JP2011159110A - 力覚提示方法および力覚提示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動手段12が、使用者1の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数で振動するよう構成され、使用者1に振動を与える。運動情報取得手段13が、所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得する。運動情報取得手段13は、画面上の仮想物体、使用者1の身体部位、または、使用者1が保持する物体の運動情報を取得する。制御手段14が、運動情報取得手段13で取得した運動情報の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう、振動手段12を制御する。
【選択図】図4
Description
皮膚への振動刺激によって機械受容器を活動させることにより、使用者に操作対象の質量や粘性などを錯覚させることができることを実証するための実験を行った。
図1に示すように、実験装置100は、一軸のアーム101と6軸力・トルクセンサ102と積層型圧電素子103と、それらを駆動・制御するためのアンプ、ドライバ、コントローラから成る駆動機構(図示せず)とを有している。
まず、機械インピーダンスの粘性が増減する錯覚を生じさせる実験を行った。錯覚刺激の原理に基づくと、粘性の錯覚を生じさせるためには、手の速度に同期させて皮膚の機械受容器を刺激すればよい。このことから、振幅A(t)が定数である(1)式に示す刺激、ならびに、アーム101の速度x’(t)に同期して、振幅A(t)が変化する(2)式および(3)式に示す刺激を評価者に与えた。
比較刺激として、以下の6種類を用意した。
刺激1:インピーダンス制御の粘性が増加した刺激
m=0.2 kg、c=0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は(1)式
刺激2:インピーダンス制御の粘性が増加し、かつ粘性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.2 kg、c=0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は(2)式
刺激3:インピーダンス制御の粘性が増加し、かつ粘性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.2 kg、c=0.62〜0.7 Ns/m、振動刺激は(3)式
刺激4:インピーダンス制御の粘性が減少する刺激
m=0.2 kg、c=0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は(1)式
刺激5:インピーダンス制御の粘性が減少し、かつ粘性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.2 kg、c=0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は(2)式
刺激6:インピーダンス制御の粘性が減少し、かつ粘性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.2 kg、c=0.18〜0.34 Ns/m、振動刺激は(3)式
次に、機械インピーダンスの慣性が増減する錯覚を生じさせる実験を行った。錯覚刺激の原理に基づくと、慣性の錯覚を生じさせるためには、手の加速度に同期させて皮膚の機械受容器を刺激すればよい。このことから、振幅A(t)が定数である(1)式に示す刺激、ならびに、アーム101の加速度x”(t)に同期して、振幅A(t)が変化する(4)式および(5)式に示す刺激を評価者に与えた。
比較刺激として、以下の6種類を用意した。
刺激7:インピーダンス制御の慣性が増加した刺激
m=0.225〜0.265 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(1)式
刺激8:インピーダンス制御の慣性が増加し、かつ慣性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.225〜0.265 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(4)式
刺激9:インピーダンス制御の慣性が増加し、かつ慣性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.225〜0.265 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(5)式
刺激10:インピーダンス制御の慣性が減少する刺激
m=0.16〜0.185 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(1)式
刺激11:インピーダンス制御の慣性が減少し、かつ慣性が増加したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.16〜0.185 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(4)式
刺激12:インピーダンス制御の慣性が減少し、かつ慣性が減少したように錯覚する
触刺激が与えられた刺激
m=0.16〜0.185 kg、c=0.5 Ns/m、振動刺激は(5)式
図4乃至図6は、第1の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置を示している。なお、第1の本発明の実施の形態の力覚提示方法は、第1の本発明の実施の形態の力覚提示装置により実施される。
図5に示すように、力覚提示装置10は、ゲームを行うときに、使用者1が手に持って使用するものである。図5(a)に示すように、使用者1が、ゲーム中のキャラクタやオブジェクトを操作するために、力覚提示装置10を動かすと、図6に示すように、運動情報取得手段13(位置・姿勢計測ユニット)により、その位置、速度、加速度、および、姿勢情報から成る運動情報が計測される(ステップ51)。
運動情報取得手段23は、タッチスクリーンから成り、ケーシング21の表面に設けられている。運動情報取得手段23は、タッチスクリーン上に表示されたオブジェクト2をドラッグ操作したときの、そのオブジェクト2の位置、速度、加速度から成る運動情報を計測可能になっている。
第2の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置20は、使用者1に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、使用者1がタッチスクリーン上に表示された仮想物体であるオブジェクト2をドラッグ操作した際の、オブジェクト2の仮想的な質量や粘性などの力覚を、使用者1に容易に伝えることができる。これにより、タッチスクリーン上の仮想物体の運動の臨場感を、使用者1に伝えることができる。
ディスプレイ37は、ケーシング31の表面の上部から中央部に設けられ、カーソル3等を表示可能になっている。
ポインティング・スティック38は、ケーシング31の表面下部のディスプレイ37の下方に設けられ、ディスプレイ37に表示されたカーソル3を移動可能になっている。
運動情報取得手段13は、ポインティング・スティック38によりディスプレイ37に表示されたカーソル3を操作したときの、カーソル3の位置、速度、加速度から成る運動情報を計測可能になっている。
第3の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置30は、ポインティング・スティック38を介して使用者1の手に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、使用者1がディスプレイ37に表示されたカーソル3を操作したときの、カーソル3またはカーソル3と連動する仮想オブジェクト2の仮想的な質量や粘性などの力覚を、使用者1に容易に伝えることができる。これにより、ディスプレイ37上の仮想物体の運動の臨場感を、使用者1に伝えることができる。
身体固定用ベルト49は、環状で、使用者1の腕や足に固定可能に、ケーシング41に設けられている。
第4の本発明の実施の形態の力覚提示方法および力覚提示装置40は、使用者1に振動を与えることにより機械受容器を活動させ、適切な運動時の質量や粘性などの力覚を、使用者1に容易に伝えることができる。これにより、使用者1に手足が重くなったり,軽くなったりしたような錯覚を与えることができ、適切に運動を行ったときの運動感覚を使用者1に伝えることができる。また、振動刺激によって擬似的な力覚による運動負荷を与えることにより、トレーニングやリハビリテーションに使用することができる。また、他の用途として、例えば、ジェスチャ入力等のリモートコントローラを使用しないインタフェース装置の感覚フィードバックによる操作感の向上や、それを用いた体感ゲームなどにも使用することができる。
2 オブジェクト
3 カーソル
10、20、30、40 力覚提示装置
11、21、31、41 ケーシング
12 振動手段
13、23 運動情報取得手段
14 制御手段
15 通信手段
16 操作ボタン
37 ディスプレイ
38 ポインティング・スティック
49 身体固定用ベルト
Claims (8)
- 所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得し、使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、取得した前記運動情報に基づいて制御した振動を前記使用者に与えることを、特徴とする力覚提示方法。
- 前記対象は画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体であることを、特徴とする請求項1記載の力覚提示方法。
- 前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅を増減させた振動を前記使用者に与えることを、特徴とする請求項1または2記載の力覚提示方法。
- 前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数を有する振動を前記使用者に与えることを、特徴とする請求項1、2または3記載の力覚提示方法。
- 使用者に振動を与える振動手段と、
所定の対象の速度および加速度のうち少なくともいずれか一つを含む運動情報を取得する運動情報取得手段と、
前記使用者に粘性または慣性のうち少なくともいずれか一方の力覚を提示するよう、前記運動情報取得手段で取得した前記運動情報に基づいて、前記振動手段を制御する制御手段とを、
有することを特徴とする力覚提示装置。 - 前記運動情報取得手段は、画面上の仮想物体、前記使用者の身体部位、または、前記使用者が保持する物体の運動情報を取得することを、特徴とする請求項5記載の力覚提示装置。
- 前記制御手段は前記対象の速度または加速度の増減に応じて振幅が増減するよう前記振動手段を制御することを、特徴とする請求項5または6記載の力覚提示装置。
- 前記制御手段は前記使用者の機械受容器の周波数特性に基づいて設定された単一の周波数で振動するよう前記振動手段を制御することを、特徴とする請求項5、6または7記載の力覚提示装置。
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