectionally between the operators via the communication network 71. In this case as well, each haptic device can display the alter ego's alter ego, and the operator can operate his alter ego to express a three-dimensional virtual space in which he can freely move (operate) with his own will. I do. In this virtual space,
The alter ego of the operator who operates another force sense presentation device is also expressed.

【0076】仮想空間システムの仮想空間制御手段69
は、図3に関連して説明したのと同様に、力覚受信部投
影手段63により投影された仮想力覚受信オブジェクト
と生成された仮想オブジェクトとの状態に応じて、仮想
空間を制御する。図16に示した遠隔仮想空間反映手段
70は、仮想空間制御手段69によって表現された仮想
オブジェクトまたは仮想力覚受信オブジェクトの位置情
報、向き情報を、他の仮想システムの仮想オブジェクト
の位置情報、向き情報として、通信ネットワーク71を
介して他の仮想空間システムに送信し、他の仮想システ
ムから送られた仮想オブジェクトの位置情報、向き情報
を受け取り、その仮想オブジェクトを自己の仮想空間に
表現する。
The virtual space control means 69 of the virtual space system
Controls the virtual space in accordance with the state of the virtual force sense receiving object projected by the force sense receiving unit projecting means 63 and the generated virtual object, as described with reference to FIG. The remote virtual space reflecting unit 70 shown in FIG. 16 converts the position information and orientation information of the virtual object or the virtual force reception object expressed by the virtual space control unit 69 into the position information and orientation of the virtual object of another virtual system. The information is transmitted to another virtual space system via the communication network 71 as information, receives the position information and orientation information of the virtual object sent from the other virtual system, and expresses the virtual object in its own virtual space.

【0077】具体的利用方法としては、ネットワーク上
の反力のやり取りが考えられ、ネットワークを介したテ
ニス(図17参照)や、剣道等の打ち合い(図18参
照)等が考えられる。
As a specific method of use, exchange of reaction force on the network is conceivable, and tennis (see FIG. 17) via the network, fighting with kendo (see FIG. 18), and the like are conceivable.

【0078】ネットワーク71を介した仮想空間システ
ムの双方の操作者に関して、力覚提示手段の把持部や、
その把持部を把持している操作者の手を仮想力覚受信オ
ブジェクトとして投影し、仮想オブジェクトの位置情
報、向き情報等をネットワークを介して他の仮想システ
ムに送りあうことで、または仮想力覚受信オブジェクト
を仮想オブジェクトとして送り受け取ることで、操作者
は仮想力覚受信オブジェクトにより仮想オブジェクトか
らの接触イベントを受け取り、反力のやり取りを行う。
Regarding both operators of the virtual space system via the network 71, the grip of the force sense presentation means,
By projecting the hand of the operator holding the grip as a virtual force sense receiving object and sending the position information, orientation information, and the like of the virtual object to another virtual system via a network, or By sending and receiving the receiving object as a virtual object, the operator receives a contact event from the virtual object by the virtual force sense receiving object and exchanges a reaction force.

【0079】例えばテニスの場合、操作者が把持してい
る把持部を仮想力覚受信オブジェクトとして、仮想空間
内の操作者の分身が把持している仮想のテニスラケット
に投影し、仮想オブジェクトを仮想のボールとして表現
し、仮想ボールの位置情報、向き情報などを送り、他の
仮想空間システムの操作者の分身と仮想のボールを打ち
合うことで反力のやり取りを行うことが考えられる。
For example, in the case of tennis, a grip portion held by an operator is projected as a virtual force sense receiving object onto a virtual tennis racket held by an alter ego of the operator in a virtual space, and the virtual object is virtualized. It is conceivable that the reaction is exchanged by sending the virtual ball position information, the direction information, and the like, and hitting the virtual ball with the alter ego of the operator of another virtual space system.

【0080】また剣道等の打ち合いなどの場合、操作者
が把持している把持部を仮想力覚受信オブジェクトとし
て、仮想空間内の操作者の分身が把持している仮想の刀
に投影し、仮想の刀の位置情報、向き情報などを、他の
仮想空間システムに仮想オブジェクトとして送り、また
他の仮想空間システムから仮想オブジェクトとして送ら
れてきた他の仮想空間内の操作者の分身が把持していた
仮想の刀を表現し、接触イベントを起こしあうことが考
えられる。
In the case of a game such as kendo, the grip portion held by the operator is projected as a virtual force sense receiving object onto a virtual sword held by the alter ego of the operator in the virtual space. The sword's position information, orientation information, etc. are sent to another virtual space system as a virtual object, and the alter ego of the operator in another virtual space sent as a virtual object from another virtual space system is holding it. It is conceivable that a virtual virtual sword is expressed and a contact event occurs.

【0081】具体的な処理の流れを、図19に示す。図
19における各ステップS101’ないしS111’は
図16に対応しており、新たにステップS112とステ
ップS113とが付加されている。
FIG. 19 shows a specific processing flow. Steps S101 ′ to S111 ′ in FIG. 19 correspond to FIG. 16, and steps S112 and S113 are newly added.

【0082】まず、操作者の腕の手首近くに力覚提示手
段の支点部を取り付け、同じ側の手で把持部を把持し、
常に弱い張力で張った状態に保つ。常に計測手段よりワ
イヤー長を計測し、最初にいくつかの手の形から初期値
を求める(S101’)。そして当該初期値から把持部
位置算出手段によって、支点部に対する把持部の位置を
算出する(S102’)。また力覚提示部検出手段によ
り、磁気センサー等を操作者の手首近くの腕に取り付け
た力覚提示手段の支点部や、またはその支点部が算出で
きる操作者の腕等の位置にとりつけるか、操作者が把持
している力覚提示手段の把持部に取り付けることで、仮
想空間内での位置が検出される。把持部位置算出手段に
よって得られた値と、力覚提示部検出手段によって得ら
れた値から、力覚提示手段の把持部と支点部の位置が検
出されるため、操作者の手首近くの腕の位置と、把持し
ている操作者の手の位置が検出される。なお、この手の
位置は把持部の位置と等価としているが、あらかじめと
った手の大きさや、把持部の持ち方から、手の位置を算
出しそれを手の位置として利用することもできる。
First, the fulcrum of the force sense presentation means is attached near the wrist of the operator's arm, and the grip is gripped by the hand on the same side.
Always keep it under tension. The wire length is always measured by the measuring means, and an initial value is first obtained from some hand shapes (S101 '). Then, the position of the gripper relative to the fulcrum is calculated by the gripper position calculator from the initial value (S102 '). In addition, by the force sense presentation unit detection means, a magnetic sensor or the like is attached to the fulcrum of the force sense presentation means attached to the arm near the wrist of the operator, or at the position of the arm or the like of the operator whose fulcrum can be calculated, The position in the virtual space is detected by being attached to the grip portion of the force sense presentation means gripped by the operator. Since the positions of the gripper and the fulcrum of the force sense presentation unit are detected from the value obtained by the grip position calculation unit and the value obtained by the force sense presentation unit detection unit, the arm near the wrist of the operator is detected. And the position of the gripping operator's hand are detected. Although the position of this hand is equivalent to the position of the grip, the position of the hand can be calculated from the size of the hand taken in advance and the way of holding the grip, and used as the position of the hand.

【0083】前記の把持部の算出値より、力覚提示手段
の前記把持部、または前記把持部を把持している操作者
または操作者の身体の一部を、前記仮想空間に前記仮想
力覚受信オブジェクトとして投影する(S103’)。
テニスや打ち合いなどの場合、仮想力覚受信オブジェク
トとして操作者が把持している把持部を、仮想のラケッ
トや仮想の刀として投影する。仮想空間では、ボール等
仮想オブジェクトが生成される。打ち合いの場合は、他
者が操作している他の仮想空間の仮想力覚受信オブジェ
クトである仮想の刀が、仮想オブジェクトとして生成さ
れる(S104’)。
Based on the calculated value of the gripping portion, the gripping portion of the haptic presentation means, the operator holding the gripping portion, or a part of the operator's body is placed in the virtual space in the virtual force sensation. Project as a receiving object (S103 ').
In the case of tennis, a meeting, or the like, the grip portion held by the operator as a virtual force sense receiving object is projected as a virtual racket or a virtual sword. In the virtual space, a virtual object such as a ball is generated. In the case of a meeting, a virtual sword that is a virtual force sense receiving object in another virtual space operated by another person is generated as a virtual object (S104 ′).

【0084】仮想接触計算手段は、仮想力覚受信オブジ
ェクトと仮想オブジェクトとの状態を算出する。例え
ば、仮想力覚受信オブジェクトである仮想のラケット
が、仮想オブジェクトである仮想空間内のボールに接触
した状態を算出する(S105’)。そして仮想機能が
生じたか否かを調べる(S106’)。
The virtual contact calculation means calculates the state of the virtual force sense receiving object and the virtual object. For example, a state is calculated in which the virtual racket, which is the virtual force sense receiving object, contacts the ball in the virtual space, which is the virtual object (S105 '). Then, it is checked whether a virtual function has occurred (S106 ').

【0085】これより連結部算出手段は、仮想力覚受信
オブジェクトが仮想オブジェクトに食い込まないよう
に、またはその時の衝撃力を提示するため、力覚提示手
段の可変長連結部の引く長さ、または引く力などを算出
し(S107’)、連結部制御手段は力覚提示手段の可
変長連結部のワイヤー長や張力になるように、ワイヤー
を引く(S108’)。
Thus, the connecting portion calculating means determines whether the virtual force sense receiving object does not bite into the virtual object or presents the impact force at that time, so that the length of the variable length connecting portion of the force sense presenting means is reduced, or The pulling force or the like is calculated (S107 '), and the connecting part control means draws the wire so that the wire length and the tension of the variable length connecting part of the force sense presenting means become the same (S108').

【0086】さらに、仮想力覚受信オブジェクトと仮想
オブジェクトとの状態に応じて再度力覚提示が必要であ
れば、フィードバックを行う。つまり提示時に操作者自
身の力によって、提示したいワイヤー長にならなかった
り、または逆に長すぎてしまったり、力を持続させるな
どの時、再度提示が必要となる。これは提示したい値と
実際の値の差がある範囲内になった時や、または指定回
数繰り返したり、または接触していなくなった時などに
繰り返すのを終了する(S109’)。
Further, if it is necessary to present force sense again according to the state of the virtual force sense receiving object and the virtual object, feedback is performed. In other words, when the wire length to be presented does not become the desired length due to the operator's own force at the time of presentation, or when the wire length is too long, or when the force is maintained, the presentation is necessary again. This ends the repetition when the difference between the value to be presented and the actual value is within a certain range, or when the repetition is performed a specified number of times, or when there is no more contact (S109 ').

【0087】さらに、仮想空間内では仮想空間制御手段
により、仮想のラケットや仮想の刀等の仮想力覚受信オ
ブジェクトと、仮想空間内のボールや他者が操作する刀
等の仮想オブジェクトとが、それらの状態に応じて表現
されている(S110’)。
Further, in the virtual space, a virtual force sense receiving object such as a virtual racket and a virtual sword and a virtual object such as a ball and a sword operated by another person in the virtual space are controlled by the virtual space control means. It is represented according to those states (S110 ').

【0088】仮想ボールなど仮想オブジェクトの位置情
報、向き情報を遠隔仮想空間反映手段により、ネットワ
ークを介して他の仮想空間システムに送信する。また
は、仮想の刀などの仮想力覚受信オブジェクトの位置情
報、向き情報を、他の仮想空間システムに仮想オブジェ
クトとして送信する(S112)。
The position information and orientation information of a virtual object such as a virtual ball are transmitted to another virtual space system via a network by remote virtual space reflecting means. Alternatively, the position information and the orientation information of the virtual force sense receiving object such as the virtual sword are transmitted to another virtual space system as a virtual object (S112).

【0089】遠隔仮想空間反映手段により、遠隔から送
信された仮想ボールや仮想の刀などの仮想オブジェクト
の位置、向きを、仮想空間に反映させる(S113)。
さらに、再度接触イベントがあれば、再度処理を実行す
る(S111’)。
The position and orientation of a virtual object such as a virtual ball or a virtual sword transmitted from a remote place are reflected in the virtual space by the remote virtual space reflecting means (S113).
Further, if there is a contact event again, the process is executed again (S111 ′).

【0090】〔第3の実施形態〕図20は本発明の第3
の実施形態の構成図例である。図20における符号は図
3に対応しており、把持形状制御部72が付加されてい
る。
[Third Embodiment] FIG. 20 shows a third embodiment of the present invention.
It is an example of a block diagram of embodiment. The reference numerals in FIG. 20 correspond to those in FIG. 3, and a grip shape control unit 72 is added.

【0091】把持形状制御部72は、力覚提示手段の操
作者が把持する把持部について、仮想空間内の仮想力覚
受信オブジェクトまたは仮想オブジェクトの状態に応じ
て、把持部の太さ又は形状を制御する。
The grip shape control section 72 adjusts the thickness or shape of the grip section of the grip section held by the operator of the haptic presentation means according to the state of the virtual force sense reception object or the virtual object in the virtual space. Control.

【0092】太さが変化する具体的方法としては、例え
ば図21のように形状記憶等の素材で作られた把持部の
筒が広がることで、把持部分が太くなったり、図22の
ように筒の中に空気圧で膨らむチュウブとそのチュウブ
の大きさに沿って筒の大きさが変わるようばねを取り付
ける等空気圧を制御することで、またはモータなど機械
的に力を加えることで、筒の中から外側へ広がること
で、太さや形状を変える事が考えられる。図23の場合
には、把持部の外周面を例えば3分割し、3個の分解境
界に対応して膨圧体を設けておくようにしている。そし
て当該膨圧体は、図示矢印のように、上記分解境界を割
り分けるように、図示しない例えばモータ手段などによ
って、伸縮可能に膨出しまた縮小するように制御され
る。これによって、把持部の太さを変える。
As a specific method of changing the thickness, for example, as shown in FIG. 21, the cylinder of the gripping portion made of a material such as shape memory is expanded so that the gripping portion becomes thicker, or as shown in FIG. By controlling the air pressure, such as by attaching a spring so that the size of the tube changes according to the size of the tube, and the tube that expands by air pressure in the tube, or by applying mechanical force such as a motor, the inside of the tube It is conceivable to change the thickness and shape by spreading out from the outside. In the case of FIG. 23, the outer peripheral surface of the grip portion is divided into, for example, three, and a bulge is provided corresponding to three disassembly boundaries. The inflatable body is controlled so as to expand and contract so as to be able to expand and contract by, for example, a motor means (not shown) so as to divide the disassembly boundary as indicated by an arrow in the figure. This changes the thickness of the grip.

【0093】利用方法としては、例えば仮想空間内に力
覚提示手段の前記把持部を投影した力覚受信オブジェク
ト、または操作者の手を投影した力覚受信オブジェクト
が接触する仮想オブジェクト等、それらの大きさや形に
応じて太さや形状を変えることが考えられる。
As a usage method, for example, a haptic reception object that projects the grip portion of the haptic presentation means in a virtual space, or a virtual object with which the haptic reception object that projects an operator's hand touches, is used. It is conceivable to change the thickness and shape according to the size and shape.

【0094】〔第4の実施形態〕図24は本発明の第4
の実施形態の構成図例である。図24における符号は図
3に対応しており、仮想力覚受信オブジェクト切替え手
段73が付加されている。
[Fourth Embodiment] FIG. 24 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is an example of a block diagram of embodiment. Reference numerals in FIG. 24 correspond to those in FIG. 3, and a virtual force sense receiving object switching means 73 is added.

【0095】仮想力覚受信オブジェクト切替え手段73
は、前記仮想力覚受信オブジェクトまたは前記仮想オブ
ジェクトの状態に応じて、前記仮想オブジェクトを前記
仮想力覚受信オブジェクトに、または前記仮想力覚受信
オブジェクトを仮想オブジェクトに、切替えることがで
きる。仮想力覚受信オブジェクトと仮想オブジェクトを
切替えることができることで、操作者の仮想の手を仮想
力覚受信オブジェクトに投影していたものを、操作者が
把持している把持部を仮想の指示棒の投影に切替えた
り、操作者が把持している把持部を投影している時、様
々な仮想オブジェクトを仮想力覚受信オブジェクトに逐
次切替えることが考えられる。
Virtual force sense receiving object switching means 73
Can switch the virtual object to the virtual haptic receiving object or the virtual haptic receiving object to the virtual object according to the state of the virtual haptic receiving object or the virtual object. By being able to switch between the virtual force sense receiving object and the virtual object, the projection of the virtual hand of the operator onto the virtual force sense receiving object can be changed to a grip portion held by the operator with a virtual pointing rod. When switching to projection or when projecting the gripping part held by the operator, various virtual objects may be sequentially switched to virtual force sense receiving objects.

【0096】具体的利用方法としては、操作者が把持し
ているものを様々に変えることで、例えば図25のよう
に様々な調理器具に投影し、仮想の包丁、仮想泡だて
器、仮想スプーンなどそれぞれのオブジェクト操作によ
る力覚を提示するバーチャルクッキングなどが考えられ
る。
As a specific usage method, by changing what the operator is holding, it is projected on various cooking utensils as shown in FIG. 25, for example, and a virtual kitchen knife, virtual whisk, virtual Virtual cooking that presents a sense of force by operating each object such as a spoon is conceivable.

【0097】[0097]

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、操
作者は動きの制限が少なく、自由に動き回わり自由に腕
を動かしながら、操作者への力覚提示が可能である。
As described above, according to the present invention, the operator can present a sense of force to the operator while restricting his or her movement and freely moving around and freely moving his arm.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の力覚提示手段の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of force sense presentation means of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態の概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態の構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図4】力覚装置の実施例である。FIG. 4 is an embodiment of a haptic device.

【図5】力覚装置の動作例1である。FIG. 5 is an operation example 1 of the haptic device.

【図6】力覚装置の動作例2である。FIG. 6 is an operation example 2 of the haptic device.

【図7】力覚装置の把持例である。FIG. 7 is an example of gripping the force sense device.

【図8】把持部位置座標である。FIG. 8 is a diagram showing grip position coordinates.

【図9】把持部の回転中心点を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a rotation center point of the gripping unit.

【図10】キャリブレーションの状況を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a state of calibration.

【図11】本発明の第1の実施例の処理の流れである。FIG. 11 is a flowchart of a process according to the first embodiment of the present invention.

【図12】第1の実施形態の具体的利用方法1である。FIG. 12 is a specific usage method 1 of the first embodiment.

【図13】第1の実施形態の利用例1である。FIG. 13 is a usage example 1 of the first embodiment.

【図14】第1の実施形態の利用方法2である。FIG. 14 is a usage method 2 of the first embodiment.

【図15】第1の実施形態の利用例2である。FIG. 15 is a usage example 2 of the first embodiment.

【図16】本発明の第2の実施形態の構成図である。FIG. 16 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図17】第2の実施形態の利用例1である。FIG. 17 is a usage example 1 of the second embodiment.

【図18】第2の実施形態の利用例2である。FIG. 18 is a usage example 2 of the second embodiment.

【図19】本発明の第2の実施例の処理の流れである。FIG. 19 is a flowchart of a process according to the second embodiment of the present invention.

【図20】本発明の第3の実施形態の構成図である。FIG. 20 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第3の実施形態の方法例1である。FIG. 21 is a method example 1 of the third embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第3の実施形態の方法例2である。FIG. 22 is a second example of the method according to the third embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第3の実施形態の方法例3である。FIG. 23 is a third method example of the third embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第4の実施形態の構成図である。FIG. 24 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.

【図25】第4の実施形態の利用方法である。FIG. 25 shows a method of using the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:把持部 2:可変長連結部 3:支点部 10:力覚提示手段 20:画像表示端末 30:仮想空間 40:仮想オブジェクト 50:仮想力覚受信オブジェクト 60:計測手段 61:把持部位置算出手段 62:力覚提示部検出手段 63:力覚受信部投影手段 64:仮想接触計算手段 65:連結部算出手段 66:連結部制御手段 67:仮想空間システム 68:画像表示端末装置 69:仮想空間制御手段 70:遠隔仮想空間反映手段 71:通信ネットワーク 72:把持形状制御部 73:仮想力覚受信オブジェクト切替え手段 1: grip part 2: variable length connecting part 3: fulcrum part 10: force sense presentation means 20: image display terminal 30: virtual space 40: virtual object 50: virtual force sense reception object 60: measuring means 61: grip part position calculation Means 62: Force sense presentation part detection means 63: Force sense reception part projection means 64: Virtual contact calculation means 65: Connection part calculation means 66: Connection part control means 67: Virtual space system 68: Image display terminal device 69: Virtual space Control means 70: Remote virtual space reflection means 71: Communication network 72: Holding shape control unit 73: Virtual force sense reception object switching means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 聡 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2C001 BA00 BC00 BC10 BD07 CA00 CA09 5E501 AC15 AC16 BA03 CA02 CA10 CC14 FA15 FA27 FA36  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Satoshi Ishibashi 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Nippon Telegraph and Telephone Corporation (reference) 2C001 BA00 BC00 BC10 BD07 CA00 CA09 5E501 AC15 AC16 BA03 CA02 CA10 CC14 FA15 FA27 FA36

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】仮想力覚受信オブジェクトと仮想オブジェ
クトとを仮想空間内に表現し、かつ前記仮想力覚受信オ
ブジェクトと前記仮想オブジェクトとの状態に応じて前
記仮想空間を制御するようにした仮想空間を表現する環
境において用いられ、 操作者が把持し力覚を提示する把持部と、操作者に取り
付け前記把持部より複数本のワイヤーによって直線的に
張られた複数個の支点からなる支点部と、前記把持部か
ら前記支点部に張られた前記ワイヤー長を変化させ前記
支点部に対する前記把持部の位置を変化させることが可
能な可変長連結部とを有する力覚提示手段を備えると共
に、 前記把持部から前記支点部に張られた前記可変長のワイ
ヤーの長さを計測する計測手段と、 前記計測手段より計測されたワイヤーの長さに応じて、
前記支点部に対する前記把持部の少なくとも位置と向き
とを計算する把持部位置算出手段と、 前記力覚提示手段の少なくとも位置と向きとを検出する
力覚提示部検出手段と、 前記把持部位置算出手段または前記力覚提示部検出手段
により算出された少なくとも位置と向きとに応じて、前
記力覚提示手段の前記把持部を前記仮想空間に前記仮想
力覚受信オブジェクトとして、および/または前記把持
部を把持している操作者または操作者の身体の一部を前
記仮想空間に前記仮想力覚受信オブジェクトとして、投
影する力覚受信部投影手段と、 前記仮想力覚受信オブジェクトと前記仮想オブジェクト
との状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する
仮想接触計算手段と、 前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて、前記力覚提
示手段の可変長連結部のワイヤー長を算出する連結部算
出手段と、 前記連結部算出手段により算出されたワイヤー長より、
またはワイヤー長を制御することができる連結部制御手
段と、 を備えたことを特徴とする力覚提示装置。
1. A virtual space in which a virtual force sense receiving object and a virtual object are expressed in a virtual space, and the virtual space is controlled according to a state of the virtual force sense receiving object and the virtual object. And a fulcrum portion that is held by the operator and presents a sense of force, and a fulcrum portion that is attached to the operator and includes a plurality of fulcrums linearly stretched by a plurality of wires from the gripping portion. A force sense presentation unit having a variable length connection unit that can change the length of the wire stretched from the grip unit to the fulcrum unit and change the position of the grip unit with respect to the fulcrum unit; Measuring means for measuring the length of the variable-length wire stretched from the grip portion to the fulcrum, and according to the length of the wire measured by the measuring means,
Grip part position calculating means for calculating at least the position and direction of the grip part with respect to the fulcrum part; force sense presenting part detecting means for detecting at least the position and direction of the force sense presenting means; and grip part position calculation The gripping portion of the haptic presentation unit in the virtual space as the virtual haptic reception object, and / or the gripping unit in accordance with at least the position and the orientation calculated by the haptic presentation unit detecting unit. A force sense receiving unit projecting means for projecting the operator or a part of the body of the operator holding the object as the virtual force sense receiving object in the virtual space, and the virtual force sense receiving object and the virtual object Virtual contact calculating means for calculating a virtual contact state between the two in accordance with the state; and A connecting portion calculating means for calculating the wire length of the variable length connecting portion, and from the wire length calculated by the connecting portion calculating means,
Or a connection control means capable of controlling a wire length.
【請求項2】請求項1において、前記力覚提示手段が、
前記仮想力覚受信オブジェクトまたは前記仮想オブジェ
クトの状態に応じて、前記把持部の太さ又は形状を制御
する把持形状制御部を備えていることを特徴とする力覚
提示装置。
2. The force sense presentation means according to claim 1,
A haptic device, comprising: a grip shape control unit configured to control a thickness or a shape of the grip unit according to a state of the virtual haptic reception object or the virtual object.
【請求項3】請求項1または2において、前記仮想力覚
受信オブジェクトまたは前記仮想オブジェクトの状態に
応じて、前記仮想オブジェクトを前記仮想力覚受信オブ
ジェクトに切替えまたは前記仮想力覚受信オブジェクト
を仮想オブジェクトに切替えることができる仮想力覚受
信オブジェクト切替え手段を備えていることを特徴とす
る力覚提示装置。
3. The virtual haptic reception object according to claim 1, wherein the virtual haptic reception object is switched to the virtual haptic reception object or the virtual haptic reception object is switched to a virtual object according to a state of the virtual haptic reception object or the virtual object. A haptic device, comprising: a virtual haptic reception object switching unit capable of switching to a haptic device.
【請求項4】仮想力覚受信オブジェクトと仮想オブジェ
クトとを仮想空間内に表現する画像表示端末装置、及び
前記仮想力覚受信オブジェクトと前記仮想オブジェクト
との状態に応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御
手段を有する仮想空間システムにおいて、 操作者が把持し力覚を提示する把持部と、操作者に取り
付け前記把持部より複数本のワイヤーによって直線的に
張られた複数個の支点からなる支点部と、前記把持部か
ら前記支点部に張られた前記ワイヤー長を変化させ前記
支点部に対する前記把持部の位置を変化させることが可
能な可変長連結部とを有する力覚提示手段と、 前記把持部から前記支点部に張られた前記可変長のワイ
ヤーの長さを計測する計測手段と、 前記計測手段より計測されたワイヤーの長さに応じて、
前記支点部に対する前記把持部の少なくとも位置と向き
とを計算する把持部位置算出手段と、 前記力覚提示手段の少なくとも位置と向きとを検出する
力覚提示部検出手段と、 前記把持部位置算出手段または前記力覚提示部検出手段
により算出された少なくとも位置と向きとに応じて、前
記力覚提示手段の前記把持部を前記仮想空間に前記仮想
力覚受信オブジェクトとして、および/または前記把持
部を把持している操作者または操作者の身体の一部を、
前記仮想空間に前記仮想力覚受信オブジェクトとして、
投影する力覚受信部投影手段と、 前記仮想力覚受信オブジェクトと前記仮想オブジェクト
との状態に応じて、該両者間の仮想接触状態を計算する
仮想接触計算手段と、 前記仮想接触計算手段の計算結果に応じて、前記力覚提
示手段の可変長連結部のワイヤー長を算出する連結部算
出手段と、 前記連結部算出手段により算出されたワイヤー長より、
またはワイヤー長を制御することができる連結部制御手
段と、 を備えたことを特徴とする仮想空間システム。
4. An image display terminal device for representing a virtual force sense receiving object and a virtual object in a virtual space, and a virtual device controlling the virtual space according to a state of the virtual force sense receiving object and the virtual object. In a virtual space system having space control means, a fulcrum comprising a gripper gripped by an operator and presenting a sense of force, and a plurality of fulcrums attached to the operator and linearly stretched by a plurality of wires from the gripper. A force sense presentation unit having a unit and a variable length connection unit that can change the length of the wire stretched from the grip unit to the fulcrum unit and change the position of the grip unit with respect to the fulcrum unit; Measuring means for measuring the length of the variable-length wire stretched from the grip portion to the fulcrum, and according to the length of the wire measured by the measuring means,
Grip part position calculating means for calculating at least the position and direction of the grip part with respect to the fulcrum part; force sense presenting part detecting means for detecting at least the position and direction of the force sense presenting means; and grip part position calculation The gripping part of the haptic presentation unit in the virtual space as the virtual haptic reception object, and / or the gripping unit, in accordance with at least the position and the orientation calculated by the haptic presentation unit detecting means. The operator or a part of the operator's body
As the virtual force receiving object in the virtual space,
Haptic receiving unit projecting means for projecting, Virtual contact calculating means for calculating a virtual contact state between the virtual haptic receiving object and the virtual object according to a state of the virtual object, and calculation by the virtual contact calculating means According to the result, a connection part calculation means for calculating the wire length of the variable length connection part of the force sense presentation means, From the wire length calculated by the connection part calculation means,
Or a connection part control means capable of controlling a wire length, a virtual space system comprising:
【請求項5】請求項4において、前記仮想空間システム
がさらに遠隔仮想空間反映手段を備え、該遠隔仮想空間
反映手段が、通信ネットワークを介して他の仮想空間シ
ステムから送られてくる前記仮想オブジェクトを前記仮
想空間に表現すると共に、前記仮想力覚受信オブジェク
トおよび/または前記仮想オブジェクトを前記通信ネッ
トワークを介して前記他の仮想空間システムに仮想オブ
ジェクトとして送信することを特徴とする仮想空間シス
テム。
5. The virtual object according to claim 4, wherein said virtual space system further comprises remote virtual space reflection means, wherein said remote virtual space reflection means is transmitted from another virtual space system via a communication network. In the virtual space, and transmitting the virtual haptic reception object and / or the virtual object to the other virtual space system as a virtual object via the communication network.
【請求項6】前記力覚提示手段が、前記仮想力覚受信オ
ブジェクトまたは前記仮想オブジェクトの状態に応じ
て、前記把持部の太さ又は形状を制御する把持形状制御
部を備えていることを特徴とする請求項4または5のい
ずれか記載の仮想空間システム。
6. The haptic presentation unit includes a grip shape control unit that controls a thickness or a shape of the grip unit according to a state of the virtual haptic reception object or the virtual object. The virtual space system according to claim 4, wherein
【請求項7】前記力覚提示手段が、前記仮想力覚受信オ
ブジェクトまたは前記仮想オブジェクトの状態に応じ
て、前記仮想オブジェクトを前記仮想力覚受信オブジェ
クトに切替えまたは前記仮想力覚受信オブジェクトを仮
想オブジェクトに切替えることができる仮想力覚受信オ
ブジェクト切替え手段を備えていることを特徴とする請
求項4または5または6のいずれか記載の仮想空間シス
テム。
7. The haptic presentation means switches the virtual object to the virtual haptic reception object or switches the virtual haptic reception object to a virtual object according to the state of the virtual haptic reception object or the virtual object. 7. The virtual space system according to claim 4, further comprising a virtual force sense receiving object switching unit capable of switching to a virtual force sense receiving object.
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