JP2006185252A - インタフェース装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、使用者の手に取り付けられた本体への自己投射を可能とし、この本体を介してインタフェースを行う装置を提供しようとするものである。
【解決手段】
本体１１は、使用者Ａの手を覆う構成となっている。本体１１は、擬人化した形状となっており、これによって、自己投射可能とされている。
提示部は、使用者Ａの身体の位置に対応した、本体の位置において、使用者Ａへの感覚提示を行う構成となっている。
さらに、本体１１と同期して動くアバタ６を表示してもよい。本体１１は、アバタ６を表示することにより自己投射可能な構成となっていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンピュータ等の機器と操作者とのインタフェースを提供するための装置に関するものである。

近年のインターネットの普及によって、テレコミュニケーションを行う機会が増加している。電子掲示板や電子メール、チャット以外にも、コンピュータによって生成された自分の似姿であるアバタを用いた空間共有型テレコミュニケーションも広まってきている（非特許文献１）。空間共有型テレコミュニケーションは、物理的な空間を越えて人と人との出会いを提供し、かつてないスタイルの人間関係を生み出す新しいエンタテインメントになりうるものである。

一方、ロボットをインタフェースとして用いるRUI（Robotic User Interface）という概念が最近提案されている（非特許文献２）。従来のRUIは、保持型と呼ばれており、ロボットを両手で持って扱うものであった。非特許文献２に示されるRUI（商品名：「RobotPHONE」）は、遠隔間でロボットを形状同期させて、ゼスチャーによるコミュニケーションを行うシステムである。非特許文献２の技術は、ロボットを、コンピュータによって生成されたCGモデル（いわゆる「アバタ」）と同期させることで、コンピュータに対するインタフェースとしてロボットを用いることが主眼となっている。

ところで、実際の人間の感覚器ではなく投射された自己に刺激を加えることで感覚を提示するインタフェース装置は、従来は知られていない。
松尾太加志;コミュニケーションの心理学,ナカニシヤ出版,1999 関口大陸,稲見昌彦,舘▲すすむ▼;オブジェクト指向型テレイグジスタンスによるロボティックユーザインタフェース -形状共有システムの提案と試験的実装-,インタラクティブシステムとソフトウェア VIII: 日本ソフトウェア科学会, 近代科学社, pp.51-56, 2000

本発明は、前記の状況に鑑みてなされたもので、使用者の手に取り付けられた本体への自己投射を可能にし、この本体を介して感覚提示するインタフェース装置を提供しようとするものである。

請求項１のインタフェース装置は、本体と提示部とを備えている。前記本体は、使用者の手を覆う構成となっている。さらに、前記本体は、自己投射可能な構成とされている。前記提示部は、前記使用者の身体の位置に対応した、前記本体の位置において、前記使用者への感覚提示を行う構成となっている。

請求項２のインタフェース装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記本体自体を擬人化した形状とすることにより、前記本体が、前記自己投射可能な構成とされている。

請求項３のインタフェース装置は、請求項１又は２に記載のものにおいて、さらに表示部を備えている。この表示部は、前記本体と同期して動くアバタを表示する構成となっている。前記本体は、前記表示部が前記アバタを表示することにより、前記自己投射可能な構成とされている。

請求項４記載の通信システムは、請求項１〜３のいずれか１項記載の構成を有する複数のインタフェース装置と、これらのインタフェース装置相互の通信を可能にするネットワークとを備えている。前記インタフェース装置は、さらに、操作者が本体に加えた感覚を検出する検出部を備えている。このシステムは、一方のインタフェース装置で検出された感覚を、前記ネットワークを介して他のインタフェース装置に送信して、前記他のインタフェース装置の提示部により提示するものとなっている。

本発明によれば、使用者の手に取り付けられた本体への自己投射が可能であり、このため、本体を介して感覚提示するインタフェース装置を提供することができるという効果を有する。

（実施形態の構成）
本発明の一実施形態に係るインタフェース装置及びこの装置を用いた通信システムの構成を、添付図面を参照して説明する。

本実施形態の通信システムは、第１インタフェース装置１と、第２インタフェース装置２と、サーバ３と、これらの間の相互通信を可能にするネットワーク４とを備えている。なお、このシステムは、さらに他の（つまり第ｎの）インタフェース装置（つまりユーザ）を備えていても良いが、以下では二つのインタフェース装置を前提として説明する。また、本実施形態におけるネットワーク４としては例えばインターネットであるが、他のプロトコルを用いたネットワークであっても良い。

第１インタフェース装置１と第２インタフェース装置２とは、ほぼ同様に構成されているので、以下においては第１インタフェース装置１の構成を説明する。

第１インタフェース装置１は、本体１１と、圧覚提示部１２と、力覚提示部１３と、圧覚検出部１４と、位置検出部１５と、ＣＰＵ１６と、表示部１７と、力学シミュレータ１８とを備えている。なお、図１では、本体１１と表示部１７のみを示しており、他の要素については図１１等を用いて後述する。また、本実施形態では、圧覚提示部１２と力覚提示部１３とが、本発明における提示部に対応しているが、他の感覚を提示する提示部を用いることもできる。さらに、圧覚提示部１２と力覚提示部１３のいずれかのみを用いることも可能である。同様に、圧覚以外の感覚を検出する検出部を設けても良い。なお、圧覚検出部１４が本発明における検出部に対応している。

第１インタフェース装置１の本体１１は、使用者Ａの手（図示の例では右手）５を覆う構成となっている（図２及び図３参照）。また、本体１１は、この本体１１自体を擬人化した形状となっている。図示例では、動物を模した形状となっている。これにより、前記本体は、自己投射可能な構成となっている。ここで、自己投射可能とは、「使用者の身体を対象物に投射して認識することが可能」という意味である。したがって、本体１１の形状としては、各種の動物又は人間を模した形状とすることができる。この実施形態では、使用者Ａの手５における親指と小指が、本体１における右手と左手とに収納されている。また、手５における残りの三本の指が、本体１における頭部に収納されている。本実施形態の例では、親指を右手、小指を左手、残りの指を頭部、手の甲を背中、手のひらを腹として自己投射することが可能となる。もちろん、本体１１としては、身体の全部を自己投射する必要はなく、身体の一部を自己投射できればよい。

圧覚提示部１２及び圧覚検出部１４は、図４及び図５に概念的に示すように、本体１の内面の、ほぼ全面にわたって、積層して配置されている。また、圧覚提示部１２及び圧覚検出部１４は、人差し指と中指と薬指とを覆うようにさらに配置しても良い。さらに、圧覚提示部１２及び圧覚検出部１４は、親指又は小指を個別に覆うようにさらに配置しても良い。圧覚提示部１２及び圧覚検出部１４の詳細な構造の例を図６に示す。

圧覚提示部１２は、コイル１２１と、磁石１２２と、駆動回路１２３とを備えている。駆動回路はＣＰＵ１６に接続されており、ＣＰＵ１６からの指令によりコイル１２１に通電するようになっている。磁石１２２は、コイル１２１への通電により、図６において上下に移動するようになっている。これにより、圧覚提示部１２は、使用者Ａの手５に対して圧覚を提示することができるようになっている。圧覚提示部１２としては、圧電素子を用いて構成することもできる。

圧覚検出部１４は、感圧樹脂１４１と、電極１４２と、増幅回路１４３とを備えている。感圧樹脂１４１の出力は、電極１４２、増幅回路１４３を介してＣＰＵ１６に入力されるようになっている。本実施形態では、これにより、使用者Ａにおける他の手（図示例では左手）が本体１を撫でたり触れたりしたときの感覚（圧覚）を取得できるようになっている。もちろん、本体１１の内部における手５を動かすことにより生じる圧覚を取得することも可能である。

位置検出部１５は、ポテンショメータ１５１（図７及び８参照）と、３Ｄモーションセンサ１５２（図９参照）と、ポテンショメータ内蔵の小型ギアドモータ１５３とを備えている。

ポテンショメータ１５１は、指の動きに応じて異動する可動体１５１ａの移動角度を検出できるようになっている。

３Ｄモーションセンサ１５２は、手５の（すなわち本体１１の）、空間中での位置や傾斜角度を検出できるようになっている。このようなセンサは周知なので詳細な構造についての説明を省略する。なお、本明細書においては、単に「位置」と称する場合は、原則として、角度又は姿勢をも含む概念で用いる。

ギアドモータ１５３は、手５の親指側と小指側とにそれぞれ配置されている。これらのギアドモータ１５３の構造はほぼ同じなので、親指側のものについて説明する。ギアドモータ１５３は、親指に取り付けられた可動片１５３ａを駆動し、かつ、駆動量を検出できるようになっている。そのようなギアドモータはよく知られているので詳細な説明は省略する。なお、本実施形態では、ギアドモータ１５３は、力覚提示部１３を兼ねている。

ＣＰＵ１６の動作は、システムの動作として後述する。

表示部１７は、図１０及び図１１に示すように、ＣＧジェネレータ１７１と、アプリケーションソフト１７２と、モニタ１７３とを備えている。これらの動作も後述する。

さらに、本実施形態では、力学シミュレータ１８を備えることができる。力学シミュレータ１８は、次の動作を行うようになっている。
・本体１１に備えられた各機能要素の制御データにおける初期値の保持、及び、システム動作後に取得する各制御データの補正
・各制御データとＣＧで生成されたアバタのデータとの間での変換
サーバ３は、ネットワーク４を介して取得した、各インタフェース装置からのデータを取得し、各インタフェース装置への制御指令を送るようになっている。

次に、本実施形態に係るシステムの動作を、図１２を主に参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、第１インタフェース装置１を主体として説明する。第１とするか第２とするかは相対的な関係であるから、第２インタフェース装置２を主体とした説明は省略する。

（ステップ１２−１）
まず、第１インタフェース装置１の本体１１を、操作者Ａの手５により動かす。また、操作者Ａは、本体１１の外表面に触れる。このとき、圧覚検出部１４と位置検出部１５は、本体１１の各部の圧覚や位置を検出する。使用者は、自己の身体（あるいは相手の身体）を本体１１に投写して本体１１に触れたり、これを動かすことができる。したがって、本体１１の各部の圧覚や位置は、本体１１自体の情報であるとともに、本体１１に投写された身体に対する情報にもなっている。

（ステップ１２−２）
検出された各制御データは、ＣＰＵ１６に送られる。ＣＰＵ１６は、これらのデータを力学シミュレータ１８に送る。したがって、本実施形態によれば、操作者Ａが本体１１に与えた圧覚や力覚等の感覚を、コンピュータに入力することができる。

（ステップ１２−３）
力学シミュレータ１８は、読み込んだ制御データと初期状態のデータとを比較して、データの補正を実施する。その結果は、表示部１７のＣＧジェネレータ１７１に送られる。

（ステップ１２−４）
ＣＧジェネレータ１７１は、補正されたデータを用いて、アバタをＣＧで生成するためのデータを得る。つまり、データの変換を行う。

（ステップ１２−５）
さらに、ＣＧジェネレータ１７１は、ＣＧとしてのアバタを生成して、そのデータをアプリケーションソフト１７２に送る。

（ステップ１２−６）
アプリケーションソフト１７２は、その中でのアバタの状態を計算する。その結果得られたアバタの状態は、モニタ１７３に送られて表示される。つまり、本体１１と同期して動くアバタ６（図１０参照）を表示することができる。

（ステップ１２−７）
ついで、第１インタフェース装置１は、Ｉ／Ｆ及びネットワーク４を介して第２インタフェース装置２にアバタ用データを送信する。

（ステップ１２−８）
ついで、第２インタフェース装置２は、Ｉ／Ｆを介して、ステップ１２−７において送られたアバタ用データを受け取る。

（ステップ１２−９）
ついで、第２インタフェース装置２のＣＧジェネレータは、アバタ用データからアバタを生成し、それを、第２インタフェース装置２のアプリケーションソフトに送信する。

（ステップ１２−１０）
第２インタフェース装置２のアプリケーションソフトは、アプリケーションソフト内でのアバタの状態を計算し、さらに、計算結果に基づいて、アバタを、第２インタフェース装置２のモニタに表示する。

（ステップ１２−１１及び１２）
第２インタフェース装置２の力学シミュレータは、アプリケーションソフトで計算されたアバタの状態に基づいて、第２インタフェース装置２における圧覚提示部及び力覚提示部への制御データを生成する。さらに、力学シミュレータは、この制御データを第２インタフェース装置２における圧覚提示部及び力覚提示部に送り、第２インタフェース装置２における感覚（圧覚及び力覚）を、第２インタフェース装置の使用者Ｂに提示する。

本実施形態では、第１インタフェース１の本体１１に与えられた圧覚や力覚等の感覚を、ネットワーク４を介して第２インタフェース装置２に送ることができる。第２インタフェース２では、本体１１の圧覚提示部部１２や力覚提示部１３を介して、他の操作者（例えば離間地にいる操作者）Ｂに感覚を提示することができる。操作者Ｂは、本体から自分に加えられた刺激又は本体各部の位置を、自己投射して受け取ることができる。本実施形態の例では、次のような対応関係で、本体での刺激又は位置の情報を、自分（又は相手）の身体の情報として受け取ることができる。
親指→右手
小指→左手
残りの指→頭部
手の甲→背中
手のひら→腹

（ステップ１２−１３）
第２インタフェース装置２は、Ｉ／Ｆ及びネットワーク４を介して、第１インタフェース装置１に対して、第２インタフェース装置２における制御データを送信する。

（ステップ１２−３〜１２−６）
ついで、第１インタフェース装置１は、前記したステップ１２−３〜１２−６の動作を行う。

（ステップ１２−１４）
ついで、第１インタフェース装置１は、ステップ１２−６で得られたデータを用いて、第１インタフェース装置１に備えられた圧覚提示部１２及び力覚提示部１３により、使用者Ａに対して、圧覚及び力覚を提示することができる。

第１インタフェース装置１においても、第１インタフェース１の本体１１から自分に加えられた刺激又は本体１１各部の位置を、自己投射して受け取ることができる。本体１１の各部と身体との関係は前記した通りである。

以降の動作は前記から明らかなので説明を省略する。また、ステップ１２−１における操作を第２インタフェース装置２から開始した場合の動作も、前記から明らかなので説明を省略する。

本実施形態のインタフェース装置を用いた通信システムによれば、多数ユーザが、本体又はアバタを介して、相互のコミュニケーションや、仮想空間の共有を行うことができる。また、この通信システムによれば、本体を介した身体的感覚提示によって、空間共有型のテレコミュニケーションが可能になる。

なお、前記実施形態の説明においては、本体１１を、自己投射性の高い形状としている。しかしながら、本体１１を、単なる手袋状（つまり自己投射性の低い形状）とすることも可能である。この場合であっても、表示部１７において表示されるアバタ６を、自己投射可能な形状とすることにより、本体１１における刺激又は位置を、使用者の身体の対応箇所における刺激又は位置と認識することができる。また、この対応に基づいて、身体における位置又は刺激の情報を、本体１１を用いてコンピュータに入力することも可能である。

また、前記実施形態では、複数のインタフェース装置の間で通信を行う構成としているが、インタフェース装置を単独で用いることもできる。例えば、コンピュータへの入力又はコンピュータからの出力のために前記したインタフェース装置を用いることもできる。この場合も、本体に自己投射した入力又は出力が可能である。以下においては、通信システムを前提とせず、コンピュータのインタフェースとして本実施形態の第１インタフェース装置を用いる場合の処理手順の例を、図１３を用いて概略的に説明する。

（ステップ１３−１）
まず、本体１１の位置を操作者の手５により動かす。また、操作者が本体１１の表面に触れる。

（ステップ１３−２）
本体１１の圧覚検出部１４と位置検出部１５は、本体１１の各部の圧覚や位置を検出する。使用者は、自己の身体（あるいは表示部１７に表示されたアバタの身体）を本体１１に投写して本体１１に触れたり、これを動かすことができる。したがって、本体１１の各部の圧覚や位置は、本体１１自体の情報であるとともに、本体１１に投写された身体に対する情報にもなっている。検出された各制御データは、コンピュータに送られる。

（ステップ１３−３）
コンピュータは、これらの制御データ（センサ値）を受け取る。

（ステップ１３−４）
さらに、コンピュータは、受け取った制御データと初期状態のデータとを比較して、アバタ形状の計算を行う。

（ステップ１３−５）
さらに、コンピュータは、アバタとＶＲ環境の干渉の有無を計算する。

（ステップ１３−６）
ステップ１３−５において干渉があれば、反力計算を行う。

（ステップ１３−７）
ステップ１３−５において干渉がない場合は、圧覚提示部１２や力覚提示部１３における制御値を計算する。ステップ１３−６における反力計算を行った後も同様の計算を行う。

（ステップ１３−８）
ついで、コンピュータは、ステップ１３−７で得られた制御値を本体１１に送る。

（ステップ１３−９及び１０）
本体１１は、送られた制御値を受信し、制御値に従って、圧覚提示部１２や力覚提示部１３を制御する。

（ステップ１３−１１及び１２）
コンピュータ及び本体１１は、終了信号の有無に従って、前記の動作を繰り返すか、又は、動作を終了する。

さらに、前記実施形態では、各インタフェース装置が、感覚の提示と検出とを行う構成としたが、提示又は検出のみを行う構成としても良い。

なお、本発明の装置及び方法は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えることができる。

例えば、前記した各構成要素は、機能ブロックとして存在していればよく、独立したハードウエアとして存在しなくても良い。また、実装方法としては、ハードウエアを用いてもコンピュータソフトウエアを用いても良い。さらに、本発明における一つの機能要素が複数の機能要素の集合によって実現されても良く、本発明における複数の機能要素が一つの機能要素により実現されても良い。

また、機能要素は、物理的に離間した位置に配置されていてもよい。この場合、機能要素どうしがネットワークにより接続されていても良い。

本発明の一実施形態に係るインタフェース装置を用いた通信システムの全体的な構成を説明するための説明図である。 第１インタフェース装置を手に装着した状態を示す説明図である。 図２の背面図である。 本体１の断面構造を説明するための概略的な説明図である。 本体１の構造を説明するために、その一部を剥離させた状態での説明図である。 圧覚提示部及び圧覚検出部の構造を説明するための概略的な横断面図である。 位置検出部の構造を説明するための説明図である。 位置検出部の構造を説明するための説明図である。 位置検出部及び力各提示部の構造を説明するための説明図である。 ＣＧによりアバタを表示した状態を示す説明図である。 第１インタフェース装置における各機能要素を示すブロック図である。 通信システムを用いて圧覚等の感覚を伝達する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明のインタフェース装置を用いてコンピュータとのインタフェースを行う場合の手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ａ・Ｂ 操作者
１ 第１インタフェース装置
１１ 本体
１２ 圧覚提示部（提示部）
１２１ コイル
１２２ 磁石
１２３ 駆動回路
１３ 力覚提示部（提示部）
１４ 圧覚検出部
１４１ 感圧樹脂
１４２ 電極
１４３ 増幅回路
１５ 位置検出部（検出部）
１５１ ポテンショメータ
１５１ａ 可動板
１５２ ３Ｄモーションセンサ
１５３ ギアドモータ
１５３ａ 可動片
１６ ＣＰＵ
１７ 表示部
１７１ ＣＧジェネレータ
１７２ アプリケーションソフト
１７３ モニタ
１８ 力学シミュレータ
２ 第２インタフェース装置
３ サーバ
４ ネットワーク
５ 手
６ アバタ

Claims (4)

1. 本体と提示部とを備え、
   前記本体は、使用者の手を覆う構成となっており、
   さらに、前記本体は、自己投射可能な構成とされており、
   前記提示部は、前記使用者の身体の位置に対応した、前記本体の位置において、前記使用者への感覚提示を行う構成となっている
   ことを特徴とするインタフェース装置。
2. 前記本体は、前記本体自体を擬人化した形状とすることにより、前記自己投射可能な構成とされていることを特徴とする請求項１に記載のインタフェース装置。
3. さらに表示部を備え、この表示部は、前記本体と同期して動くアバタを表示する構成となっており、前記本体は、前記表示部が前記アバタを表示することにより、前記自己投射可能な構成とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインタフェース装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の構成を有する複数のインタフェース装置と、これらのインタフェース装置相互の通信を可能にするネットワークとを備え
   前記インタフェース装置は、さらに、操作者が本体に加えた感覚を検出する検出部を備え、
   一方のインタフェース装置で検出された感覚を、前記ネットワークを介して他のインタフェース装置に送信して、前記他のインタフェース装置の提示部により提示する
   ことを特徴とする通信システム。
   

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